Телефонная связь – это передача речевой информации на дальние расстояния. С помощью телефонии люди имеют возможность общаться в режиме реального времени.

Если в момент возникновения технологии способ передачи данных существовал только один – аналоговый, то в настоящий момент успешно применяются самые разные системы коммуникации. Телефонная, спутниковая и мобильная связь, а также IP-телефония обеспечивают надёжный контакт между абонентами, будь они даже в разных концах земного шара. Как работает телефонная связь при использовании каждого из методов?

Старая добрая проводная (аналоговая) телефония

Под термином «телефонная» связь чаще всего понимают связь аналоговую, способ передачи данных, ставший привычными за без малого полтора столетия. При использовании такой , информация передаётся непрерывно, без промежуточной кодировки.

Соединение двух абонентов регулируется набором номера, а затем общение ведётся посредством передачи сигнала от человека к человеку по проводам в самом буквальном смысле этого слова. Соединяют абонентов уже не телефонистки, а роботы, что значительно упростило и удешевило процесс, однако принцип работы аналоговых сетей связи остался прежним.

Мобильная (сотовая) связь

Абоненты операторов сотовой связи ошибочно считают, что «перерезали провод», соединяющий их с телефонными станциями. С виду всё так и есть – человек может передвигаться куда угодно (в рамках покрытия сигналом), не прерывая разговор и не теряя контакт с собеседником, да и <подключить телефонную связь стало легче и проще.

Однако если разобраться, как работает мобильная связь, мы обнаружим не так уж много отличий от работы аналоговых сетей. Сигнал на самом деле «витает в воздухе», вот только от телефона звонящего он попадает на приёмопередатчик, который, в свою очередь, связывается с ближайшим к вызываемому абоненту аналогичным оборудованием…посредством оптиковолоконных сетей.

Этап радиопередачи данных охватывает лишь путь сигнала от телефона к ближайшей базовой станции, которая связана с другими коммуникационными сетями вполне традиционным способом. Как работает сотовая связь, ясно. Каковы же её плюсы и минусы?

Технология обеспечивает большую мобильность по сравнению с аналоговой передачей данных, однако несёт в себе всё те же риски нежелательных помех и возможности прослушивания линий.

Путь сотового сигнала

Рассмотрим подробнее, каким именно способом сигнал достигает вызываемого абонента.

1. Пользователь набирает номер.
2. Его телефон устанавливает радиосвязь с ближайшей базовой станцией. Они расположены на высотных домах, промышленных сооружениях и вышках. Каждая станция состоит из приемо-передающих антенн (от 1 до 12) и блока управления. Базовые станции, которые обслуживают одну территорию, соединены с контроллером.
3. От блока управления базовой станции сигнал по кабелю передается на контроллер, а оттуда, тоже по кабелю, - на коммутатор. Это устройство обеспечивает вход и выход сигнала на различные линии связи: междугородней, городской, международной, других мобильных операторов. В зависимости от размеров сети в ней могут быть задействованы как один, так и несколько коммутаторов, соединенных между собой при помощи проводов.
4. От «своего» коммутатора сигнал по высокоскоростным кабелям передается на коммутатор другого оператора, причем последний легко определяет, в зоне действия какого контроллера находится абонент, которому адресован звонок.
5. Коммутатор вызывает нужный контроллер, тот пересылает сигнал на базовую станцию, которая «опрашивает» мобильный телефон.
6. Вызываемому абоненту поступает входящий звонок.

Такая многослойная структура сети позволяет равномерно распределить нагрузку между всеми ее узлами. Тем самым уменьшается вероятность отказа оборудования и обеспечивается бесперебойная связь.

Как работает сотовая связь, ясно. Каковы же её плюсы и минусы? Технология обеспечивает большую мобильность по сравнению с аналоговой передачей данных, однако несёт в себе всё те же риски нежелательных помех и возможности прослушивания линий.

Спутниковая связь

Давайте посмотрим, как работает спутниковая связь, высшая на сегодняшний день ступень развития радиорелейной связи. Ретранслятор, помещённый на орбиту, способен охватывать огромную площадь поверхности планеты в одиночку. Сеть базовых станций, как в случае с сотовой связью, уже не нужна.

Абонент–физическое лицо получает возможность путешествовать практически без ограничений, оставаясь на связи даже в тайге или в джунглях. Абонент–лицо юридическое может привязать к одной антенне-ретранслятору (это ставшая уже привычной «тарелка») целую мини-АТС, однако при этом следует учитывать объём входящих и исходящих, а также размер файлов, которые необходимо переслать.

Минусы технологии:

• серьёзная метеозависимость. Магнитная буря или другой катаклизм способны надолго оставить абонента без связи.
• если что-то физически сломалось на спутниковом ретрансляторе, срок, который пройдёт до полного восстановления функциональности, растянется очень надолго.
• стоимость услуг связи без границ чаще всего превышает более привычные счета. Выбирая способ связи, важно учесть, насколько необходима вам именно столь функциональная связь.

Спутниковая связь: за и против

Главная особенность «спутника» состоит в том, что он обеспечивает абонентам независимость от наземных линий связи. Преимущества такого подхода очевидны. К ним относятся:

• мобильность оборудования. Его можно развернуть в очень короткие сроки;
• возможность быстро создавать обширные сети, охватывающие большие территории;
• связь с труднодоступными и отдаленными территориями;
• резервирование каналов, которые можно задействовать в случае поломки наземной связи;
• гибкость технических характеристик сети, позволяющих адаптировать ее практически под любые требования.

Минусы технологии:

• серьёзная метеозависимость. Магнитная буря или другой катаклизм способны надолго оставить абонента без связи;
• если что-то физически вышло со строя на спутниковом ретрансляторе, срок, который пройдёт до полного восстановления функциональности системы, растянется надолго;
• стоимость услуг связи без границ чаще всего превышает более привычные счета.

Выбирая способ связи, важно учесть, насколько необходима вам именно столь функциональная связь.

Самым распространенным на сегодня видом мобильной связи является сотовая связь. Услуги сотовой связи предоставляются абонентам компаниями-операторами.

Беспроводную связь сотовому телефону предоставляет сеть базовых станций.

Каждая станция обеспечивает доступ к сети на ограниченной территории, площадь и конфигурация которой зависит от рельефа местности и других параметров. Перекрывающиеся зоны покрытия создают структуру, похожую на пчелиные соты; от этого образа и происходит термин «сотовая связь». При перемещении абонента его телефон обслуживается то одной, то другой базовой станцией, причем переключение (смена соты) происходит в автоматическом режиме, совершенно незаметно для абонента, и никак не влияет на качество связи. Такой подход позволяет, используя радиосигналы малой мощности покрывать сетью мобильной связи большие территории, что обеспечивает этому виду коммуникаций, помимо эффективности, еще и высокий уровень экологичности.

Компания-оператор не только технически обеспечивает мобильную связь, но и вступает в экономические взаимоотношения с абонентами, которые приобретают у нее некоторый набор основных и дополнительных услуг. Так как видов сервисов достаточно много, расценки на них объединяют в комплекты, именуемые тарифными планами. Вычислением стоимости оказанных каждому абоненту услуг занимается билинговая система (программно-аппаратная система, ведущая учет предоставленных абоненту услуг и сервисов).

Билинговая система оператора взаимодействует с аналогичными системами других компаний, например, предоставляющих абоненту услуги роуминга (возможность пользоваться мобильной связью в других городах и странах). Все взаиморасчеты за мобильную связь, в том числе и в роуминге, абонент производит со своим оператором, который является для него единым расчетным центром.

Роуминг – доступ к сервисам мобильной связи за пределами зоны покрытия сети «домашнего» оператора, с которым у абонента заключен контракт.

Находясь в роуминге, абонент обычно сохраняет свой телефонный номер, продолжает пользоваться своим сотовым телефоном, совершая и принимая звонки точно так же, как и в домашней сети. Все необходимые для этого действия, включая межоператорский обмен трафиком и привлечение по мере необходимости ресурсов других коммуникационных компаний (например, обеспечивающих трансконтинентальную связь), производятся автоматически и не требуют от абонента дополнительных действий. Если домашняя и гостевая сети предоставляют услуги связи в разных стандартах, роуминг все равно возможен: абоненту на время поездки могут выдать другой аппарат, при этом сохраняя его телефонный номер и автоматически маршрутизируя звонки.

История сотовой связи.

Работы по созданию гражданских систем мобильной связи начались в 1970-х. К этому моменту развитие обычных телефонных сетей в европейских странах достигло такого уровня, что следующим шагом в эволюции коммуникаций могла стать только доступность телефонной связи везде и всюду.

Сети на первом гражданском стандарте сотовой связи – NMT-450 – появились в 1981. Хотя наименование стандарта представляет собой сокращение слов Nordic Mobile Telephony («мобильная телефония северных стран»), первая на планете сотовая сеть была развернута в Саудовской Аравии. В Швеции, Норвегии, Финляндии (и других странах Северной Европы) сети NMT заработали на несколько месяцев позднее.

Через два года – в 1983 – на территории США была запущена первая сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), созданного в исследовательском центре Bell Laboratories.

Стандарты NMT и AMPS, которые принято относить к первому поколению систем сотовой связи, предусматривали передачу данных в аналоговой форме, что не позволяло обеспечить должный уровень помехоустойчивости и защиты от несанкционированных подключений. Впоследствии у них появились усовершенствованные за счет использования цифровых технологий модификации, например, DAMPS (первая буква аббревиатуры своим появлением обязана слову Digital – «цифровой»).

Стандарты второго поколения (так называемого 2G) – GSM, IS-95, IMT-MC-450 и др., изначально созданные на основе цифровых технологий, превосходили стандарты первого поколения по качеству звука и защищенности, а также, как выяснилось впоследствии, по заложенному в стандарт потенциалу развития.

Уже в 1982 Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (CEPT) создала группу для разработки единого стандарта цифровой сотовой связи. Детищем этой группы стал GSM (Global System for Mobile Communications).

Первая сеть GSM была запущена в эксплуатацию в Германии в 1992. Сегодня GSM является господствующим стандартом сотовой связи как в России, так и во всем мире. В 2004 в нашей стране GSM-сети обслуживали свыше 90% абонентов сотовой связи; в мире GSM использовало 72% абонентов.

Для работы оборудования стандарта GSM выделено несколько диапазонов частот – на них указывают числа в названиях. В европейском регионе в основном используются GSM 900 и GSM 1800, в Америке – GSM 950 и GSM 1900 (на момент утверждения стандарта в США «европейские» частоты там оказались заняты другими службами).

Популярность стандарту GSM обеспечили его значимые для абонентов особенности:

– защищенность от помех, перехвата и «двойников»;

– наличие большого числа дополнительных сервисов;

– возможность при наличии «надстроек» (таких, как GPRS, EDGE и др.) обеспечивать передачу данных с высокими скоростями;

– присутствие на рынке большого количества телефонных аппаратов, работающих в сетях стандарта GSM;

– простота процедуры смены одного аппарата на другой.

В процессе развития сотовые сети стандарта GSM приобрели возможности расширения за счет некоторых «надстроек» над действующей инфраструктурой, обеспечивающих скоростную передачу данных. GSM-сети с поддержкой GPRS (General Packet Radio Service) получили название 2,5G, а GSM-сети с поддержкой стандарта EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) иногда называют сетями 2,75G.

В конце 1990-х в Японии и Южной Корее появились сети третьего поколения (3G). Основное отличие стандартов, на которых построены сети 3G, от предшественников – расширенные возможности скоростной передачи данных, что позволяет реализовывать в таких сетях новые сервисы, в частности, видеотелефонию. В 2002–2003 первые коммерческие сети 3G начали работать и в некоторых странах Западной Европы.

Хотя в настоящее время сети 3G существуют лишь в ряде регионов мира, в инженерно-технических лабораториях крупнейших компаний уже ведутся работы по созданию стандартов сотовой связи четвертого поколения. Во главу угла при этом ставится не только дальнейшее увеличение скорости передачи данных, но и повышение эффективности использования пропускной способности частотных диапазонов, выделенных для мобильной связи, чтобы получать доступ к сервисам могло большое количество абонентов, находящихся на ограниченной территории (что особенно актуально для мегаполисов).

Другие системы мобильной связи.

Кроме сотовой связи, сегодня существуют и другие гражданские коммуникационные системы, также обеспечивающие мобильную связь по радиоканалам, но построенные на иных технических принципах и ориентированные на другие абонентские терминалы. Они менее распространены, чем сотовая связь, но находят применение, когда использование сотовых телефонов затруднено, невозможно или экономически невыгодно.

Становится все популярнее стандарт микросотовой связи DECT, который используется для коммуникаций на ограниченной территории. Базовая станция стандарта DECT способна обеспечивать трубкам (их может обслуживаться до 8 одновременно) связь между собой, переадресацию вызовов, а также выход в телефонную сеть общего пользования. Потенциал стандарта DECT позволяет обеспечивать мобильную связь в пределах городских микрорайонов, отдельных компаний или квартир. Они оказываются оптимальными в регионах с малоэтажной застройкой, абоненты которых нуждаются только в голосовой связи и могут обходиться без мобильной передачи данных и других дополнительных сервисов.

В спутниковой телефонии базовые станции располагают на спутниках, находящихся на околоземных орбитах. Спутники обеспечивают связь там, где развертывание обычной сотовой сети невозможно или нерентабельно (в море, на обширных малонаселенных территориях тундры, пустынь и т.д.).

Транкинговые сети, обеспечивающие абонентским терминалам (их принято называть не телефонами, а радиостанциями) связь в пределах определенной территории, представляют собой системы базовых станций (ретрансляторов), которые осуществляют передачу радиосигнала от одного терминала к другому при их значительном удалении друг от друга. Поскольку транкинговые сети обычно обеспечивают связь сотрудникам ведомств (МВД, МЧС, «Скорая помощь» и т.д.) или на технологических площадках большого размера (вдоль автотрасс, на стройке, на территории заводов и т.д.), то транкинговые терминалы не имеют развлекательных возможностей и дизайнерских изысков в оформлении.

Носимые радиостанции устанавливают связь друг с другом напрямую, без промежуточных коммуникационных систем. Мобильную связь такого типа предпочитают как государственные (милиция, пожарная охрана и т.д.) и ведомственные структуры (для коммуникаций в пределах складского комплекса, паркинга или стройки), так и частные лица (грибники, охотники-рыболовы или туристы), в ситуациях, когда проще и дешевле использовать для связи между собой карманные радиостанции, чем сотовые телефоны (например, в отдаленных районах, где отсутствует покрытие сотовых сетей).

Пейджинговая связь обеспечивает получение коротких сообщений на абонентские терминалы – пейджеры. В настоящее время пейджинговые коммуникации в гражданской связи практически не используются, из-за своих ограничений они вытеснены в область узкоспециализированных решений (например, служат для оповещения персонала в крупных медицинских учреждениях, передачи данных на информационные электронные табло и т.д.).

С 2004 все более широкое распространение получает новый подвид мобильной связи, предоставляющий возможность высокоскоростной передачи данных по радиоканалу (в большинстве случаев для этого используется протокол Wi-Fi). Зоны с Wi-Fi-покрытием, доступным для публичного использования (платного или бесплатного), называются хот-спотами. Абонентскими терминалами в этом случае являются компьютеры – как ноутбуки, так и КПК. Они могут обеспечивать и двустороннюю голосовую связь через Интернет, но эта возможность используется крайне редко, в основном соединение применяется для доступа к наиболее распространенным интернет-сервисам – электронной почте, веб-сайтам, системам мгновенного обмена сообщениями (например, ICQ) и т.д.

Куда движется мобильная связь.

В развитых регионах основным направлением развития мобильной связи на ближайшее будущее является конвергенция: обеспечение абонентским терминалам автоматического переключения с одной сети на другую с целью наиболее эффективного использования возможностей всех коммуникационных систем. Экономить средства абонентов и улучшать качество связи позволит автоматическое переключение, например, с GSM на DECT (и обратно), со спутниковой связи на «наземную», а при обеспечении беспроводной передачи данных – между GPRS, EDGE, Wi-Fi и другими стандартами, многие из которых (например, WiMAX) только ожидают своего часа.

Место мобильной связи в мировой экономике.

Коммуникации являются наиболее динамично развивающейся отраслью мировой экономики. Но мобильные коммуникации даже по сравнению с другими направлениями «телекома» развиваются опережающими темпами.

Еще в 2003 общее число мобильных телефонов на планете превысило количество стационарных аппаратов, подключенных к проводным сетям общего пользования. В некоторых странах количество абонентов мобильной связи уже в 2004 было больше числа жителей. Это означает, что некоторые люди использовали более одного «мобильного» – например, два сотовых телефона, обслуживаемых у разных операторов, или телефон для голосовой связи и беспроводной модем для мобильного доступа в Интернет. Кроме того, все больше модулей беспроводной связи требовалось для обеспечения технологических коммуникаций (в этих случаях абонентами являются не люди, а специализированные компьютеры).

В настоящее время операторы сотовой связи обеспечивают полное покрытие территории всех экономически развитых регионов планеты, однако экстенсивное развитие сетей продолжается. Новые базовые станции устанавливаются для улучшения приема в тех местах, где имеющаяся сеть по каким-либо причинам устойчивый прием обеспечить не может (например, в длинных тоннелях, на территории метрополитена и т.д.). Кроме того, сотовые сети постепенно проникают в регионы с низким уровнем доходов населения. Развитие технологий мобильной связи, сопровождающееся резким удешевлением оборудования и услуг, делает сотовые сервисы доступными все большему числу людей на планете.

Производство сотовых телефонов является одним из наиболее динамично развивающихся направлений индустрии высоких технологий.

Быстро растет и индустрия обслуживания мобильных телефонов, предлагающая аксессуары для персонификации аппаратов: от оригинальных звонков (рингтонов) до брелоков, графических заставок, наклеек на корпус, сменных панелей, чехлов и шнурков для ношения аппарата.

Виды телефонов.

Сотовый (мобильный) телефон – абонентский терминал, работающий в сотовой сети. По сути, каждый сотовый телефон является специализированным компьютером, который ориентирован, в первую очередь, на обеспечение (в зоне покрытия домашней или гостевой сети) голосового общения абонентов, но также поддерживает обмен текстовыми и мультимедийными сообщениями, снабжен модемом и упрощенным интерфейсом. Передачу голоса и данных современные мобильные телефоны обеспечивают в цифровой форме.

Раннее существовавшее разделение аппаратов на «недорогие», «функциональные», «бизнес-» и «имиджевые» модели все больше теряет смысл – бизнес-аппараты приобретают черты имиджевых моделей и развлекательные функции, в результате использования аксессуаров недорогие телефоны становятся имиджевыми, а у имиджевых быстро растет функциональность.

Миниатюризация трубок, пик которой пришелся на 1999–2000, завершилась по вполне объективным причинам: аппараты достигли оптимального размера, дальнейшее их уменьшение делает неудобным нажатие кнопок, чтение текста на экране и т.д. Зато сотовый телефон стал настоящим предметом искусства: к разработке внешнего вида аппаратов привлекают ведущих дизайнеров, а владельцам предоставляются широкие возможности персонифицировать свои аппараты самостоятельно.

В настоящее время производители уделяют особое внимание функциональности мобильных телефонов, причем как основным (увеличивается время автономной работы, улучшаются экраны и т.д.), так и дополнительным их возможностям (в аппараты встраивают цифровые фотокамеры, диктофоны, МР3-плееры и прочие «сопутствующие» устройства).

Практически все современные аппараты, за исключением некоторых моделей нижнего ценового диапазона, позволяют загружать программы. Большинство аппаратов может исполнять Java-приложения, увеличивается количество телефонов, использующих операционные системы, унаследованные от КПК или портированные с них: Symbian, Windows Mobile for Smartphones и т.д. Телефоны со встроенными операционными системами называют смартфонами (от комбинации английских слов «smart» и «phone» – «умный телефон»).

В качестве абонентских терминалов сегодня могут использоваться также коммуникаторы – карманные компьютеры, снабженные модулем с поддержкой GSM/GPRS, а иногда EDGE и стандартов третьего поколения.

Неголосовые сервисы сотовых сетей.

Абонентам сотовых сетей доступен целый ряд неголосовых сервисов, «ассортимент» которых зависит от возможностей конкретного телефона и от спектра предложений компании-оператора. Перечень сервисов в домашней сети может отличаться от списка услуг, доступных в роуминге.

Сервисы могут быть коммуникационными (обеспечивающими различные формы связи с другими людьми), информационными (например, сообщающими о прогнозе погоды или рыночных котировках), обеспечивающими доступ в Интернет, коммерческими (для оплаты с телефонов различных товаров и услуг), развлекательными (мобильные игры, викторины, казино и лотереи) и другими (сюда относится, например, мобильное позиционирование). Сегодня появляется все больше сервисов, находящихся «на стыке», например, большинство игр и лотерей являются платными, появляются игры, использующие технологии мобильного позиционирования, и т.д.

Практически всеми операторами и большинством современных аппаратов поддерживаются следующие сервисы:

– SMS – Short Message Service – передача коротких текстовых сообщений;

– MMS – Multimedia Messaging Service – передача мультимедиа-сообщений: фотографий, видеороликов и т.п.;

– автоматический роуминг;

– определение номера звонящего абонента;

– заказ и получение различных средств персонификации непосредственно по каналам сотовой связи;

– выход в Интернет и просмотр специализированных (WAP) сайтов;

– закачка рингтонов, картинок, информационных материалов со специализированных ресурсов;

– передача данных с помощью встроенного модема (она может осуществляться по различным протоколам в зависимости от того, какие технологии поддерживает конкретный аппарат).

Мобильная связь в России.

В СССР гражданских систем мобильной связи не было. С некоторой натяжкой «гражданской» можно назвать систему мобильной телефонии «Алтай», построенную на базе стандарта МРТ-1327, которая на рубеже 1970–80-х создавалась для обеспечения связью представителей партийного, государственного и хозяйственного руководства. «Алтай» успешно эксплуатируется и поныне. Разумеется, он не может конкурировать с сотовыми сетями, но находит применение для решения некоторых узкоспециализированных задач: обеспечения связью мобильных подразделений городских аварийных служб, телефонизации летних кафе и т.д.

Первые коммерческие сотовые сети, построенные по стандарту NMT, были созданы в России осенью 1991. Пионерами мобильной телефонии в нашей стране были компании «Дельта Телеком» (Санкт-Петербург) и «Московская сотовая связь». Первый звонок по сотовому телефону был сделан 9 сентября 1991 в Санкт-Петербурге: Анатолий Собчак, занимавший тогда пост мэра города, звонил своему коллеге – мэру Нью-Йорка.

В июле 1992 первые звонки были совершены в AMPS-сети «БиЛайн».

Первая российская сеть стандарта GSM, созданная компанией МТС, начала подключение абонентов в июле 1994.

В 2005 в России существуют три федеральных оператора сотовой связи, предоставляющих услуги в стандарте GSM: МТС, «БиЛайн» и «МегаФон». Спектр и качество предлагаемых ими телекоммуникационных услуг, а также расценки на них примерно одинаковы. К 2005 количество базовых станций в сетях ведущих столичных операторов в Москве и ближайшем Подмосковье составило около 3000, а площадь зоны покрытия превысила площади большинства европейских государств. Кроме них, существуют и вполне эффективно работают многочисленные локальные операторы – как дочерние структуры «большой тройки», так и самостоятельные компании.

Операторы активно развивают рынок, увеличивая покрытие своих сетей и популяризируя мобильную связь среди самых разных слоев населения. Если в середине 1990-х сотовый телефон был доступен только представителям самых обеспеченных слоев населения, то сегодня мобильной связью может пользоваться практически каждый. Российские операторы внедряют в своих сетях новейшие сервисы и предлагают построенные на их основе услуги, нередко даже опережая большинство европейских компаний. В настоящее время все три федеральных GSM-оператора ведут подготовительную работу к развертыванию коммерческих сетей третьего поколения.

Кроме GSM-сетей федеральных и локальных операторов сотовой связи в России продолжают эксплуатироваться сети других стандартов: DAMPS, IS-95, NMT-450, DECT и IMT-MC-450. Последний стандарт имеет статус федерального, и построенные на его базе сети (например, SkyLink) развиваются весьма активно. Однако ни по площади покрытия, ни по количеству обслуживаемых абонентов сети всех стандартов, отличных от GSM, заметную конкуренцию ведущей тройке федеральных операторов создать не могут.

Литература:

Маляревский А., Олевская Н. Ваш мобильный телефон (популярный самоучитель). М, «Питер», 2004
Закиров З.Г., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р. Сотовая связь стандарта GSM. Современное состояние, переход к сетям третьего поколения («Библиотека МТС»). М., «Эко-Трендз», 2004
Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM («Инженерная энциклопедия ТЭК»). М., «Эко-Трендз», 2005



Введение

Алгоритм функционирования систем сотовой связи

Инициализация и установление связи

Аутентификация и идентификация

Передача обслуживания (при маршрутизации)

Роуминг

Обслуживание вызовов в стандарте GSM

Заключение

Введение

Компьютеризация телекоммуникационного оборудования идет параллельно с процессами приватизации национальных систем связи, появлением на рынке крупных фирм - операторов, что приводит к усилению конкурентной борьбы. В результате снижаются расценки на телекоммуникационные услуги, расширяется их ассортимент, а пользователи имеют возможность выбора.

Большинство промышленно развитых стран интенсивно переходит на цифровой стандарт связи, который позволяет мгновенно передавать колоссальные объемы информации с высокой степенью защиты ее содержания. В мировых телекоммуникациях отчетливо проявляется тенденция развития полносервисных сетей, построенных на базе технологии коммутации пакетов услуг.

В настоящее время в первую десятку стран, которые имеют наиболее развитые системы связи и телекоммуникаций, отвечающие мировым стандартам, входят Сингапур, Швеция, Новая Зеландия, Финляндия, Дания, США, Гонконг, Турция, Норвегия и Канада. Казахстан в рейтинге стран по уровню развития телекоммуникационных систем уступает не только промышленно развитым, но и многим развивающимся государствам.

Спрос на информационные технологии, современные компьютеры и офисное оборудование в последние годы оказывает существенное влияние на динамику и структуру мировой экономики. Настоящей революцией в сфере информационных технологий стало появление и бурное развитие системы сотовой связи, сформировавшейся к началу третьего тысячелетия в одну из ведущих отраслей мировой экономики.

сотовая связь роуминг

1. Алгоритм функционирования систем сотовой связи

Алгоритмы функционирования систем сотовой связи различных стандартов в основном схожи. Когда подвижная станция находится в режиме ожидания, его приемное устройство постоянно сканирует либо все каналы, либо только каналы управления (КУ). Для вызова абонента всеми БС по каналам управления передается сигнал вызова. ПС вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных КУ. БС, принявшая ответный сигнал, передает информацию о его параметрах на центр коммутации (ЦК), который переключает разговор на ту БС, где зафиксирован максимальный уровень сигнала ПС вызываемого абонента.

Во время набора номера ПС занимает один из свободных каналов, уровень сигнала БС в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от БС или в связи с ухудшением условий распространения сигнала, абонент автоматически переключается на другой свободный канал или другую БС. Специальная процедура, называемая эстафетной передачей (Handover ) позволяет безобрывно переключить разговор на свободный канал другой БС, в зоне действия которой оказался абонент. Для контроля таких ситуаций БС снабжена специальным приемником, периодически измеряющим уровень сигнала от ПС и сравнивающим его с допустимым порогом. (В некоторых моделях ПС также производится периодическое измерение уровня принимаемого сигнала и оценивается его качество). Если уровень сигнала меньше порогового, то информация об этом автоматически передается на центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдает команду на измерения сигнала от данного абонента на другие БС (сразу на несколько), окружающие абонента ПС. После получения ответа от этих БС центр коммутации выбирает наиболее подходящую БС.

В случае, если все каналы БС заняты обслуживанием абонентов и в это время поступает заявка на обслуживание от очередного абонента, то, как временная мера (до освобождения одного из каналов), возможно использование принципа эстафетной передачи даже внутри одной соты. При этом происходит не блокировка вызова, а производится поочередное переключение всех участвующих в связи абонентов с канала на канал. В таком процессе на можно поочередно отдавать некоторое время от всех каналов новому абоненту. Образуется как бы «запасной» канал.

Одна из важнейших услуг сети сотовой связи - предоставление набора услуг для абонента с одной и той же подвижной станции (радиотелефона) в других городах, регионах и даже других странах, так называемый роуминг (Roaming ). Для осуществления такой услуги между операторами сетей сотовой связи должен быть договор на оказание роуминга абонентам, приезжающим из районов, обслуживаемых другими операторами.

2. Инициализация и установление связи

В работе ПС в зоне обслуживания «своей» сети можно выделить четыре режима, сходных по сути для систем разных стандартов:

· режим ожидания;

· режим установления связи (вызова);

· режим ведения связи (телефонного разговора).

Если ПС полностью выключена (обесточена), то после включения питания на ПС автоматически производится процесс инициализации -начального запуска . В течении этого режима происходит настройка ПС на работу в составе системы - по сигналам, регулярно передаваемым базовыми станциями по каналам управления (КУ). По окончании инициализации ПС переходит в режим ожидания. Конкретное содержание операций по инициализации зависит от стандарта системы сотовой связи.

В режиме ожидания , ПС отслеживает:

· изменения информации со стороны системы, связанные как с изменениями в работе системы, так и в связи с перемещениями самой ПС;

· команды системы (например, подтвердить работоспособность, измерить уровень принимаемого сигнала и т.п.;

· получение вызова со стороны системы;

· инициализацию вызова со стороны собственного абонента.

Кроме того, ПС может периодически, например раз в 10-15 минут подтверждать свою работоспособность, передавая соответствующие сигналы на БС или передавать иные сообщения для системы независимо от ведения сеанса связи. В центре коммутации (ЦК) для каждой из включенных ПС фиксируется ячейка, в которой она «зарегистрирована», что облегчает организацию процедуры вызова мобильного абонента. Если ПС не подтверждает свою работоспособность в течении определенного времени, то ЦК считает ее выключенной и поступающий на эту ПС вызов не передается. Поэтому питание ПС обычно не выключается и ПС находится в режиме дежурного приема.

Процедура установления связи заключается в следующем. Если со стороны системы или из сети ТФОП поступает на ЦК вызов номера мобильного абонента, то ЦК направляет этот вызов на БС той ячейки, в которой была зарегистрирована ПС, или на несколько БС в окрестности этой ячейки (с учетом возможного перемещения абонента). БС передают вызов по соответствующим каналам вызова. Если ПС находится в режиме ожидания, то она принимает вызов и отвечает на него через свою БС, передавая одновременно данные для проведения процедуры аутентификации. При положительном результате аутентификации через БС для ПС назначается канал трафика и сообщается номер частотного канала. Подвижная станция настраивается на выделенный канал и совместно с БС выполняет необходимые действия по подготовке к сеансу связи. На этом этапе ПС по сигналам синхронизации настраивается на заданный номер слота в кадре, уточняет задержку во времени, подстраивает уровень излучаемой мощности и т.п. Выбор временной задержки производится с целью временного согласования слотов в кадре (на прием в БС) при организации связи с подвижными станциями, находящимися на разных дальностях от БС. При этом временная задержка передаваемой ПС пачки регулируется по командам БС.

Затем БС выдает сообщение о подаче вызова (звонка), которое подтверждается подвижной станцией, и вызывающий абонент слышит сигнал вызова. Когда вызываемый абонент отвечает на вызов («снимает трубку»), ПС выдает на БС запрос на завершение соединения. С завершением соединения начинается собственно сам сеанс связи (разговор).

В процессе разговора ПС производит обработку передаваемых и принимаемых сигналов речи, а также передаваемых одновременно с речью сигналов управления. По окончании разговора происходит обмен служебными сообщениями между ПС и БС (запрос или команда на отключение с подтверждением), после чего передатчик ПС выключается и станция переходит в дежурный режим (режим ожидания).

Если вызов инициируется со стороны ПС, т.е. абонент ПС набирает вызываемый номер, убеждается по дисплею в правильности набора и нажимает соответствующую кнопку вызова на панели ПС, то ПС передает через свою БС сообщение с указанием номера вызываемого абонента и данными для аутентификации станции. После успешной аутентификации БС назначает канал трафика. Последующие шаги по подготовке сеанса связи производятся таким же образом, что и при поступлении вызова со стороны системы.

Если связь устанавливается между двумя мобильными абонентами, то процедура установления связи практически ничем не отличается от установления связи с абонентами сети ТФОП, поскольку все соединения устанавливаются через коммутатор мобильной связи ЦК (MSC). Ели оба мобильных абонента относятся к одной и той же сотовой системе, то связь устанавливается через ЦК без выхода в на коммутаторы сети ТФОП.

3. Аутентификация и идентификация

Процедуры аутентификации и идентификации выполняются при каждом установлении связи. Аутентификация - процедура подтверждения подлинности (действительности, законности, наличия прав на пользование услугами сети сотовой связи) абонента. Идентификация - это процедура отождествления мобильного аппарата (т.е. подвижной станции). При этом определяется принадлежность ПС к одной из групп, обладающих определенными признаками, а также выявляются неисправные и украденные аппараты.

Идея процедуры аутентификации в цифровой системе заключается в шифровании некоторых паролей-идентификаторов с использованием квазислучайных чисел, периодически передаваемых на ПС с ЦК, и индивидуального для каждой ПС алгоритма шифрования. Такое шифрование с использованием одних и тех же исходных данных и алгоритмов, производится как на ПС так и в ЦК (или в центре аутентификации). Аутентификация считается успешной, если оба результата совпадают.

4. Передача обслуживания (при маршрутизации)

Базовая станция, находящаяся примерно в центре соты, обслуживает все ПС в пределах своей ячейки. При перемещении ПС из одной ячейки в другую, ее обслуживание соответственно передается на другую БС. Процесс передачи обслуживания происходит без прерывания связи, т.е. происходит эстафетная передача обслуживания. Если ПС перемещается из одной соты в другую в режиме ожидания, она просто отслеживает эти перемещения по информации системы, передаваемой по каналам управления, и в нужный момент перестраивается на более сильный сигнал другой БС.

Решение о передаче обслуживания принимает центр коммутации. С центра коммутации на «новую» БС идет команда на передачу обслуживания с целью, чтобы эта БС могла выделить необходимые каналы, а затем на ПС через «старую» БС передаются необходимые команды с указанием нового частотного канала, номера рабочего слота и т.п. ПС автоматически перестраивается на новый канал и настраивается на совместную работу с новой БС. Процесс перестройки занимает доли секунды и остается незаметным для абонента.

5. Роуминг

Роуминг - это функция или процедура предоставления услуг системы сотовой связи абоненту одного оператора в системе другого оператора (разумеется в совместимых стандартах). При перемещении абонента в другую сеть и выходе на связь, центральный коммутатор новой сети запрашивает (по специальным каналам связи) информацию об абоненте из первоначальной сети, где зарегистрирован пользователь. При наличии подтверждения полномочий у абонента новая сеть регистрирует его у себя. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в первоначальной сети и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.

Для организации роуминга участвующие в таком договоре сети должны быть совместимых стандартов. Центры коммутации всех сетей должны быть соединены между собой специальными каналами связи (проводные линии, телефонные линии, радиосвязь и т.п.) для обмена служебными данными.

Различают три вида роуминга: ручной, полуавтоматический и автоматический. При ручном виде роуминга служебных соединений между ЦК может и не быть. Просто при переходе абонента в другую сеть он обменивает свой радиотелефон на другой, подключенный к новой системе. При полуавтоматическом варианте абонент должен предварительно поставить своего оператора в известность о переходе в систему обслуживания другой сети.

Гораздо более сложные операции приходится производить при автоматическом роуминге. Абонент сотовой сети, оказавшийся на территории другой сети инициирует вызов обычным образом, как и в своей сети. ЦК новой сети, убедившись, что в его домашнем регистре HLR этот абонент не значится, воспринимает его как роумера и заносит в гостевой регистр VLR. Одновременно (или с некоторой задержкой) он запрашивает в HLR «родной» системы роумера относящиеся к нему сведения, необходимые для организации обслуживания (оговоренные виды услуг, пароли, шифры), а также сообщает, в какой системе роумер находится в настоящее время. Новое местоположение фиксируется в HLR «родной» системы. После этого роумер пользуется сотовой связью в новой системе как и дома. Вызовы исходящие от него обслуживаются обычным образом, с той только разницей, что относящиеся к нему сведения фиксируются не в HLR. А в VLR. Вызовы, поступающие на номер роумера в его «домашней» сети, переадресуются «домашней» сетью на ту систему, где роумер гостит. По возвращении роумера домой в HLR «родной» системы стирается адрес той системы, где роумер находился, а в VLR той системы, в свою очередь, стираются сведения о роумере.

В стандарте GSM процедура роуминга заложена как обязательный элемент. Кроме того, в стандарте GSM имеется возможность роуминга с SIM - картами с перестановкой этих карт из одного аппарата в другой для поддержания различных вариантов стандарта GSM (GSM-900, GSM-1800? GSM-1900), поскольку во всех трех вариантах стандарта используются унифицированные SIM - карты. Процедура роуминга в стандарте GSM становится еще более удобной с появлением двухрежимных, а в перспективе и трехрежимных абонентских терминалов, обеспечивающих работу во всех диапазонах частот стандарта GSM.

6. Обслуживание вызовов в стандарте GSM

При рассмотрении сотовых телефонных сетей в рамках глобальной сети следует учитывать, что абонентская подключается не просто к коммутатору мобильной связи, а непосредственно в сеть, которая может объединять не только несколько сотовых сетей в пределах одной страны, но и сети многих стран. В общем виде можно выделить следующие зоны обслуживания глобальной сети телефонной связи:

· сота (Cell);

· зона местонахождения или поиска (Location Area);

· зона обслуживания центральным коммутатором мобильной связи (MSC Service Area);

· зона обслуживания сотовой телефонной сети (СТС) общего пользования с несколькими центрами коммутации (PLMN Service Area);

· зона обслуживания глобальной системы (GSM service Area).

Под сотой здесь понимают зону обслуживания оной БС (BTS). Зона местонахождения или поиска объединяет ряд сот контролируемых одним или несколькими контроллерами (BSC), но в пределах одного коммутатора мобильной связи (MSC). При этом в пределах зоны местонахождения абонент может свободно перемещаться без обновления данных в гостевом регистре (VLR). Кроме того, в пределах этой зоны обслуживания осуществляется передача адреса для поиска конкретной ПС.

Зона обслуживания центра коммутации (MSC) является частью общей системы. Абонент зарегистрирован в VLR конкретного ЦК и он может свободно перемещаться в пределах данной зоны обслуживания без передачи его абонентских данных в другой VLR и обновления данных в HLR.

Зона обслуживания систем сотовой связи общего пользования определяется зонами обслуживания каждого центра коммутации, входящего в эту систему и через которые осуществляется выход на другие сети электросвязи, в том числе к другим зонам обслуживания сотовых телефонных сетей общего пользования.

Зона обслуживания глобальной сотовой телефонной сети объединяет все зоны обслуживания национальных сотовых телефонных сетей. При этом имеется ввиду, что все национальные сотовые сети должны быть построены в соответствии со стандартом GSM.

Такой подход к функциональной организации глобальной сети по зонам определяет и систему нумерации сети. Учитывая, что сотовая телефонная сеть GSM может обеспечить связь ПС с абонентами стационарной ТФОП (в перспективе ISDN), а через нее и с абонентами других сетей электросвязи, она должна входить в общий план нумерации стационарной сети ТФОП в соответствии с рекомендациями МККТТ Е.164.

При этом номер подвижной станции в общем плане нумерации MSISDN (Mobile Station ISDN Number) содержит: код страны, код сети, номер абонента. Для России такой номер будет представлен в виде: 7АВСавххххх. Однако СТС GSM является выделенной и может объединять СТС различных стран. Поэтому в соответствии с рекомендациями стандарта GSM в пределах сети GSM принята единая нумерация, и при регистрации абоненту присваивается единый международный номер IMSI, длина которого не должна превышать 15-ти цифр. Структура номера IMSI аналогична структуре номера MSISDN, но под код страны в сети GSM отводится 3 цифры; под код сети 1-2 цифры; под номер абонента максимум 11 цифр. Кроме того, возникает проблема при маршрутизации входящих в ЦК вызовов от сети ТФОП из-за того, что ПС, свободно перемещаясь, может изменить зоны обслуживания (и, например, оказаться в зоне другой АТС с другой нумерацией). Вследствии чего, в отличие от стационарных телефонных сетей, в списочном номере (MSIDN IMSI) не может быть заложен код логического направления связи, однозначно определяющий MSC, в зоне обслуживания которого в данный момент находится вызываемая ПС. Чтобы обеспечить возможность маршрутизации, каждый MSC (VLR) имеет в своем распоряжении совокупность номеров MSRN, которые по требованию предоставляются головному MSC (если система имеет несколько MSC) только на время маршрутизации вызова до конкретного MSC. Учитывая это, номер MSRN в отличие от номера MSISDN содержит не номер абонента, а номер, идентифицирующий MSC. В MSC (VLR) выделенный номер MSRN ставится в однозначное соответствие с номером IMSI вызываемой ПС. Для определения зоны поиска (местонахождения) в сети GSM используется номер LAI, отличающийся от номера IMSI тем, что здесь вместо номера абонента указывается код зоны местонахождения.

Наряду с рассмотренными номерами, используемыми в процессе маршрутизации вызовов, стандартом GSM предусмотрены номер для идентификации оборудования IMEI и временный номер абонента TMSI, используемый для обеспечения конфиденциальности. Номер IMEI включает в себя коды типа оборудования и завода изготовителя, серийный номер. Номер TMSI определяется администрацией сети, и его длина должна составлять не более 4 байт.

Аутентификация абонентов, идентификация оборудования подвижной станции и закрытие информации

Для обеспечения аутентификации и закрытия информации при регистрации абоненту присваивается не только номер IMSI, но и индивидуальный абонентский ключ Ki, который хранится в центре аутентификации (AUC), а также в оборудовании подвижной станции. Абонентский ключ Ki в центре аутентификации используется для формирования триплета: ключа закрытия информации Кc, маркированного отклика SRES и случайного числа RAND (рис. 1). Вначале генерируется случайное число RAND. RAND и Ki являются исходными данными для вычисления Кс и SRES. При этом используются два различных алгоритма вычисления. Сформированные триплеты для каждого из зарегистрированных в сети GSM абонентов передаются в регистр HLR, а при необходимости предоставляются гостевому регистру центра коммутации. Алгоритм вычисления Кс и SRES реализованы не только в центре аутентификации, но и в подвижной станции.

Рис. 1. Формирование Kc, SRES, RAND

В стандарте GSM процедура аутентификации связана с использованием модуля идентификации абонента (SIM). Модуль SIM - это съемная пластиковая карточка, вставляемая в гнездо абонентского аппарата. В этой карточке имеется электронный чип, в котором « зашита» вся необходимая информация. Модуль SIM позволяет вести разговор с любого аппарата однотипного стандарта, в том числе таксофонного. Модуль содержит PIN абонента, идентификатор IMSI, ключ Ki, индивидуальный алгоритм аутентификации абонентаА3, алгоритм А8 вычисления ключа шифрования. Уникальный идентификатор IMSI для текущей работы заменяется временным идентификатором TMSI, присваиваемым аппарату при его первой регистрации в конкретном регионе, определяемом идентификатором LAI, и сбрасываемым при выходе аппарата за пределы этого региона. Идентификатор PIN - это код, известный только абоненту, который должен служить защитой от несанкционированного использования SIM карты. Например, при ее утере. После трех неудачных попыток набора PIN - кода SIM карта блокируется. Блокировка может быть снята либо набором дополнительного кода (известного только абоненту) - персонального кода разблокировки (PUK), либо по команде с центра коммутации.

Процедура аутентификации происходит следующим образом. При запросе ПС доступа к сети центр аутентификации AUC через MSC (центр коммутации) передает ПС случайное число RAND. Подвижная станция, получив число RAND и используя хранящийся у нее абонентский ключ Ki, с помощью алгоритма А3 вычисляет маркированный отклик SRES. Сформировав SRES, подвижная станция передает его в MSC, где происходит сравнение принятого SRES со SRES, вычисленным сетью. При совпадении их для ПС разрешается доступ к сети. Процедура аутентификации осуществляется при регистрации ПС, попытке установления соединения, обновлении данных, а также при активации и дезактивации дополнительных видов обслуживания. Процедура аутентификации приведена на рис. 2.

Рис. 2. Принцип аутентификации

Идентификация самого оборудования пользователя начинается с запроса у ПС номера IMEI. Центр коммутации (MSC) полученный номер IMEI передает в регистр идентификации оборудования EIR (Equipment Identity Register), где имеются три списка оборудования ПС: разрешенные к использованию, запрещенные для использования в системе связи и неисправные. На основании информации списков определяется, к какой группе относится ПС с номером IMEI). Результаты направляются в центр коммутации, где и принимается решение о доступе оборудования пользователя к работе в сети.

Закрытие пользовательской информации, передаваемой по радиоканалу, осуществляется в БС и в ПС. В обоих применяются одни и те же алгоритмы зашифровки передаваемых сообщений. Для закрытия пользовательской информации используются номер цикла доступа и ключ закрытия информации Кс. В БС используется ключ Кс из триплеты, а в ПС он вычисляется на основании полученного случайного числа RAND и абонентского ключа Ki по алгоритму А8.

Алгоритм А8 используется для вычисления для вычисления ключа шифрования сообщений и хранится в модуле SIM. После приема RAND подвижная станция вычисляет, кроме отклика SRAS, также и ключ шифрования Кс, используя RAND, Ki и алгоритм А8 согласно рис. 2. Кроме RAND сеть посылает ПС числовую последовательность ключа шифрования. Это число связано со значением Кс и позволяет избежать формирования неправильного ключа. Значение Кс хранится в ПС и содержится в каждом первом сообщении, передаваемом в сеть.

Рис. 3. Установка режима шифрования

Для установки режима шифрования сеть передает на ПС команду CMC (Ciphering Mode Command) на переход в режим шифрования, после чего Пс используя ключ Кс приступает к шифрованию и дешифрованию сообщений. Поток передаваемых данных шифруют бит за битом или поточным шифром, используя алгоритм шифрования А5 и ключ Кс. Процедура установки режима шифрования представлена на рис. 3.

Заключение

В каждой стране управление телекоммуникационной отраслью имеет свою специфику. Однако появление цифровых технологий и массовое внедрение услуг по предоставлению доступа в сеть Интернет привели к тому, что сегодня практически любой оператор связи работает не только на локальном (региональном или общенациональном), но и на мировом рынке телекоммуникационных услуг.

Появление цифровых технологий способствовало радикальным изменениям в телекоммуникационной отрасли. Услуги традиционной голосовой связи начали вытесняться интерактивными услугами, такими как Интернет, передача данных, мобильная связь.

Но, несмотря на перемены, отечественный рынок услуг связи остается достаточно замкнутым. С одной стороны это обусловлено огромными масштабами территории страны, благодаря которым формируются основные доходы операторов связи. С другой - Казахстан пока находится вне мирового рынка международного трафика, что до сих пор было следствием недостаточно высокого уровня цифровизации основных каналов и более низкого качества связи по сравнению с мировыми стандартами. возрастать.

Несмотря на высокие темпы внедрения современных технологий, процент охвата населения РК новыми видами связи, такими как сотовая связь, пейджинг, Интернет остается низким.

Список использованных источников

1. Ю.А. Громаков. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM. "Электросвязь". N 10. 1993. с. 9-12.

M.Mouly, M.B.Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p.p. 702.

A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House, Boston-London. 1994.p.p.460.

4. Ю.А. Громаков. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM."Электросвязь".N10.1993.с.9-12.

5. W. Heger. GSM vs. CDMA. GSM Global System for Mobile Communications. Proceedings of the GSM Promotion Seminar 1994 GSM MoU Group in Cooperation with ETSI GSM Members. 15 December 1994. p.p. 3.1-1 - 3.1-18.

Сукачев Э.А. Сотовые сети радиосвязи с подвижными объектами: Учебн пособие. - Изд. 2-е, испр. и дополн. - Одесса: УГАС, 2000. - 119с

Ю.А. Громаков. Сотовые системы подвижной радиосвязи. Технологии электронныхкоммуникаций. Том 48. "Эко-Трендз". Москва. 1994.

Сегодня мобильный интернет стал привычным для пользователей сотовой связи. Такие возможности появились благодаря её прогрессу, который в хронологическом порядке можно представить так:

1984 – 1G – аналоговый стандарт, обеспечивающий только голосовую связь при скорости передачи данных – 1,9 кбит/с;
1991 – 2G – это уже стандарты цифровые, обеспечивают скоростью 9,6 кбит/с, возможен обмен SMS сообщениями (самые распространённые – CDMA, GSM);
1999 – стандарт GPRS, промежуточный, является продолжение GSM , реализована пакетная передача цифровой информации, и позволяет использовать интернет с теоретической скоростью более 100 кбит/с, реально – в 2–3 раза медленнее из-за загруженности сети;
2003 – усовершенствованная технология EDGE для сетей GSM и TDMA со скоростью до 384 кбит/с;
2002 – 3G, представлена стандартами – UMTS, продолжением GSM, и CDMA2000, благодаря скорости до 2 Мбит/с обеспечивает видеосвязь и просмотр видео;
2008–2010 – появление технологии 4G, ориентированной именно на передачу мегаобъёмов данных на скорости до 1Гит/с, её наиболее распространённые стандарты WiMAX и LTE сегодня обеспечивают 100–300 Мбит/с на приём.

Какие технологии используют российские операторы мобильной связи

В настоящее время в России лучше всего развиты сети поколения 2G, использующие EDGE и GPRS. Они обеспечивают практически полное покрытие территории РФ, и предоставляют интернет-доступ, возможность голосовой связи и обмена СМС. Из работающих в 2G крупнейших провайдеров большинство использует стандарт GSM, а СКАЙЛИНК – CDMA.

Сети 3G работают по технологии WCDMA, обеспечивая скорость порядка 10 Мбит/сек, достаточную для видеозвонков. Такую услугу предоставляют многие крупные операторы, обеспечивая покрытие в больших городах.

Сеть 4G первой появилась в Новосибирске. Сегодня сети 4G работают в 79 регионах РФ. Данную услугу предоставляют операторы Yota Freshtel, МТС, Билайн, МегаФон. Технология LTE в России используется только для выходя в интернет, не для голосовой связи. При этом нужна специальная SIM карта и мобильное устройство нового поколения.

При выборе смартфона учитывают, в каком стандарте работает оператор, услугой которого вы пользуетесь. Обычно для разговора дешевле обходятся тарифы сетей 2G, но для интернета они слишком медленные. Поэтому выгодно использовать поддерживающий нужные стандарты смартфон на 2 SIM карты: одна – для разговора, вторая – для интернета.

Вряд ли возможно сегодня найти человека, который бы никогда не пользовался сотовым телефоном. Но каждый ли понимает, как работает сотовая связь? Как устроено и работает то, к чему мы все давно привыкли? Передаются ли сигналы от базовых станций про проводам или все это действует как-то иначе? А может быть вся сотовая связь функционирует лишь за счет радиоволн? На эти и другие вопросы попробуем дать ответ в нашей статье, оставив описание стандарта GSM за ее рамками.

В момент, когда человек пытается совершить вызов со своего мобильного телефона, или когда начинают звонить ему, телефон посредством радиоволн подключается к одной из базовых станций (наиболее доступной), к одной из ее антенн. Базовые станции можно наблюдать то там, то тут, взглянув на дома наших городов, на крыши и на фасады промышленных зданий, на высотки, наконец на специально возведенные для станций мачты красно-белого цвета (особенно вдоль автострад).

Станции эти выглядят как прямоугольные коробки серого цвета, из которых в разные стороны торчат разнообразные антенны (обычно до 12 антенн). Антенны здесь работают как на прием, так и на передачу, и принадлежат они оператору сотовой связи. Антенны базовой станции направлены во всевозможные стороны (сектора), чтобы обеспечить «покрытие сетью» абонентам со всех сторон на расстоянии до 35 километров.

Антенна одного сектора в состоянии обслуживать одновременно до 72 звонков, и если антенн 12, то представьте себе: 864 звонка способна в принципе обслужить одна крупная базовая станция одновременно! Хотя обычно ограничиваются 432 каналами (72*6). Каждая антенна соединена кабелем с управляющим блоком базовой станции. А уже блоки нескольких базовых станций (каждая станция обслуживает свою часть территории) присоединяются к контроллеру. К одному контроллеру присоединяется до 15 базовых станций.

Базовая станция в принципе способна функционировать на трех диапазонах: сигнал 900 МГц лучше проникает внутрь зданий и сооружений, распространяется дальше, поэтому именно данный диапазон часто используют в деревнях и на полях; сигнал на частоте 1800 МГц распространяется не так далеко, но на одном секторе устанавливают больше передатчиков, поэтому в городах ставят чаще именно такие станции; наконец 2100 МГц — это сеть 3G.

Контроллеров, конечно, в населенном пункте или районе, может быть несколько, поэтому контроллеры, в свою очередь, присоединяются кабелями к коммутатору. Задача коммутатора — связать сети операторов мобильной связи друг с другом и с городскими линиями обычной телефонной связи, междугородной связи и международной связи. Если сеть небольшая, то достаточно одного коммутатора, если крупная — используются два и более коммутаторов. Коммутаторы объединяются между собой проводами.

В процессе перемещения человека, разговаривающего по мобильнику, по улице, например: идет он пешком, едет в общественном транспорте, или передвигается на личном авто, - его телефон не должен ни на мгновение потерять сеть, нельзя оборвать разговор.

Непрерывность связи получается благодаря способности сети базовых станций очень оперативно переключать абонента с одной антенны на другую в процессе его перемещения от зоны действия одной антенны — в зону действия другой (от соты к соте). Абонент сам не замечает, как перестает быть связан с одной базовой станцией, и подключен уже к другой, как переключается от антенны — к антенне, от станции — к станции, от контроллера — к контроллеру…

При этом коммутатор обеспечивает оптимальное распределение нагрузки по многоуровневой схеме сети, чтобы снизить вероятность выхода оборудования из строя. Многоуровневая сеть строится так: сотовый телефон — базовая станция — контроллер — коммутатор.

Допустим, мы совершаем вызов, и вот сигнал уже добрался до коммутатора. Коммутатор передает наш звонок в сторону абонента назначения — в городскую сеть, в сеть международной или междугородней связи, либо на сеть другого мобильного оператора. Все это происходит очень быстро с использованием высокоскоростных оптоволоконных кабельных каналов.

Далее наш звонок поступает на коммутатор, что расположен на стороне принимающего звонок (вызываемого нами) абонента. В «приемном» коммутаторе уже есть данные о том, где находится вызываемый абонент, в какой зоне действия сети: какой контроллер, какая базовая станция. И вот, с базовой станции начинается опрос сети, находится адресат, и на его телефон «поступает вызов».

Вся цепочка описанных событий, с момента набора номера до момента раздавшегося на принимающей стороне звонка, длится обычно не более 3 секунд. Так мы можем сегодня звонить в любую точку мира.

Андрей Повный