Сотовая система связи

Введение

В начале XX века, на первом этапе развития радиотехники, радиосвязь начала развиваться  как морская подвижная связь. В те годы этот вид связи являлся  единственно возможным для организации  связи судов между собой и  с берегом. Фирмой "Маркони" в  Великобритании, а затем и на предприятиях других стран (России, США, Франции и  Германии) было организовано производство судовых искровых радиостанций. До 1904 года более пятидесяти судов военно-морского флота России было оснащено судовыми радиостанциями. Широкое внедрение средств судовой подвижной связи, существенно повышающей безопасность плавания, обусловило необходимость принятия международных правил радиообмена и стандартов на средства морской радиосвязи. Такие правила и стандарты были приняты на Первой Международной конференции по радиосвязи в Берлине в 1903 году. Техника морской подвижной связи развивалась и продолжает развиваться параллельно с техникой систем наземной связи.

Потребности в средствах наземной подвижной связи для оперативного управления действиями полиции привели  в 1921 году к созданию в США первой диспетчерской системы телеграфной  подвижной связи. По сути, это оказалась  система пейджинговой связи, так  как она была однонаправленного  действия и служила для передачи распоряжений дежурным бригадам полиции.

На начальном этапе развития систем наземной подвижной связи  в них использовались телеграфные  режимы работы, а позже - телефонные режимы с применением для передачи сообщений AM. В 1940 году в США в диапазоне ОВЧ создается первая система подвижной связи с использованием ЧМ.

Эффективность наземной подвижной  связи для управления в службах  безопасности (полиция, пожарная служба, скорая помощь и т. п.), для управления работой транспорта и в других областях приводит к быстрому прогрессу в этой области. В 1948 году создается первая полностью автоматическая радиотелефонная система подвижной связи без участия диспетчера. В СССР серийный выпуск первых отечественных станций подвижной связи был налажен в 1952 году. Во второй половине XX века появляются и параллельно развиваются различные виды подвижной связи: системы пейджинговой (поискового радиовызова - ПРВ), транкинговой и сотовой связи.

Глава1. Пейджинговая система связи.

1.1.Общие  сведения о пейджинговой системе  связи

 
Пейджер (от англ. to page — вызывать, выкликать) — приемно-передающее устройство персонального радиовызова. 
 
Пейджинговая связь появилась в середине 1950-х гг. и воспринималась неоднозначно, поскольку наряду с высокой оперативностью и низкой стоимостью она до сих пор еще является в основном односторонним видом связи. В 1990-х гг. на фоне стремительного развития сотовой связи ожидалось снижение популярности пейджинговой связи. Однако этого не произошло, поскольку были разработаны высокоскоростные протоколы обмена и появились системы двухсторонней связи. Система персонального радиовызова (в данном случае по средствам пейджера) является удобной технологической разработкой, для той части нашего общества, которой необходимо по профессиональным или иным причинам постоянно находиться в "поле зрения" организации или группы лиц. Система персонального радиовызова, с момента разработки, сразу же нашла применение среди спецслужб, врачей и т.д. Радиус действия обычно ограничивался по площади объекта (больница, завод, охраняемая территория и т.п.) Пользователями системы персонального радиовызова становилось всё большее количество людей, увеличивалась и зона обслуживания. В наши дни система персонального радиовызова используется в основном рядовыми гражданами. Такое расширение системы привело к понятию система персонального радиовызова общего пользования.

В зависимости от количества абонентов варианты построения системы персонального радиовызова  подразделяются: на малые, средние и  большие системы. Пример построения малой системы приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Малая система  ПРВ.

Малая система рассчитана на обслуживание 150-250 абонентов. Она состоит из автоматизированного  рабочего места оператора, базовой  передающей станции и антенно-фидерного  тракта. Функциональные возможности (определяемые установленным программным обеспечением) автоматизированного рабочего места  следующие:

• набор и отправка сообщений на текстовой и цифровой пейджер;
• длинна сообщения до 400 символов (конкретная программа);
• групповые сообщения;
• подготовка сообщений с клавиатуры или из файла;
• нумерация сообщений;
• встроенный кодировщик POCSAG-сигнала;
• операционная система - DOS/WINDOWS;

Пример построения большой  системы показан на рисунке 2. Информация, передаваемая на пейджер, поступает  в пейджер-центр следующим образом:

• с городского телефона;
• с удаленных терминалов;
• с городских справочных служб;
• роуминг с другими пейджинг-центрами;
• через электронную почту INTERNET-mail.

Сообщения через городскую  АТС по многоканальной линии поступает  на офисную АТС операторского  зала.

При передаче сообщения с  помощью городского телефона пользователь сообщает оператору номер пейджера, на который надо передать сообщение, и непосредственно текст самого сообщения. Оператор вводит номер пейджера и сообщение в компьютер. С компьютера информация через концентратор локальной вычислительной сети и центральный диспетчерский пульт, поступает на пейджинг-терминал, который кодирует сообщение, предназначенное для отправки на пейджер, в формат протокола передачи данных (например, POCSAG) и передает сформированные данные на передатчик, предназначенный для преобразования кодированных сообщений в высокочастотный сигнал, его усиления и передачи на АФУ для излучения в эфир на пейджеры и ретрансляторы.

При наличии телефона с  DTMF прием цифровых сообщений может быть автоматическим. При таком способе приема сообщений пользователь после набора номера пейджер-центра подключается к оператору-автомату DTMF. При наборе пользователем номера пейджера и сообщения с помощью кнопок телефона оператор-автомат DTMF автоматически фиксирует сообщение и передает на концентратор ЛВС для последующей передачи на пейджер.

Сообщения, пришедшие с  удаленных терминалов, других пейджер-центров или из электронной почты INTERNET коммутируются на соответствующие серверы, а с них на концентратор ЛВС. Все это происходит автоматически.

Для предоставления абонентам  справочной информации в пейджер-центрах существует справочная служба, которая позволяет реализовать получение абонентами пейджеров справочной информации по следующим разделам:

• авиа и ж/д справки;
• справки о телефонах и адресах;
• данные о цене купли-прадаже наличной валюты в банках города;
• сведения о рецептуре культурных и зрелищных учреждений;
• справка - как проехать по городу.

Справочная информация в пейджинг-центр  поступает из городских справочных служб к оператору справочной службы, который формирует и отправляет справочную информацию на пейджеры абонентов.

1.2Виды пейджинговых сетей

 
^ Пейджинговые сети связи организованы по радиальному и сотовому принципам, могут быть односторонними и двухсторонними. 
 
Односторонние пейджинговые сети имеют широкое применение, поскольку предполагают сплошное перекрытие всей зоны обслуживания. На рис. 2 приведена структурная схема односторонней пейджинговой сети. 
 
 
Рис. 2 Структурная схема односторонней пейджинговой сети. 
Основой пейджинговой сети является пейджинговый терминал: приемно-передающее устройство с контроллером, ретранслятором, пультом управления и антенной. На пейджинговый контроллер сети информация поступает через интерфейс доступа, который является системой сбора и обработки поступающей информации и в общем случае включает в себя локальные рабочие места операторов, соединенные с коммутационным сервером сети. Для передачи информации могут использоваться телефон, радиотелефон, телефакс, модем. Некоторые пейджинговые компании предоставляют возможность передавать сообщения на пейджер непосредственно с персонального компьютера по электронной почте (е-mail) или через Internet. Для приема информации используется миниатюрный УКВ-приемник — пейджер, работающий в диапазоне частот 146— 174 МГц. 
Современный уровень телекоммутационной техники позволяет построить пейджинговую сеть любого размера: от офисной до общегосударственной. Наиболее характерны три вида этих систем: корпоративные, локальные и региональные. 
^ Ведомственные, или локальные, пейджинговые сети используются в рамках какого-либо предприятия (вокзалы, аэропорты), имеют радиус действия до пяти километров, ограниченное количество абонентов и построены по радиальному принципу. 
^ Городские пейджинговые сети отличаются радиусом действия в десятки километров и охватывают несколько тысяч абонентов. 
Региональные пейджинговые сети охватывают еще большую территорию, и поэтому при их создании используется такой же принцип, как и в радиотелефонной сотовой сети. Такие системы имеют наиболее развитые функциональные и сервисные возможности. 
Двухсторонние пейджинговые сети позволяют не только посылать сообщения, но и получать ответ на них. Они используются также для обмена информацией между абонентом и оператором сети, между двумя абонентами. Пейджер для двухсторонней связи отличается от обычного наличием маломощного передатчика. Владелец двухстороннего пейджера имеет возможность принимать сообщения длиной до 500 символов и посылать ответные сообщения длиной до 150 символов. Пейджеры нового поколения имеют возможность при помощи Internet принимать и посылать сообщения, передаваемые по электронной почте. 
^ Спутниковые системы персонального радиовызова — глобальные системы оповещения с доставкой кодированных сообщений абонентам в любую точку земного шара (рис. 8.6). Первая спутниковая система одностороннего персонального радиовызова SkyTel, разработанная в 1995 г., предназначена для передачи сообщений мобильным пользователям от абонентов наземных телефонных сетей общего пользования. Спутниковая система персонального радиовызова ориентирована на следующие группы пользователей: суда и коммерческие самолеты, находящиеся вне зоны действия наземных служб передачи данных; организации, обеспечивающие добычу энергоносителей и различных природных ресурсов в отдаленных регионах; геологов и путешественников. 
 
 
 
Рис 3. Спутниковые системы персонального радиовызова. 

1.3. Пейджинговые стандарты.

 
^ Пейджинговые стандарты кодирования информации — это набор технических характеристик функций пейджеров, значений скорости передачи, протоколов, параметров связи. Под протоколом понимается совокупность правил, регламентирующих форматы и процедуры обмена информацией. 
^ Первым пейджинговым стандартом, на котором основан односторонний протокол обмена, был TWO TONES (два тона), основанный на посылке сигнала в виде комбинации двух частот. Этот стандарт обеспечивал короткую звуковую сигнализацию вызова и позволял обслужить только небольшое количество абонентов. 
В большинстве пейджинговых систем используется международный стандарт POCSAG (Post Office Code Standartisation Advisory Group). Этот стандарт обеспечивает обслуживание до 2 млн абонентов и позволяет передавать как тональные, так и текстовые кодированные сообщения и используется более чем в 80 % сетей всего мира. Скорость передачи информации 512, 1200 и 2400 бит/с. Благодаря широкому применению стандарта, легко решаются вопросы роуминга. 
Роуминг — режим работы, при котором информация, адресованная абонентам некоторой пейджинговой сети, может поступать к ним в различных городах, поскольку разные компании-операторы без особых проблем могут передавать и переадресовывать клиентов друг другу. 
В настоящее время в Казахстане рассматриваются возможности построения систем персонального радиовызова на основе общеевропейского пейджингового стандарта ERMES. Основное достоинство стандарта ERMES в том, что он полностью совместим с европейским стандартом GSM сотовой радиосвязи. 
В отдельных пейджинговых компаниях внедряется высокоскоростной стандарт FLEX (Flexibility — гибкий), который позволяет одновременно обслуживать до 3,5 млрд абонентов в одной системе. Максимальная скорость передачи сообщений в одной системе 6400 бит/с, что значительно выше, чем в протоколе POCSAG. В последнее время на основе стандарта FLEX создается семейство высокоскоростных протоколов ReFLEX и InFLEX. Протокол ReFLEX дает возможность двухсторонней передачи, т. е. владелец пейджера может не только принимать сообщение, но и посылать подтверждение о его получении либо кратко отвечать с помощью заранее предусмотренного кода; максимальная скорость передачи в этом протоколе 25,6 Кбит/с. Протокол InFLEX отличается еще большей скоростью передачи — до 112 Кбит/с. 
Стандарт Nexus разработан для двухсторонней пейджинговой связи и отличается тем, что при организации обратной связи с пейджера можно осуществлять побуквенный набор ответного сообщения. 

1.4. Пейджеры и их виды.

 
Пейджеры в общем случае представляют собой миниатюрные УКВ-приемники, снабженные декодером, устройством  обработки и хранения информации, устройством отображения информации и сигнализации. Структурная схема  пейджера дана на рис. 4. Пейджеры подразделяются на тональные, цифровые и текстовые. 
 
 
 
Рис 4. Структурная схема пейджера. 
 
 
Тональные и «голосовые» пейджеры — самые простые, дешевые и малогабаритные (размером со спичечный коробок), извещают абонента о вызове вибрационным, звуковым или световым сигналом. При этом тип оповещательного сигнала может условно кодировать одно из пяти-шести заранее выбранных абонентом сообщений: позвонить в голосовой почтовый ящик, позвонить в офис, позвонить домой и т. п. Тональные пейджеры применяются достаточно редко. 
«Голосовые» пейджеры применяются в служебных сетях и позволяют после прохождения сигнала вызова прослушать речевое сообщение. 
^ Цифровые пейджеры работают исключительно с цифровыми сигналами, имеют, как правило, дисплей и оперативную память. На ЖК-дисплей передается цифровое сообщение (номер телефона, по которому нужно позвонить; время некоторого заранее обусловленного события; курс акций и т.п.). Такой пейджер обычно используется совместно с голосовым почтовым ящиком (ГПЯ), организуемым практически в каждой пейджинговой системе. В этом случае на пейджер выдается только сообщение о наличии в ГПЯ информации в адрес абонента. Но содержание этой информации абонент может раскрыть для себя, позвонив в почтовый ящик с любого близлежащего телефона (доступ в ГПЯ конфиденциальный), — по идентификатору и/или паролю. Цифровые пейджеры работают в стандарте POCSAG. 
^ Текстовые, или буквенно-цифровые, пейджеры пользуются наибольшей популярностью. Их модели весьма разнообразны. Информация отображается на многострочном жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ). Память содержит более 18 000 знаков. Сообщения выводятся как на русском, так и на английском языках. В качестве дополнительных функций текстовые пейджеры имеют часы, будильник, систему регистрации даты и времени поступления сообщения, обеспечивают просмотр и селективный выбор сообщений. Текстовый пейджер может служить записной книжкой, ежедневником с системой таймеров, оповещающих о времени намеченной встречи или телефонного звонка. 
^ Сервисные услуги пейджинговой связи, получаемые пейджером, зависят от оператора, которым он обслуживается. Многие современные компании-операторы предоставляют следующие дополнительные услуги:

•  
  роуминг с другими операторами пейджинговой связи, в том числе за рубежом;
•  
  работу в информационных компьютерных сетях;
•  
  голосовую почту с длительным хранением голосовых сообщений;
•  
  организацию персонального автоответчика;
•  
  получение сообщений по факсу и по электронной почте;
•  
  передачу сообщений с переводом на заранее указанный язык;
•  
  напоминание в нужное время о неотложных делах (функции секретаря);
•  
  получение информации о срабатывании охранной сигнализации квартиры, офиса, машины при условии подключения этой сигнализации к какому-либо телефону или радиотелефону;
•  
  при двухсторонней связи включение и отключение сигнализации, других элементарных операций управления;
•  
  передачу оперативных новостей: итоги валютных торгов и другие финансовые новости, прогнозы погоды в разных регионах, транспортная хроника, юридическая информация, анонсы концертов и дискотек и др. по нескольким информационным каналам.

Глава 2. Транкинговые системы связи

Транкинговыми системами называются радиально-зоновые системы наземной подвижной радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов между абонентами. Это достаточно общее определение, но оно содержит совокупность признаков, объединяющих все транкинговые системы, от простейших SmarTrunk до современных TETRA. Термин "транкинг" происходит от английского Trunking, что можно перевести как "объединение в пучок".

2.1 Архитектура транкинговых систем

Однозоновые системы

Основные архитектурные  принципы транкинговых систем легко просматриваются на обобщенной структурной схеме однозоновой транкинговой системы, представленной на рис.1. Инфраструктура транкинговой системы представлена базовой станцией (БС), в состав которой, помимо радиочастотного оборудования (ретрансляторы, устройство объединения радиосигналов, антенны), входят также коммутатор, устройство управления и интерфейсы различных внешних сетей.

Рис.1. Структурная схема  однозоновой транкинговой системы

Ретранслятор. Ретранслятор (РТ) - набор приемопередающего оборудования, обслуживающего одну пару несущих частот. До последнего времени в подавляющем большинстве ТСС одна пара несущих означала один канал трафика (КТ). В настоящее время, с появлением систем стандарта TETRA и системы EDACS ProtoCALL, предусматривающих временное уплотнение, один РТ может обеспечить два или четыре КТ.