Большая энциклопедия нефти и газа

Лекция № 15

Все первые системы сотовой связи были аналоговыми. К ним относятся:

» AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная мобильная телефонная служба, диапазон 800 МГц) – широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; известен также как «североамериканский стандарт»; это наиболее распространенный стандарт в мире, обслуживающий почти половину всех абонентов сотовой связи (вместе с цифровой модификацией D-AMPS, речь о которой впереди); используется в России в качестве регионального стандарта (в основном - в варианте D-AMPS), где он также является наиболее распространенным;

Большинство цифровых сигналов используют двоичные или двоичные коды. Преимущества цифровых схем. Эти языки позволяют указывать или моделировать как цифровую схему, так и цифровую схему. Скорость. Сегодня цифровые устройства очень быстрые. Отдельные транзисторы в самых быстрых интегральных схемах могут переключаться менее чем на 10 пикосекунд, полное и сложное устройство, построенное из этих транзисторов, может исследовать их входные сигналы и производить выход менее чем за 2 наносекунды. Это означает, что устройство такого типа может производить 500 миллионов или более результатов в секунду.

» TACS (Total Access Communications System – общедоступная система связи, диапазон 900 МГц) - используется в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); это второй по распространенности стандарт среди аналоговых; еще недавно, в 1995 г., он занимал и общее второе место в мире по величине абонентской базы, но в 1997 г. оттеснен на четвертое место более быстро развивающимися цифровыми стандартами;

Экономика. Цифровые схемы могут обеспечить большую функциональность в небольшом пространстве. Схемы, которые используются повторно, могут быть «интегрированы» в единый «чип» и изготовлены в массовом порядке очень низко, что позволяет изготавливать одноразовые предметы, такие как калькуляторы, цифровые часы и музыкальные поздравления.

Постоянный технологический прогресс. При проектировании цифровой системы почти всегда известно, что будет более быстрая, экономичная технология или, в любом случае, превосходная технология для одного и того же случая за короткое время. Умные дизайнеры могут адаптировать эти будущие разработки во время первоначального проектирования системы, чтобы предугадать устаревание системы и предложить дополнительную ценность для потребителей. Например, ноутбуки часто имеют слоты расширения для размещения быстрее или больше, чем доступные на момент их презентации.

» NMT 450 и NMT 900 (Nordic Mobile Telephone – мобильный телефон северных стран, диапазоны 450 и 900 МГц соответственно) - используется в Скандинавии и во многих других странах; известен также как «скандинавский стандарт»; третий по распространенности среди аналоговых стандартов мира; стандарт NMT 450 является одним из двух стандартов сотовой связи, принятых в России в качестве федеральных (второй - цифровой стандарт GSM 900);

Таким образом, этого достаточно для оттенка цифрового дизайна. Преимущества цифровой обработки сигналов по сравнению с аналоговыми. Существует много причин, по которым цифровая обработка аналогового сигнала может быть предпочтительнее обработки сигнала непосредственно в аналоговом. Во-первых, программируемая цифровая система позволяет гибко реконфигурировать обработку цифрового сигнала без изменения сигнала. Реконфигурация аналоговой системы обычно включает в себя аппаратную редизайн, а затем проверку и проверку, чтобы убедиться, что она работает правильно.

» С-450 (диапазон 450 МГц) - используется в Германии и Португалии;

» RTMS (Radio Telephone Mobile System - мобильная радиотелефонная система, диапазон 450 МГц) - используется в Италии;

» Radiocom 2000 (диапазоны 170, 200, 400 МГц) - используется во Франции;

» NTT (Nippon Telephone and Telegraph system - японская система телефона и телеграфа, диапазон 800…900 МГц - в трех вариантах) - используется в Японии.

Он также играет важную роль в выборе формата сигналов для учета точности. Допуски в компонентах аналоговых схем затрудняют проектировщику системы контроль точности аналоговой системы обработки сигналов. Информация передается многими способами либо с использованием того или иного устройства. Разница между одним является одним из первых сомнений, которые мы поднимаем, чтобы узнать больше об этом. Мы должны иметь в виду, что оба метода гарантируют, что мы можем эффективно передавать информацию, но в каждом конкретном случае.

Системой, которая используется для передачи информации, является использование электрических сигналов, которые активируют процессы обмена данными. Как цифровые, так и аналоговые сигналы имеют дифференциации, которые должны быть известны, если мы специализируемся на мобильных технологиях и других подобных системах.

Во всех аналоговых стандартах применяются частотная модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления (или сигнализации - signaling). Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот - применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся прямым следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов. Этот недостаток стал очевиден уже к середине 80-х годов, в самом начале широкого распространения сотовой связи в ведущих странах, и сразу же значительные силы были направлены на поиск более совершенных технических решений. В результате этих усилий и поисков появились цифровые сотовые системы второго поколения. Переход к цифровым системам сотовой связи стимулировался также широким внедрением цифровой техники в связь в целом и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов кодирования и появлением сверхминиатюрных интегральных схем для цифровой обработки сигналов.

Физические измерения используются при разговоре об использовании аналоговых сигналов, которые особенно используются для передачи видео или звуковых элементов. Хотя они являются сигналами непрерывного типа, необходимо сказать, что его расширение производится путем постановки волн синусоидального типа. Для того, чтобы различные аналоговые сигналы, подлежащие передаче, были интерпретированы соответствующим образом, должен быть предусмотрен декодер, обеспечивающий выполнение рабочего процесса.

Одним из преимуществ использования аналогового сигнала является то, что потребление полосы пропускания мало, а с другой - это тип действия, которое обрабатывается в реальном времени. Потребностей в инвестициях меньше, а качество, как правило, более верно для реальности. Но это также имеет свои недостатки. Главное, насколько сложно решить неудачную передачу по сравнению с использованием цифрового сигнала. Без достижения одной из этих неисправностей работа с аналоговыми сигналами также рискует увидеть, как содержимое, о котором идет речь, ухудшается по мере создания копий.

AMPS (Advanced Mobile Phone Service - усовершенствованная подвижная телефонная служба) - аналоговый стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц, разработанный для Северной Америки, затем распространившийся и в других странах.

Более высокая, чем у NMT-450, емкость сетей. Низкий уровень индустриальных и атмосферных помех. Более надёжная, чем у NMT-450, связь в помещениях. Меньшая зона устойчивой связи для одной базовой станции, что вынуждает операторов ставить их ближе друг к другу. Не распространён в Европе и Азии. AMPS морально устарел, и в 1990 в США был разработан стандарт D-AMPS.

Это не происходит в цифровом сигнале, где неважно, сколько раз мы его повторяем, так как никогда не падает качество. Аналоговые сигналы более ограничены, чем цифровые, благодаря небольшой поддержке, которую они предоставляют в плане объема данных, которые они позволяют передавать. Тем не менее, есть некоторые контексты, в которых они действительно полезны, как в случае с микрофонами.

С другой стороны шкалы мы имеем цифровые сигналы, которые используются чаще из-за их гибкости и универсальности. Информация не передается таким же образом, но в этом случае используется двоичная система кода, с которой передача выполняется с парой амплитуд, что дает большие возможности.

Первая сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone System) заработала в Чикаго 13 октября 1983 года. Думаю, ее можно считать “родоначальницей” всех современных сотовых систем, поскольку существовавшие ранее технологии мобильной связи следует скорее относить к транковому, нежели к сотовому типу. Основным мотивом разбиения территории на ячейки (cells) послужило стремление эффективно использовать радиоволновой ресурс - ведь достаточно удаленные друг от друга соты могут работать на одних и тех же частотах!

Есть аспекты, которые необходимо учитывать, как мы уже упоминали, поскольку цифровые сигналы обеспечивают большую пропускную способность для передачи информации точным образом. Эти сигналы не вызывают ухудшения информации или качества данных, что помогает сделать результат более адекватным.

Множество опций, предоставляемых цифровыми сигналами, легкость передачи информации с ним и способ использования без потери информации, заставили его навязать рынку. И хотя, как мы упоминали в предыдущем разделе, аналоговые сигналы все еще используются в некоторых контекстах, более часто приходится выбирать цифровые, даже если их затраты выше. В конце концов, технологический сектор видел, что в этом смысле, при передаче информации, более важно иметь эффективный сигнал, чем экономический сигнал. И это то, что мы также видим применительно к сектору мобильных устройств каждый раз, когда мы их используем.

Рисунок 49

В свое время AMPS являлась доминирующим стандартом в США и Канаде, кроме того, сети, построенные по этой технологии, можно найти на Ближнем Востоке, в Европе… В Москве сотовая связь стандарта AMPS развивается и поддерживается московским оператором Билайн.

AMPS относится к сетям первого поколения, то есть использует аналоговый (без цифрового кодирования) тип передачи голоса. Сейчас мы не будем касаться преимуществ и недостатков аналоговых систем связи по сравнению с цифровыми - заметим (а подробнее рассмотрим несколько ниже), что существует цифровой вариант AMPS - DAMPS (Digital AMPS).

В последние годы мы стали свидетелями значительного скачка от аналогового к цифровому. Аналоговая система была исключена даже перед лицом ее явных преимуществ для профессионалов. Промышленность продвигает технологическую эволюцию в сторону принятия все более широко распространенной цифровой системы. Чтобы изучать информатику и хорошо знать сигналы и системы, важно, чтобы мы знали об эволюции, которую испытывает технология.

Существуют различные технологические ресурсы, которые отказались от своей аналоговой стороны, чтобы принять цифровой формат, который обеспечивает большую гибкость и возможности. Мы видим это, например, в секторе фотографии. В этой области цифровые камеры - вот что изменило ситуацию, обеспечивая лучшую производительность и больше возможностей персонализации. Ограничения классических камер были решены этими цифровыми камерами, в которых увеличивается разрешение, и используются поля широкоугольных пикселей, которые независимо хранят изображение.

В AMPS используется метод FDMA (Frequency Division Multiple Access - многопользовательский доступ с частотным разделением). Интересно, что при разработке стандарта на каждой географической территории предполагалось присутствие двух провайдеров (видимо, из антимонопольных соображений) - так называемого wireline (проводного) оператора (обычно им становилась компания, которая занималась проводной телефонной связью на данной территории) и non-wireline оператора (им могла стать любая компания или группа инвесторов, удовлетворяющая требованиям FCC - Федеральной Комиссии по Телекоммуникациям). Частотный ресурс делился между двумя компаниями поровну, диапазон non-wireline оператора получил название А-диапазона, а wireline - В-диапазона.

Результат более настраиваемый и больше гарантий. Даже при таком объеме емкости изображения, полученные с помощью цифровых камер, могут быть сжаты до максимума с уровнями хранения, которые соответствуют последнему тренду на рынке. То же самое происходит с видеозаписями, которые нашли в цифровом формате идеальное решение для аналогового формата, чтобы уступить место лучшей производительности. С видеозаписью в цифровом формате значительно изменилось.

В дополнение к изображению и видео развилась поддержка звука. Хотя аналоговый формат по-прежнему очень популярен из-за качества звука, которое он обеспечивает, цифровой со временем стал более распространенным. Этому противостоят некоторые поклонники, которые предпочитают качество аналоговых записей, потому что они более верны звуку, так как он слышен вживую. Однако цифровой формат предлагает другие преимущества, особенно в области хранения и доступности.

Регистрация в сети

Каждый мобильный телефон AMPS при производстве получает уникальный 32-битный серийный номер - ESN (Electronic Serial Number), который помещен а ROM-память. Помимо этого, в каждом AMPS-телефоне существует перезаписываемая память - так называемый NAM (Number Assignment Module - модуль для записи номера), в который оператор при заключении контракта с абонентом записывает пятизначный SID своей сети и десятизначный MIN (Mobile Identification Number - идентификационный номер телефона), определяющий телефонный номер абонента.

Другая технология, которая больше не является аналоговой

Аналоговые системы уступают место цифровой и на других фронтах. Телефония превратилась в цифровую технологию после длительного использования аналогового сигнала. Несмотря на то, что он начал использовать систему приемников аналогового типа, события, которые были сделаны вокруг телефонов, особенно мобильных, выбрали цифровой маршрут. Использование аналоговых телефонов ограничено несколькими случаями, в которых предлагается цифровая система связи на основе базовой аналоговой связи.

При включении аппарат начинает “слушать эфир”, а точнее сканировать его, перебирая все прямые служебные каналы (напомню, у каждого оператора двадцать один FOCC). Если телефон настроен на использование в А-диапазоне, то сканирование начинается вниз с 333 канала, а если в В-диапазоне - то вверх с 334 канала (для случая, когда общее число каналов равно 666). После нахождения самого сильного служебного канала телефон “цепляется” за него и получает от сети SID (являющийся, напомню, идентификатором сети - именно по SID телефон определяет “свою” или “чужую” сеть), а также информацию о том, какие служебные каналы ему надо просматривать в дальнейшем. Если при сканировании не найдено ни одного служебного канала, то на дисплее появляется надпись “No service”. После определения самого сильного FOCC по соответствующему ему обратному каналу RECC (если он свободен) начинается передача собственных SID, MIN и ESN, хранимых в телефоне. Система сравнивает эти данные со своими и, если все в порядке, регистрирует аппарат в сети - с этого момента телефон может работать с вызовами.

Светофоры в городах больше не контролируются аналоговыми системами электромеханического типа, как это было в прошлом. В настоящее время есть крошечные процессоры, которые заботятся о более динамичном управлении светофорами. Это помогает обществу, потому что эти светофоры предлагают динамический контроль за трафиком с учетом того же объема, который всегда гарантирует водителям и пешеходам максимально возможную текучесть. В отношении автомобилей в прошлом аналогичные механические соединения были теми, которые занимались частью функций транспортного средства, но цифровой формат с микропроцессорами - это то, что позаботится об этом в настоящее время.

Обработка исходящих и входящих вызовов

Для исключения взаимного влияния голосовых каналов с одинаковыми частотами, используемых разными сотами, в AMPS существует система специальных сигналов SAT (Supervisory Audio Tone - контрольный звуковой сигнал). Иногда их еще называют “код цвета” (color code). SAT это обычный аудиотон, постоянно передаваемый вместе с речью в обоих направлениях (пользователь не слышит SAT благодаря системе фильтрации). Каждый кластер сотовой сети (рис.1) имеет определенный SAT (всего их три: SAT1-5970 Гц, SAT2-6000 Гц и SAT3-6030 Гц).

Этот тип изменения от аналоговой к цифровой системе был замечен во многих других аспектах повседневности и в отраслях самых разнообразных. Граждане становятся все более и более цифровыми системами, и легко понять, как все ведет к одному и тому же пути. Но в первую очередь все еще важна часть устройств и систем, которые прибегают к аналоговой среде, что делает ее важной задачей для ИТ-специалистов. Потому что даже в течение очень долгого времени аналоговые системы не исчезнут, и пока они останутся такими же важными, как и раньше.

Цифровые беспроводные системы используют запатентованные алгоритмы для кодирования цифрового аудио в аналоговом формате. Они также называются гибридными системами, поскольку они работают со звуковым сигналом в аналоговом и цифровом формате в зависимости от блока, который пересекает сигнал.

После набора номера и нажатия кнопки SEND на мобильном телефоне происходит повторная регистрация в сети с выбором наиболее сильного FOCC. В систему передаются данные об аппарате (SID, MIN и ESN), а также вызываемый телефонный номер. Система проводит проверку переданной информации и выделяет для разговора прямой голосовой канал FOVC и SAT. Данные о FOVC и SAT передаются по FOCC с помощью IVCDM (Initial Voice Channel Designation Message - информационное сообщение о голосовом канале). Одновременно включается передача SAT по выбранному FOVC.

Превосходный динамический диапазон и лучшее соотношение сигнал / шум Меньше слышимых артефактов от «компандинга». Более плоская частотная характеристика и большая пропускная способность. . Они используют полную полосу пропускания аудиосигнала от 35 Гц до 22 кГц.

Полоса пропускания, требуемая для высококачественной цифровой беспроводной передачи, зависит от количества передаваемой цифровой информации и скорости передачи. На практике пропускная способность ограничена физически и юридически, и это ограничивает общий объем передаваемой информации.

Приняв IVCDM, мобильный телефон включает прием выделенного для разговора FOVC, распознает SAT и, если все правильно, включает передачу по соответствующему REVC. Обращаю внимание читателя на то, что телефон также начинает непрерывно (!) передавать SAT по REVC. Во время разговора и сотовая система, и мобильный телефон постоянно проверяют правильность принятого SAT (точнее, его частоты) - в случае, если SAT пропал или его частота не совпадает с заранее определенной, соединение разрывается (не сразу, а через пять секунд - за это время система пытается обнаружить правильный сигнал).

В случае, если SAT верный, телефон делает слышимым для абонента звук, передаваемые по FOVC (система, получив от телефона правильный SAT, в свою очередь начинает передавать в FOVC сигналы от вызываемого абонента). Интересно, что передача служебной информации (например, в случае необходимости переключения на другую пару FOVC-RECC) во время разговора осуществляется по голосовым каналам, а чтобы пользователь не слышал в динамике телефона посторонние звуки, он (динамик) на мгновение выключается. Сделано это, опять же, с помощью SAT - при передаче служебной информации передача SAT от системы на мгновение приостанавливается, что и служит для телефона сигналом к выключению динамика. Все это, разумеется, происходит за доли секунды и совершенно незаметно для пользователя.

В случае поступления входящего вызова абоненту мобильной системы коммутатор MTSO дает сигнал оповещения по всем каналам для передачи служебной информации FOCC всех сот (хотя теоретически существует возможность настроить систему таким образом, чтобы сигнал вызова подавался сначала только в том месте, где телефон был зарегистрирован последний раз).

Приняв сообщение и распознав в нем свой MIN, телефон ищет самый сильный служебный канал FOCC (другими словами, заново выполняет регистрацию в системе) и, если соответствующий RECC свободен, посылает по нему сообщение о своей готовности. Получив эту информацию, система выделяет свободную пару FOVC-REVC для разговора, начинает передавать SAT и отправляет по FOCC специальное сообщение, при приеме которого телефон абонента начинает звонить. Одновременно со звонком, мобильный аппарат начинает передавать системе по REVC SAT и ST. Обратите внимание - пока телефон звонит, в линию выдается ST. Как только пользователь “поднятием трубки” ответил на вызов, генерация ST прекращается - именно по этому событию сотовая сеть распознает момент ответа на вызов, выполняет коммутацию и делает запись в CDR.

D-AMPS или Digital AMPS - цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц.

Ёмкость сетей сотовой связи, работающих в DAMPS ниже, чем в полностью цифровых системах (GSM, CDMA), но все же значительно выше, чем в аналоговых NMT-450 и AMPS.

Ширина полосы канала - 300 кГц, частотное разделение каналов FDMA как и в AMPS. Используется дополнительно и времeнное разделение каналов TDMA, как в GSM и в CDMA2000 1X EV-DO, всего 3 таймслота (в GSM - 8 таймслотов). Фактически, продолжением развития американского стандарта DAMPS был европейский стандарт GSM.

Возможность автоматического роуминга и SMS. Возможность эксплуатации мобильных аппаратов как в цифровом, так и в аналоговом режимах. Если абонент с телефоном аналоговой сети AMPS попадает в цифровую - DAMPS, для работы ему выделяются аналоговые каналы. Однако в этом случае, преимущества цифровой связи ему недоступны.

Этот стандарт проигрывает GSM в возможности свободно менять устаревшие модели телефонов на новые и переносе старого номера в новый телефон. В GSM это делается сменой SIM-карты, в DAMPS это придётся делать в специальном сервисном центре оператора связи. Обновление моделей в этом секторе с каждым днём ускоряется, как и на компьютерном рынке.

Сети AMPS постепенно будут заменяться сетями, работающими в цифровой версии этого стандарта. Последняя модификация IS-136 стандарта DAMPS по техническим возможностям приближает его к GSM.

NMT (Nordic Mobile Telephone) - аналоговый стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 453 до 468 МГц.

Примечательные особенности стандарта NMT

Значительно большая по сравнению с другими стандартами площадь обслуживания одной базовой станции и соответственно меньшие затраты, а также малое затухание сигнала на открытом пространстве, что оптимально для обширных территорий с низкой плотностью населения.

Рисунок 50

Большая дальность - возможность пользоваться связью на расстоянии в несколько десятков километров от базовой станции (теоретически до 100 км, особенно летом) и даже за пределами гарантированной зоны покрытия, если абонент может подключить высокоэффективные направленные антенны и усилители.

Слабая помехоустойчивость - в этом частотном диапазоне уровень индустриальных помех выше, чем в диапазонах 800, 900 и 1800 МГц. В больших городах это выражается в навязчивом шипении и треске в динамиках.

Меньшая, чем в цифровых стандартах, возможность предоставления широкого спектра сервисных услуг.

Незащищённость от подслушивания. Абоненту NMT-450 полезно знать, что его переговоры легко принимает УКВ-приемник соответствующего диапазона. Поэтому ни о какой конфиденциальности говорить не приходится.

Габариты, вес, потребление энергии аккумуляторов у телефонных аппаратов больше, чем в цифровых системах, а время работы соответственно меньше. В новых моделях эти недостатки менее выражены.

Вероятность снижения качества связи внутри помещений выше.

Невысокая абонентская емкость сетей, обусловленная диапазоном используемых частот и особенностями технических решений, может увеличивать время дозвона в моменты пиковой нагрузки. По этой причине в крупных городах число одновременно используемых номеров в пределах одной соты стандарта NMT-450 ограничено. Но абонентам звонить не запретишь и появляется соответствующая проблема.

NMT-450 меньше всего соответствует требованиям «городского» стандарта и больше всего подходит для малонаселённых районов.

Рисунок 51 Схема NMT

Перспективы стандарта NMT

В процессе модернизации разрабатываются новые версии стандарта. Для увеличения емкости сотовых сетей стандарта NMT-450 планируется использовать шаг частотной сетки 12,5 кГц вместо стандартного шага 25 кГц, что позволит увеличить количество рабочих каналов с 180 до 359. Но этой привилегией смогут воспользоваться только владельцы новых моделей телефонов.

Предполагается использовать временное разделение каналов, как в цифровых системах (работа нескольких абонентов на одной частоте).

В Европейских странах у этого стандарта перспектива одна - полный отказ от NMT-450 и переход на технологию IMT-MC-450 (CDMA2000).

Выделяют два класса в телекоммуникационных системах связи (коммутации). Это аналоговые и цифровые системы .

Аналоговые системы передачи и связи (коммутации)

В аналоговых системах все процессы (прием, передача, связь) основана на аналоговых сигналах. Примеров таких систем множество: телевизионное вещание, радио, телефонная коммутация (связь) .

Цифровые системы передачи и связи (коммутации)

В цифровых системах все процессы происходят от цифровых (дискретных) сигналов. Примерами являются - современные объекты связи, цифровая телефония, цифровое телевидение. Эволюционный процесс перехода от аналоговых систем к цифровым связан:

век новых технологий, соответственно в технике все большее распространяются микропроцессорные технологии обработки сигналов;M
создается высокоскоростная паутина цифровых телекоммуникационных сетей;

Соединительными нитками паутины являются магистрали, которые представляют собой набор цифровых каналов коммутации (связи) глобального и локального масштаба. Обращение к этим каналам разрешено различным государственным структурам, предприятиям бизнеса, частным пользователям. Качество передачи и связи соответственно очень высокое.

Давайте все-таки приведем преимущества цифровых систем передачи и обработки данных над аналоговыми системами:

надежность передачи данных, а так же высокая помехоустойчивость;
хранение данных на высочайшем уровне;
завязана на вычислительной технике;
минимизация возникновения ошибок при обработке, передачи, коммутации (связи) данных;