Краткий итоговый обзор основных сетей сотовой связи
Изначально все абоненты обслуживались одной базовой трансиверной станцией станции BTS,что вызывало следующие проблемы:
- Ограничение передвижения в зоне действия базовой станции BTS.
- Затухание радиосигнала к периферии.
- С увеличением мощности базовой станции, возрастает вредное воздействие на человека, окружающую среду и создаются промышленные помехи, которые в свою очередь, ухудшают качество связи.
- Ограниченное число радиоканалов (узкий частотный диапазон) - не позволяет увеличивать число обслуживаемых абонентов.
- Большие и тяжелые мобильные станции MS (телефоны).
Для того чтобы устранить большинство недостатков такой системы необходимо:
- Увеличить количество базовых станций.
- Разделить территорию покрытия на зоны (ячейки, или соты).
- В центре каждой ячейки установить базовую станцию BTS.
- Мощность передатчиков MS и BTS уменьшить до минимальной величины, но достаточной для устойчивой связи между мобильной станцией и базовой станцией.
С увеличением числа BTS, появляются новые проблемы, т.к. называемые "мертвые зоны" или места перекрытия сигналов, для устранения которых используется гексагональная форма зон покрытия (ячеек, сот). В системе, которая использует в качестве геометрической формы ячеек равносторонний шестиугольник, нет зон перекрытия радиосигналов и пропусков участков покрытия - "мертвых" зон.
В шестиугольной сотовой структуре повтор одинаковых частот возможен через две ячейки, что решает проблему дефицита радиоканалов.
Используя семь несущих частот, можно покрыть зону обслуживания всей сети сотовой связи.
Радиус сот увеличивается к периферии от густо населенных центров, что позволяет экономить количеств базовых станций BTS, увеличивая их мощность.
Разделение сот, в зависимости от их зоны обслуживания:
- Пикосота - до 100,0м - дома, крупные офисные центры, выставки, магазины.
- Микросота - от 50,0м до 300,0м - города.
- Макросота - от 1,0км до 20,0км - пригороды крупных городов.
- Гиперсота - больше 20,0км - малонаселенная местность.
Все базовые станции соединены с центром коммутации сотовой связи
(коммутатором). Коммутатор осуществляет связь с городской телефонной сетью, междугородными и международными линиями связи.
Основной принцип сотовой связи состоит в следующем: в мобильном телефоне сотовой связи встроен приемо-передатчик, который при переходе из одной соты в другую, перестраивается на частоту другой базовой станции, сигнал которой выше по уровню мощности. Это происходит, кода мобильный телефон включен, не зависимо от того, находится в рабочем режиме или режиме ожидания.
Таким образом, система всегда "знает" местоположение мобильной станции.
Множественный доступ и организация каналов в сети GSM.
Передача данных осуществляется по радиоканалам. Сети GSM работают в диапазоне 900,0мГц, 1800,0мГц, 1900,0мГц.
Частотный диапазон, используемый для стандартов GSM900, GSM1800, разделяется на две полосы: нижняя полоса (от MS к BTS - исходящая линия связи) и верхняя полоса (от BTS к MS - нисходящая линия связи).
Физическое соединение обеспечивается двумя несущими частотами в верхней и нижней полосах и временным интервалом (стандарт TDMA - множественный доступ с разделением каналов).
Каналы передачи от мобильной станции MS к базовой станции BTS называются восходящими (исходящими), каналы передачи от базовой станции к мобидьной станции - нисходящими. Один частотный канал занимает полосу 200,0кГц.
Всего в полном диапазоне системы GSM 900 размещается 124 частотных канала, в системе GSM1800 - 374 частотных канала. В стандарте GSM применяется множественный доступ с временным разделением каналов TDMA. В стандарте TDMA каждый частотный канал разделяется во времени между несколькими мобильными станциями пользователей, т.е. частотный канал предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени.
На одной несущей частоте можно организовать 8 временных интервалов.
Технолоия CSD - Circuit Switched Data - передача данных по коммутируемым каналам связи. Основные характеристики:
- При использовании CSD информация передается по одному выделенному радиоканалу.
- Скорость передачи данных - 9,6кбит/с.
- Зона CSD соответствует зоне GSM.
- Тарификация CSD-услуг зависит от времени занятия канала связи и не зависит от объема переданных или полученных данных.
- СSD-соединение надежно.
Технология WAP - Wireless Application Protocol - протокол беспроводных приложений
WAP - технология (стандарт) доступа к ресурсам Интернет посредством мобильного телефона, без дополнительных устройств: компьютера, модема.
WAP - Wireless Application Protocol - это стандарт, с помощью которого информация из Интернет передается на небольшой дисплей мобильного телефона. В этом заключается основное отличие технологии WAP от привычных методов доступа в Интернет, которые обеспечивают обмен информацией и просмотр Web-сайтов (протоколы HTTP и TCP/IP).
Стандарт WAP учитывает особенности мобильных станций MS, а также беспроводного доступа:
- малый объем памяти мобильной станции MS;
- малый размер дисплея мобильной станции, а также ограниченные возможности клавиатуры;
- низкую скорость процессора;
- низкую пропускную способность канала связи;
- возможные большие задержки в передаче данных.
Внедрение WAP позволяет оптимально использовать для доступа в Интернет мобильный телефон, однако влечет определенные изменения в структуре доступа пользователя к информации на сайтах в Интернет.
Большинство информации в Интернет хранится в виде файлов, написанных определенным образом на языке программирования HTML - Hyper Text Markup Language - язык гипертекстовой разметки - простой язык гипертекстового форматирования, в котором используются тэги - tag - признаки, определяющие тип данных.
Домашний компьютер с помощью модема загружает из Интернет (с различных Web-серверов - хранилищ информации) файлы.
Специальная программа, называемая браузером (Internet Explorer, и др.) расшифровывает эти файлы и переводит информацию из запрограммированного вида в обычное наглядное изображение на дисплее.
Место модема и компьютера в системах GSM занимают модем и специальный браузер, встроенный в мобильную станцию пользователя. Запрос с мобильной станции поступает в WAP-шлюз Оператора связи. Этот шлюз является "переводчиком" между мобильной станцией MS и обычным Web-сервером Интернет. Для осуществления обмена информацией используется специальный "беспроводный гипертекстовый язык" - WML. WAP-браузер расшифровывает и преобразует информацию из запрограммированного вида в изображение на дисплее мобильного телефона. WML позволяет использовать для оформления страниц текст и простейшую графику. Чтобы пользоваться WAP, необходимо иметь мобильный телефон с WAP-браузером, который позволит просматривать WAP-страницы. WAP-браузер имеют не все мобильные телефоны. Важно не только наличие WAP-браузера, но и его версия (модификация).
В настоящий момент их четыре: версия 1.0, 1.1, 1.2 и 2.0 . Версия 1.0. давно не используется, а WAP 1.2 и 2.0 используются во многих моделях мобильных станций MS. Для работы с WAP мобильные станции должны быть предварительно настроены, согласно требованиям Операторов связи.
Технология GPRS - General Packet Radio Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу
Для достижения высокой скорости передачи данных, а также изменения идеологии системы оплаты была разработана технология GPRS - General Packet Radio Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу.
Принцип ее работы заключен в названии. Весь объем информации, передаваемый пользователем, разбивается на пакеты, каждый из которых "становится в очередь на передачу". При освобождении каналов базовой трансиверной станции BTS мобильная станция MS начинает осуществлять передачу этих пакетов.
Мобильная станция может одновременно отслеживаться и, соответственно, обслуживаться несколькими базовыми станциями.
Маршрут любого из пакетов данных может быть различным.
Каждый пакет имеет адрес, где записан конечный пункт передачи пакета данных, поэтому на приеме вся информация собирается воедино.
В результате увеличивается скорость за счет одновременной передачи нескольких пакетов по разным маршрутам.
Благодаря тому, что "пакеты" данных предполагается передавать одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи, введение GPRS будет способствовать более рациональному распределению радиочастотного ресурса.
Речевой трафик имеет безусловный приоритет перед передачей данных, поэтому скорость передачи информации (пакетов данных) определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и нагрузкой сети (трафиком).
Схемы кодирования.
Технология GPRS предусматривает использование четырех схем кодирования (Coding Schemes - CS - схемы кодирования): CS1, CS2, CS3, CS4. -CS1.
В режиме GPRS каждой мобильной станции MS может предоставляться от 1 до 8 временных интервалов.
Схемы кодирования определяют скорость передачи пакетов данных:
- при использовании CS1 скорость почти не отличается от скорости передачи
GSM 900 - 9,6кбит/с - в одном временном интервале (тайм-слоте), но при использовании всех 8 тайм-слотов - скорость достигнуть 72,4кбит/с;
- при использовании CS2 - соответственно: 13,4кбит/с и 107,2кбит/с;
- при использовании CS3 - соответственно: 15,6кбит/с и 124,8кбит/с;
- при использовании CS4 - соответственно: 21,4кбит/с и 171,2кбит/с;
Во время передачи пакетов данных ресурсы каналов связи могут выделяться независимо друг от друга, т.е. в системе допускается реализация симметричного и асимметричного режимов передачи данных. Теоретически скорость передачи данных в GPRS-системе может достигать 171,2 (8х21,4)кбит/с - если применить схему кодирования CS4.
Сервис MMS
MMS - Multimedia Message Service - сервис мультимедиа сообщений - это сервис мультимедийных сообщений. Благодаря этой технологии, появляется возможность передавать и принимать на мобильный телефон текст, графику, музыку и видео.
ММS во многом напоминает SMS - Short Messaging Service - службу коротких сообщений, но в отличие от SMS обеспечивает обмен мультимедийными сообщениями.
Это означает, что отправляемый текст может быть, иллюстрирован рисунком или фотографией формата GIF и JPEG, снабжен аудиоклипы или видеоклипом MPEG4, MP3 и MIDI.
Любое мультимедийное сообщение состоит из одного или нескольких элементов, которые могут комбинироваться. Это может быть фотография, сопроводительный текст и аудиоклип с синхронным проигрыванием. Пользователь мобильного устройства может самостоятельно создавать мультимедийные сообщения, используя готовые шаблоны, или загружать фотоизображения из встроенной или подключенной цифровой камеры. Кроме того, видеоклипы и аудиоклипы, а также графические изображения с высоким разрешением могут быть загружены из специализированных WAP-сайтов.
MMS-сообщения можно посылать не только с мобильного телефона на другой мобильный телефон, но и по электронной почте в компьютер адрессата. Для этого вместо номера мобильного телефона получателя нужно ввести адрес его электронной почты.
Технология MMS представляет собой комплексное решение, которое состоит из поддерживающих передачу и прием мультимедийных сообщений мобильных станций MS, MMSC - Multimedia Messaging Service Center - центра обработки мультимедиа-сообщений и дополнительных мультимедия-приложений (новости, игры и т. д.). Мобильным терминалом может быть мобильный телефон, коммуникатор или подсоединенный к сети Оператора сети сотовой связи,
PDA - Personal Digital Assistant - персональный цифровой помощник (карманный компьютер).
Передача мультимедийных сообщений не зависит от каналов передачи данных и не ограничивается сетями стандартов GSM или
W-CDMA. Сообщение может передаваться по каналам CSD, GPRS и HSCSD (см. словарь) в сетях сотовой связи второго поколения 2G, в сетях, основанных на стандарте GPRS, и в сетях стандарта UMTS третьего поколения 3G.
Для обеспечения работы MMS в сеть добавляется новый элемент - MMSC - Multimedia Messaging Service Center - центр обработки мультимедиа-сообщений, именно с помощью этого элемента сети сообщения хранятся до момента их приема пользователем, кроме того, MMSC обеспечивает функционирование других услуг, например, электронной почты.
В сеть включаются специальные шлюзы, которые определяют тип телефона, принимающего MMS-сообщения. Если мобильный телефон не поддерживает технологию MMS, ему направляется простое SMS-собщение со ссылкой на адрес в Интернет, где можно увидеть MMS-сообщение. Это будет похоже на просмотр Интернет-открыток, так как пользователю приходит не само сообщение, а только ссылка на него. Практически любой мобильный телефон, в котором имеется
WAP-броузер, способен принимать MMS-сообщения, но это нельзя назвать встроенной поддержкой сервиса мультимедийных сообщений. При разработке технологии MMS изначально была предусмотрена возможность просмотра сообщений на дисплеях мобильных телефонов, не поддерживающих эту технологию. Это было сделано для того, чтобы не возник барьер между пользователями, у которых уже имеется и пока еще нет доступа к этой функции. Минимальным требованием для приема MMS-сообщения является наличие в телефоне WAP-броузера.
Сеть сама определяет, оснащен ли мобильный телефон полноценной поддержкой MMS. Если нет, то пользователю мобильного телефона придет обычное SMS-сообщение, содержащее номер отправителя, размер сообщения в килобайтах и ссылка на ресурс, где хранится это сообщение. Информация в сервере хранится в универсальной кодировке, которую "понимает" любое современное устройство.
Максимальный размер сообщения определяет Оператор сотовой связи.
С внедрением MMS необходимо быстро передавать большие объемы информации использование технологии высокоскоростной передачи данных GPRS. Без нее обмен мультимедийными сообщениями невозможен.
извне.
.
.
.
Технология EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution - повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюции
EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution - повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюции.
Впервые EDGE была представлена Европейским институтом стандартизации электросвязи - ETSI в начале 1997г в качестве эволюции существующего стандарта GSM. Однако разработки технологии велись параллельно в Европе (ETSI) и в США, где основные положения концепции EDGE стали фундаментом проекта стандарта UWC-136 - технологии построения системы третьго поколения 3G на базе широко используемого в США стандарта IS-136 (D-AMPS).
Таким образом, EDGE внедряется не только в среде GSM, но также на рынке TDMA (IS-136) в США с применением тех же технических стандартов.
EDGE - стандарт пакетной передачи данных переходного этапа: от второго поколения (2G) к третьему поколению (3G) сетей сотовой связи. Он совместим с такими службами GSM, как GPRS.
Первый этап (phase I) развития технологии EDGE (стандарт 1999 г.) использует функции GPRS, позволяет обеспечить скорость передачи данных до 384,0кбит/с. Более высокие скорости передачи данных - до 2,048мбит/с, которые определены в документе МСЭ-Т: IMT-2000 для сетей поколения 3G, предполагается реализовать на втором этапе реализации стандарта EDGE, который должен предоставлять обслуживание в режиме реального времени (On-line), например передачу мультимедиа сообщений (текста, речи, звука и видео).
На первом этапе технология EDGE предусматривает организацию двух служб:
-усовершенствованной службы коммутации пакетов (EGPRS, Enhanced GPRS); - усовершенствованной службы коммутации каналов (ECSD, Enhanced Circuit Switched Data). 384,0кбит/с - это скорость передачи данных, которая поддерживается уже на первом этапе внедрения сетей сотовой связя третьего поколения 3G.
Технология EDGE может стать альтернативой для Операторов сетей сотовой связи GSM, которые по каким либо причинам, например, не получат лицензию на функционирование сетей сотовой связи третьего поколения.