Історія розвитку мобільного радіозв'язку

ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ ОРГАНІЗАЦІЇ МОБІЛЬНОГО

РАДІОЗВ'ЯЗКУ

Історія розвитку мобільного радіозв'язку

Перші спроби організації радіозв'язку було розпочато відразу з відкриттям радіо. Однак практичне і досить професійне використання сухопутного рухомого радіозв'язку було реалізовано в 1921 р. у м. Детройт (США) для забезпечення однобічним радіомовленням на приймачі поліцейських автомобілів. Згодом були створені радіопередавачі, що дозволило на початку 30-х років ввести в експлуатацію першу систему двостороннього рухомого радіозв'язку департаменту поліції м.Бейона штату Нью-Джерсі. До 1934р. 58 радіостанцій поліції штатів обслуговували 5000 службових автомобілів. Радіообладнання було громіздким, займало більшу частину багажника автомобіля. Крім того, відразу ж з'явилися особливості поширення радіохвиль, пов'язані з рухом приймача та мінливою природою траси передачі. В наслідок цього якість рухомого радіозв'язку не завжди була задовільною. Разом з тим, практична необхідність у рухомому радіозв'язку, передусім в поліцейських і пожежних службах, обумовили зростаючий попит на системи рухомого радіозв'язку. Проводилися роботи з підвищення стійкості радіозв'язку.

До початку 40-х років у радіостанціях замість амплітудної модуляції почали застосовувати частотну, що підвищило стійкість радіозв'язку. Частотна модуляція (ЧМ) на довгі роки стала основним видом модуляції в системах рухомого радіозв'язку.

З року в рік зростав парк радіостанцій, збільшувалась кількість абонентів, що обслуговувались. Рухомий радіозв'язок знаходив все більше застосування і в комерційній сфері. Якщо до 1940 р. кількість абонентів становила декілька тисяч, то до 1948 р. їхня кількість зросла до 86000, до 1958 р. – до 70000, і до 1963 р. – до 1,4 млн. В 1946 р. було введено в експлуатацію систему мобільного радіозв'язку, що забезпечувала підключення мобільних абонентів до абонентів телефонної мережі загального користування (ТМЗК) і навпаки абонентів ТМЗК до мобільних абонентів. Базова станція з потужним передавачем забезпечувала дальність зв'язку до 75 км і більше. У системі використовувалися три канали з ЧМ на частоті 150 МГц. Комутація розмов до ТМЗК здійснювалася операторами вручну. Першу автоматичну систему рухомого телефонного радіозв'язку було введено в експлуатацію в 1948 р. у м. Річмонд, штат Індіана.

Безупинно зростаючий попит на послуги мобільного радіозв'язку став випереджати можливості діючих систем на задоволення цих послуг. Збільшення кількості абонентів приводило до перевантаження каналів зв'язку і, як наслідок, до підвищення ймовірності відмови в обслуговуванні.

Підвищення пропускної здатності системи досягалося за рахунок підвищення спектральної ефективності. Якщо в перших системах для передачі телефонних сигналів зі смугою 0,3..3,4 кГц використовувалися радіоканали із ЧМ, що займали робочу смугу шириною 120 кГц, то до 1950 р. у цій смузі містились два канали по 60 кГц, а до початку 60-х років удосконалена технологія ЧМ приймачів дозволила знизити смугу каналу приймача ЧМ сигналів до 30 кГц.

Істотне підвищення спектральної ефективності мобільного радіозв'язку забезпечило винахід і застосування транкінгових систем радіозв'язку з мультиплексуванням, у яких забезпечується доступ абоненту до того або іншого вільного каналу із загальної групи робочих каналів. Областю застосування транкінгових систем є різні відомчі, державні організації (служба швидкої допомоги, охорона правопорядку), різні комерційні структури тощо.

Транкінгові системи пройшли досить тривалий шлях розвитку від аналогових систем типу SmarTrunk, Алтай та ін. до цифрових. У цей час основним типом транкінгових систем є цифрова система транкінгового зв'язку "ТETRA", яка орієнтована на інтеграцію з СМЗ наступного покоління.

Поряд із цими системами знайшли застосування і системи персонального радіовиклику (пейджінгові системи), які забезпечують однобічну передачу коротких повідомлень на мініатюрні приймачі (пейджери).

Транкінгові, як і пейджингові системи, характеризуються, як правило, невеликою абонентською ємністю. У діючих системах мобільного радіозв'язку загального використання застосовувалась одна центральна станція з потужним передавачем. Радіус дії таких систем – десятки кілометрів. У таких системах збільшення кількості абонентів можливо лише за рахунок збільшення кількості каналів. Однак, ступінь нарощування числа робочих каналів обмежується відведеним для системи частотним спектром. Одже, розвиток мобільного радіозв'язку став стримуватися дефіцитом частотного спектра. Повторне ж використання частотних каналів у відносно прилеглих районах виключається, через вплив взаємних завад від потужних передавачів на однакових частотах. Це, в свою чергу, виключає можливість створення системи великої абонентської ємності на обмеженій території сучасних міст.

Зазначені недоліки вдалося усунути в системах мобільного зв'язку. Системи мобільного зв'язку з'явилися внаслідок досить тривалого процесу розвитку радіотелефонного зв'язку, протягом якого освоювалися нові діапазони частот, удосконалювалися системи зв'язку і технології їхнього виробництва. Ідея побудови мобільних систем зв'язку була запропонована у 40-х роках. Проте апаратурна реалізація цих систем стала можливою лише наприкінці 70-х років. Відповідно до цього принципу, замість радіостанції великої потужності з антенами, розташованими на максимально можливій висоті, що передають сигнал на територію обслуговування великої площі, передбачене використання досить великої кількості радіостанцій з менш потужними передавачами, причому кожна з радіостанцій призначена для обслуговування невеликої зони (стільника/комірки). Внаслідок цього з'явилася можливість ті самі частоти повторно використовувати в різних комірках, віддалених одна від одної на необхідні захисні відстані, що забезпечують незначний вплив взаємних завад між абонентами. Саме ця особливість мобільних систем зв'язку – повторне використання частот – забезпечує істотне збільшення частотних каналів для обслуговування абонентів на заданій території, тобто істотно підвищує ефективність використання спектра частот, виділеного системі.

Перша аналогова система мобiльного радіозв'язку з частотною модуляцією HCMTS (Hіgh-Capacіty Mobіle Telephone System – система рухомої телефонії великої ємності) почала працювати у 1978 р. Вона втілила в собі ряд розробок, які багато років виконувалися в області технологій мобільного радіозв'язку. Система працювала в діапазоні 850 МГц. Подальший розвиток цієї системи було реалізовано в США у стандарті аналогової системи мобільного радіозв'язку AMPS (Advanced Mobіle Phone Servіce – поліпшена послуга мобільного телефонного зв'язку), якій було виділено дві ділянки по 20 МГц у діапазоні 850 МГц. Перші випробування система AMPS пройшла в 1979 р., а в експлуатацію вона надійшла в 1983 р.

Паралельно з AMPS в країнах Європи і Японії було розроблено декілька стандартів аналогових мобільних систем зв'язку. У скандинавських країнах була розроблена і в 1981 р. була введена в експлуатацію система NMT-450 (Nordіc Mobіle Telephone), призначена для роботи в діапазоні 450 МГц. На базі стандарту NMT-450 було розроблено і в 1986р. введено в експлуатацію систему NMT-900, яка працювала в діапазоні 900 МГц. В NMT-900 істотно збільшена абонентська ємність і розширені функціональні можливості систем стандарту NMT.

У Великобританії була розроблена на основі AMPS і в 1985 р. введена в експлуатацію система TACS (Total Access Communіcatіons System – система зв'язку загального доступу). Пізніше її трансформували в систему ETACS (Enchanted – "розширений" TACS).

У Німеччині і Португалії в ці ж роки вступила в експлуатацію система С-450 (діапазон 450 МГц), в Італії – RTMS (Radіo Telephone Mobіle System – радіотелефонна мобiльна система) діапазон 450 МГц, у Франції – Radіocom 2000 (діапазони 170, 200, 400 МГц), в Японії – NTT (Nіppon Telephone and Telegraph – японська система телефону і телеграфу).

Подальший розвиток мобільного зв'язку йшов шляхом створення цифрових стандартів, причому, країни Європи і США йшли різними шляхами.

У 1982 році почалися роботи з розробки єдиного європейського стандарту цифрового мобільного зв'язку в діапазоні 900 МГц. Внаслідок цієї роботи з'явився стандарт GSM (Global for Mobіle Communіcatіons – глобальна система для мобільного зв'язку) несумісного з аналоговими системами. Перша дослідна мережа стандарту GSM-900 з'явилася лише у 1990 році, через рік – у 1991 році – з'явилася система стандарту DCS-1800 (Dіgіtal Cellular System 1800 МГц – цифрова стільникова система 1800 МГц). В експлуатацію перша система мобільного зв'язку стандарту GSM була введена в 1992 році у Німеччині.

В 1990 року в США був затверджений стандарт цифрового зв'язку D-AMPS (цифрова AMPS). У мережі D-AMPS дворежимна абонентська станція може працювати, як в аналоговому, так і у цифровому режимах. Одночасно, американська компанія Qualcomm почала розробку нового стандарту мобільного зв'язку, заснованого на технології шумоподібних сигналів і кодовому розподілі каналів CDMA (Code Dіvіsіon Multіple Access – множинний доступ з кодовим поділом). Перша мобільна система, заснована на цьому стандарті (ІS-95), вступила в експлуатацію в 1995 році в Гонконгу.

Впровадження цифрових систем (мобільних систем зв'язку 2-го покоління 2G) на світовому ринку проходило за нетривалий час і розвивалося винятково шляхом "витиснення" старих технологій аналогових систем, з якими не передбачалося забезпечення сумісності.

Швидко зростаючі потреби в мультимедійних послугах (передача відео, мобільний доступ до Іnternet та ін.) призвели до створення систем 3-го покоління, реалізованих на базі трьох різновидів технології CDMA: cdma 2000, WCDMA і TDMA/CDMA. Північноамериканський стандарт cdma 2000 являє собою подальший розвиток системи cdma One (ІS-95), технологія WCDMA – об'єднана пропозиція, що надійшла від Японії (WCDMA) і Європи (UMTS) та ін., технологія TDMA/CDMA – об'єднана пропозиція UTRA TDD (Європи) і TD-SCDMA (Китай).

Дотепер у Європі вироблена політика переходу до систем 3G на основі базового стандарту UTMS з технологією радіоінтерфейсу UTRA-FDD (WCDMA).

Паралельно із впровадженням систем 3G проводяться активні роботи зі створення мобільних систем зв'язку 4-го покоління (4G). Ці системи мають забезпечувати гарантовану якість (QoS), швидкість передачі на рівні 115 Мбіт/с, тобто в десятки разів швидше, ніж дозволяє кожна із сучасних технологій. Внаслідок цього можливість високоякісної передачі великого обсягу різноманітної інформації істотно зростає.