Система PCS (Personal Communications Services): технологии, частотные диапазоны и развитие

Введение в систему PCS. Будущее телекоммуникаций неразрывно связано с развитием систем Персональных услуг связи (PCS – Personal Communications Services). Данная концепция предполагает создание единой универсальной беспроводной сети, интегрирующей услуги телефонной и пейджинговой связи, обмена сообщениями и передачи данных. Ключевым аспектом при реализации PCS является оптимизация компактных мобильных устройств, в частности, существенное увеличение срока службы и емкости используемых аккумуляторных батарей. Таким образом, система ориентирована на обеспечение постоянной и надежной связи для конечного пользователя.

Технологические основы и частотные планы PCS. В настоящее время на территории США развернута система Персональных услуг связи (PCS), базирующаяся на технологии Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA – Code Division Multiple Access) по стандарту IS-95. Работа системы ведется в двух частотных диапазонах: от 1850 до 1910 МГц и от 1930 до 1990 МГц. Организация каналов связи является спаренной (paired), где, например, для канала №512 частота 1850.2 МГц используется для исходящей связи, а 1930.2 МГц – для входящей. Для обеспечения совместимости с существующей инфраструктурой и поддержки функции роуминга, многие системы PCS также функционируют в частотном диапазоне 800 МГц.

Эволюция в сторону сетей третьего поколения (3G). Развитие мобильной связи продолжилось в направлении сетей третьего поколения (3G). В 1992 году Всемирная исполнительная конференция по радиосвязи (WARC-92) определила глобальные частотные диапазоны для данного этапа. Были выделены полосы частот от 1885 до 2025 МГц и от 2110 до 2200 МГц, которые частично перекрываются с диапазонами, используемыми системой PCS. Важно отметить, что в сетях 3G также получила дальнейшее развитие и широкое применение технология Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), что подчеркивает преемственность технологических решений.

Конвергенция услуг и технологическая среда. Современная индустрия телекоммуникаций характеризуется тенденцией к конвергенции, то есть предоставлению комплекса услуг через единую точку доступа. Такой связанный пакет (linked bundle) typically включает стационарную и мобильную телефонию, кабельное телевидение и высокоскоростной доступ в Интернет. Исторически в Соединенных Штатах эти услуги предоставлялись раздельно, и такая модель частично сохраняется. Однако на рынке активно действуют провайдеры, предлагающие комплексные решения, что отражает общемировой тренд на интеграцию сервисов.

Ключевые игроки рынка связанных сервисов. Предложение связанных сервисов (linked service) объединяет в единый пакет телекоммуникации, Интернет и кабельное телевидение. Крупные телекоммуникационные компании, такие как Verizon (образовавшаяся в результате слияния Bell Atlantic и GTE), а также более мелкие операторы, например, Wamego Telecommunication Services из штата Канзас, предлагают клиентам такие комплексные пакеты. Это позволяет пользователям получать все основные услуги связи от одного поставщика, что часто является более удобным и экономически выгодным. Изучение компонентов такого пакета – телекоммуникаций, кабельного телевидения и Интернета – является ключом к пониманию современного рынка связи.

Перспективы и технологические вызовы. Дальнейшее развитие систем связи, включая PCS и сети последующих поколений, связано с решением ряда технологических испытаний. Помимо увеличения емкости аккумуляторов, актуальными задачами остаются повышение пропускной способности сетей, обеспечение высокой скорости передачи данных и улучшение качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Широкое внедрение технологий IP-телефонии (VoIP) и перехода к полностью пакетной коммутации также являются неотъемлемой частью этой эволюции. Стандартизация и гармонизация частотных диапазонов в глобальном масштабе, начало которой положила конференция WARC-92, продолжают оставаться критически важными для обеспечения международного роуминга.

Заключение. Таким образом, система Персональных услуг связи (PCS) стала важным этапом на пути к созданию глобальных универсальных телекоммуникационных инфраструктур. Использование технологии CDMA и специфических частотных диапазонов заложило основу для последующего развития сетей 3G и далее. Современный этап характеризуется конвергенцией услуг и доминированием модели связанных сервисов, предлагаемых крупными провайдерами, такими как Verizon. Дальнейший прогресс в области телекоммуникаций будет определяться успехами в миниатюризации устройств, увеличении энергоэффективности и построении интеллектуальных сетей следующего поколения.

Эволюция телефонной связи: от изобретения до цифровых технологий

История изобретения и распространения телефона. Телефон стал первым в истории техническим устройством, позволившим передавать звуковые сигналы, включая человеческую речь, на значительные расстояния по проводам. Его изобретение относится к 70-м годам XIX века, и первоначально темпы распространения этой технологии были весьма медленными. Однако уже к 1920 году телефонная связь стала стандартом для большинства городов мира, в то время как сельские районы были охвачены ею значительно позже – лишь к 30–40-м годам XX века. Этот временной лаг ярко демонстрирует трудности, связанные с инфраструктурным развитием удаленных территорий.

Эпоха электромеханической коммутации. Развитие техники телефонной связи с момента изобретения и вплоть до конца 1950-х годов происходило эволюционно, без резких технологических скачков. Телефонные аппараты с дисковым номеронабирателем подавали сигналы управления с помощью импульсов, которые использовались для установления соединения с нужной абонентской линией. Аналогичным образом, электромеханическая схема коммутатора Строуджера (Strowger), предложенная для практического применения в середине 1920-х годов, успешно эксплуатировалась на протяжении полувека – вплоть до 1970-х годов. Эта надежность механических систем надолго определила облик телефонных сетей.

Переход к электронным и цифровым системам. Кардинальные изменения начались с внедрения тонального набора номера и электронно-управляемых координатных систем коммутации в начале 1960-х годов. Это положило начало развитию электронных схем коммутации и более совершенных устройств обработки вызовов. В настоящее время координатные и коммутаторы язычкового типа повсеместно заменяются цифровыми АТС (Автоматическими Телефонными Станциями). В цифровых АТС аналоговый речевой сигнал преобразуется в поток данных, а операция коммутации выполняется с помощью полупроводниковых интегральных микросхем, где создаются специальные управляющие логические схемы.

Эволюция модемов и передача данных. Первые модемы для передачи данных между компьютерами изготавливались телефонными компаниями по индивидуальным заказам и использовали особые выделенные линии. Революцией стало появление в начале 1970-х годов модемов, способных работать по обычным телефонным линиям, например, соответствующих стандарту V.21 со скоростью 300 бит/с. Скорость передачи данных росла чрезвычайно быстро: стандарт V.34 позволил достичь 33.6 Кбит/с, а принятый в конце 2000 года стандарт V.92 обеспечил скорость до 56 Кбит/с в направлении к абоненту и 48 Кбит/с – от абонента.

Цифровые сети интегрального обслуживания ISDN. Введение в эксплуатацию цифровых сетей интегрального обслуживания (ISDN – Integrated Services Digital Network) в 1979 году обеспечило двустороннюю передачу данных на скорости 64 Кбит/с, которая была принята в качестве базовой скорости. В дальнейшем использование терминального оборудования, поддерживающего два таких канала и один канал для сигналов управления на скорости 16 Кбит/с, положило начало услуге «2B+D». Широкополосная версия, B-ISDN (Broadband ISDN), предназначена для передачи данных на скоростях в несколько мегабит в секунду, но требует развертывания магистральных линий с широкой полосой пропускания.

Волоконно-оптические технологии и метод WDM. Начало использования волоконно-оптических кабелей в 1970-х годах позволило радикально увеличить скорости передачи данных как между абонентами, так и между АТС. Современные подводные магистрали связи между странами являются исключительно оптоволоконными. Пропускная способность таких кабелей была многократно увеличена благодаря внедрению методу спектрального уплотнения (WDM – Wavelength Division Multiplexing). В этом методе несколько лазеров одновременно передают по одному оптическому волокну световые потоки с разной длиной волны, которые затем разделяются на приемном конце с помощью специальных шлюзов или оптических призм, как показано на Рис. 12.1.

Рис. 12.1. Метод уплотнения со спектральным разложением сигнала, WDM

Технологии цифровых абонентских линий (xDSL). Системы цифровых абонентских линий (DSL – Digital Subscriber Line) были разработаны для высокоскоростной передачи данных по традиционным медным проводам в виде витой пары. Наибольшее распространение получили асимметричные цифровые абонентские линии (ADSL – Asymmetric DSL) и высокоскоростные цифровые линии связи (HDSL – High-data-rate DSL). Изначально ADSL разрабатывалась для услуги «видео по требованию» (VOD – Video on Demand), которая должна была помочь телекоммуникационным компаниям конкурировать с провайдерами кабельного телевидения.

Применение и развитие технологий DSL. Несмотря на то, что VOD не смог реализовать свой первоначальный потенциал из-за проблем с контентом, технология ADSL получила второе рождение благодаря взрывному росту спроса на высокоскоростной доступ в Интернет. Для системы HDSL требуется кабель из двух витых пар (для исходящего и входящего потока), и она специально проектировалась для передачи данных по стандартам Т1 (1.544 Мбит/с) и Е1 (2.048 Мбит/с), обеспечивая до 30 каналов ISDN. Более поздние достижения привели к появлению SDSL (HDSL2), передающей данные по одной паре на скорости до 1.544 Мбит/с, и перспективной технологии VDSL (Very-high-bit-rate DSL), способной на коротких расстояниях достигать скоростей до 55 Мбит/с для подключения домов к волоконно-оптическим узлам.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Шемякин А. Н., Прудыус А. С. и др.

Источник: Публикации представляет собой компиляцию из открытых источников, описывающих принципы работы ранних систем беспроводной связи (DECT, PACS, PHS). Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети и высоковольтных линий электропередачи

Публикации предназначены для подготовки и повышения квалификации специалистов, обслуживающих электроснабжение железных дорог, студентов и начинающих специалистов в области телекоммуникаций, радиотехники и электроники.