Сотовые системы

В 1947 году Д. Рингом, сотрудником знаменитой лаборатории, созданной изобретателем телефона Беллом (США), была выдвинута замечательная идея сотового принципа организации сетей подвижной связи. В таких сетях зоны обслуживания отдельных БС образуют соты, размер которых определяется территориальной плотностью абонентов сети. Частотные каналы, используемые для работы одной из БС сети, могут повторно распределяться по определенному закону для работы других БС, входящих в эту же сеть. Это обеспечивает высокую эффективность использования РЧС. В сотовых сетях абонент, перемещаясь из зоны действия одной БС в другую, может поддерживать непрерывную связь как с подвижным абонентом, так и с абонентом ТФОП. Такие сети охватывают обширные территории, и абонент, если он находится в зоне действия хотя бы одной из БС, входящей в общую сеть, может выйти на связь или его может вызвать другой абонент независимо от своего местоположения (услуга роуминга).

Через двадцать лет эта идея нашла свое воплощение в сотовых сетях подвижной связи общего пользования. Внедрение таких сетей начинается с 70-х годов, вначале в США, а позже в европейских странах, в Японии и в других регионах мира. Благодаря их созданию новые услуги подвижной связи стали доступными для сотен миллионов людей многих стран мира.

Первая аналоговая система сотовой подвижной связи первого поколения стандарта AMPS, предназначенная в основном для предоставления услуг телефонии, была развернута в США в 1979 году. Это была система с частотным дуплексом и МДЧР. Она получила распространение во многих странах мира. С некоторыми изменениями она была также позже внедрена в Великобритании и Японии. Система AMPS работает в диапазоне 800 МГц и использует две полосы частот шириной 25 МГц с дуплексным разносом 45 МГц.

В 1981 году в Скандинавских странах в диапазоне 450 МГц разрабатывается сотовая система связи первого поколения стандарта NMT-450, принципы построения которой подобны системе AMPS. Сети NMT-450 еще и сегодня работают во многих европейских странах. В 80-х годах создаются национальные системы сотовой связи первого поколения в Германии, Италии, Франции и происходит быстрый рост количества абонентов сотовых сетей. Для их развития начинает использоваться также и диапазон частот 900 МГц.

Несовместимость оборудования созданных в разных странах систем первого поколения делала невозможным предоставление абонентам этих сетей весьма важной услуги роуминга. Поэтому в 1982 году Скандинавские страны и Голландия выходят с предложением разработки в диапазоне 900 МГц регионального европейского цифрового стандарта сотовой связи (системы второго поколения). В этой системе, помимо услуг телефонии, абонентам должен предоставляться целый ряд услуг, связанных с передачей данных, - факс, короткие сообщения и т. п. Это предложение было поддержано всеми странами Западной Европы, и в 1989 году в ETSI был разработан стандарт на систему GSM. В следующем году, учитывая перспективы развития сотовой связи в Европе и во всем мире, этот же стандарт был принят для диапазона 1800 МГц. В 1991 году создаются опытные сети стандарта GSM и начинается его глобальное распространение по всему земному шару, в связи с чем аббревиатура GSM приобрела новую расшифровку -Global System for Mobile Communications. Пионером в создании таких сетей является Финляндия, в которой сегодня имеется рекордное число абонентов сетей сотовой связи (более 70 % населения).

Сети сотовой связи стандарта GSM были внедрены не только в Европе, но получили распространение и во многих странах мира. Разработка и широкое внедрение системы GSM ярко продемонстрировали, сколь высокой может быть эффективность международного сотрудничества в деле развития новой техники связи.

Принципы, положенные в основу системы GSM, позже использовались в ETSI при создании европейских систем поездной связи (U1C), транкинговой связи (TETRA), беспроводной связи (DECT). Они оказали влияние на разработку европейской системы подвижной связи третьего поколения (UMTS - Universal Mobile Telecommunication System).

Система AMPS также модернизируется, создается цифровая система D-AMPS, и выпускаются абонентские терминалы, которые могут работать как в аналоговых, так и в цифровых сетях данного стандарта. Применение системы D-AMPS позволяет увеличить емкость сотовой сети в тех местах, где аналоговые сети оказались перегруженными из-за увеличения количества абонентов.

В России сотовая связь начинает развиваться с 1991 года, когда в Санкт-Петербурге была развернута первая сеть скандинавского стандарта NMT-450. С 1994 года создаются сотовые сети американского стандарта AMPS, а с 1996 - европейского стандарта GSM-900. Сегодня в России созданы сети сотовой связи всех этих стандартов.

Знаменательной вехой в развитии систем сотовой подвижной связи является год 1989-й. В этом году фирмой "Qualcomm" (США) была завершена разработка новой цифровой системы второго поколения, использующей технологию СОМА. Эта технология в несколько раз повышала эффективность использования РЧС в сотовой связи и позволяла создавать сети весьма большой емкости. В США и в некоторых странах Азии эта технология получила применение, так как она позволяла при необходимости повысить емкость существующих сетей стандарта AMPS. В странах Западной Европы, в которых распределение полос частот между разными службами существенно отличается от стран Американского континента, сети на этой технологии не создавались. В них происходило интенсивное развитие сотовых сетей стандарта GSM. В России в 1997 году на основе технологии CDMA начали создаваться сети абонентского доступа.

Результаты маркетинговых исследований, выполненных во многих странах, показывали, что спрос на услуги сотовых сетей подвижной связи в ближайшие десятилетия будет расти весьма быстро.

В 1990 году в МСЭ и в региональных организациях стандартизации (ETSI - Европа, ARIB - Япония и ANSI - США) начинаются работы по созданию единого общемирового стандарта на оборудование систем подвижной сотовой связи третьего поколения IMT-2000 (International Mobile Telecommunication). В Европе разрабатывается система UMTS, относящаяся к семейству IMT-2000. Основная предпосылка для выполнения этих работ состояла в том, что на рубеже столетий пользователям мобильных систем станет необходимо предоставление таких же услуг, как и в фиксированной связи. Абонент в третьем тысячелетии, независимо от соединения с ТФОП по проводным или радиоканалам, будет пользоваться полным набором широкополосных услуг мультимедиа, обеспечиваемых глобальной информационной инфраструктурой.

В 1992 году на ВРК было принято решение о выделении в диапазоне 2 ГГц на всемирной основе полосы частот для развития систем сотовой подвижной связи третьего поколения. В сетях подвижной связи третьего поколения существенно возрастет скорость передачи сообщений: в сотовых и микросотовых сетях она составит до 380 Кбит/с, а в пикосотовых сетях, разворачиваемых внутри помещений, - до 2 Мбит/с. Для передачи сообщений по радиоканалу в этих сетях используются в основном системы с СОМА.

В процессе работ по созданию единого мирового стандарта на сети третьего поколения были рассмотрены десятки разных предложений, сделанных ведущими в мире компаниями - производителями телекоммуникационного оборудования. Достичь полного согласия в выборе единого стандарта не удалось. Причиной этого является то, что при разработке стандартов учитывается возможность Архитектура сети UMTS развития сетей нового поколения при максимальном использовании уже существующей инфраструктуры. За прошедшие годы в разных регионах мира сложилась различная инфраструктура сотовых сетей. Однако в настоящее время в МСЭ принято решение, согласно которому в будущем будут развиваться пять типов систем, основанных на предложениях региональных органов стандартизации Европы, США, Японии, Кореи и Китая. В МСЭ приняты решения, согласно которым в создаваемых сетях будет предусмотрена возможность осуществления глобального роуминга абонентов независимо от используемой системы третьего поколения в стране их проживания.

В ряде европейских стран уже выданы лицензии на создание сотовых сетей подвижной связи стандарта UMTS. Ввод их в коммерческую эксплуатацию должен состояться в 2002 году.