Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

О технологиях сотовой связи просто и понятно

Рассылка закрыта

Вы можете найти рассылки сходной тематики в Каталоге рассылок.

←   Январь 2006   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Автор
Вадим Мальков

Статистика

38 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

О технологиях сотовой связи просто и понятно: выпуск № 3


Информационный Канал Subscribe.Ru
Выпуск № 3
Азы аналоговой и цифровой телефонии: GSM, AMPS, FDMA, TDMA. Часть 1.

О технологиях сотовой связи
ПРОСТО И ПОНЯТНО

  


Здравствуйте!

Всех вас поздравляю с началом успешного шествия года @ - 2006! Рад буду приветствовать вас на нашем сайте ITeka.ru. Информационно-развлекательный ресурс ITeka.ru - это ежедневно обновляемая библиотека материалов из мира информационных технологий, львиная доля которых посвящена мобильной связи. Также для вас здесь тонны мелодий, картинок, игр, тем и видеороликов на любой вкус и цвет. Добро пожаловать!!! Ну а теперь...

В 1983 году Федеральной комиссией по связи был одобрен аналоговый стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone System - усовершенствованная система мобильной связи). Первым городом, в котором была приведена в действие разработанная система, стал Чикаго.

Аппараты на основе AMPS потребляют диапазон частот 824 - 894 МГц. Из антимонопольных соображений "управителями" было выдвинуто требование присутствия на каждой географической территории двух операторов, делящих эфир на A и B-диапазоны. В качестве одного из операторов - B - выступал обыкновенный оператор местной телефонной сети (или просто местная телефонная сеть - wireline). Другого - A - non-wireline (беспроводной). Таким образом, сферы влияния были поделены четко: на "проводников" и "беспроводников", что поспособствовало в наведении порядка. Отныне каждый занимался своим делом и ни в коем случае не претендовал на абсолютную власть в сфере телекоммуникаций. Для каждого оператора назначалось по 832 частоты: 790 для разговора и 42 для обмена системными данными. Пара частот (одна частота для передачи, другая - для принятия) использовалась для образования канала.

Ширина частот в аналоговых голосовых каналах обычно равна 30 кГц. Цифра выбрана в качестве стандартной неслучайно. Дело в том, что именно 30 кГц позволяет обеспечить качество звукопередачи сравнимое с качеством проводной телефонии. Это, естественно, не идеал, но на ранних этапах достичь планки "проводников" на беспроводных аппаратах, было, знаете ли, весьма и весьма приятно, как для проектировщиков-изготовителей, так и для обыкновенных, смертных пользователей.

Передающая и принимающая частоты каждого канала разделены между собой частотным промежутком в 45 МГц с целью исключения возможного возникновения интерференционных помех (об интерференции мы уже упомянули в прошлых выпусках). У каждого оператора в распоряжении 395 голосовых канала и еще 21 канал для вспомогательных функций вроде регистрации и проч.

Некоторое время счастливые пользователи-абоненты привыкали к чудесам беспроводного общения. Еще бы, так удобно с теоретической точки зрения, и так убого с точки зрения реализации: желающих-то толпы, а доступных каналов - раз два и обчелся. Адаптация масс проходила довольно-таки болезненно. А посему конструкторам пришлось двигаться вперед.

Некоторый оптимизм относительно перспектив беспроводной телефонии привнесла модификация AMPS известная как Narrowband Advanced Mobile Phone Service (NAMPS - узкополосная AMPS), позаимствовавшая некоторые наработки из области цифровых изысканий. Займ оказался кстати: обеспечение втрое большего числа запросов по сравнению с оригинальной AMPS - это не шутки. Несмотря на то, что последняя использует цифру, она и ее родоначальница считаются все же аналоговыми системами. Обе они функционируют в 800 мегагерцовой полосе частот и не способны предоставить тот обширный спектр разнообразных вкусностей, каким располагает полноценная цифровая сотовая связь (работа с электронной почтой, веб-серфинг, ну и всяческие безделушки для сааамых маленьких :)

Цифровая сотовая телефония относится ко второму поколению технологии сотовой связи (2G). "Цифровики" используют тот же принцип радиосвязи, что и аналоговые модели, однако иначе. Аналоговые системы не позволяют по максимуму "отэксплуатировать" сигнал между телефоном и сетью, ну а привычные функции и возможности, которыми ежедневно пользуемся мы с вами благодаря цифиркам, вообще недоступны: аналоговые сигналы невозможно сжать, а также невозможно ими управлять с той легкостью, какая присуща цифре. В этом кроется причина, почему многие кабельные компании переориентировались на цифровые технологии, позволяющие приспособить большее количество транслируемых каналов для определенной, фиксированной полосы пропускания. Удивительно, насколько эффективной могут быть единички и нолики.

Цифровые телефоны конвертируют (превращают, кодируют) ваш голосовой сигнал в бинарный (двоичный) информационный поток, представляющий собой набор тех самых единичек и нулей, а затем сжимают его (подробней об оцифровке мы поговорим в следующих выпусках). Сжатие позволяет 3-10 цифровым сигналам занять эфирное пространство, которое занимает всего один аналоговый сигнал. Как говорят в подобных случаях: преимущества очевидны.

Работа большинства цифровых сотовых систем по отправке и получению данных основывается на так называемой модуляции частотным сдвигом (frequency-shift keying - FSK). В FSK логические единица и ноль представлены двумя различными частотами несущего сигнала. Таким образом, оцифровка телефонным аппаратом звукового сигнала являет собой его кодирование в последовательность чередующихся частот - это и есть та цифровая информация, которой обмениваются центральная башня и мобильник. По аналогии с азбукой Морзе, только здесь вместо точек и тире (коротких и длинных сигналов) задействованы 2 различные частоты. Совершенные схемы модуляции и шифрования необходимы для преобразования аналоговой информации в цифровую, сжатия последней, а затем обратного конвертирования с поддержкой приемлемого уровня качества голосового сигнала. А это означает, что сотовые телефоны должны обладать немалыми вычислительными мощностями.

Существует три общих технологии, используемые в сотовых сетях второго поколения (2G) для передачи информации:

  • множественный доступ с частотным разделением (frequency division multiple access - FDMA);
  • множественный доступ с временным разделением (time division multiple access - TDMA);
  • множественный доступ с кодовым разделением каналов (code division multiple access - CDMA).

Несмотря на то, что названия у этих технологий явно не обладают достаточной благозвучностью, вникнуть в суть их действия не так уж и сложно. В результате хирургического вмешательства становится ясно, что:

"Частотное", "временное" и "кодовое" представляют собой методы доступа к транслируемой информации. "Разделение" подразумевает разнесение запросов (сигналов), принцип которого основан на соответствующем методе доступа. FDMA присваивает каждому запросу свою частоту; TDMA каждому запросу назначает определенный временной интервал на выделенной частоте; CDMA предоставляет каждому сигналу свой код и распространяет его (закодированный определенным образом) на весь частотный диапазон.
"Множественный доступ" всего лишь означает, что в пределах одной ячейки разговаривать по сотовому телефону может не один и не два абонента, а целых "много", что явным образом указывает на неограниченность числа потенциальных болтунов для любого момента времени. Ура!

В FDMA весь частотный спектр делится на обособленные голосовые каналы - однородные области спектра определенной ширины. Для лучшего восприятия проведем аналогию с радиостанциями: каждая из них вещает на частоте в пределах доступной полосы (т.е. задействован-то спектр частот, однако находятся они рядом с той частотой, от которой отталкивается вещание; таким образом, сигналу станции, как и голосовому сигналу, требуется некоторый диапазон, ограничиваемый из соображений солидарности к остальным участникам эфира фиксированным лимитом, который рассчитан на обеспечение хотя бы сносной трансляции; радиостанциям отведены полосы частот, но для удобства идентификацию принято проводить по 1й, ключевой частоте). FDMA, главным образом, применяется в аналоговой телефонии (в AMPS, в частности). Несмотря на то, что возможность передачи цифровой информации при этом не исключается, FDMA нельзя считать эффективным методом для манипулирования цифрами.

TDMA - метод доступа, используемый Союзом отраслей электронной промышленности (Electronics Industry Alliance) и Ассоциацией телекоммуникационной индустрии (Telecommunications Industry Association) в сигнальных стандартах (IS-54) и (IS-136). В TDMA берется узкая полоса шириной в 30 кГц и длиной в 6,7 миллисекунды и разбивается на три временных промежутка (тайм-слота). В процессе связи (разговора) производится кодирование сигнала и разбиение его на пакеты с таким расчетом длины каждого, чтобы передачу одного из них можно было бы уложить в 1/3 от 6,7 миллисекунды. Для передачи последующих пакетов производится переключение на другую частоту с доступным временным интервалом. Ну то есть: 1й пакет, допустим, передается на частоте 802 МГц первую треть от 6,7 миллисекунд, а второй - на 812 МГц в течение второй трети, при этом вторая треть частоты 802 МГц уже оказывается занята передачей сигнала, исходящего от другого болтуна. Так и происходит метание сигнала по всему спектру частот.

А возможно это благодаря тому, что голосовые данные конвертируются в цифровые, которые можно сжать и передать за такой короткий промежуток времени, что для слуха абонента данная манипуляция никаких существенных нарушений кислотно-щелочного баланса не вызовет. По этой причине в распоряжении систем, работающих по принципу TDMA, пропускная способность в 3 раза больше, нежели у аналоговой при одном и том же числе каналов. Они способны работать как в 800-мегагерцовой (IS-54), так и в 1900-мегагерцовой (IS-136) полосах частот.

На основе TDMA функционирует Глобальная система мобильной связи (GSM). Однако реализация множественного доступа с временным уплотнением производится методом, отличным от IS-136. В целях обеспечения большей безопасности переговоров в системе GSM осуществляется шифрование данных. Т.е. помимо первичной оцифровки производится еще криптографирование. В Европе и Азии GSM работает в 900 и 1800 МГц-диапазонах, а в США - 850 и 1900 и применяется наряду с цифровой сотовой телефонией в персональных системах связи PCS. Также GSM составляет основу интегрированной системы мобильной связи iDEN(integrated Digital Enhanced Network от Motorola и Nextel).

GSM - международный стандарт в Европе и Австралии, а также в большинстве стран Азии и Африки. В могучей России GSM доминирует, однако CDMA-щики в лице небезызвестного Skylink также не дремлют. Но об этом позже.

В зонах покрытия джиэсэмщиками, владельцы сотовых телефонов могут пользоваться одним телефонным аппаратом, который будет работать везде, где поддерживается данный стандарт. Для подключения к тому или иному оператору необходимо лишь заменить SIM-карту (Subscriber Identification Module - идентификационный модуль абонента). Это маленький сменный чип, который вставляется в телефон. Он хранит все данные о подключениях плюс идентификационные номера, необходимые для доступа к услугам оператора сотовой связи. Ну, я уверен, все это вы и без меня прекрасно знаете. А мои слова необходимы, так сказать, исключительно для порядка - последний на сегодня штрих к портрету.

В следующем выпуске мы продолжим мой доверительный монолог: завершим россказни о GSM, поговорим о преимуществах и недостатках TDMA-систем, познакомимся с CDMA и PCS, ну и много чего еще ожидает нас впереди, было бы время…

Пока на сегодня все. С вопросами и яростной критикой относительно безмерного количества галлонов воды в тексте милости прошу сюда GGlushakov@bk.ru
Subscribe.Ru
Поддержка подписчиков
Другие рассылки этой тематики
Другие рассылки этого автора		 Подписан адрес:
Код этой рассылки: industry.mcomm.mobilenter
Архив рассылки		 Отписаться Вебом Почтой
Вспомнить пароль
В избранное