Системы подвижной связи

Сегодня всему наступает пора,

Что бредом казалось вчера.

Эмиль Верхарн

Морская, сухопутная и воздушная подвижная связь

В начале XX века, на первом этапе развития радиотехники, радиосвязь начала развиваться как морская подвижная связь. В те годы этот вид связи являлся единственно возможным для организации связи судов между собой и с берегом. Фирмой "Маркони" в Великобритании, а затем и на предприятиях других стран (России, США, Франции и Германии) было организовано производство судовых искровых радиостанций. До 1904 года более пятидесяти судов военно-морского флота России было оснащено судовыми радиостанциями. Широкое внедрение средств судовой подвижной связи, существенно повышающей безопасность плавания, обусловило необходимость принятия международных правил радиообмена и стандартов на средства морской радиосвязи. Такие правила и стандарты были приняты на Первой Международной конференции по радиосвязи в Берлине в 1903 году. Техника морской подвижной связи развивалась и продолжает развиваться параллельно с техникой систем наземной связи.

Потребности в средствах наземной подвижной связи для оперативного управления действиями полиции привели в 1921 году к созданию в США первой диспетчерской системы телеграфной подвижной связи. По сути, это оказалась система пейджинговой связи, так как она была однонаправленного действия и служила для передачи распоряжений дежурным бригадам полиции.

На начальном этапе развития систем наземной подвижной связи в них использовались телеграфные режимы работы, а позже - телефонные режимы с применением для передачи сообщений AM. В 1940 году в США в диапазоне ОВЧ создается первая система подвижной связи с использованием ЧМ.

Эффективность наземной подвижной связи для управления в службах безопасности (полиция, пожарная служба, скорая помощь и т. п.), для управления работой транспорта и в других областях приводит к быстрому прогрессу в этой области. В 1948 году создается первая полностью автоматическая радиотелефонная система подвижной связи без участия диспетчера. В СССР серийный выпуск первых отечественных станций подвижной связи был налажен в 1952 году.

Хронология

Во второй половине XX века появляются и параллельно развиваются различные виды подвижной связи: системы пейджинговой (поискового радиовызова - ПРВ), транкинговой и сотовой связи, а также системы беспроводного абонентского доступа. Рассмотрим историю развития каждой из этих технологий отдельно.

Пейджинговые системы

Начало развития современных систем ПРВ общего пользования можно отнести к 1956 году, когда была создана первая система "Multiton". В этой системе, которая для передачи сообщений использовала специально выделенный радиоканал, абонент имел малогабаритный приемник - пейджер, способный из общего потока сообщений, передаваемых по радиоканалу, выделить адресованный ему сигнал. При приеме этого сигнала в зависимости от принятой кодовой комбинации издавался звук определенного тона, услышав который абонент мог, нажав на кнопку, прослушать посланное ему речевое сообщение.

Позже, из-за необходимости улучшить эффективность использования радиоканала, отказались от передачи речевого сообщения. Вызов абонента включал тоновый звуковой сигнал пейджера, который извещал его о необходимости совершить определенные действия (например, позвонить по заранее определенному телефонному номеру). Системы пейджинговой связи, работающие в отдельном выделенном радиоканале, выпускались многими фирмами. Обычно ширина полосы канала составляла 25 кГц, и для передачи сигналов использовалась ЧМ. Для работы этих систем выделялись каналы в диапазоне частот от 50 до 900 МГц.

Важной вехой в развитии систем пейджинговой связи явилась разработка в 1976 году протокола POCSAG, принятого в качестве международного. В 1982 году впервые были разработаны пейджеры с дисплеем, на котором абонент мог увидеть посланное ему буквенно-цифровое сообщение. В системах ПРВ, использующих этот код, информация может передаваться со скоростью 512, 1200 либо 2400 бит/с.

Системы пейджинговой связи получили весьма широкое распространение и с целью экономии частотного ресурса в 1980 году возникла идея использовать для организации такой связи хорошо развитую сеть ОВЧ-ЧМ станций. Сигналы ПРВ передавались в эфир в составе вещательного сигнала на поднесущей частоте 57 кГц. Эта частота модулировалась с помощью ЧМ и была расположена по спектру выше верхней граничной частоты вещательного сигнала. Широкое внедрение таких систем, получивших название RDS (Radio Data System), началось во многих странах мира в 1987 году.

Первая отечественная разработка пейджинговой системы "Луч-1" Воронежским НИИ связи была завершена в 1988 году.

Начиная с 60-х годов создаются национальные и региональные сети ПРВ, охватывающие территории нескольких стран и предоставляющие абонентам услуги во всей зоне обслуживания. В 1969 году создана европейская система ЕВРОСИГНАЛ, которая была внедрена во Франции, Германии и Швейцарии. Позже была создана система ЕВРОПЕЙДЖ, охватившая территории Великобритании, Франции, Германии и Италии.

В 1992 году создается общеевропейская система ERMES (European Radio Message System), работающая в полосе частот 169.4 - 169.8 МГц. Эта система обеспечивает общеевропейский роуминг и высокую скорость передачи сигналов (6.25 Kбит/с). Она позволяет создавать сети очень высокой емкости для передачи разных видов сообщений, включая текстовые. Сети ERMES не получили широкого распространение ввиду сложности оборудования.

Фирмой "Моторола" в 1993 году был разработан для систем ПРВ протокол FLEX, обладающий повышенной помехоустойчивостью и имеющий набор возможных скоростей передачи сообщений (1.6, 3.2 и 6.4 Kбит/с). Основное достоинство этого протокола состоит в его гибкости - он обеспечивает высокую степень согласования с существующими системами ПРВ, в которых применяется протокол POCSAG. Кроме того, пейджеры FLEX за счет синхронного режима работы имеют увеличенный в 4-5 раз срок службы батарей пейджеров по сравнению с пейджерами POCSAG. В настоящее время 88 % абонентов всех пейджинговых сетей в мире используют протокол FLEX. В России ряд крупнейших пейджинговых компаний ("Весолинк", "Интерантенна", "Inform-Excom", "Мобайл Телеком") применяют этот протокол более чем в пятидесяти городах.

Хронология

Транкинговые системы

Возможности широкого развития радиосвязи в первую очередь определяются наличием частотного ресурса. До 60-х годов в сетях подвижной связи использовался принцип закрепления имеющихся частотных каналов за отдельными абонентами сети. Это приводило к весьма неэффективному использованию выделенной для работы сети полосы частот. Идея создания так называемых транкинговых систем подвижной связи со свободным доступом любого абонента сети к любому из имеющихся незанятых каналов была предложена и реализована в 1957-1958 годах советскими учеными Б. П. Терентьевым, В. В. Шахгильдяном и А. А. Ляховкиным, создавшими систему подвижной связи с ФИМ. Эта система имела 10 рабочих каналов и работала в диапазоне частот 400 МГц. Позже в 1960 году ими же была разработана транкинговая система, в которой использовалась AM и частотное разделение каналов. Эта система имела высокую эффективность использования РЧС - по сравнению с системами с ЧМ в ней полоса частот канала связи, предоставляемая абоненту, была в 2-З раза меньше.

Для систем подвижной связи с ЧМ, которые получили наиболее широкое распространение, принцип построения транкинговых сетей был предложен в 1959 году специалистами Государственного проектного института радиосвязи и телевизионного вещания и Воронежского научно-исследовательского института связи. Эта идея была реализована в системах "Алтай" и "Алтай-2М", которые вплоть до недавнего времени эксплуатировались в России.

Транкинговые системы подвижной связи получили широкое распространение во всем мире. До середины 60-х годов развивались так называемые производственные системы подвижной связи (Private Mobile Radio - PMR), создаваемые отдельными организациями для удовлетворения своих потребностей в подвижной связи на ограниченных территориях.

С конца 60-х годов начинается интенсивное развитие сетей транкинговой связи как производственных, так и систем подвижной связи общего пользования (Public Access Mobile Radio - PAMR). Системы PAMR создаются операторами сетей подвижной связи на коммерческой основе и разворачиваются на обширной территории. Абонентам этих сетей предоставляется возможность связи не только с абонентами данной сети, но и с абонентами ТФОП.

В конце XX века становится необходимым создание глобальных сетей PAMR, которые охватили бы большие регионы, включающие ряд стран. Абоненты этих сетей должны иметь связь независимо от своего местонахождения и иметь возможность выхода на ТФОП. Это особенно необходимо для служб безопасности (полиция, таможенные службы), так как позволяет им предпринимать согласованные действия по пресечению деятельности преступных группировок и т. п.

Особенностями транкинговых систем являются: весьма незначительное время установления связи между абонентами, возможности осуществления группового вызова, установления непосредственной связи между терминалами абонентов без использования базовых станций сети и т. д.

Оборудование для транкинговых систем связи выпускается многими фирмами Европы и США. До 1995 года создавались аналоговые транкинговые системы, в которых передавались сигналы телефонии и применялась ЧМ. Ширина полосы частот одного канала составляла 25-30 кГц. Значительной вехой в развитии систем транкинговой связи явилась разработка спецификации МРТ-1327, которой руководствовались многие фирмы при выпуске оборудования. В последнее десятилетие XX века в США и Европе были разработаны цифровые системы транкинговой связи (TETRA - Trans European Trunked Radio. iDEN - integrated Digital Enhanced Netwok; EDACS - Enhanced Digital Access System и др.).

Стандарт на систему TETRA был разработан в 1992 году в ETSI. Для этой PAMR-системы выделено несколько полос частот в диапазоне частот ниже 1 ГГц, одна из которых (380-400 МГц) предназначена для создания сетей TETRA для европейских служб безопасности. В данной системе абонентам предоставляется услуга роуминга, и сегодня уже началось внедрение этой системы в ряде стран Западной Европы.

В системе TETRA в каждом частотном канале шириной 25 кГц с помощью ВУ передаются сигналы четырех абонентов. Таким образом, по спектральной эффективности эта система в четыре раза превосходит обычные системы с ЧМ. Помимо передачи речи в цифровой форме возможна передача данных со скоростью 7.2 Кбит/с (до 28 Кбит/с), допускается несколько уровней приоритета вызовов, групповые вызовы, срочные вызовы, передача пакетных данных, возможность непосредственной связи между абонентами, минуя базовую станцию (БС), и т. д.

Хронология

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,