2.5. Эволюция систем и стандартов сотовой связи

История развития ССМС насчитывает немногим более 25 лет, однако этот короткий период был отмечен рядом поворотных моментов и существенной эволюцией воззрений на роль и философию рассматриваемых систем. Можно говорить о трех поколениях ССМС, различия между которыми - с известной долей условности - устанавливаются следующими критериями.

Все ССМС или стандарты первого поколения являются аналоговыми. В их числе:

• AMPS (Advanced Mobile Phone Service) - Усовершенствованная мобильная телефонная служба. Диапазон рабочих частот - 869...894 МГц для БС и 824...849 МГц для МС, ширина полосы канала связи - 30 кГц. Начало коммерческого применения - 1983 г. Широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии. По состоянию на начало 1999 г. ССМС AMPS использовалась в 95 странах мира и обслуживала (вместе со своей цифровой модификацией D-AMPS) около 31% абонентской базы сотовой связи, т.е. около 94,5 млн. чел. Имеет модификацию NAMPS (Narrow Band AMPS - узкополосная AMPS), основное отличие которой состоит в том, что полоса канала связи составляет 10 кГц;

• TACS (Total Access Communications System) - Общедоступная система связи. Частотный диапазон: 935...950 МГц для БС, 890...905 МГц для МС, ширина полосы канала связи - 25 кГц. Начало коммерческого применения - 1985 г. Наибольшее распространение стандарт TACS получил в европейских странах - Англия, Италия, Испания, Австрия и др. На начало 1999 г. абонентская база данного стандарта вместе с модификациями составляла 6,4 млн. чел. Модификации ETACS (Enhanced TACS - усовершенствованный TACS), JTACS (Japanese TACS - японский TACS) и NTACS (Narrow Band TACS - узкополосный TACS) различаются по используемому частотному диапазону, ширине полосы канала и пр.;

• NMT (Nordic Mobile Telephone System) - Скандинавская система мобильной телефонной связи. Существует в двух основных вариантах NMT 450 и NMT 900, отличаясь только диапазоном используемых частот: NMT450 - 463...467,5 МГц для БС и 453...457,5 для МС; NMT 900 - 935...960 МГц для БС и 890...915 МГц для МС. Ширина полосы канала - 25 кГц. Начало коммерческого использования - 1981 г. (NMT450) и 1986 г. (NMT 900). Помимо скандинавских стран, эти стандарты широко используются во многих странах Западной и Восточной Европы и ряде других регионов мира. Существует модификация стандарта NMT 450 с усовершенствованной процедурой аутентификации - NMT 450i (improved - усовершенствованный).

Упомянем также аналоговые системы первого поколения С-450 (Германия и Португалия), RTMS (Radio Telephone Mobile System - мобильная радиотелефонная система) (Италия), Radiocorn 2000 (Франция) и NTT (Nippon Telephone and Telegraph System - Японская система телефона и телеграфа).

Во всех перечисленных аналоговых стандартах применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов, для передачи речевой информации используется частотная модуляция, а для передачи информации сигнализации - частотная манипуляция. Системам первого поколения присущ ряд недостатков, основными из которых являются относительно низкая абонентская емкость, несовместимость различных стандартов, отсутствие засекречивания передаваемых сообщений, невозможность взаимодействия с цифровыми системами с интеграцией служб (ISDN) и пакетной передачей данных (PDN).

В значительной степени указанных недостатков лишены цифровые ССМС второго поколения, среди которых наибольшее распространение получили следующие:

. D-AMPS (Digital-AMPS - цифровая AMPS), или IS-54 (IS - сокращение от Interim Standard, т.е. промежуточный стандарт), представляет двухрежимную аналого-цифровую систему, совмещающую работу в аналоговом и цифровом режимах в том же диапазоне, что и AMPS. Начало практического использования относится к 1992 г. Усовершенствованная версия данного стандарта IS-136, отличие которой от IS-54 заключается в наличии полностью цифровых каналов управления, начала применяться с 1996 г. Версия IS-136 используется в диапазонах 800 и 1900 МГц;

• GSM (Global System for Mobile Communications) - Глобальная система мобильной связи. Данным стандартом предусматривается работа в диапазоне 935...960 МГц для БС и 890. .915 МГц для МС при ширине полосы канала связи 200 кГц. Практическое применение общеевропейского стандарта GSM 900 началось в 1991 г. Совершенствование данного стандарта привело к освоению нового частотного диапазона 1800 МГц, в котором благодаря более широкой рабочей полосе частот в сочетании с меньшими размерами сот удается строить сотовые сети значительно большей емкости. Первоначально данная версия именовалась Personal Communication Network (PCN) - Сеть персональной связи, затем Digital Cellular System (DCS) - Цифровая система сотовой связи, а спустя три года после начала эксплуатации (1993 г.) была переименована в GSM 1800. Диапазон работы БС - 1710...1785 МГц, МС - 1805... 1880 МГц при ширине полосы канала связи 200 кГц. Стандарт GSM нашел применение и в США, однако, из-за того что диапазон 1800 МГц занят системой D-AMPS в версии IS-136, ему была выделена полоса частот в диапазоне 1900 МГц. Соответствующая версия стандарта GSM получила наименование "американский" GSM или IS-661. На начало 1999 г. стандарт GSM в различных версиях использовался в 129 странах мира, а объем абонентской базы достиг величины 137 млн. чел., что составляет 45% от общего числа пользователей ССМС;

• PDC (Personal Digital Cellular) - Персональная цифровая сотовая связь. Цифровая ССМС, разработанная в Японии в 1993 г. и первоначально называвшаяся JDC (Japan Digital Cellular - Японская цифровая сотовая связь), по своим техническим характеристикам подобна D-AMPS и отличается от последней

возможностью работы в нескольких диапазонах частот - 800, 1400 и 1500 МГц. Хотя стандарт PDC используется только в Японии, его абонентская база достигает 39,5 млн. пользователей, или 13% от общемирового числа абонентов ССМС;

• IS-95 (Interim Standard-95), альтернативное наименование cdmaOne. Все перечисленные ранее цифровые ССМС второго поколения используют метод множественного доступа с частотно- временным разделением каналов связи. Критическими явились 1992-1993 гг., когда в США был разработан первый стандарт ССМС на основе метода множественного доступа с кодовым раз-делением (CDMA), получивший название IS-95. Диапазон рабочих частот - 824...848 МГц для МС и 869...894 МГц для БС при ширине спектра излучаемых сигналов 1,25 МГц. Практическое применение указанного стандарта началось в 1995-1996 гг. в Гонконге, США и Южной Корее, причем в США используется версия этого | стандарта для диапазона 1900 МГц.

Что касается ССМС третьего поколения, то на момент написания книги процесс формирования их облика еще продолжается, изобилуя коллизиями, конфликтами интересов и компромиссами.

Начало развития сотовой связи в России относится к 1990 г. В настоящее время правительственными решениями в качестве федеральных стандартов утверждены GSM 900 и NMT450, а в качестве регионального разрешен D-AMPS. С момента появления первых ССМС в России наблюдается устойчивый рост числа пользователей сотовой связи. По итогам третьего квартала 2001 г. их контингент составил 6,24 млн. человек [18]. Распределение абонентской базы между 14 российскими компаниями, обеспечивающими сотовой связью 89% всех абонентов, демонстрирует табл. 2.1.

На конец 2001 г. число абонентов сотовой связи возросло до 8 015 300, а за первый квартал 2002 г. оно увеличилось еще на 30%, достигнув 10 380 000. Следует отметить, что прирост абонентской базы в основном обеспечивался притоком абонентов в регионах, где открываются новые или развиваются существующие сети крупных операторов, и лишь в некоторой степени притоком малобюджетных абонентов в Москве и С.-Петербурге.

Оператор	Основной город	Стандарт	Данные на 30.06.2001	Данные на 30.09.2001	Прирост за последний квартал,%
Мобильные телесистемы	Москва	GSM-900/1800	1,860,000	2,340,000	26
Вымпелком	Москва	GSM-900/1800 / TDMA (D-AMPS)	1,185,000	1,452,000	23
Северо-Западный GSM	С.-Петербург	GSM-900/1800	358,852	465,004	30
Кубань-GSM	Краснодар	GSM-900	188,671	268,991	43
CMAPTC (ассоциация)	Самара	GSM-900/1800	150,700	196,000	30
Дельта Телеком	С.-Петербург	NMT-450i	107,000	116,000	8
Московская Сотовая Связь	Москва	NMT-450i	96,000	85,000	<0
Таиф-Телком	Казань	GSM-900/1800	68,040	84,953	25
Самара БиЛайн	Самара	TDMA (D-AMPS)	59,350	71,000	20
Северокавказский GSM	Ставрополь	GSM-900	44,303	57,254	29
БМ-Телеком	Уфа	GSM-900	30,000	50,000	67
Татинком	Казань	TDMA (D-AMPS)	42,000	47,000	12
Нижегородская Сотовая Связь	Н.Новгород	GSM-900	41,400	44,900	9
Fora Communications	С.-Петербург	NAMPS	44,303	39,000	6

Таблица 2.1 Распределение абонентской базы между российскими Компаниями

В заключение подраздела рассмотрим основные элементы ССМС и характер их взаимодействия. Хотя сотовые системы разных стандартов имеют значительные отличия в деталях, интегральное их описание с помощью некоторой обобщенной модели возможно и полезно. В качестве подобного обобщения выберем схему ССМС, приближенную к стандарту GSM, как наиболее отчетливо структурированную. Функциональное построение ССМС иллюстрируется схемой на рис. 2.4. В приведенной схеме условно можно выделить четыре основных компонента - центр управления и обслуживания (ЦУО) (иначе operations and maintenance center-OMC) и три подсистемы:

• подсистема мобильных станций ПМС (mobile station subsystem MSS);

• подсистема базовых станций ПБС (base station subsystem BSS);

• подсистема коммутации ПК (switching subsystem SSS), - функциональное сопряжение которых описывается рядом интерфейсов.

Рисунок 2.4. Обобщенная структурная схема ССМС

ЦУО является центральным элементом ССМС, который обеспечивает управление другими компонентами системы, а также контроль качества функционирования. Подсистема мобильных станций объединяет оборудование, обеспечивающее доступ абонентов в систему. Главным звеном в архитектуре ССМС является подсистема коммутации, которая включает в себя центр коммутации мобильной связи ЦКМС (mobile switching center MSC), визитный (гостевой) регистр местоположения ВРМ (visited location register VLR), домашний регистр местоположения ДРМ (home location register HLR), центр аутентификации ЦА (authentication center AUC) и регистр идентификации оборудования РИО (equipment identity register EIR). В подсистему базовых станций входят базовые приемо-передающие станции БС (base transceiver station BTS) и контроллеры базовых станций КБС (base station controllerBSC).

Центр коммутации мобильной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы мобильная станция, т.е. коммутацию мобильных абонентов друг с другом, с абонентом ТФОП и др. На ЦКМС возлагаются также функции коммутации каналов, к которым относятся "передача обслуживания" (или "эстафетная передача") и переключение каналов в соте при появлении сильных помех и неисправностей, если только это не является обязанностью КБС. Помимо коммутационных задач ЦКМС, управляет процедурами слежения за мобильными станциями с помощью домашнего и визитного регистров местоположения для обеспечения доставки вызова, а также процедурами аутентификации и идентификации абонентов с помощью ЦА и РИО.

Блоки ДРМ и ВРМ по своей сути представляют собой базы данных. Первый содержит сведения о постоянно приписанных к данному ЦКМС абонентах и о видах услуг, которые им могут быть оказаны, второй содержит информацию об абонентах, временно находящихся в зоне обслуживания данного ЦКМС. Центр аутентификации обеспечивает возможность проведения процедуры аутентификации абонентов и шифрования передаваемых сообщений, РИО содержит сведения об эксплуатируемых мобильных станциях на предмет их исправности и санкционированного использования.

Контроллер базовых станций осуществляет управление несколькими БС, которые обеспечивают связь с МС через радиоинтерфейс, а также производит упаковку информации, передаваемой в ЦКМС, и ее распаковку при передаче в обратном направлении. К числу операций, производимых КБС, относятся передача обслуживания при переходе МС между сотами, контролируемыми одним и тем же КБС, передача вызовов между МС, находящимися в зонах действия разных БС, но одного и того же контроллера (в противном случае первичное управление возлагается на ЦКМС). Под управлением КБС осуществляются радиоизмерения в каналах связи, регулируется мощность передатчиков мобильных и базовых станций.

Список используемых источников

1. Ипатов В.П. Системы мобильной связи / В. П. Ипатов, В. К. Орлов, И.М. Самойлов, В. Н. Смирнов.-М.:Горячая линия телеком,2003. –С. 3-12.