В развитии ССС можно выделить три поколениях: аналоговые системы; цифровые системы; универсальные системы мобильной связи. К аналоговыми ССС относятся следующие стандарты:
Характеристики ССС основных аналоговых стандартов представлены в таблице 1.
| Характеристика | AMPS | TACS (ETACS) | NMT-450 | NMT-900 | Radlocom-2000 | NTT |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Диапазон частот, МГц | 825-845 870-890 | 935-950 (917-933) 890-905 (872-888) | 453-457.5 463-467.5 | 935-960 890-915 | 424.8-427.9 418.8-421.9 | 925-940 870-885 |
| Радиус ячейки | 2-20 | 2-20 | 2-45 | 0.5-20.0 | 5-20 | 5-10 |
| Число каналов подвижной станции | 666 | 600(640) | 180 | 1000/1999 | 256 | до 1000 |
| Число каналов базовой станции | 96 | 144 | 30 | 30 | - | 120 |
| Мощность передатчика базовой станции, Вт | 45 | 50 | 0 | - | - | 25 |
| Ширина полосы частот канала, кГц | 30(12.5) | 25 | 25 | 25.0/12.5 | 12.5 | 25 |
| Время переключения канала на границе ячейки, мс | 250 | 290 | 1250 | 270 | - | 800 |
| Максимальная девиация частоты в канале управления, кГц | 8 | 6.4 | 3.5 | 3.5 | - | 4.5 |
| Максимальная девиация частоты в речевом канале, кГц | 12 | 9.5 | 5 | 5 | 2.5 | 5 |
| Минимальное отношение сигнал/шум, дБ | 10(6.5) | 10 | 15 | 15 | - | 15 |
Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов. 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 следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов.
Перечисленные недостатки обусловили появление цифровых ССС. Переход к цифровым системам также стимулировался широким внедрением цифровой техники в отрасль связи и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов.
Переход к цифровым системам натолкнулся на некоторые трудности. В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его цифровым стандартом оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой цифровой систем в одном и том же диапазоне. Разработанный стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS - сокращение от Interim Standard, т.е. «промежуточный стандарт»). В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем. Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSP\ (GSM-900 — диапазон 900 МГц). Цифровой стандарт, по техническим характеристикам схожий с D-AMPS, был разработан в Японии; первоначально он назывался JDC, а с 1994 г. PDC (Personal Digital Cellular - «персональная цифровая сотовая связь»).
Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления (КУ). Цифровая версия IS-54 сохранила структуру КУ аналоговой AMPS, что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые КУ были введены в версии IS-136. При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54, но повышена емкость КУ и расширены функциональные возможности системы. Позже было принято решение обозначать этот стандарт GSM-1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS – Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этом диапазоне предусмотрена стандартом D-AMPS и разработана соответствующая версия стандарта GSM («американский» GSM-1900 - стандарт IS-661).
Все перечисленные выше цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access -TDMA). Однако уже в 1992 - 1993 гг. в США был разработан стандарт ССС на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access - CDMA) - стандарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995-1996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц.
Основные цифровые стандарты ССС:Цифровые ССПС по сравнению с аналоговыми системами предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают повышенное качество связи, а также взаимодействие с цифровыми сетями ISDN и пакетной передачи данных (PDN).
Характеристики цифровых стандартов представлены в табл. 2.Дальнейшее развитие ССПС осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения (3G), которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа.
Программа IMT-2000 (International Mobil Telecommunications-2000) по созданию нового семейства систем подвижной связи третьего поколения, охватывает технологии, наземной сотовой, спутниковой связи и беспроводного доступа.
Суть новой концепции состоит в совмещении существующих сетей с системами, базирующимся на новом семействе стандартов 3-го поколения, которое получило обозначение IFS (IMT-2000 Family of Systems).
| Характеристика | GSM (DCS 1800) | D-AMPS (ADC) | JDC | CDMA |
|---|---|---|---|---|
| Метод доступа | TDMA | TDMA | TDMA | CDMA |
| Число речевых каналов на несущую | 8(16) | 3 | 3 | 32 |
| Рабочий диапазон частот, МГц | 935-960 890-915 (1710-1785) (1805-1880) | 824-840 869-894 | 810-826 940-956 1429-1441 1447-1489 1501-1513 | 824-840 869-894 |
| Разнос каналов, кГц | 200 | 30 | 25 | 1250 |
| Эквивалентная полоса частот на один разговорный канал, кГц | 25(12.5) | 10 | 8.3 | - |
| Вид модуляции | 0.3 GMSK | п/4 DQPSK | п/4 DQPSK | QPSK |
| Скорость передачи информации, кбит/с | 270 | 48 | 42 | 57.6 |
| Скорость преобразования речи, кбит/с | 13(6.5) | 8 | 11.2(5.6) | 9.6 |
| Алгоритм преобразования речи | RPE-LTR | VSELP | VSELP | - |
| Радиус соты, км | 0.5-35.0 | 0.5-20.0 | 0.5-20.0 | 0.5-25.0 |
Сегодня наиболее вероятно, что в странах с развитой телекоммуникационной инфраструктурой переход к 3-му поколению будет происходить путем совершенствования существующих аналоговых и цифровых сетей и создания условий для предоставления новых услуг мультимедиа, включая высокоскоростную симметричную и асимметричную передачу информации с высоким качеством связи, факсимильных сообщений и данных, любому абоненту с помощью мобильного терминала, имеющего единый номер. Набор услуг должен приближаться к перечню, предоставляемому в сетях ISDN (видеоконференц-связь, работа в режиме коммутации каналов и коммутации пакетов, взаимодействие с приложениями Internet, IN). Транспортная сеть должна обеспечить межсетевое взаимодействие и прозрачность доступа к услугам независимо от местонахождения абонентов.
Параллельно будут создаваться маленькие «островки» ЗG-технологий (WCDMA и др.), которые станут расширяться с ростом числа абонентов. Этап внедрения новых технологий продлится не менее четырех лет (2002-2005 гг.), а совместное существование систем 2-го и 3-го поколений - примерно до 2010 г.
Такая стратегия обеспечивает последовательную модификацию составных элементов сетей, причем абонентская часть (терминалы), должна будет удовлетворять требованиям многих стандартов.
В настоящее время необходимо дать возможность всем операторам действующих сетей использовать существующую инфраструктуру при реализации набора новых услуг IMT-2000. В связи с этим, в Международном союзе электросвязи (МСЭ) завершается процесс стандартизации новых технологий и рабочие группы осуществляют разработку детальных спецификаций.
Программа IMT-2000 базируется на ряде принципиальных положений, определяющих принципы построения систем.
Архитектура систем будущего должна включать в себя два основных элемента: сетевую инфраструктуру (Access Network) и магистральные базовые сети (Core Network). Она должна обеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степеней мобильности абонента (т. е. разных скоростей его движения) в зависимости от величины зоны покрытия:Для разработки принципиально новых подходов к построению радиоинтерфейса было образовано два объединения: 3GPP и 3GPP2.
В первое объединение (3GPP) входят ETSI (Европа), ARIB (Япония), Комитет Т1 (США), а также три региональных органа стандартизации от Азиатско-Тихоокеанского региона - CWTS (Китай), ТТА (Корея) и ТТС (Япония).
3GPP предложило объединить пять проектов: UTRA FDD (ETSI), WCDMA (ARIB), WCDMA NA (T1P1, США), WIMS (TR-46.1, США) и CDMA II (ТТА). В качестве перспективных рассматриваются два варианта радиоинтерфейса.
Первый вариант - IMT-DS (IMT-2000 Direct Spread) - построен на базе проектов WCDMA (UTRA FDD) с прямым расширением спектра (DSCDMA) и частотным дуплексным разносом (FDD), ориентированным на использование в парных полосах частот.
Другой тип радиоинтерфейса - IMT-TC (IMT-2000 Time-Code), основан на кодово-временном разделении каналов TDMA/CDMA с временным дуплексным разносом (TDD) и предназначен для организации связи в непарных полосах частот.
В Европе выработали единую политику перехода к 3-му поколению, в результате чего количество ее проектов ограничилось двумя: UTRA и DECT ЕР.
Аббревиатура IMT-FT (IMT-2000 Frequency Time) присвоена проекту DECT EP, который поступил от ETSI. Новый стандарт на микросотовую систему DECT предполагает применение комбинированного частотно-временного дуплексного разноса и предназначен для работы как в парных, так и в непарных полосах частот. В IMT-FT определены три значения скоростей передачи: 1,152; 2,304 и 3,456 Мбит/с, реализовать которые можно за счет введения новых методов модуляции п/2 DPSK, -п/4 DQPSK и п/8 D8PSK соответственно.
Во второе объединение (3GPP2) входят Ассоциация промышленности связи TIA и ряд азиатских региональных организаций: ARIB, CWTS, ТТА и ТТС.
Предложения от 3GPP2 представлены двумя вариантами радиоинтерфейсов, получившими обозначение IMT-MC (IMT-2000 Multi Carrier) и IMT-SC (IMT-2000 Single Carrier).
Первый из них - IMT-MC - по сути представляет собой модификацию многочастотной системы cdma2000, в которой обеспечивается обратная совместимость с оборудованием стандарта cdmaOne (IS-95) (cdmaOne - коммерческое название системы, разработанной по спецификациям стандарта IS- 95). Увеличение пропускной способности реализуется за счет одновременной передачи сигналов на нескольких несущих с частотным дуплексным разносом, предполагается работа в непарных полосах частот.
Радиоинтерфейс IMT-SC базируется на спецификациях проекта стандарта UWC-136. В нем определено поэтапное расширение возможностей существующей системы TDMA при условии работы системы в парных полосах частот.В соответствии с концепцией IMT-2000 в системах 3-го поколения предполагается создание единого частотного пространства шириной 230 МГц с разными сценариями использования.
Основа этих сценариев – режимы FDD (Frequency Division Duplex) и TDD (Time Division Duplex). Новизна технологии IMT-2000 связана прежде всего с выделением парных полос частот для систем, работающих с частотным дуплексным разносом (FDD), и непарных – для систем с временным дуплексным разносом (TDD).
Комбинированное использование этих двух режимов делает систему гибкой, позволяя изменять пропускную способность и способы организации связи. Режим FDD более эффективен при больших размерах сот и высокой скорости передвижения абонентов, а TDD. напротив, предназначен для работы в пико и микросотах, т. е. там, где абонент передвигается с невысокой скоростью.