Стандарты сотовой связи

 Стандарт GSM 

История стандарта GSM

Разработка нового общеевропейского стандарта цифровой сотовой связи началась в 1985 году. Специально для этого было создана  специальная группа - Group Special Mobile. Аббревиатура GSM и дала название новому стандарту. Позднее GSM, благодаря ее широкому распространению, стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications. К настоящему времени система GSM развилась в глобальный стандарт второго поколения, занимающий лидирующие позиции в мире, как по площади покрытия, так и по числу абонентов. 

 Общие характеристики стандарта GSM

В соответствии с рекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования спектра частот подвижной  связи в диапазоне частот 862-960 МГц, стандарт GSM на цифровую общеевропейскую (глобальную) сотовую систему наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот: 890-915 МГц (для передатчиков подвижных станций - MS), 935-960 МГц (для передатчиков базовых станций - BTS).  
  В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (NB ТDМА). В структуре ТDМА кадра содержится 8 временных позиций на каждой из 124 несущих.  
Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот (SFH) в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.  
Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванными многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используются эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс.  
Система синхронизации рассчитана на компенсацию абсолютного времени задержки сигналов до 233 мкс, что соответствует максимальной дальности связи или максимальному радиусу ячейки (соты) 35 км.  
В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора. В качестве речепреобразующего устройства выбран речевой кодек с регулярным импульсным возбуждением/долговременным предсказанием и линейным предикативным кодированием с предсказанием (RPE/LTR-LTP-кодек). Общая скорость преобразования речево, о сигнала - 13 кбит/с.  
В стандарте GSM достигается высокая степень безопасности передачи сообщений; осуществляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA).  
В целом система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN).  
 

 Основные  характеристики стандарта GSM

 Частоты передачи подвижной станциии приема базовой  станции, МГц 890-915  
Частоты приема подвижной станции и передачи базовой станции, МГц 935-960  
Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц 45  
Скорость передачи сообщений в радиоканале, кбит/с 270, 833  
Скорость преобразования речевого кодека, кбит/с 13  
Ширина полосы канала связи, кГц 200  
Максимальное количество каналов связи 124  
Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции 16-20  
Вид модуляции GMSK  
Индекс модуляции ВТ 0,3  
Ширина полосы предмодуляционного гауссовского фильтра, кГц 81,2  
Количество скачков по частоте в секунду 217  
Временное разнесение в интервалах ТDМА кадра (передача/прием) для подвижной станции 2  
Вид речевого кодека RPE/LTP  
Максимальный радиус соты, км до 35  
Схема организации каналов комбинированная TDMA/FDMA

 В настоящее  время стандарт GSM является Федеральным  стандартом России.  

Стандарт EGSM

EGSM расшифровывается  как Extended GSM, то есть расширенный  GSM.  
Для работы GSM в диапазоне 900 МГц в Европе были определены полосы частот 890 - 915 МГц (прием) и 935 - 960 МГц (передача). Со временем, когда рабочих частот стало не хватать, GSM-диапазон пришлось расширить и определить полосу 880 - 890 МГц для работы базовых станций на прием и полосу 925 - 935 МГЦ - для работы на передачу. Этот диапазон и получил название EGSM. Если оператор имеет доступ к такой полосе, он может расширить емкость своей сети. Правда, телефоны, работающие в этой сети, должны поддерживать EGSM.  
В Европе EGSM пока не получил широкого распространения, а в России полоса 880 - 935 МГц вообще предназначена для работы радиомаяков, обеспечивающих посадку военных и гражданских самолетов. Поэтому если операторы российских GSM-сетей захотят использовать EGSM, каждый номинал рабочей частоты им придется согласовывать с военными ведомствами. 

Стандарт IMT-MC-450 (International Mobile Telecommunications - Multi-Carrier)

Стандарт IMT-MC входит в группу стандартов 3G, одобренных решением Международного Союза Электросвязи (International Telecommunication Union, ITU)в ноябре 1999 г. Большинство выбранных для IMT-2000 (Международная система мобильной связи) систем радиодоступа базируется на технологии с кодовым разделением каналов (CDMA).

Стандарт CDMA-450 (IMT-MC) использует частоты диапазона 450 МГц, в котором работают сети сотовой связи аналогового стандарта NMT. Однако сети не мешают друг другу. CDMA - Цифровая система многостанционного доступа с кодовым разделением каналов на основе шумоподобных сигналов (Code Division Multiple Access).

В системе CDMA пользователи сотовой связи дифференцируются уникальными цифровыми кодами, а не отдельными частотами или каналами.

Абонентские терминалы IMT-MC 450 в России на данный момент предоставляются фирмами Hyundai-Curitel, Synertek, Pantech-Curitel, Ubiquam, Huawei:

Pantech-Curitel HX-550C | Curitel HX-525B | Hyundai-Curitel HX-510B 
Ubiquam U-100 | Ubiquam UM-100 
Synertek S-500e | Synertek S-200 
Huawei ETS 2000 | Huawei ETS 1000 | Huawei ETS 688 | Huawei ETS 678 | Huawei ETS 668 | Huawei ETS 388 

Сети  стандарта IMT-MC 450 в  России и мире

Первая коммерческая сеть IMT-MC-450 запущена 7 декабря 2001 года в Румынии - сеть оператора ZAPP. Первая беспроводная сеть cdma-2000 запущена в коммерческую эксплуатацию корейской компанией-оператором SK Telecom, а в декабре 2001 г. единая сеть IMT-MC (1X) соедила пользователей мобильной связи Кореи, Японии и Китая. Американские операторы Sprint PCS, Verizon Wireless, Теlus также заявили о своих планах развертывания сети IMT-MC (1X).

В четырех странах — Румынии, России, Белоруссии и Китае — сети CDMA-450 уже работают, суммарное число их абонентов превышает 300 тысяч человек. В настоящее время в России действуют 4 сети IMT-MC-450 (CDMA2000 1X). В первую очередь — это «Скайлинк» операторов «Московская сотовая связь» и «Дельта Телеком». Количество абонентов — 70 тысяч («Дельта Телеком» — около 60 000 пользователей и МСС — около 10 000 человек). Работает SkyNet — сибирский сотовый оператор («Кузбасская сотовая связь»). Кроме того — сеть IMT-MC-450 оператора «Сотовая связь Башкортостана», запущенная в коммерческую эксплуатацию в мае 2004 года. Сегодня коммерческие сети IMT-MC-450 работают в Московской, Псковской и Новгородской областях, в Карелии и в Челябинске, в Мурманске. В начале 2005 годо заработают сети в Калининграде, в Краснодарском крае и Хабаровске, а также в Северной Осетии. Таким образом, будет покрыто 16% территории России, на которой проживает 40% населения.

В странах СНГ, первым ввел в коммерческую эксплуатацию сеть 3-го поколения оператор сотовой связи Приднестровья СЗАО «Интерднестрком». Lucent Technologies провела модернизацию действующей сети «Интерднестркома», работающей в стандарте IS-95, и компания перешла к стандарту сотовой связи третьего поколения CDMA2000 1X. Для перехода мобильной сети «Интерднестркома» на стандарт следующего поколения не потребовалось существенного изменения действующей инфраструктуры.

Запущена сеть работающая в стандарте CDMA2000 (IMT-MC-450) белорусским оператором сотовой связи «БелСел».

13 февраля 2004 года компания «Алтел», национальный оператор сотовой связи в Республике Казахстан, осуществила коммерческий запуск нового припейд-бренда — PAThWORD. Это первая в Казахстане сеть мобильной связи третьего поколения (3G) стандарта CDMA2000 1X, с карточной системой обслуживания. В настоящий момент пользоваться услугами 3G-связи можно в 11 крупных городах Казахстана.

Во марте 2004 года Комитет по электронным средствам связи (Electronic Communications Committee, ECC) Европейской конференции администраций почт и электросвязи (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations, CEPT) одобрил Решение «О доступности полос частот для развертывания широкополосных цифровых систем подвижной связи PMR/PAMR в диапазонах 400 и 800/900 МГц». Это решение, открывает возможности для широкого внедрения сетей CDMA-450 в Европе и, в частности, в России. Принятый документ определяет условия развертывания. В первую очередь - это диапазоны частот, а также технологии, которые могут быть использованы при развертывании широкополосных цифровых систем подвижной связи. В качестве таких технологий в Приложении к Решению обозначены TETRA TAPS с шириной канала 200 кГц (европейская система, построенная на основе спецификаций GSM) и CDMA-PAMR с шириной канала 1,25 МГц (американская система - по сути версия CDMA2000 с поддержкой типичных PAMR-услуг для диапазонов 400 и 800/900 МГц). Заявлено, что системы CDMA-PAMR полностью совместимы с российскими сетями IMT-MC-450, предоставляющими услуги под брэндом «Скай Линк». 

Характеристики  и преимущества стандарта IMT-MC 450

Благодаря своей  структуре стандарт IMT-MC-450 обладает следующими преимуществами по отношению к другим сотовым стандартам:

- Большая абонентская емкость за счет большего количества используемых частотных каналов и за счет их повторного использования. Емкость IMT-MC-450 от десяти до двадцати раз выше, чем у аналоговых систем, и в три-шесть раз превышает емкость других цифровых систем. Сети, построенные на ее основе, эффективно используют радиочастотный ресурс, благодаря возможности многократного использования одних тех же частот в сети.

- Самое высокое из существующих в настоящее время в сотовых стандартах, "цифровое" качество передачи речи.

- Высокая скорость передачи данных.

- Высокая помехоустойчивость (технология создавалась как военная система связи, с высокой степенью защиты от специально создаваемых сверхмощных помех).

- Способность взаимодействовать с другими радиосистемами, в том числе с низкоорбитальными спутниковыми системами связи, обратная совместимость с аналоговыми сетями, что позволяет использовать двухмодовое пользовательское оборудование IMT-MC-450/AMPS, дающее возможность свободного перемещения из зоны действия одного стандарта в зону действия другого.

- Высокая надежность связи в движении за счет "мягкой" передачи канала связи от одной базовой станции к другой ("мягкий", устойчивый "hand-off"). В отличных от IMT-MC-450 системах связи, например в NMT-450i или GSM, используется так называемый "жесткий hand-off", когда в момент перемещения абонента из соты в соту происходит моментальный обрыв и восстановление связи, воспринимаемое абонентом как щелчок в трубке или даже временное прерывание разговора. Иногда в такой момент связь с трубкой может быть потеряна, так как соединение с радиотелефоном одномоментно поддерживает только одна базовая станция. В IMT-MC-450, напротив, трубку постоянно "отслеживают" две или более базовых станций, радиотелефон одномоментно "говорит" сразу с двумя базовыми станциями пока уровень сигнала от одной из них не станет таким, что она сможет обслужить данного абонента эксклюзивно. Так реализуется принцип "мягкого hand-off".

- Более надежная защита от несанкционированного доступа конфиденциальность переговоров (благодаря уникальной системе кодирования речи).

- В 1,5-2 раза  большее время работы радиотелефонов в автономном режиме (благодаря низкому уровню средней излучаемой мощности).

- Уменьшение воздействия электромагнитного излучения на организм человека (благодаря низкому уровню средней излучаемой мощности и самому характеру излучения). Радиотелефоны стандарта IMT-MC - самые экологичные, так как их мощность не превышает 0,2 Вт.

- Отсутствие "эффекта эха", характерного для других систем сотовой связи

Цифровой стандарт IMT-MC-450 предусматривает наличие следующих дополнительных услуг, многие из которых невозможно реализовать в аналоговых и некоторых цифровых сотовых сетях:

- SMS - передача коротких сообщений (обмен буквенно-цифровыми сообщениями между пользователями и посылка сообщений по схеме сеть - пользователь).

- Режим пониженного потребления мощности аккумуляторной батареи. В этом режиме телефон периодически реагирует на получение коротких сообщений, абонент сам решает, получать ли ему короткие сообщения, или нет. Эта функция позволяет увеличить и так очень продолжительный в сети IMT-MC-450 цикл жизни аккумуляторной батареи до нескольких дней.

- Активация радиотелефона через радиоинтерфейс, то есть возможность автоматического, "удаленного" программирования номера и присвоения ключа аутентификации без посещения сервисных центров или технических служб.

- Изменение профиля услуг через радиоинтерфейс.

- Передача данных (возможность инициации передачи данных в любой момент от начала разговора).

- Пакетная передача данных.

- Одновременная передача голосовых сообщений и данных/пакетов данных.

- Передача цифровых  факсимильных сообщений (цифровой факс), одновременная передача голоса и факса по одному каналу.

- Видеоуслуги с высоким разрешением в дополнение к речи/факсу.

- Высокоскоростной  доступ в Интернет.

Перечень услуг, предоставляемых оборудованием IMT-MC-450, постоянно расширяется.

Мобильные устройства IMT-MC-450 подключаются к компьютерным устройствам через последовательный порт и выполняют функцию высокоскоростных модемов для передачи данных. Сейчас средняя скорость работы обычных компьютерных модемов - 56 Кбит/с, а сотовые телефоны связываются с Интернетом не на много быстрее. Новая технология позволит поддерживать скорость в 153 Кбит/с! А в принципе, IMT-MС может обеспечивать передачу информации со скоростью 2,4 Мбит/с! Возможность просмотра Интернет в формате HTML непосредственно на экране телефона.