1)Принцип работы сотовой связи

Лекция: Принципы работы сотовой связи. Стандарты, способы реализации и перспективы развития. (4 часа)

Содержание:

2) История стандартов сотовой связи

3) Стандарты сотовой связи. Перспективы

4) Топология сотовой сети на примере сети GSM

1)Принцип работы сотовой связи

Основой любой сотовой сети является сота (ячейка), в центре которой находится базовая станция. При вызове, поступающем с базовой станции, сотовый телефон соединяется с ней и ему выделяется специальный радиоканал для разговора. Размеры соты определяются максимальной дальностью связи телефона с базовой станцией, типом сети, мощностью базовой станции и рядом других факторов. Максимальная дальность — радиус соты — может быть в диапазоне от нескольких метров до многих десятков километров.

Телефон и мобильный пользователь, еще не выйдя из зоны действия одной базовой станции, попадают в зону действия следующей, и так далее, пока совсем не выйдет из зоны обслуживания сети.

Сотовая связь совсем не обязательно должна быть мобильной: на сегодня большое распространение получает так называемая стационарная сотовая связь. Такое решение часто является удобным и экономически выгодным — отпадает необходимость в дорогостоящей прокладке телефонного кабеля, а одной мощной базовой станции вполне достаточно для телефонизации целого микрорайона. На предприятиях и больших фирмах возможна установка собственных микросотовых систем связи стандарта DECT.

1.1)Аналоговая сотовая связь

На начальном этапе развития сотовой связи важнее всего было обеспечить максимально возможную зону охвата при минимально возможном количестве базовых станций. С этой задачей успешно справлялись аналоговые системы стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), в которых каждому абоненту на время разговора выделялась определенная полоса частот. При небольшом числе абонентов это было удобно и не вызывало проблем-свободных частот хватало на всех, а базовые аналоговые станции диапазона 450 Мгц можно было размещать на значительном (порядка десятков километров) расстоянии друг от друга.

Первые сотовые телефоны весили чуть ли не пять килограммов, имели форму небольшого чемодана и стоили достаточно дорого. Однако по мере роста числа абонентов начали возникать проблемы перегрузки сети, так как ограниченного диапазона частот перестало хватать на всех абонентов, которые желали поговорить одновременно в зоне действия одной и той же базовой станции.

Основой любой сотовой системы связи является обеспечение «многостанционного (множественного) доступа». Это означает, что система поддерживает одновременную работу в сети нескольких абонентов. В аналоговой же сотовой связи значительное количество абонентов делят между собой ограниченное число радиоканалов. Канал в этой ситуации может рассматриваться как часть ограниченного частотного диапазона, выделенного для данной сети связи.

1.2)Цифровая сотовая связь.

Интенсивный процесс развития новых технологий мобильной телефонной связи можно считать начавшимся с того момента, когда рост числа абонентов сотовых сетей связи натолкнулся на нехватку частот.

Несмотря на значительные усовершенствования, стандарт аналоговой передачи AMPS начал отживать свое, и начался переход на цифровые стандарты, позволяющие при прочих равных условиях кардинально увеличить количество одновременно разговаривающих абонентов.

В разных системах сотовой связи используются разные технологии множественного доступа. Традиционные аналоговые системы сотовой связи, основанные на стандартах AMPS и TACS (Total Access Communications System), используют технологию частотного разделения каналов. AMPS — системы делят частотный диапазон на участки шириной 30 КГц на канал, узкополосные системы AMPS (NAMPS) используют участки спектра 10 КГц на каждый канал, а системы TACS — участки спектра 25 КГц.

Новую струю в развитие сотовой связи внесли цифровые системы. Самой распространенной является технологией многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA — Time Division Multiple Access). В группу стандартов цифровой связи TDMA входят Североамериканская цифровая сотовая связь (известная также под именем используемого ею стандарта IS-54/IS-136), Глобальная система мобильной связи (GSM — Global System for Mobile Communications) и Персональная цифровая сотовая связь (PDC — Personal Digital Cellular).

Стандарт IS-54, в настоящее время IS-136, разработан в 1990 году для стран Северной Америки. Эта технология, которую еще называют D-AMPS (Цифровая AMPS), разрабатывалась для увеличения емкости существующих аналоговых сетей AMPS, для которых уже не хватало частот в условиях быстрого роста числа абонентов. Одновременно в США начала быстрыми темпами развиваться еще одна система сотовой цифровой связи, основанная на технологии кодового разделения каналов — стандарт CDMA.

ЧТО ТАКОЕ СОТОВАЯ СВЯЗЬ? Улучшение качества сотовой связи, усиление сигнала GSM

Сотовая связь — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть.
Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции. Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией идет по одному из цифровых протоколов (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS, LTE). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество радио сигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой (англ. handover). Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные. Операторы могут заключать между собой договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь вне зоны покрытия своей сети, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора. Как правило, это осуществляется по повышенным тарифам.

Сайт www.GSMport.ru носит исключительно информационный характер и никакая информация, опубликованная на нём ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями пункта 2 статьи 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Для получения подробной информации о реализуемых товарах, работах и услугах и их цене необходимо обращаться к менеджерам ООО «СЕТЕВЫЕ СИСТЕМЫ».

Copyright 2005-2015

При использовании материалов в сети Интернет гиперссылка на www. GSMport.ru обязательна

Мы продаем оборудование — GSM репитеры PicoCell и материалы для систем усиления сотовой связи. Производим монтажные работы и гарантийное обслуживание, постгарантийное обслуживание (цена договорная). Мы поможем ВАМ оперативно купить усилитель сигнала сотовой связи и решить любой вопрос по улучшению сигнала связи на любом объекте — дача, квартира и т.д.

Основы проектирования сотовых систем

Несмотря на усложнение беспроводных стандартов и устройств, сотовые технологии сохраняют набор общих принципов, лежащих в основе проектирования сотовых систем.

Основы радиосвязи для сотовых сетей : Сотовые сети позволяют таким устройствам, как смартфоны и устройства Интернета вещей (IoT), осуществлять беспроводную связь. Сотовые технологии прошли путь от аналоговых технологий первого поколения (1G) до передовых высокопроизводительных систем четвертого поколения (4G) и пятого поколения (5G) всего за четыре десятилетия.

На протяжении развития каждого поколения беспроводных сетей эти сотовые сети имели ряд общих основных характеристик. Многие обмены данными на основе протоколов между устройством и базовой станцией следуют аналогичной философии идентификации потенциальной соты, регистрации и аутентификации в базовой сети и поддержки мобильности посредством сигнализации передачи обслуживания. Эти принципы, скорее всего, будут включены в системы 6G, каким бы этот стандарт ни оказался в будущем. Конечно, реализация этих основополагающих принципов будет варьироваться от одного стандарта к другому, а иногда даже в пределах редакции данного стандарта.

Основы

Хотя точная архитектура сети отличается от поколения к поколению, типичная сотовая сеть состоит из сети радиодоступа (RAN), базовой сети (CN) и сервисной сети. RAN содержит базовые станции (BS), которые обмениваются данными с беспроводными устройствами с помощью радиочастотных (RF) сигналов, и это интерфейс между базовой станцией и устройствами. RAN выделяет радиоресурсы устройствам, чтобы сделать беспроводную связь реальностью. CN выполняет такие функции, как аутентификация пользователя, авторизация услуги, активация безопасности, выделение IP-адреса и настройка подходящих каналов для облегчения передачи пользовательского трафика, такого как голос и видео. Сеть услуг включает серверы, специфичные для оператора, и подсистему IP-мультимедиа (IMS), чтобы предлагать различные услуги абоненту беспроводной связи, включая голосовые вызовы, текстовые сообщения (SMS) и видеовызовы.

T передатчики

Первым общим принципом сотовых сетей является использование множества передатчиков меньшего размера (100 Вт и менее) с более узкими зонами покрытия вместо одного мощного передатчика с более широким покрытием площадь. Эти передатчики размещены на базовых станциях, более известных как сотовые вышки. Базовые станции также содержат приемники и дополнительные блоки управления.

Соты

Зоны покрытия разделены на соты, каждая из которых обслуживается собственной антенной (передатчиком). Полоса частот выделяется передатчику/приемнику в зависимости от оператора сети. Соты расположены таким образом, что антенны в зоне покрытия располагаются в виде шестиугольника. Это связано с тем, что для представления шестиугольника требуется меньше ячеек по сравнению с треугольником или квадратом, а это означает, что сетевые операторы могут покрывать более широкую территорию с меньшим количеством базовых станций. Еще одним преимуществом шестиугольной сотовой системы является то, что при такой форме возможно повторное использование частот.

Повторное использование частоты

Вторым общим принципом проектирования сотовых сетей является повторное использование частоты. Повторное использование частот — это процесс использования одних и тех же радиочастот на базовых станциях и других радиопередатчиках в пределах географической области. Эти сайты разделены достаточным расстоянием, чтобы создавать минимальные помехи друг другу. Используя географически небольшие соты с низким энергопотреблением, частоты могут повторно использоваться несмежными сотами.

Причиной повторного использования частот является ограниченное количество выделенных несущих частот, установленное регулирующими органами.

Разделение соты

Разделение соты — это процесс разделения перегруженной соты на меньшие соты таким образом, что каждая меньшая сота имеет собственную базовую станцию. Эти меньшие ячейки имеют антенны с уменьшенной высотой и мощностью передатчика. Две меньшие соты увеличивают пропускную способность сотовой сети, поскольку увеличивается количество повторных использований каналов.

В популярной конфигурации сотовой сети одна базовая станция управляет тремя географическими регионами, называемыми секторами (или ячейками), где каждый сектор охватывает область 120°. Вместе три сектора обеспечивают покрытие 3 × 120° = 360° вокруг базовой станции.

Сотовый хэндовер

Когда мобильное устройство перемещается в заданной области, оно пересекает границы соты. Хэндовер — это процесс, при котором выделенное радиосоединение между устройством и сетью радиодоступа переключается с одной соты на другую. Сотовая передача обслуживания гарантирует, что устройство имеет выделенное радиосоединение с наилучшей возможной линией связи. Кроме того, передача обслуживания может использоваться для балансировки нагрузки между обслуживающими базовыми станциями и между несущими частотами, доступными в соте или секторе.

Хэндовер происходит, когда система воспринимает силу сигнала текущей соты как более слабую, чем сота, к которой приближается пользователь. Различные архитектуры генерации сотовой связи используют различную терминологию для устройства, которое определяет уровень сигнала и обеспечивает возможность передачи обслуживания. Передача соты находится под центральным управлением коммутационной станции мобильной связи (MTSO), которая также известна как коммутационная станция мобильной связи (MSO) или центр коммутации мобильной связи (MSC). Когда вызов передается на вторую соту, пользователь не должен знать о передаче обслуживания и ничего не слышать.

Заключение

Несмотря на увеличение сложности беспроводных стандартов и устройств, технологии сотовой связи сохраняют набор общих принципов, лежащих в основе проектирования сотовых систем. Ознакомьтесь с более подробным анализом этих общих принципов радиосвязи для сотовых сетей.

Технология мобильных телефонов » Electronics Notes

Мобильный телефон или технология сотовой связи широко используются и основаны на концепции повторного использования частот приложением в ряде сот покрытия.

---

Основы сотовой/мобильной связи Включает:
Что такое сотовая связь Концепция сотовой системы Сеть радиодоступа, РАН Антенная технология базовой станции Методы множественного доступа Дуплексные методы Что внутри мобильного телефона SIM-карты Сдавать Транспортное сообщение

---

Мобильный телефон или технология сотовой связи широко используются с начала 1980-х годов.

С момента своего первого появления его использование очень быстро возросло до такой степени, что большая часть населения мира имеет доступ к этой технологии.

Вид сверху на сеть мобильной связи

От развитых стран до развивающихся стран, мобильные телефоны или технологии сотовой связи установлены во всех странах мира.

Индустрия сотовой связи была основной движущей силой роста радио- и электронной промышленности.

Развитие сотовой связи

Несмотря на то, что сотовая связь сейчас вошла в повседневную жизнь, на ее развитие ушло много лет.

Хотя основные концепции технологии сотовой связи были предложены в 1940-х годах, только в середине 1980-х радиотехнологии и системы были развернуты, чтобы обеспечить широкую доступность.

Использование систем сотовой связи быстро росло, и, например, было подсчитано, что к 2011 году в Соединенном Королевстве с мобильных телефонов было совершено больше звонков, чем с проводных устройств9.0003

Другой пример роста сотовых телекоммуникационных систем произошел в 2004 г., когда GSMA объявила на Всемирном мобильном конгрессе в феврале 2004 г., что существует более 1 миллиарда абонентов мобильной связи GSM – с момента запуска первой сети прошло 12 лет. Для сравнения, потребовалось более 100 лет, чтобы достичь такого же показателя для проводных телефонных соединений.

Выбор мобильных телефонов GSM

Тогда к 2015 году было активно более 7 миллиардов мобильных абонентов (для всех технологий). Это большой подвиг, если учесть, что население Земли составляет немногим более 7 миллиардов человек. Это означало, что у многих людей было более одной подписки, хотя проникновение на рынок, очевидно, было очень значительным.

Заметка об истории технологии мобильных телефонов:

Технология мобильных телефонов развивается с каждым годом. С момента появления первых систем сотовой связи в 1980-х годах и до сегодняшнего дня развитие новых технологий неуклонно улучшало доступные системы. Начиная с аналоговых систем первого поколения, были введены новые цифровые системы 2G, и они продвинулись вперед, так что в настоящее время разрабатывается технология 5G.

Подробнее о История мобильного телефона.

Поколения сотовой связи

Много говорят о поколениях мобильных телефонов. 2G уступил место 3G, который затем перешел к 4G, а затем к 5G, 6G и так далее.

Эти новые поколения мобильных телефонов или сотовых телефонов появились по мере того, как старая технология была принята и к системе предъявлялись новые требования. Часто это были новые требования, поскольку становилось возможным увидеть, как можно использовать систему следующего поколения и какие преимущества она принесет.

Эти новые поколения стали возможными благодаря развитию общей электроники и радиотехнологий.

Каждое поколение мобильных телефонов преследовало свои цели и могло обеспечивать различные уровни функциональности.

Возможно, в разных поколениях также существовало несколько различных конкурирующих стандартов. Для сотовой связи 3G существовало два основных стандарта, а для 4G — только один, поскольку существовал глобальный консенсус в отношении системы, которую следует использовать, и это облегчало глобальный роуминг. 5G был таким же, и поэтому он не получил никакого брендинга, кроме 5G.

Поколение	Приблизительный год запуска	Фокус
1Г	1979	Мобильный голос
2G	1991	Мобильный голос
3G	2001	Мобильный широкополосный доступ
4G	2009	Мобильный широкополосный доступ
5G	2018	Повсеместная связь

Ключевые концепции сотовой связи

Как следует из названия, технология сотовой связи основана на концепции использования большого количества базовых станций, каждая из которых покрывает небольшую область или ячейку.

Когда каждая базовая станция связывается с разумным числом пользователей, это означает, что вся система может поддерживать огромное количество соединений, а уровни использования частот хорошие.

Система сотовой связи имеет ряд различных областей, каждая из которых выполняет свою функцию. Основные области, детализированные ниже, являются основными, на которые обычно ссылаются при обсуждении систем сотовой связи. Каждая из этих областей часто может быть разделена гораздо дальше на разные сущности.

По мере развития мобильных или сотовых сетей принимаются новые подходы, и хотя основные концепции остаются прежними, некоторые методы, используемые для их реализации, могут различаться.

Мобильный телефон или пользовательское оборудование, UE

Абонентское оборудование или мобильный телефон — элемент системы мобильной связи, видимый пользователю. Он подключается к сети и позволяет пользователю получать доступ к услугам передачи голоса и данных.

Фактическое оборудование может принимать различные формы, традиционные мобильные телефоны, большие и маленькие смартфоны и многие другие устройства, такие как планшеты и т. д., также подключаются к мобильной сети.

В дополнение к этому, многие устройства, используемые для мониторинга, обнаружения и приведения в действие в рамках так называемого Интернета вещей, также действуют как мобильные устройства, подключающиеся к сети.

Хотя мы часто думаем, что основными подключениями к мобильной сети являются мобильные телефоны, которые мы используем, количество подключенных устройств быстро растет, а их сложность и возможности также значительно возрастают.

Подробнее о . . . . что есть в мобильном телефоне.

Сеть радиодоступа, RAN

Сеть радиодоступа находится на периферии системы сотовой связи. Он обеспечивает связь с пользовательским оборудованием из сотовой сети.

Он состоит из ряда элементов и в целом включает базовую станцию ​​и контроллер базовой станции.

По мере развития технологий сотовой связи используемые термины и то, что они содержат, меняются, но их основная функция остается практически неизменной.

Кроме того, все большее распространение получают такие технологии, как Open RAN. Открытая сеть радиодоступа O-RAN — это непатентованная версия системы сети радиодоступа (RAN), которая обеспечивает взаимодействие между оборудованием сотовой сети, предоставляемым различными поставщиками.

Подробнее о . . . . сеть радиодоступа, РАН.

Базовая сеть

Базовая сеть является центром системы сотовой связи. Он управляет всей системой, а также хранит пользовательские данные, управляет контролем доступа, связывается с внешним миром и предоставляет множество других функций.

Сеть включает множество функций. Очевидно, что он обеспечивает значительные уровни связности между различными элементами сети радиодоступа, а также управляет передачей обслуживания от одной соты к другой, поскольку знает расположение ячеек, их загрузку и многие другие факторы.

Тем не менее, базовая сеть также имеет множество объектов и выполняет многие другие действия. Он обеспечивает аутентификацию и доступ для мобильных телефонов, разрешенных в сети, как для домашних пользователей, так и для тех, кто находится в роуминге.

Базовая сеть для сотовой сети также обеспечивает проверку самих мобильных телефонов, поскольку она проверяет IMEI, международный идентификатор мобильного оборудования и может блокировать мобильные телефоны, которые могут быть украдены или не разрешены для использования и т. д.

Другие виды деятельности включают в себя выставление счетов — это основная деятельность, необходимая для обеспечения функционирующей и жизнеспособной сотовой или мобильной сети. Этот элемент будет связан с такими областями, как продажи, где устанавливаются новые контракты.

В целом, базовая сеть выполняет огромное количество действий, и хотя пользователь ее не видит, она является основным элементом любой сети мобильной связи.

Сети мобильной связи состоят из огромного количества элементов, которые должны работать эффективно, чтобы предоставлять услуги, которые мы привыкли ожидать от наших систем мобильной связи.