1

Тема: Основные понятия и термины

Термин сотовая (cellular) означает, что сеть разделена на ряд сот - ячеек, географических участков.

Каждой соте назначается частотный диапазон, который можно повторно использовать в других сотах.

В каждой соте имеется своя базовая станция BS (Base Station), которая содержит радиопередающее и радиоприемное оборудование и обеспечивает радиосвязь с теми мобильными телефонами, которые оказываются в данной соте.

Зона охвата соты зависит от мощности передатчика базовой станции, мощности передачи мобильного телефона, высоты антенны базовой станции, топологии местности. Кроме того, размеры сот варьируются и потому, что каждая сота может обслуживать только ограниченное количество сотовых телефонных аппаратов, которые носят название мобильных терминалов или мобильных станций MS (Mobile Station), обычно - от 600 до 800, то есть соты становятся меньше в зонах с более высокой плотностью населения. Охват соты может лежать в пределах от всего лишь 100 метров до десятков километров. Поясним причину выбора шестиугольной формы сот, как это представлено на рис. 3.1.
Равное расстояние между центрами смежных ячеек достигается при шестиугольной их конфигурации. При такой сетевой конфигурации расстояние между центром ячейки и центром любой смежной ячейки равняется a?3 , а антенны граничащих с ней ячеек находятся на равных расстояниях друг от друга вне зависимости от направления перемещения мобильного абонента.

Подвижные абоненты, находящиеся в ячейках, обслуживаются BTS (Base Transmition Station, рус. БС), которые представляют свободный частотный канал, каждой MS (Mobile Station, рус. АС) при поступление вызова от нее.
Несколько базовых станций подсоединены к контроллеру базовых станций BSC (Base Station Controller), который содержит логику управления каждой из этих станций. Все BSC подсоединены к центру коммутации подвижной связи MSC (Mobile Switching Center), который управляет установлением соединений к мобильным абонентам и от них. MSC предоставляет те же функциональные возможности, что и стандартный коммутатор ТФОП, но еще поддерживает и ряд специальных функций таких как функции хэндовера и роуминга.

2

Re: Основные понятия и термины

Процесс функционирования сотовой системы радиосвязи.

Для посылки вызова мобильный абонент, находится в одной из ячеек зоны обслуживания, набирает номер другого абонента. При этом радиостанция абонента (т.е. сотовый радиотелефон) начинает поиск имеющегося свободного канала. По первому найденному свободному каналу, который обнаружит абонентская станция, осуществляется процедура вхождения в связь, после чего набранный абонентом  номер  передаётся  на  центральную  станцию  сети (центр  коммутации).  Центральная станция по этому номеру находит базовую станцию вызываемого абонента или маршрут в телефонной сети общего пользования (ТФОП). После этого подвижный абонент слышит сигнал готовности.
Вызов может поступить также из телефонной сети общего пользования. При этом  центральная  станция  сети  по  принятому  номеру  проверяет  наличие  вызываемого абонента в зоне обслуживания и правильность номера.
Если вызываемый абонент присутствует в зоне и его номер набран правильно, центральная станция передаёт вызов для всех базовых станций в зоне обслуживания. 
Если вызываемый подвижный абонент свободен, его абонентская станция автоматически закрепляется за каналом вызова в одной из ячеек и, таким образом, становится готовой к приёму вызова. При получении вызова найденная абонентская станция автоматически передаёт подтверждение о готовности к сеансу связи.
С его помощью определяется местоположение абонентской станции относительно действующей базовой станции.
Затем центральная станция выбирает имеющийся в ячейке приёмной станции свободный канал передачи и передаёт номер этого канала на приёмную станцию.
Приняв номер, абонентская станция автоматически переключается на свободный канал и начинается сеанс связи.
Во время разговора абонент обычно перемещается в зоне обслуживания, отчего  условия  прохождения  радиосигналов  сильно  и  быстро  изменяются.  Поэтому базовая  станция  постоянно  ведёт  контроль  уровня  сигнала  и  при  приближении абонента к границе соты может принять решение о необходимости передачи обслуживания  на  другую  базовую  станцию,  при  передаче  через  которую  сигнал сильнее.  Это  так  называемая  процедура  переброса  вызова.  Она  незаметна  для абонента, т.к. при этом разговор не прерывается. То же происходит, если абонент при передвижении переходит из одной ячейки сети в другую. При этом используется процедура передачи вызова от одной базовой станции к другой. Её называют эстафетной передачей или хэндовером (handover или handoff). 
Если абонент перемещается из одной сотовой сети в другую, а эти сети связаны специальными каналами и совместимы друг с другом, то абонент может воспользоваться услугой роуминга (от английского глагола to roam – скитаться, блуждать).

3

Re: Основные понятия и термины

Эволюция технологий передачи данных в сотовых системах связи.

Сегодня трудно себе представить сотовую связь без передачи данных. Для абонентов уже стало привычным проверить почту или посетить пару web-страниц. Многие услуги, предоставляемые оператором, используют подключение к сети Интернет. Передачу данных через сотовые системы связи часто используют для доступа в сеть Интернет с мобильных компьютеров, что делает их по-настоящему мобильными. Однако удовлетворительные скорости передачи данных были не всегда доступны для абонентов. Итак, проследим эволюцию технологий передачи данных в сотовых системах связи.

На заре сотовой связи, когда сотовый телефон использовался в первую очередь как телефон, т.е. для того чтобы совершать звонки, для стандарта NMT (1981 год) была предложена новая услуга – передача данных. Максимальная скорость была ограничена 1,2 кбит/сек. В те времена еще не было сети Интернет, и основное назначение данной услуги было передача текста. Однако в то время эта услуга не нашла особого интереса к себе и лишь несколько операторов решили реализовать ее на практике.

Стандарт GSM – это первый стандарт сотовой связи, в котором предполагалась услуга передачи данных еще до начала разработки. Она реализовывалась на основе технологии CSD (Circuit Switched Data) с максимальной скоростью 9,6 кбит/сек. Данные передавались внутри разговорных каналов. Соответственно, скорость была ограничена пропускной способностью одного таймслота. С помощью технологии HSCSD (High Speed Circuit Switch Data) скорость передачи данных может быть увеличена до 57,6 кбит/сек. Это было достигнуто за счет возможности объединения нескольких свободных таймслотов для передачи данных одного абонента.

Данные в случае с коммутируемым соединением передаются по разговорным каналам вплоть до MSC и коммутируются через него в направление к другим сетям передачи данных. При этом максимальная суммарная скорость строго ограничена скоростью передачи по отдельным таймслотам. Чтобы еще увеличить максимально-возможную скорость необходимо отделить передаваемые данные от голоса еще до центрального коммутатора. Кроме того, нужно изменить способ кодирования информации на радиоинтерфейсе между базовой станцией и телефоном абонента. С учетом этого была разработана другая технология – GPRS (General Packet Radio Service). Передаваемые данные отделялись от остального трафика в контроллере базовых станций, который претерпевал замену программного обеспечения и некоторые аппаратные доработки. Также для сети GPRS добавлялись 2 новых элемента: GGSN и GGSN, которые представляют собой маршрутизатор и шлюз, соответственно. Скорость передачи данных в сетях GPRS может достигать 171,2 кбит/сек. Следующим шагом увеличения скорости передачи данных стало изменение способа модуляции передаваемых данных на радиоинтерфейсе. Благодаря этому скорость была увеличена до 326 кбит/сек. Эта технология получила название EDGE – самая скоростная технология передачи данных в сетях GSM.

Эксплуатация систем сотовой связи второго поколения показала заинтересованность абонентов в высокоскоростной передаче данных, что создало предпосылку для появления стандарта третьего поколения – UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Максимальная скорость передачи данных для данного стандарта ограничивается 2 Мбит/сек. Такое увеличение скорости, прежде всего, обусловлено изменениями в способе передачи данных между базовой станцией и терминалом абонента. Следующим шагом стало появление технологии HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), которая предоставляет скорости передачи данных уже до 14,4 Мбит/сек. Изменению в данном случае подвергся способ модуляции данных на пути от базовой станции к телефону. Таким образом, благодаря технологии HSDPA сотовые сети связи практически сравнялись по скорости с проводными технологиями.

Однако объемы передаваемой информации по телекоммуникационным сетям увеличивается ежегодно и даже технология HSDPA перестанет удовлетворять потребности пользователей. Чтобы на долгое время вперед решить проблему пропускной способности был разработан стандарт четвертого поколения, который получил название LTE (Long Term Evolution). Кроме увеличения скорости данный стандарт позволяет увеличить емкость сети, снизить качество и усилить безопасность. Максимальная скорость передачи теоретически может достигать 326,4 Мбит/сек. Подобные скорости может предложить разве что оптоволоконная система связи. В декабре 2009 года была запущена в коммерческую эксплуатацию первая система сотовой связи этого стандарта. В ближайшие 2 года сети LTE планируют построить еще в нескольких странах.

Таким образом, за неполные 3 десятилетия скорости передачи информации по сотовым сетям связи увеличились в сотни тысяч раз. Конечно, представленные в статье скорости лишь теоретически достижимы. На практике реальная скорость, как правило, в два, а то и в три раза меньше максимальной. Но эти цифры помогают оценить скорость эволюции технологий, хотя здесь в пору термин революции.

Ниже в таблице представлены все упомянутые технологии, отсортированные в порядке увеличения скорости:

NMT         1,2 кбит/сек

CSD         9,6 кбит/сек

HSCSD    57,6 кбит/сек

GPRS    171,2 кбит/сек

EDGE    384,2 кбит/сек

UMTS        2 Мбит/сек

HSDPA  14,4 Мбит/сек

LTE     326,4 Мбит/сек