Стандарты второго поколения

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

Стандарт GSM предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот. Полоса частот 890-915 МГц используется для передачи сообщений с подвижной станции на базовую, а полоса 935-960 МГц – для передачи сообщений с базовой станции абоненту. Разнос частот между соседними каналами связи составляет 200 кГц, таким образом, в отведенной для приема/передачи полосе размещается 124 канала связи. В этом стандарте используется многостанционный доступ с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access, TDMA), что позволяет на одной несущей частоте разместить восемь речевых каналов одновременно. В качестве речепреобразующего устройства используется речевой кодек с регулярным импульсным возбуждением и скоростью преобразования речи 13 Кбит/с. Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных частот достигается медленным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи (со скоростью 217 скачков в минуту).

Что касается услуг, то здесь разработчики стандарта с самого начала стремились обеспечить совместимость сетей GSM и ISDN (Integrated Service Digital Network) по набору предлагаемых услуг. Помимо привычной телефонной связи пользователю GSM предоставляются разнообразные услуги передачи данных. Абоненты GSM могут осуществлять обмен информацией с абонентами ISDN, обычных телефонных сетей, сетей с коммутацией пакетов и сетей связи с коммутацией каналов, используя различные методы и протоколы доступа, например X.25. Возможна передача факсимильных сообщений, реализуемых при использовании соответствующего адаптера для факс-аппарата. Уникальной возможностью GSM, которой не было в старых аналоговых системах, является двунаправленная передача коротких сообщений SMS (Short Message Service) — до 160 байт, передаваемых в режиме с промежуточным хранением данных.

В «цифре» удалось реализовать дополнительные возможности, которые недоступны в аналоговых стандартах предыдущего поколения. В основном это относится к качеству звучания голоса собеседника (качество передачи и кодирования речи), аутентификации абонента и автоматическому роумингу. А кроме того, это:

• использование SIM-карт для обеспечения доступа к каналу и услугам связи;

• шифрование передаваемых сообщений;

• закрытый от прослушивания радиоинтерфейс;

• аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по криптографическим алгоритмам;

• использование служб коротких сообщений, передаваемых по каналам сигнализации;

• автоматический роуминг абонентов различных сетей GSM в национальном и международном масштабе;

• межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей стандартов DCS1800, PCS1900, DECT, а также со спутниковой системой персональной радиосвязи Globalstar.

Сегодня стандарт GSM активно развивается, и уже сейчас пользователю может быть представлена услуга высокоскоростной пакетной передачи данных (GPRS) или доступа к Интернету.

Повышенная плотность абонентов на единицу площади поставила вопрос о переполнении соты. Другими словами, в соте находится больше абонентов, чем она реально может обработать. Для устранения этой проблемы было решено использовать более высокий частотный диапазон – 1800 МГц. Благодаря этому емкость сети возросла в несколько раз. Стандарт DCS (Digital Cellular System) по своей сути (архитектуре, возможностям и предоставляемым услугам) очень похож на GSM, и в последнее время наблюдается тенденция переименования DCS-1800 в GSM-1800.

Спецификация TDMA/IS-136 была определена в 1998 году в США Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (Telecommunications Industry Associations, TIA) с целью цифровизации широко распространенного в Америке аналогового стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Для обеспечения совместимости с AMPS в спецификации TDMA/ IS-136 используется несущая полоса шириной в 30 кГц, в которой организовано три слота. В отличие от систем частотного разделения, все абоненты системы TDMA работают в одном и том же диапазоне частот, но при этом каждый имеет временные ограничения доступа. Каждому абоненту выделяется временной промежуток (слот), в течение которого ему разрешается «вещание». После того как один абонент завершает вещание, разрешение передается следующему и т.д.

Сегодня IS-136 ни в коем случае нельзя считать тупиковой ветвью развития сотовой связи (другой вопрос, как сложится судьба этого стандарта в нашей стране). Так же как и в GSM, в этом стандарте предусмотрены последовательные шаги по переходу к системе третьего поколения: GPRS, EDGE и др.

Как и во многих других случаях, у Японии был свой путь развития. В Стране восходящего солнца используется стандарт PDC (Personal Digital Cellular). Стандарт основан на трехслотовом решении TDMA. При этом ширина несущей составляет 25 кГц.

Несмотря на то что сети PDC расположены только в Японии, этот стандарт (по данным на конец 1999 года) уверенно занимает вторую после GSM позицию в рейтинге популярности среди цифровых стандартов по количеству абонентов. И это не удивительно: в начале 2000 года число абонентов сотовой связи Японии превысило число абонентов стандартной проводной телефонии. Кстати, именно в Японии уже работают тестовые участки сетей третьего поколения – несмотря на быстрые темпы развития сотовых систем связи, японцы опередили всех остальных более чем на год.

CDMA (Code Division Multiple Access), или cdmaOne, – полностью цифровой стандарт, использующий диапазон частот 824-849 МГц для приема и 874-899 МГц для передачи. Фактически «новый» стандарт разрабатывался еще в 30-х годах. А потом в течение десятилетий использовался исключительно в военных системах связи, причем как в бывшем СССР, так и в США. Военные не зря обратили внимание на этот стандарт, так как он обладает многими полезными для таких систем особенностями, основная из которых — скрытность связи. Дело в том, что принцип работы CDMA заключается в «размазывании» спектра исходного информационного сигнала за счет модуляции его шумоподобным сигналом, занимающим гораздо более широкий диапазон частот, чем исходный сигнал. Форма этого шумового сигнала является уникальным кодом для каждого абонента, что позволяет опознать его в приемнике CDMA. На базовой станции CDMA общий сигнал, полученный от многих пользователей, снова модулируется аналогичным шумоподобным сигналом — в результате восстанавливается исходный сигнал.

В этой, казалось бы, простой схеме работы заключены многочисленные преимущества. Во-первых, все абоненты системы CDMA работают в одной и той же полосе частот (ширина этой полосы составляет 1,25 МГц), не мешая друг другу, так как число вариантов модулирующих шумоподобных сигналов составляет несколько миллиардов.

Во-вторых, высокая помехоустойчивость, причем как от пассивных, так и от активных помех. Благодаря тому что широкополосный сигнал «проглатывает» узкополосные помехи, не меняя своей формы, обеспечивается высокое качество передачи речи и данных (сравнимое с качественными проводными линиями). Это же, кстати, позволяет работать со значительно меньшей мощностью передаваемого сигнала, то есть сети CDMA экологически более чисты. Меньшая рабочая мощность также обеспечивает более долгую работу абонентских устройств без подзарядки аккумуляторов.

Что касается общемировых тенденций по развитию этого стандарта, то они более чем обширны. Основная же из них: в радиотелефонных системах следующего, третьего, поколения будут использоваться различные варианты технологии CDMA с еще большей шириной несущего канала.