Основы построения телекоммуникационных систем и сетей Лекция 4 «Сети мобильной связи» профессор Соколов Н.А.

Распределение спектра частот (1) Название диапазона Область частот Длины волн Сфера применения Слышимый20 Гц – 20 кГц>100 кмАкустика Сверхнизкие и очень низкие радиочастоты 3 кГц – 30 кГц100 км – 10 кмНавигация, метрология, связь под водой Низкие радиочастоты30 кГц – 300 кГц10 км – 1 кмНавигация, морская связь Средние радиочастоты300 кГц – 3 МГц1 км – 100 мНавигация, Радиовещание с амплитудной модуляцией Высокие радиочастоты3 МГц – 30 МГц100 м – 10 мРадиосвязь в общественном диапазоне Очень высокие радиочастоты30 МГц – 300 МГц10 м – 1 мРадиолюбительство, радиовещание, телевидение Сверхвысокие радиочастоты300 МГц – 3 ГГц1 м – 10 смМикроволновая связь, спутниковая связь, телевидение Super High Frequency (SHF) Radio3 ГГц – 30 ГГц10 см – 1 смМикроволновая и спутниковая связь Extremely High Frequency (EHF) Radio 30 ГГц – 300 ГГц1 см – 1 ммМикроволновая и спутниковая связь Инфракрасный свет10 3 – 10 5 ГГц300µ – 3µИнфракрасное излучение Видимый свет10 13 – ГГц1µ – 3µОптическая связь Рентгеновские лучи10 15 – ГГц10 3 µ – 10 7 µНе используется Гамма и космические лучи>10 18 ГГц

Распределение спектра частот (2) Длина волны (λ) – это расстояние двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Рассчитать длину радиоволны можно так: 300 (скорость света в мегаметрах в секунду) делим на частоту в мегагерцах, получаем длину волны в метрах, например для 600 МГц длина волны равна 0,5 метра.

Распределение спектра частот (3) Наименование частотного диапазона Границы диапазона (Гц) Наименование волнового диапазона Границы диапазона (м) Крайние низкие, КНЧ3 – 30 ГцДекамегаметровые100 – 10 Мм Сверхнизкие, СНЧ30 – 300 ГцМегаметровые10 – 1 Мм Инфранизкие, ИНЧ0,3 – 3 кГцГектокилометровые1000 – 100 км Очень низкие, ОНЧ (ULF)3 – 30 кГцМириаметровые (СДВ)100 – 10 км Низкие частоты, НЧ (LF)30 – 300 кГцКилометровые (ДВ)10 – 1 км Средние, СЧ (MF)0,3 – 3 МГцГектометровые (СВ)1 – 0,1 км Высокие частоты, ВЧ (HF) 3 – 30 МГцДекаметровые (КВ)100 – 10 м Очень высокие, ОВЧ (VHF) 30 – 300 МГцМетровые (УКВ)10 – 1 м Ультравысокие,УВЧ (UHF ) 0,3 – 3 ГГцДециметровые (УКВ)1 – 0,1 м Сверхвысокие, СВЧ (SHF) 3 – 30 ГГцСантиметровые (УКВ)10 – 1 см Крайне высокие, КВЧ (EHF) 30 – 300 ГГцМиллиметровые (УКВ)10 – 1 мм Гипервысокие, ГВЧ 300 – 3000 ГГц Децимиллиметровые (О В) 1 – 0,1 мм

Название диапазонов частот Обозначение диапазонаЧастоты L-band1,4 – 1,7 ГГц S-band1,9 – 2,7 ГГц C-band low3,4 – 5,25 ГГц C-band high5,725 – 7,075 ГГц X-band7,25 – 8,4 ГГц Ku-band10,7 – 14,8 ГГц K-band15,4 – 27,5 ГГц Ka-band27 – 50 ГГц W-band65 – 110 ГГц

Появление систем сотовой связи Первые системы мобильной телефонной связи использовались органами охраны правопорядка уже в 20-х годах прошлого века. Сразу же стала очевидна высокая эффективность данного средства обмена информацией. Уровень развития радиотехники в первой половине XX века не позволял надеяться на появление недорогих и компактных терминалов. По этим причинам массового развития мобильной связи не ожидалось. К концу прошлого века ситуация радикально изменилась. Развитие микроэлектроники и научные исследования в области эффективного построения мобильной связи позволило сформулировать принципы построения соответствующей сети общего пользования. Сначала эта сеть строилась на базе аналоговой техники передачи информации. Затем наступила эра цифровых технологий. Но неизменным остался базовый принцип построения системы мобильной связи – использование сотовой топологии сети доступа.

Примеры сотовой топологии (1) Используется три диапазона частот.

Примеры сотовой топологии (2) Используется семь диапазонов частот.

Модель сети сотовой связи

Основные подсистемы

Модель сети стандарта GSM SIM карта

Особенности стандарта GSM Существенные отличия мобильного терминала от обычного телефонного аппарата заключаются в следующем: наличие устройства электропитания (аккумулятора); возможность выдачи (по запросу из сети) уникальной информации о терминале – IMEI (International Mobile Equipment Identity); размещение специального устройства – SIM (Subscriber Identity Module) карты, которая необходима для реализации ряда важных функций мобильной связи. Существенные отличия оборудования коммутации в сети GSM от традиционных АТС в фиксированной ТФОП объясняются, в основном, необходимостью поддержки функций handover и roaming.

Установление соединения

Модель сети мобильной связи

Дополнительные возможности SMS MMS, Модем GPRS EDGE Передача данных: Производственная связь: Транкинг (стандарт TETRA) Дополнительные виды услуг: Мелодии, информационные услуги, игры …

История развития (1)

История развития (2)

История развития (3)

Перспективы сотовой связи (1) Сети, подобные тем, которые используют стандарт GSM, относятся ко второму поколению систем мобильной связи – 2G. Разработанная ETSI идеология UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) определяет набор стандартов для универсальной системы мобильной связи. Она относится к поколению 3G. Концепция UMTS создавалась для поддержки мультимедийных услуг. Для нее выделен частотный диапазон 2 ГГц. Сети 3G уже введены рядом европейских Операторов в коммерческую эксплуатацию. Ряд специалистов считает, что более перспективно направление, связанное с поколениями 4G и 5G. Соответствующие сети позволяют довести скорость обмена информацией до 100 Мбит/с. Предполагается, что сети 4G могут быть введены в коммерческую эксплуатацию уже в 2010 году. Существенно то, что поколения 4G и 5G ориентированы на сеть следующего поколения, что очень важно с точки зрения максимальной интеграции фиксированной и мобильной связи.

Перспективы сотовой связи (2)

Вопросы?