История развития систем подвижной связи

2.2 Транкинговые системы

Возможности широкого развития радиосвязи в первую очередь определяются наличием частотного ресурса. До 60-х  годов в сетях подвижной связи  использовался принцип закрепления имеющихся частотных каналов за отдельными абонентами сети. Это приводило к весьма неэффективному использованию выделенной для работы сети полосы частот. Идея создания так называемых транкинговых систем подвижной связи со свободным доступом любого абонента сети к любому из имеющихся незанятых каналов была предложена и реализована в 1957-1958 годах советскими учеными Б. П. Терентьевым, В. В. Шахгильдяном и А. А. Ляховкиным, создавшими систему подвижной связи с фазово-импульсной модуляцией. Эта система имела 10 рабочих каналов и работала в диапазоне частот 400 МГц. Позже в 1960 году ими же была разработана транкинговая система, в которой использовалась AM и частотное разделение каналов. Эта система имела высокую эффективность использования радиочастотного ресурса (РЧС) – по сравнению с системами с ЧМ в ней полоса частот канала связи, предоставляемая абоненту, была в 2-З раза меньше.

Для систем подвижной связи с  ЧМ, которые получили наиболее широкое  распространение, принцип построения транкинговых сетей был предложен в 1959 году специалистами Государственного проектного института радиосвязи и телевизионного вещания и Воронежского научно-исследовательского института связи. Эта идея была реализована в системах «Алтай» и «Алтай-2М», которые вплоть до недавнего времени эксплуатировались в России.

Транкинговые системы подвижной  связи получили широкое распространение  во всем мире. До середины 60-х годов  развивались так называемые производственные системы подвижной связи (Private Mobile Radio, PMR), создаваемые отдельными организациями для удовлетворения своих потребностей в подвижной связи на ограниченных территориях.

С конца 60-х годов начинается интенсивное развитие сетей транкинговой связи как производственных, так  и систем подвижной связи общего пользования (Public Access Mobile Radio, PAMR).

Рисунок 6 – Радиостанция системы  «Алтай»

Системы PAMR создаются  операторами сетей подвижной  связи на коммерческой основе и разворачиваются  на обширной территории. Абонентам  этих сетей предоставляется возможность  связи не только с абонентами данной сети, но и с абонентами телефонной сети общего пользования (ТФОП).

В конце XX века становится необходимым создание глобальных сетей PAMR, которые охватили бы большие  регионы, включающие ряд стран. Абоненты этих сетей должны иметь связь независимо от своего местонахождения и иметь возможность выхода на ТФОП. Это особенно необходимо для служб безопасности (полиция, таможенные службы), так как позволяет им предпринимать согласованные действия по пресечению деятельности преступных группировок и т. п.

Особенностями транкинговых систем являются: весьма незначительное время установления связи между  абонентами, возможности осуществления  группового вызова, установления непосредственной связи между терминалами абонентов без использования базовых станций сети и т. д.

До 1995 года создавались  аналоговые транкинговые системы, в  которых передавались сигналы телефонии  и применялась ЧМ. Значительной вехой  в развитии систем транкинговой связи  явилась разработка спецификации МРТ-1327, которой руководствовались многие фирмы при выпуске оборудования. В последнее десятилетие XX века в США и Европе были разработаны цифровые системы транкинговой связи (Trans European Trunked Radio, TETRA).

2.3 Системы абонентского радиодуступа

Весьма важным направлением развития подвижной связи в конце XX века явилось создание систем абонентского радиодоступа (АРД).

В 1975 году американская фирма «Моторола» выпустила первый аналоговый беспроводной телефонный аппарат (Cordless Telephone, CT). Этот аппарат позволял абоненту свободно передвигаться с радиотелефонной трубкой в радиусе около 100 метров от базовой платформы, подключенной проводом к ТФОП. Связь радиотелефонной трубки с платформой осуществлялась по радиоканалу в диапазоне 40-80 МГц с помощью ЧМ.

В 1988 году была разработана  аналоговая многоканальная система  СТ-1 с многостанционным доступом с частотным разделением каналов (МДЧР), частотным дуплексом (ЧД) и ЧМ, работавшая в диапазоне 864-868 МГц. Абонент этой системы имел свободный доступ к сорока частотным каналам шириной 100 кГц и также мог перемещаться в радиусе порядка 100 метров от БС, подключенной к ТФОП.

Через несколько лет  в том же диапазоне частот была создана цифровая система СТ-2 с  МДЧР и временным дуплексом (ВД), при котором в одном частотном канале, имевшем ширину 100 кГц, на одном временном интервале осуществляется передача пакета сообщений от абонента к БС, а на следующем - от БС к абоненту. Для передачи сообщений использовалась гауссовская частотная модуляция с минимальным сдвигом. Стандарт СТ-2, который был принят ETSI, во многих странах Европы применялся для создания системы «Telepoint», предназначенной для одночастотной связи подвижных абонентов с абонентами ТФОП. В этой системе допускались лишь исходящие вызовы подвижных абонентов.

На принципах, положенных в основу системы СТ-2, позже были разработаны многоканальные системы многостанционного доступа с временным разделением каналов (МДВР): DCT-900 (Швеция) в диапазоне 900 МГц и Digital European Cordless Telecommunications (DECT). Стандарт на систему DECT был опубликован ETSI в 1992 году. Эта система работает в диапазоне частот 1880-1900 МГц, разделенном на десять радиоканалов, в каждом из которых обеспечивается прием и передача двенадцати цифровых каналов с ВД. Выпуск оборудования стандарта DECT начался в 1996 году.

В 1995 году были завершены  разработки: в США в диапазоне 2 ГГц системы PACS (Public Access Communication System), а в Японии в диапазоне 1.5 ГГц  системы PHS (Personal Handphone System).

Сети АРД стандарта DECT сегодня весьма интенсивно развиваются в странах Европы. В ближайшее время этот стандарт в ETSI будет доработан и обеспечит такой же набор услуг высокоскоростной связи, какой будет предоставляться в пикосотовых сетях подвижной связи третьего поколения.

2.4 Сотовые системы

Как уже упоминалось, в 1947 году Д. Рингом была выдвинута замечательная идея сотового принципа организации сетей подвижной связи. В таких сетях зоны обслуживания отдельных базовых станций (БС) образуют соты, размер которых определяется территориальной плотностью абонентов сети. Частотные каналы, используемые для работы одной из БС сети, могут повторно распределяться по определенному закону для работы других БС, входящих в эту же сеть. Это обеспечивает высокую эффективность использования РЧС. В сотовых сетях абонент, перемещаясь из зоны действия одной БС в другую, может поддерживать непрерывную связь как с подвижным абонентом, так и с абонентом ТФОП.

Первая система сотовой  связи, построенная по принципу, предложенному  Рингом, увидела свет в 1969 году, в виде системы таксофонной связи установленной компанией Bell в поездах Metroliner, курсировавших между Нью-Йорком и Вашингтоном. Маршрут поезда (255 миль) был разделен на девять зон, в каждой из которых было доступно 6 каналов на частоте 450 МГц. Центр, управляющей всей системой находился в Филадельфии [1].

Первым сотовым телефоном  можно считать разработку Мартина  Купера, сотрудника компании Motorola, который возглавлял отдел разработки портативных устройств. 3 апреля 1973 года он сделал первый звонок с радиотелефона Dyna-TAC начальнику исследовательского отдела AT&T Bell Laboratories, главному конкуренту Motorola (рисунок 7). Также данная дата считается днем рождения сотовой связи [3].

Рисунок 7 – Мартин Купер  и первый сотовый телефон

Внедрение сетей сотовой связи общего назначения начинается с 70-х годов, вначале в США, а позже в европейских странах, в Японии и в других регионах мира. Благодаря их созданию новые услуги подвижной связи стали доступными для сотен миллионов людей многих стран мира.

Первая аналоговая система  сотовой подвижной связи первого  поколения стандарта AMPS, предназначенная  в основном для предоставления услуг  телефонии, была развернута в США  в 1979 году. Это была система с частотным  дуплексом и МДЧР. Она получила распространение во многих странах мира. С некоторыми изменениями она была также позже внедрена в Великобритании и Японии.

В 1981 году в Скандинавских  странах в диапазоне 450 МГц разрабатывается  сотовая система связи первого  поколения стандарта NMT-450, принципы построения которой подобны системе AMPS. Сети NMT-450 еще и сегодня работают во многих европейских странах. В 80-х годах создаются национальные системы сотовой связи первого поколения в Германии, Италии, Франции и происходит быстрый рост количества абонентов сотовых сетей. Для их развития начинает использоваться также и диапазон частот 900 МГц.

Несовместимость оборудования созданных в разных странах систем первого поколения делала невозможным  предоставление абонентам этих сетей  весьма важной услуги роуминга. Поэтому в 1982 году Скандинавские страны и Голландия выходят с предложением разработки в диапазоне 900 МГц регионального европейского цифрового стандарта сотовой связи (системы второго поколения). В этой системе, помимо услуг телефонии, абонентам должен предоставляться целый ряд услуг, связанных с передачей данных, - факс, короткие сообщения и т. п. Это предложение было поддержано всеми странами Западной Европы, и в 1989 году в ETSI был разработан стандарт на систему GSM. В следующем году, учитывая перспективы развития сотовой связи в Европе и во всем мире, этот же стандарт был принят для диапазона 1800 МГц. В 1991 году создаются опытные сети стандарта GSM и начинается его глобальное распространение по всему земному шару, в связи с чем аббревиатура GSM приобрела новую расшифровку Global System for Mobile Communications. Пионером в создании таких сетей является Финляндия, в которой сегодня имеется рекордное число абонентов сетей сотовой связи (более 70 % населения).

Принципы, положенные в  основу системы GSM, позже использовались в ETSI при создании европейских систем поездной связи (U1C), транкинговой связи (TETRA), беспроводной связи (DECT). Они оказали влияние на разработку европейской системы подвижной связи третьего поколения (Universal Mobile Telecommunication System, UMTS).

Система AMPS также модернизируется, создается цифровая система D-AMPS, и  выпускаются абонентские терминалы, которые могут работать как в  аналоговых, так и в цифровых сетях  данного стандарта. Применение системы D-AMPS позволяет увеличить емкость сотовой сети в тех местах, где аналоговые сети оказались перегруженными из-за увеличения количества абонентов.

В России сотовая связь  начинает развиваться с 1991 года, когда  в Санкт-Петербурге была развернута первая сеть скандинавского стандарта NMT-450. С 1994 года создаются сотовые сети американского стандарта AMPS, а с 1996 - европейского стандарта GSM-900. Сегодня в России созданы сети сотовой связи всех этих стандартов.

Знаменательной вехой  в развитии систем сотовой подвижной  связи является год 1989-й. В этом году фирмой «Qualcomm» (США) была завершена разработка новой цифровой системы второго поколения, использующей технологию СDМА. Эта технология в несколько раз повышала эффективность использования РЧС в сотовой связи и позволяла создавать сети весьма большой емкости. В США и в некоторых странах Азии эта технология получила применение, так как она позволяла при необходимости повысить емкость существующих сетей стандарта AMPS. В странах Западной Европы, в которых распределение полос частот между разными службами существенно отличается от стран Американского континента, сети на этой технологии не создавались. В них происходило интенсивное развитие сотовых сетей стандарта GSM. В России в 1997 году на основе технологии CDMA начали создаваться сети абонентского доступа.

В 1990 году в Международном союзе электросвязи (МСЭ) и в региональных организациях стандартизации (ETSI – Европа, ARIB – Япония и ANSI – США) начинаются работы по созданию единого общемирового стандарта на оборудование систем подвижной сотовой связи третьего поколения IMT-2000 (International Mobile Telecommunication). В Европе разрабатывается система UMTS, относящаяся к семейству IMT-2000. Основная предпосылка для выполнения этих работ состояла в том, что на рубеже столетий пользователям мобильных систем станет необходимо предоставление таких же услуг, как и в фиксированной связи. Абонент в третьем тысячелетии, независимо от соединения с ТФОП по проводным или радиоканалам, будет пользоваться полным набором широкополосных услуг мультимедиа, обеспечиваемых глобальной информационной инфраструктурой.

2.5 Спутниковая подвижная связь

Весьма перспективным  направлением развития подвижной связи  общего пользования является создание спутниковых систем. Такие системы  позволяют обеспечить связью обширные регионы с низкой плотностью населения, в которых создание наземных сотовых систем подвижной связи является экономически неоправданным. Они начали развиваться в последние два десятилетия XX века и, без сомнения, получат в XXI веке весьма широкое распространение, так как позволяют обеспечить глобальную подвижную связь (сухопутную, в том числе в труднодоступных районах с низкой плотностью населения, морскую и воздушную). Одной из первых подобных систем явилась созданная в 1967 году в США опытная система «TATS».

В 1979-1982 годах была создана  и введена в эксплуатацию система  спутниковой подвижной связи первого поколения «Инмарсат». Эта система эксплуатируется международной организацией «Инмарсат», в которой участвуют восемьдесят шесть стран, в том числе и Россия. Система использует 4-5искусственных спутника Земли (ИСЗ), находящихся на геостационарных орбитах (ГО), и обеспечивает (за исключением полярных областей) глобальное обслуживание абонентов на всей территории Земли. Она создавалась для организации морской подвижной связи, однако применяется также для сухопутной и воздушной подвижной связи, и сегодня в ней работают более чем сто сорок три тысячи земных станций спутниковой связи. Терминалами этой системы оснащены тридцать пять тысяч судов мирового флота.

Высокая актуальность создания и внедрения систем глобальной подвижной персональной связи (Global Mobile Personal Communication Systems, GMPCS) привела к необходимости разработки в рамках МСЭ общих принципов международной регламентации применения таких систем.

Был предложен ряд международных и национальных проектов создания подобных систем, построенных на основе спутников связи, находящихся на негеостационарных орбитах (НГО). Применение НГО спутников позволяет, в сравнении с ГО спутниками, существенно уменьшить задержку в канале связи, что весьма существенно для передачи речевых сообщений, снизить энергетику линии, что позволяет значительно уменьшить габариты и вес абонентского терминала, а также использовать абонентские терминалы с ненаправленными антеннами.