Перспективы развития существующих сетей беспроводного доступа стандарта GSM

41) «Руководство пользователя MapInfo Professional» http://www.logun.ru/dl/MapInfo_manual.pdf

42) Статья «Местный бюджет» от 18 ноября 2012 года https://ru. Wikipedia.org/wiki/Местный бюджет

43) Доклад Блиера М.Б и др. «Социально-экономическое развитие Астраханской области в 2010 году» http://www.gosbook.ru/node/82500

 

Перспективы развития существующих сетей беспроводного доступа стандарта GSM

 

 

Выполнил Студент: Комаров Д.Э.

 

 

Москва 2015

GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) (русск. СПС-900) — глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA). Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 1980-х годов.

GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation) (1G — аналоговая сотовая связь, 2G — цифровая сотовая связь, 3G — широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевымикомпьютерными сетями, в том числе Интернет).

Мобильные телефоны выпускаются с поддержкой 4 частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц^[1].

В зависимости от количества диапазонов, телефоны подразделяются на классы и вариацию частот в зависимости от региона использования.

· Однодиапазонные — телефон может работать в одной полосе частот. В настоящее время не выпускаются, но существует возможность ручного выбора определённого диапазона частот в некоторых моделях телефонов, например Motorola C115, или с помощью инженерного меню телефона.

· Двухдиапазонные (Dual Band) — для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800 и 850/1900 для Америки и Канады.

· Трёхдиапазонные (Tri Band) — для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800/1900 и 850/1800/1900 для Америки и Канады.

· Четырехдиапазонные (Quad Band) — поддерживают все диапазоны 850/900/1800/1900.

В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с величиной нормированной полосы ВТ — 0,3, где В — ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т — длительность одного бита цифрового сообщения.

GSM на сегодняшний день является наиболее распространённым стандартом связи. По данным ассоциации GSM (GSMA) на данный стандарт приходится 82 % мирового рынка мобильной связи, 29 % населения земного шара использует глобальные технологии GSM. В GSMA в настоящее время входят операторы более чем 210 стран и территорий.

GSM сначала означало Groupe Spécial Mobile, по названию группы анализа, которая создавала стандарт. Теперь он известен как Global System for Mobile Communications (Глобальная Система для Мобильной Связи), хотя слово «Связь» не включается в сокращение. Разработка GSM началась в 1982 году группой из 26 Европейских национальных телефонных компаний. Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных администраций (CEPT), стремилась построить единую для всех европейских стран сотовую систему диапазона 900 MГц. Достижения GSM стали «одними из наиболее убедительных демонстраций какое сотрудничество в Европейской промышленности может быть достигнуто на глобальном рынке».

В 1989 году Европейский Телекоммуникационный Институт Стандартов (ETSI) взял ответственность за дальнейшее развитие GSM. В 1990 году были опубликованы первые рекомендации. Спецификация была опубликована в 1991 году.

Коммерческие сети GSM начали действовать в Европейских странах в середине 1991 г. GSM разработан позже, чем аналоговая сотовая связь и во многих отношениях была лучше спроектирована. Северо-Американский аналог — PCS, вырастил из своих корней стандарты включая цифровые технологии TDMA и CDMA, но для CDMA потенциальное улучшение качества обслуживания так и не было никогда подтверждено.

 

1982 (Groupe Spécial Mobile) — 1990 г. Global System for Mobile Communications. Первая коммерческая сеть в январе 1992 г. Цифровой стандарт, поддерживает скорость передачи данных до 9,6 кбит/с. Полностью устарел, производство оборудования под него прекращено.

В 1991 году были введены услуги стандарта GSM «ФАЗА 1».

В них входят:

· Переадресация вызова (Call forwarding). Возможность перевода входящих звонков на другой телефонный номер в тех случаях, когда номер занят или абонент не отвечает; когда телефон выключен или находится вне зоны действия сети и т. п. Кроме того, возможна переадресация факсов и данных.

· Запрет вызова (Call barring). Запрет на все входящие/исходящие звонки; запрет на исходящие международные звонки; запрет на входящие звонки, за исключением внутрисетевых.

· Ожидание вызова (Call waiting). Эта услуга позволяет принять входящий вызов во время уже продолжающегося разговора. При этом первый абонент или по-прежнему будет находиться на связи, или разговор с ним может быть завершён.

· Удержание вызова (Call Holding). Эта услуга позволяет, не разрывая связь с одним абонентом, позвонить (или ответить на входящий звонок) другому абоненту.

· Глобальный роуминг (Global roaming). При посещении любой из стран, с которой ваш оператор подписал соответствующее соглашение, вы можете пользоваться своим сотовым телефоном GSM без изменения номера.

Стандарт GSM Phase 2 принят в 1993 г.^[2] Цифровой стандарт, поддерживает скорость передачи данных до 9,6 кбит/с. С 1995 г. включает диапазон 1900 МГц. Второй этап развития GSM — GSM «Фаза 2», который завершился в 1997 г., предусматривает такие услуги:

· Определение номера вызывающей линии (Calling Line Identification Presentation). При входящем звонке на экране высвечивается номер вызывающего абонента.

· Антиопределитель номера (Calling Line Identification Restriction). С помощью этой услуги можно запретить определение собственного номера при соединении с другим абонентом.

· Групповой вызов (Multi party). Режим телеконференции или конференц-связи позволяет объединить до пяти абонентов в группу и вести переговоры между всеми членами группы одновременно.

· Создание закрытой группы до десяти абонентов (Closed User Group). Позволяет создавать группу пользователей, члены которой могут связываться только между собой. Чаще всего к этой услуге прибегают компании, предоставляющие терминалы своим служащим для работы.

· Информация о стоимости разговора. Сюда входят таймер, который считает время на линии, и счётчик звонков. Также благодаря этой услуге можно проверять оставшийся на счёте кредит. Возможна и другая услуга: «Совет по оплате» (Advice of Charge). По требованию пользователя происходит проверка стоимости и длительности разговора в то время, когда аппарат находится на связи.

· Обслуживание дополнительной линии (Alternative Line Service). Пользователь может приобрести два номера, которые будут приписаны к одному модулю SIM. В этом случае связь выполняется по двум линиям, с предоставлением двух счетов, двух голосовых ящиков и т. п.

· Короткие текстовые сообщения (Short Message Service). Возможность приёма и передачи коротких текстовых сообщений (до 160 знаков).

· Система голосовых сообщений (Voice Mail). Услуга позволяет автоматически переводить входящие звонки на персональный автоответчик (голосовая почта). Пользоваться этим можно только в том случае, если у абонента активизирована услуга «переадресация вызовов».

Стандарт GSM Phase 2 считается устаревшим; но так как стандарт GSM подразумевает обратную совместимость, то старое оборудование базовых станций и телефоны могут работать (и работают) в современных сетях.

Следующий этап развития сетей стандарта GSM «ФАЗА 2+» не связан с конкретным годом внедрения. Новые услуги и функции стандартизируются и внедряются после подготовки и утверждения их технических описаний. Все работы по этапу «Фаза 2+» проводились Европейским институтом стандартизации электросвязи (ETSI). Количество уже внедрённых и находящихся в стадии утверждения услуг превышает 50. Среди них можно выделить следующие:

· улучшенное программное обеспечение SIM-карты;

· улучшенное полноскоростное кодирование речи EFR (Enhanced Full Rate);

· возможность взаимодействия между системами GSM и DECT;

· повышение скорости передачи данных благодаря пакетной передаче данных GPRS (General Packet RadioService) или за счёт системы передачи данных по коммутируемым каналам HSCSD (High Speed Circuit Switched Data).

GSM обеспечивает поддержку следующих услуг:

· Услуги передачи данных (синхронный и асинхронный обмен данными, в том числе пакетная передача данных — GPRS). Данные услуги не гарантируют совместимость терминальных устройств и обеспечивают только передачу информации к ним и от них.

· Передача речевой информации.

· Передача коротких сообщений (SMS).

· Передача факсимильных сообщений.

Дополнительные (необязательные к предоставлению) услуги:

· Определение вызывающего номера и ограничение такого определения.

· Безусловная и условная переадресация вызова на другой номер.

· Ожидание и удержание вызова.

· Конференц-связь (одновременная речевая связь между тремя и более подвижными станциями).

· Запрет на определённые пользователем услуги (международные звонки, роуминговые звонки и др.)

· Голосовая почта.

и многие другие услуги.

Цифровые системы подвижной сотовой связи второго поколения стремительно развиваются во всем мире. Наибольшая динамика развития характерна для сетей сотовой связи GSM (Global System for Mobile Communications). Первоначально с 1982 г. разработка стандарта GSM проводилась в рамках СЕРТ - Европейской конференции администраций почт и связи, затем - в ETSI - Европейском институте стандартов связи, его образования в 1988 г.

В рамках ETSI развитие стандарта GSM осуществляется специальной группой по подвижной связи - SMG (Special Mobile Group). В группе образовано одиннадцать подкомитетов, которые занимаются вопросами развития стандартов GSM-900, DCS-1800, а также разработкой стандартов для систем сотовой связи третьего поколения - Универсальных мобильных телекоммуникационных систем (UMTS - Universal Mobile Telecommunications Systems).

Весьма быстрый прогресс сетей связи стандарта GSM, прежде всего, обусловлен его широкими функциональными возможностями и тем, что их постоянное совершенствование происходит на основе концепции совместимости "снизу-вверх", не требующей модификации оборудования прежнего поколения для межсетевого обмена с новым, отличающимся большим количеством функций (особенно для пользователя). Именно в этом и заключена суть развития: система должна быть такой, чтобы внедрение новых функций и новых идей было возможно без остановки эксплуатации уже используемого оборудования.

Начиная с 1988 г. в стандарте GSM предусматривались конкретные направления его дальнейшего совершенствования. Прежде всего, не предполагалось жестко закрепить стандарт на определенном диапазоне радиочастот. Разработанная структурная схема сети сотовой связи (рис. 1), в состав которой входят приемно-передающие базовые станции (БС) и подсистема коммутации (ПК), а так-же радиоинтерфейсы (Ри), доказала свою универсальность в диапазонах 900, 1800 и 1900 МГц. Еще одним примером этого является внедрение без каких-либо затруднений алгоритма шифрования для радиоинтерфейса, отличающегося от первоначально применявшегося, который был специфицирован. Третьим примером может служить намеченное внедрение полускоростного речевого кодера, когда технологические возможности позволят это сделать.

Концепция постоянного развития GSM позволила плавно наращивать на сетях состав услуг связи, разбив этот процесс на ряд этапов или фаз.

Фаза 1 относится к самостоятельной версии стандарта GSM, обеспечивающей предоставление основных услуг подвижной связи, передачу речи, факса группы 3, коротких сообщений, переадресацию, блокировку вызова. Развитие сетей GSM в рамках Фазы 1 охватывает период 1991- 1995 гг. и является основой первого этапа внедрения коммерческих систем GSM. Ее недостатком было то, что она не в полной мере отвечала принципам совместимости "снизу-вверх". Именно внедрение этих принципов и характеризует, прежде всего, следующий этап, получивший название Фаза 2.

Эта фаза представляет собой законченную версию стандарта GSM, ввод которой относится к 1995- 1997 гг. Она отличается от Фазы 1 не только количеством предоставляемых услуг (главным образом, дополнительных), но и многочисленными изменениями основных сигнальных протоколов, а именно - протоколов прикладной системы, действующих между центрами коммутации подвижной связи (ЦКПС) и базами данных, а также протоколов взаимодействия подвижных станций с сетевой инфраструктурой. Кроме того, были уточнены многие вопросы стандартизации, неопределенность которых могла бы усложнить последующее внедрение каких-либо новшеств. Прежде всего это относится к механизмам, позволяющим ЦКПС, ДРП и подвижным станциям внедрять новые, ранее непредвиденные дополнительные услуги.

Фазу 2 характеризуют следующие главные аспекты: перевод самостоятельных спецификаций GSM-900 и DCS-1800 (Digital Communications System - цифровая система связи) в единую спецификацию, содержащую рекомендации, необходимые требования, а также параметры двух систем; расширение полосы радиочастот на 2х10 МГц (EGSM -ExtendedGSM- расширенный GSM) до суммарной полосы 2х35 МГц, 880...915 МГц/ 925...960 МГц (рис. 2); увеличение состава дополнительных услуг; стандартизация параметров полускоростного и улучшенного полноскоростного речевых кодекса; развитие службы передачи коротких сообщений; усовершенствованные SIM-карты.

Таким образом, эта фаза подготовила стандарт GSM к дальнейшему поэтапному внедрению ряда новых услуг связи. Новый этап получил название Фаза 2+, начало его внедрения относится к 1996-1997 гг. Следует подчеркнуть, что это не новая фаза, а точнее - продолжение программы совершенствования Фазы 2. Фактической задачей программы Фаза 2+ явилось постепенное внедрение всех важных изменений при сохранении совместимости "снизу-вверх".

В рамках ETSI комитетом по подвижной связи был составлен перечень предложений, учитывающих дальнейшее развитие GSM от аспектов радиопередачи до аспектов управления. Дополнения изменили систему GSM до такой степени, что она лишь отдаленно напоминает свой первоначальный вариант.

Среди новых видов услуг, предполагаемых к внедрению на Фазе 2+, можно отметитьследующие:

1. Усовершенствованная передача полноскоростных речевых сообщений для систем связи PCS-1900 (Personal Communication Services - система переносной связи вдиапазоне 1900 МГц), что обеспечивает повышение качества передачи речевых сообщений в сложных условиях использования подвижных станций, включая высокий уровень внешних акустических шумов.

2. Групповой вызов и соответствующие услуги. Необходимость их внедрения обозначена еще в 1992 г., когда Международный союз железнодорожников (UIC - Union Internationale des Chemins de fer) выбрал технологию GSM в качестве будущего стандарта сотовых систем для нужд железнодорожных компаний. Указанные виды услуг обычно ассоциируются с частными системами подвижной связи. В состав этих услуг входит также групповой вызов, включая такой вызов в рамках нескольких сот.

3. Пакетная радиопередача. В стандарте GSM ранее предусматривалась возможность доступа сетей пакетной передачи Х.25. Кроме того, действует пакет услуг, называемый Службой коротких сообщений, которая обеспечивает эпизодическую (нечастую) передачу сообщений. Между ними есть место и для услуги, состоящей из частой, но прерывистой передачи небольших пакетов данных. Эта услуга получила обозначение GPRS (General Packet Radio Service).

Одновременно с этим на Фазе 2+ рассматриваются вопросы высокоскоростной передачи данных по коммутируемым каналам HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), а также сжатие данных.

4. Применение двухдиапазонных терминалов (dual-band).

5. Межсетевой обмен GSM и систем глобальной подвижной персональной спутниковой связи (GMPCS), так как различные проекты спутниковой связи Globalstar, Iridium, Inmarsat-P, Odyssey TRW рассматривают возможности межсетевого обмена с системой GSM. Это взаимодействие может иметь форму роуминга, для которого у GSM есть все необходимые средства.

6. Внедрение услуг интеллектуальной сети (IN) с дальнейшим разделением функций сети управления и сети обслуживания и т. д.

Стратегической задачей развития GSM на Фазе 2+ является переход к третьему поколению сотовых систем подвижной связи - UMTS.

К 2000 г. семейство сетей GSM-900 и DCS-1800, главным образом совмещенных, будет обслуживать около 200 млн абонентов почти в 130 странах.

Несмотря на этот успех, уже сегодня можно сформулировать основные требования рынка к системам сотовой подвижной связи после 2000 г. Эти требования лежат за пределами возможностей систем связи второго поколения. К ним относятся: обеспечение услуг мультимедиа в рамках глобальной информационной инфраструктуры, прозрачности передачи сообщений по радиоинтерфейсу и фиксированным сетям связи, скорости передачи в радиоканале 2,048 Мбит/с и более; возможность асимметричной передачи сообщений и данных "сверху-вниз" и "снизу-вверх"; реализация в полном объеме услуг интеллектуальной сети; глобальный роуминг и т. д.

Главной проблемой в реализации перечисленных требований является необходимость согласования в рамках Международного союза электросвязи (ITU) и Европейской конференции администраций почт и связи (СЕРТ) полос частот и типа радиоинтерфейса для систем сотовой связи третьего поколения.

Годом рождения систем подвижной радиосвязи третьего поколения можно по праву считать 1992 г., когда Всемирная административная радиоконференция ВАРК-92 (WARC - World Administrative Radio Conference) ITU приняла решение о выделении для нового поколения системы частот 1885...2025 МГц и 2110...2200 МГц на всемирной основе.

В рамках ITU система третьего поколе- ния была обозначена как IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - Международная система подвижной связи). Символично то, что в том же 1992 г. началась коммерческая эксплуатация первых сетей GSM в Европе.

В 1994 г. Европейская комиссия рекомендательный орган Европейского союза (EU) - определила важнейшие принципы построения перспективной общеевропейской инфраструктуры подвижной и персональной связи третьего поколения, представленные в Зеленой книге (Green Paper on Mobile and Personal Communications).

27 июля 1994 г. Европейский СОЮЗ одобрил специальную программу исследований и разработок по созданию усовершенствованных технологий связи и служб - ACTS (Advanced Communications Technologies and Services), реализация которой завершена в 1998 г. Одним из основных направлений исследований в программе ACTS было отведено разработке принципов построения UMTS.

В целях координации работ по созданию коммерческих сетей UMTS в 1996 г. была создана международная организация UMTS FORUM. По данным этой организации темпы роста услуг подвижной связи должны составить около 60% в год, и в 2005 г. емкость сетей UMTS в Европе достигнет 200 млн абонентов, причем около 30% услуг составят мультимедийные услуги, доступ к Интернету и электронные игры.

Предполагается, что сеть UMTS должна обеспечивать высококачественную речевую связь, высокоскоростную передачу данных (144 кбит/с...2048 кбит/с), интеграцию услуг фиксированных и подвижных сетей связи, передачу мультимедийной информации на многофункциональный подвижный терминал абонента и многое другое. Распределение полос радиочастот для IMT-2000 и UMTS, как европейского варианта ее реализации, показано на рис.3.

В октябре 1997 г. компании Siemens и Motorola, атакже А1са1е1, Bosch, Italtel и Nortel опубликовали предложения по созданию одного из вариантов UMTS, обеспечивающего совмещение двух технологий GSM и СОМА (многократный доступ с кодовым разделением). За основу этого варианта стандарта UMTS были приняты предложения компании Siemens по созданию системы TD-CDMA, в которой используется временное кодовое разделение каналов связи.

В июне 1997 г., т. е. раньше октября, компании Motorola, Lucent Technologies, Nortel и Qualcomm представили проект нового стандарта подвижной связи третьего поколения. Ориентированный на реализацию требований ITU к IMT-2000, он явился развитием действующего в настоящее время стандарта CDMA (IS-95), что должно обеспечить переход от систем второго поколения (IS-54, IS-136, IS-95) к CDMA третьего поколения. Это направление поддерживается, прежде всего, американскими операторами сотовой связи и Ассоциацией промышленности связи США (ITA), которые организовали в 1997 г. Ассоциацию "CDMA one".

Фирма Ericsson в июле 1997 г. впервые объявила о результатах разработки своего варианта систем подвижной связи третьего поколения на основе широкополосной системы CDMA (WB CDMA). Эту технологию компания Japan Telecom Co выбрала для реализации своей экспериментальной системы третьего поколения. В настоящее время фирма Ericsson совместно с NTT внедрили в Японии пилотную систему DoCoMo на технологии WB CDMA, которая впервые в мире предоставит своим абонентам услуги связи нового поколения: передачу данных на скорости до 2,048 Мбит/с, сопряжение с Интернетом, передачу мультимедийной информации. Япония становится первой страной в мире, в которой в 2000 г. будет функционировать коммерческая система третьего поколения. Проект WB CDMA активно поддерживает фирма Nokia.

В декабре 1997 г. и январе 1998 г. в ETSI проводилось голосование по выбору стандарта нового поколения. Голоса разделились. В голосовании участвовало 316 делегатов из различных администраций связи, исследовательских организаций, операторов связи и производителей оборудования. Повторное обсуждение привело к следующим результатам голосования: за WB CDMA - 61,1%, за TD CDMA - 38,7%. Порог же принятия решений в ETSI составляет 71%. Таким образом, ни один из стандартов не стал абсолютным победителем. Дветехнологии - WB CDMA и ТО CDMA - остаются кандидатами при выборе систем подвижной связи третьего поколения.

Детальное обсуждение вариантов привело к разработке спецификаций UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access - наземного радиодоступа в системе UMTS), определяющих главным образом протоколы радиоинтерфейса и многостанционного доступа. Эти спецификации были одобрены ETSI в ноябре 1997 г. и содержат подробные технические характеристики, которые являются своего рода техническими условиями для каждого стандарта-кандидата.

Критерии выбора протоколов радиоинтерфейса и многостанционного доступа для UMTS определены ETSI в ноябре 1997 г. Они соответствуют требованиям к глобальной системе подвижной связи IMT-2000, разрабатываемой ITU с участием администраций связи США, России, Японии и других стран.

На заседаниях ETSI 28- 29 января 1998 г. определены общие принципы построения UTRA: согласованное развитие с GSM, которая должна совмещаться с UTRA на первой фазе внедрения UMTS; внедрение UTRA как составной части системы IMT-2000 ITU; использование технологий WB CDMA и TD CDMA; разработка дешевых абонентских терминалов, совместимых с технологией GSM.

В части расширения полос частот для UTRA приняты следующие рекомендации: WB CDMA будет применяться для парных частотных полос в режиме FDD (Frequency Division Duplex); UTRA должна использовать как малые полосы радиочастот 2х5 МГц, так и широкие частотные интервалы. Эти принципы реализуются многими фирмами производителями оборудования подвижнои связи в создаваемых в настоящее время экспериментальных сетях третьего поколения.

В середине 1999 г. первые лицензии на создание экспериментальных сетей третьего поколения будут выдаваться операторам в Великобритании, Финляндии, Германии и ряде других стран.