→ Як влаштований і працює мобільний стільниковий зв'язок. Сучасні можливості мобільного зв'язку в Росії Куди рухається мобільний зв'язок

Як влаштований і працює мобільний стільниковий зв'язок. Сучасні можливості мобільного зв'язку в Росії Куди рухається мобільний зв'язок

У цій статті розповімо про історію появи мобільного зв'язку

Перша система радіотелефонного зв'язку з'явилася 1946 року у США – Сент-Луїсі. Радіотелефони працювали на фіксованих частотах і перемикалися вручну. У Радянському Союзі радіотелефонний зв'язок з'явився 1959 року і називався системою «Алтай». Звичайно, вона була не загальнодоступною, а використовувалася як урядовий зв'язок і спецслужби. У 1990-1994 роках за розвалу СРСР, з Радянських НДІ, «безкоштовно» вивозилася за кордон велика маса засекречених розробок, у тому числі й розробка багаточастотного, багатобазового радіотелефонного зв'язку. І в 1991 році в США, а згодом і в Російській Федерації з'явився новий стандарт радіотелефонного - стільникового зв'язку NMT-450 ("Сотел"). Використовувався аналоговий сигнал. Згодом з'явилися цифрові стандарти – GSM-900 і GSM-1800.

З прогресивним розвитком мобільного зв'язку мобільні телефони стали широко доступні. Як правило, мобільний телефонний апарат (далі МТА) може працювати на відстані до 1500 м від базової станції.

Як відомо, кожному стільниковому апарату надається свій електронний серійний номер (ESN), який кодується в мікрочіпі телефону при виготовленні телефону. Активуючи SIM-карту (Subscriber Identity Module) – мікрочіп, у якому «прошитий» абонентський номер, мобільний телефон отримує мобільний ідентифікаційний номер (MIN).

Площа, що охоплюється мережею GSM (Global System for Mobile communications, - глобальна система мобільного зв'язку), розбита на окремі осередки (стільники), що прилягають один до одного, - звідси пішла назва «стільниковий зв'язок», у центрі яких знаходяться приймально-передавальні базові станції. Зазвичай, така станція має шість передавачів, які розташовані з діаграмою спрямованості 120° і забезпечують рівномірне покриття площі. Одна середня станція одночасно може обслуговувати до 1000 каналів. Площа «соти» у місті становить близько 0,5-1 км 2 , поза містом залежно від географічного розташування вона може досягати і 20, і 50 км 2 . Телефонний обмін у кожній «соті» управляється базовою станцією, яка приймає та передає сигнали у великому діапазоні радіочастот (виділений канал – крок для кожного стільникового телефону мінімальний). Базова станція підключена до проводової телефонної мережі та оснащена апаратурою перетворення високочастотного сигналу стільникового телефону на низькочастотний сигнал проводового телефону і навпаки, чим забезпечується поєднання цих двох систем. Технічно сучасна апаратура базової станції займає площу 1 ... 3 м 2 і розташовується в межах одного невеликого приміщення, де робота здійснюється в автоматичному режимі. Для стабільної роботи такої станції потрібна лише наявність провідного зв'язку з телефонним вузлом (АТС) та мережеве живлення 220 В.

У містах та населених пунктах з великим скупченням будинків передавачі базових станцій розташовуються прямо на дахах будинків. У передмісті та на відкритій місцевості використовуються вишки в кілька секцій (їх часто можна побачити розташованими вздовж шосе).

Зона покриття сусідніх станцій стикається. При пересуванні телефону між зонами покриття сусідніх станцій відбувається його періодична реєстрація. Періодично, з інтервалом 10-60 хв (залежно від оператора), базова станція випромінює службовий сигнал. Прийнявши його, мобільний телефон автоматично додає до нього свої MIN-і ESN-номера і передає кодову комбінацію, що вийшла, на базову станцію. Таким чином, здійснюється ідентифікація конкретного мобільного стільникового телефону, номера рахунку його власника та прив'язка апарата до певної зони, в якій він знаходиться в даний момент часу. Цей момент дуже важливий - вже на даному етапі можна контролювати пересування того чи іншого об'єкта, а кому це вигідно, питання інший - головне є можливість ...

Коли користувач з'єднується з будь-ким по своєму телефону, базова станція виділяє йому одну з вільних частот тієї зони, в якій він знаходиться, вносить відповідні зміни в його рахунок (здійснює списання коштів) і передає його виклик за призначенням.

Якщо мобільний користувач під час розмови переміщається з однієї зони зв'язку в іншу, базова станція зони, що залишається (стільники) автоматично переводить сигнал зв'язку на вільну частоту сусідньої з нею зони (стільники).

Найуразливішими з погляду можливості перехоплення переговорів (прослуховування) є аналогові мобільні стільникові телефони. У нашому регіоні (Санкт-Петербург) такий стандарт був присутній донедавна - це стандарт NMT450 (він присутній також у Республіці Білорусь). Впевнений зв'язок і його віддаленість від базової станції в таких системах безпосередньо залежать від потужності випромінювання мобільного телефону.

Аналоговий принцип передачі інформації заснований на випромінюванні в ефір нецифрового радіосигналу, тому, налаштувавшись відповідну частоту такого каналу зв'язку, теоретично можна прослуховувати розмову. Однак варто «остудити особливо гарячі голови» - прослухати переговори стільникового зв'язку даного стандарту не так просто, оскільки вони шифруються (спотворюються) і для точного розпізнавання мови потрібний відповідний дешифратор. Переговори даного стандарту пеленгувати простіше, ніж скажімо, стандарту GSM-цифрового стільникового зв'язку, мобільні телефони яких передають та приймають інформацію у вигляді цифрового коду. Найлегше пеленгуються стаціонарно розташовані або нерухомі об'єкти, що здійснюють стільниковий зв'язок, важче - мобільні, тому що переміщення абонента в процесі розмови супроводжується зниженням потужності сигналу та переходом на інші частоти (при передачі сигналу від однієї базової станції до сусідньої).

Методи пеленгації

Прихід у кожну родину стільникового зв'язку (сьогодні та школярі отримують такі подарунки), це реалії часу, комфорт стає незамінним. Наявність у користувача стільникового телефону дозволяє виявляти його місцезнаходження, як зараз, так і всі його попередні переміщення до цього. Поточне становище може виявлятися двома способами.

Перший - метод цілеспрямованого пеленгування стільникового телефону, що визначає напрямок на працюючий передавач з трьох-шостіх точок і дає засічку розташування джерела радіосигналів. Особливість такого методу в тому, що він може застосовуватися за чиїмось розпорядженням, наприклад органів, уповноважених за законом.

Другий метод - через оператора стільникового зв'язку, який у автоматичному режимі постійно реєструє, де знаходиться той чи інший абонент у час навіть у тому разі, що він веде ніяких розмов. Ця реєстрація відбувається автоматично за ідентифікуючими службовими сигналами, що автоматично передаються стільниковим телефоном на базову станцію (про це йшлося раніше). Точність визначення місцезнаходження абонента залежить від ряду факторів: топографії місцевості, наявності перешкод та відображення сигналу від будівель, від положення базових станцій та їх завантаженості (кількості активних мобільних телефонів оператора в цій соті), розміру стільника. Звідси, точність визначення місцезнаходження абонента стільникового зв'язку в місті помітно вища, ніж у відкритій місцевості, і може досягати плями кілька сотень метрів. Аналіз даних про сеанси зв'язку абонента з різними базовими станціями (з якою та на яку станцію подавався виклик, час виклику тощо) дозволяє відновити картину всіх переміщень абонента в минулому. Дані автоматично реєструються у оператора стільникового зв'язку (для виписки рахунків і не тільки…), оскільки оплата таких послуг ґрунтується на тривалості використання системи зв'язку. Ці дані можуть зберігатися кілька років, і цей час поки що не регламентується федеральним законом, лише відомчими актами.
Можете зробити висновок – конфіденційність забезпечується, але не всім. При необхідності прослуховування ваших переговорів, або визначення вашого місця розташування, практично будь-яка «споряджена» спецслужба, або злочинна спільнота здатні це зробити без будь-яких зусиль.

Важче перехопити розмову, якщо він ведеться з автомобіля, що рухається, т.к. відстань між користувачем стільникового телефону та пеленгуючою апаратурою (якщо йдеться про аналоговий зв'язок) постійно змінюється і, якщо ці об'єкти віддаляються один від одного, особливо в пересіченій місцевості серед будинків, сигнал слабшає. При швидкому переміщенні сигнал перекладається з однієї базової станції на іншу, з одночасною зміною робочої частоти - це ускладнює перехоплення всієї розмови цілком (якщо не ведеться цілеспрямовано за участю оператора зв'язку), оскільки знаходження нової частоти потрібен час.

Висновки із цього можна зробити самостійно. Відключайте свій мобільний телефон, якщо не бажаєте, щоб ваше місцезнаходження стало відомим.

Приховані можливості мобільних телефонів

Сучасний МТА може включатися в режим диктофона (запис звуків від вбудованого мікрофона) автоматично за сигналом або заданою програмою, без санкції свого власника. Не факт, що кожен МТА записує мову та голос власника, а потім передає інформацію, але така можливість у кожному сучасному МТА технічно передбачена. Це схоже на рушницю, яка висить на стіні. І якщо дія відбувається під час вистави у театрі, то майже очевидно, що до кінця вистави рушниця вистрілить. Так і в даному випадку-можливість запису та передачі інформації у МТА є і цей фактор треба враховувати при експлуатації свого «мобільника».

Інформацію приймає найближча до МТА станція – сота. Як відбувається передача інформації до ефіру? МТА спілкується зі станцією пачками цифрових сигналів-імпульсів, які називаються тайм-слоти. Тривалість одного службового сеансу зв'язку може тривати від часток секунди до кількох секунд.

Такі сеанси службового зв'язку МТА з базовою станцією здійснює постійно, коли телефон перебуває у включеному стані. Спочатку це відбувається після включення живлення МТА, тоді телефон, спілкуючись з найближчою станцією зв'язку свого оператора (відповідно до встановленої SIM-картки), позиціонує своє становище на місцевості, видає в ефір свої дані (наприклад, ідентифікаційний номер стільникового телефону в мережі та ін.) , тобто реєструється у мережі. На підставі цієї реєстрації при наступних переговорах даному абоненту нараховується платіж за з'єднання, послуги зв'язку, тарифікація дзвінків та роумінг. Окрім тайм-слотів у сеансі зв'язку при включенні живлення, МТА періодично, приблизно один раз на годину (а при активному переміщенні постійно) виходить на зв'язок з прилеглою базовою станцією, позиціонуючи своє положення і в разі потреби (вихід за межі стільника) реєструючись у зоні відповідальності іншої сусідньої базової станції Тривалість та періодичність сеансів службового зв'язку (тайм-слотів) у різних МТА різна та становить (періодичність) від 10 до 35 разів на добу. При цьому тривалість тайм-слотів коливається в діапазоні 2-25 мілісекунд.

У багатьох сучасних МТА автоматично включені функції різного роду сервісного інформування власника, наприклад, про прогноз погоди або новини, тому тайм-слоти такого телефону будуть частіше і триваліше. У разі визначити, які саме сигнали посилає ваш «мобільник» до базової станції без спеціального устаткування не можна. Можна лише зафіксувати сам факт короткого сеансу зв'язку без участі власника МТА. У будь-якому випадку, якщо до Вас надійшло SMS-повідомлення, то відбувся обмін тайм-слотами.

Цю особливість свого МТА необхідно знати кожному власнику стільникового телефону, незважаючи на те, що компанії виробники поки не поспішають ні ділитися даною інформацією з покупцями свого товару, ні пояснювати ці функції та їх призначення. Як кажуть, попереджений - захищений… Непрямою ознакою роботи МТА на передачу великими потужностями є акумулятор, що швидко розряджається.

Як перевірити стільниковий телефон

На зорі масової популяризації стільникових телефонів (а це було не так давно) серед населення переважали мобільні телефони (МТА), придбані за кордоном і вимагають русифікації. Крім цього, частина стільникових телефонів, що привозяться з-за кордону в СНД (куплених на вторинному ринку, тому що дешево), при підключенні SIM-карти місцевого оператора виявлялися заблокованими (не реалізовували частину заявлених у меню МТА та в його посібнику з експлуатації функцій) . Люди несли МТА у відповідний сервіс (відповідно до назви МТА) і часом отримували відповідь: ваш телефон у Росії працювати не буде. З того часу МТА, привезені з-за кордону приватним порядком, стали негласно ділитися на «білі» та «сірі». «Білі» можна реанімувати та використовувати в СНД «за повною програмою», а «сірі» практично безнадійні, або вимагають таких вкладень, які перетягують його вартість. Тому, з деяких пір «сірі» мобільні апарати потрапляють до Росії лише поодинокими екземплярами, або партіями, що ввозяться дрібними «човниками», або після відпочинку Росіян за кордоном, через їхнє незнання. У зв'язку з цим зародився тестовий метод перевірки МТА.

Для тесту треба послідовно натиснути клавіші клавіатури: *#06#. В результаті висвітиться серія та модельний номер, зазначені у паспортних даних. Такі дані нанесені на корпусі МТА під акумуляторною батареєю. Чим вони допоможуть?

Зазначені дані, це IMEI (International Mobile Equipment Identifier – міжнародний ідентифікатор мобільного обладнання) вашого МТА. Після цієї процедури сповіщення стільникової компанії, ваш МТА разом із SIM-картою (або навіть знову вставленою), перебуватиме на контролі у вашого стільникового оператора. Цей номер краще з'ясувати заздалегідь (при купівлі або експлуатації МТА) і десь записати далеко від сторонніх очей. При втраті або крадіжці апарата ці дані потрібно передати до свого стільникового оператора. Це необхідно для того, щоб ваш МТА точно знайшовся, або принаймні був заблокований в обслуговуванні у оператора, яким ви користувалися до втрати телефону.

15.09.2011

Історія становлення та розвитку мобільного зв'язку в Росії та світі

Коли я почав обмірковувати ідею статті про минулий стільниковий зв'язок, насамперед згадалася історія, що сталася 3 квітня 1973 року. Саме цього дня Мартін Купер, голова підрозділу мобільного зв'язку американської компанії Motorola, здійснив перший у світі дзвінок мобільним телефоном. І саме ця дата вважається днем ​​народження мобільного зв'язку в тому вигляді, як ми всі до неї звикли. Але все почалося набагато раніше.

Коли говорять про історію стільникового зв'язку, насамперед згадується 3 квітня 1973 р. Саме в цей день Мартін Купер, голова підрозділу мобільного зв'язку американської компанії Motorola, здійснив перший у світі дзвінок мобільним телефоном. І тепер він вважається днем ​​народження мобільного зв'язку у тому вигляді, до якого ми звикли. Але її історія почалася набагато раніше.

Початок шляху

Напевно, першою та найважливішою датою в історії мобільного зв'язку слід вважати 7 травня 1895 р., коли відомий російський учений Олександр Степанович Попов продемонстрував прилад, призначений для реєстрації електромагнітних хвиль. Що цікаво, спочатку Попов не планував створювати жодних засобів радіозв'язку, а розробляв «грозовідмітник», прилад для реєстрації блискавок. Але по суті прилад Попова став першим у світі радіоприймачем, джерелом сигналу для якого служили грозові розряди. Пізніше, у вересні 1895 р. замість метрологічного реєстратора Попов підключив до свого "грозовідмітника" телеграфний апарат Морзе, що ще більше наблизило його до засобу бездротової передачі інформації.

Наступним кроком до мобільного зв'язку стали сеанси бездротового телеграфного зв'язку Гульельмо Марконі. Причому якщо 1896 р. інформація передавалася з відривом кількох кілометрів, то до кінця 1901 р. повідомлення Марконі було отримано з іншого боку Атлантичного океану. Свою роль зіграло і те, що Марконі мав комерційну жилку, завдяки чому розроблена ним технологія стала комерційно успішною, а компанія «Марконі та К°» - відомою на весь світ.

"Грозовідмітник" Попова - прилад, з якого почалася
бездротовий радіозв'язок

Не менш важливим був і перехід від використання абстрактних "точок-тире" до передачі живого людського голосу. Для дослідників-радіотехніків тих років це було одне з найбільш актуальних завдань, у процесі вирішення якого було проведено сотні досліджень та отримано десятки патентів. Але найбільшого успіху досяг Реджинальд Фессенден, який у 1900 р. вперше передав голос по радіоканалу, а до 1903 р. – отримав цілком прийнятну його якість. Датою «мобілізації» бездротового радіозв'язку став 1901 р., коли Марконі встановив приймально-передавальний пристрій на паровий автомобіль марки «Тонікрофт».

Так виглядав перший автомобіль,
оснащений системою рухомого радіозв'язку

Наступним ключовим став 1921 р., коли в американському Детройті було запущено першу у світі диспетчерську систему телеграфного рухомого зв'язку, призначену для потреб місцевої поліції. Обмін інформацією був одностороннім - отримавши сигнал (азбукою Морзе), поліцейські зв'язувалися з ділянкою по телефону. Фактично побудована в Детройті система була прототипом вже забутого багатьма пейджингового зв'язку. Двосторонній рухомий радіозв'язок для допомоги поліції з'явився 1933 р. у Нью-Йорку. Причому вона вже була не телеграфною, а голосовою, хоч і працюючою в напівдуплексному режимі, тобто. Для перемикання між прийомом та передачею потрібно було натискати кнопку.

Америка та Європа

Приватним клієнтам мобільний радіозв'язок вперше став доступним 17 червня 1946 р., коли в американському Сент-Луїсі (штат Міссурі) спільними зусиллями AT&T та Bell Telephone Laboratories була запущена мережа стандарту MTS, яка працювала на частоті 150 МГц. Принцип дії MTS-мережі відрізнявся від сучасного мобільного зв'язку – покриття певної території використовувався один потужний передавач, а реєстрації сигналу від абонентських пристроїв – мережу приймачів. Виклик у MTS-мережі здійснювався в ручному режимі – спочатку абонент вибирав вільний канал, а потім встановлював зв'язок із оператором, який з'єднував його з потрібним абонентом. Причому спочатку МТС-мережа працювала в напівдуплексному режимі, що дозволяло вирішити проблему луни. Повнодуплексний режим (тобто. як у звичайному телефоні) та автоматичний вибір каналів з'явилися лише у 1964 р. До речі, вже до кінця 40-х років. минулого століття AT&T і Bell Telephone Laboratories, були найпередовішими – 1948 р. Радіотелефонною компанією Річмонда (штат Індіана) було запущено повністю автоматична система рухомого радіозв'язку, у якій виклик абонента здійснювався без допомоги оператора.

Один із перших автомобільних радіотелефонів

Усі перші системи рухомого радіозв'язку тих років мали серйозне обмеження як частотного ресурсу з обмеженим числом каналів. Це заважало забезпечити повне покриття значної території та не дозволяло двом мережам працювати в одному частотному діапазоні – мінімальна відстань між двома радіосистемами мала становити не менше 100 км. Вирішення цієї проблеми було знайдено співробітником Bell Laboratories Д. Рінгом, який запропонував всю зону покриття розділити на комірки (стільники), що утворюються базовими станціями, що працюють у частотних діапазонах, що різняться. І саме стільниковий принцип став основним для сучасних мобільних мереж. Практична реалізація ідеї з'явилася в 1969 р. у поїздах Metroliner, що курсували між Нью-Йорком та Вашингтоном – весь маршрут поїзда (255 миль) був поділений на дев'ять зон, у кожній з яких було доступно по шість каналів на частоті 450 МГц, а центр управління системою знаходився у Філадельфії.

Схематичне зображення мережі

Поруч із США системи рухомого радіозв'язку розвивалися й у Європі, де основні роботи вели компанії «Ерікссон» і «Марконі». Перші випробування європейських систем радіозв'язку відбулися 1951 р., а японських – 1967 р. До речі, саме японці встановили, що за умов міської забудови для рухомого радіозв'язку найбільше підходять діапазони у районі 400 і 900 МГц. Серед європейських країн перша комерційно успішна мережа стільникового зв'язку була розгорнута у Фінляндії 1971 р., а до 1978 р. їй було покрито всю територію країни. Природно, йшлося про автомобільний радіозв'язок, що навіть знайшло відображення у його назві – Autoradiopuhelin (ARP, «Автомобільний радіотелефон»). Аналогічно позиціонувалася мережа Autotel. Однак, незважаючи на аналогову передачу голосу, у стандарті Autotel вся службова інформація, на відміну від інших систем рухомого радіозв'язку тих років, передавалася вже в цифровій формі.

Велися розробки в галузі рухомого радіозв'язку і в нашій країні, але про них буде розказано трохи нижче, а поки повернемося в США, де розгорнулася запекла боротьба між компаніями AT&T Bell Labs і Motorola, які прагнули стати лідерами на ринку мобільного зв'язку, що зароджується. Причому AT&T Bell Labs робила ставку на автомобільний радіозв'язок, а Motorola – компактні пристрої, які можна було носити з собою. Конкуренція була досить жорсткою, робилися навіть спроби задіяти адміністративний ресурс від імені FCC (Федеральної комісії з комунікацій). Переможцем у боротьбі вийшла Motorola, а головним напрямком подальшого розвитку мобільного зв'язку стало створення компактних пристроїв, які можна просто носити з собою. Комерційна мережа, заснована на запропонованих Motorola принципах, була запущена в 1983 році, через десятиліття після того історичного дзвінка.

Перший мобільний телефон Motorola DynaTAC 8000X
(Dynamic adaptive total area coverage)

Якщо обговорювати стандарти стільникового зв'язку тих років, то слід нагадати, що в Америці починав набирати популярності аналоговий стандарт AMPS (Advanced mobile phones service - удосконалена мобільна телефонна служба), згодом удосконалений до цифрового D-AMPS. У Європі з'явився цілий розсип різних несумісних між собою стандартів, а найбільшого поширення набули скандинавський NMT (Nordic mobile telephony) і розгорнутий у низці європейських країн TACS (Total access communications system, аналог AMPS). У Японії найбільш популярними стали NTT (Nippon telephone and telegraph system) і модифікований варіант TACS, який отримав ім'я JTACS (NTACS). Всі перелічені стандарти, як і AMPS, були аналоговими, а побудовані мережі належали до першого покоління мобільного зв'язку.

Одночасно зі зростанням кількості абонентів мобільних мереж перед європейцями постало питання створення єдиного стандарту мобільного зв'язку, для чого у 1982 р. було створено групу Groupe Spécial Mobile, що включала 26 європейських телефонних компаній. На розробку однойменного стандарту пішло дев'ять років – його перша специфікація була опублікована в 1991 р., а перша у світі комерційна мережа GSM була запущена в 1992 р. у Фінляндії. Альтернативою GSM став стандарт CDMA, поширений у США та країнах Азії. Перша комерційна CDMA-мережа з'явилася 1995 р. у Гонконгу, а перша супутникова система зв'язку комерційного призначення (заснована технології CDMA Omni TRACKC) було запущено 1980 р. До речі, теоретичні основи CDMA заклав ще 1935 р. російський учений Д. У. .Агєєв.

Наша історія

Стільниковий зв'язок у сучасному розумінні прийшов до нашої країни в 1991 р., коли компанія «Дельта Телеком» розгорнула мережу стандарту NMT-450i, а перший дзвінок з її використанням відбувся 9 вересня 1991 р. Перша російська GSM-мережа була запущена в 1994 р. , одночасно з появою оператора "Північно-Західний GSM".

Проте історія розвитку мобільного зв'язку в нашій країні має більш глибоке коріння. Все почалося з того, що під час Великої Вітчизняної війни радянський вчений Георгій Ілліч Бабат запропонував ідею пристрою під назвою «монофон», який був переносним телефонним апаратом, що працює повністю в автоматичному режимі. Робочий діапазон частот пристрою повинен був перебувати в районі 1-2 ГГц, але на відміну від сучасних засобів стільникового зв'язку, в монофоні для передачі голосу планувалося використовувати не радіоканал, а розгалужену мережу хвилеводів.

Г.І. Бабат, винахідник «монофона»

Наступний крок до вітчизняного мобільного зв'язку було зроблено Г. Шапіро та І. Захарченко, які запропонували у 1946 р. систему автомобільного радіотелефонного зв'язку. Її принцип був простий і геніальний – міські телефонні станції передбачалося доповнити радіоприймальною апаратурою, а кожному автомобілю, оснащеному радіозв'язком, – виділити індивідуальні позивні. Для здійснення виклику достатньо було передати в ефір свої позивні, після чого автоматично включався встановлений в автомобілі телефон, яким можна було користуватися, як звичайним телефонним апаратом. При надходженні номер мобільного абонента вхідного дзвінка установка зв'язку з нею здійснювалася також у вигляді позивних. Спочатку навіть радіус дії системи Шапіро - Захарченко становив приблизно 20 км, але згодом винахідники змогли збільшити його до 150 км, причому сам прилад був досить компактним. Спочатку систему Шапіро - Захарченко передбачалося використовувати для координації роботи міліції, пожежників, медиків та інших екстрених служб. Проте ідея не прижилася насамперед через небажання цих служб бути прив'язаними до міської телефонної мережі.

Але справді сенсаційним вважатимуться те, що у 1957 р. Л. І. Купріянович створив прототип мобільного телефону, який отримав ім'я ЛК-1. Що цікаво, до розробки ЛК-1 сферою діяльності Купріяновича було створення портативних рацій, як і в його заокеанського колеги Мартіна Купера. Сполучення ЛК-1 з міською телефонною мережею здійснювалося через «Автоматичну телефонну радіостанцію» (АТР), з якою «мобільна» трубка пов'язана чотирма частотними каналами: прийом звуку, передача звуку, передача сигналів набору номера і надсилання сигналу завершення виклику. Причому продумано питання масового використання ЛК-1 – у разі управляючі сигнали розрізнялися по тональності, а передачі голосу використовувалися різні частотні канали. Радіус дії апарату складав кілька десятків кілометрів.

Нотатка у журналі «Наука життя і життя», №10, 1958 р..

Зверніть увагу - в СРСР спочатку ставка робилася саме на створення систем рухомого радіозв'язку, використання яких максимально схоже на використання звичайних міських телефонів, причому ці системи мали максимально просто інтегруватися з діючою міською телефонною мережею. Також розумілася і важливість компактних розмірів - якщо перші варіанти ЛК-1 важили близько 3 кг (нагадаю, вага автомобільних радіотелефонів складала 10-20 кг.), то вже в 1958 р. Купріянович вдалося виготовити телефон вагою всього 500 гр. На 1959 р. він висунув пропозицію встановити АТР на висотному завданні, тобто. реалізувати те саме, що зробив Мартін Купер через 14 років. Але винахід Л.І. Купріяновича ходи не отримало, і до 1960-1961 рр. у своїх статтях він розповідає про портативні рації та новини електроніки, але ні словом не згадує про радіотелефон.

І це не випадково - наприкінці 50-х років. минулого століття на замовлення вищого керівництва країни в СРСР розпочалася розробка системи рухомого автоматичного радіозв'язку «Алтай». Причому одна з головних вимог полягала в тому, щоб її використання максимально схоже із застосуванням звичайної телефонної мережі, тобто. ручне перемикання каналів та необхідність виклику диспетчера було виключено. І це завдання було вирішено – вже у 1963 р. систему було запущено в дослідну експлуатацію біля Москви. Робочий діапазон "Алтаю" знаходився в районі 150 МГц, а пізніше був задіяний і діапазон 330 МГц. До середини 70-х під покриттям цієї системи опинилися вже 114 міст СРСР, а на Олімпіаді 1980 р. вона стала основним засобом для зв'язку журналістів, що її висвітлювали. Причому якість зв'язку на «Алтаї» була не гіршою, ніж на кращих провідних телефонних лініях, а проблеми зі зв'язком виникали досить рідко. В епоху свого розквіту вона стала доступною не тільки партійним і державним діячам, а й керівникам підприємств – на початку 80-х років. нею користувалися близько 25 тис. абонентів. Для вищого керівництва країни та потреб спецслужб також була створена «Роса», яка являла собою варіант «Алтаю», доповнений засобами шифрування.

Абонентське обладнання «Алтай» зразка 1960-х рр.

Були в СРСР і плани розгортання мережі мобільного зв'язку, доступної для пересічної людини. На початку 1980-х років було розпочато роботу над системою «ВоЛеМоТ», назва якої складалася з перших літер міст, де велася її розробка: Воронеж, Ленінград, Молодечно, Тернопіль. Причому систему спочатку закладалися можливість використання безлічі базових станцій з метою покрити всю територію країни та підтримка автоматичного переходу між базовими станціями без переривання розмови. Таким чином, «ВоЛеМоТ» могла стати повноцінною стільниковою мережею, і якби не бюрократична тяганина та недостатнє фінансування робіт, то її запустили б вже до середини 1980-х рр. Як робочий діапазон в ній планувалося використовувати частоту 330 МГц, що давало можливість покрити однією базовою станцією великі відстані. До речі, запуск системи в експлуатацію в деяких містах все ж таки відбувся, але це сталося лише в середині 1990-х рр., коли технологічне лідерство було втрачено, а на ринку домінували NMT- та GSM-мережі.

Резюме

Історія не має умовного способу. Ми пропустили можливість стати лідером у справі будівництва мобільних мереж, адже шанси для цього наша країна мала. У 1959 р. болгарський вчений Христо Бачваров створив мобільний телефон, який концептуально схожий з апаратом Л.І. Купріяновича і отримав відповідний патент. Більше того, на виставці «Інтероргтехніка-66» засвітилися РАТ-0,5 та АТРТ-0,5, компактні мобільні телефони промислового виробництва, а також базова станція РАТЦ-10, здатна одночасно зв'язати шість мобільних абонентів із міською телефонною мережею. Але в серію всі ці напрацювання так і не пішли, а днем ​​народження мобільного зв'язку всі визнали 3 квітня 1973 року, коли Мартін Купер здійснив свій історичний дзвінок.

Як зароджувався зв'язок

Стільниковий зв'язок вважається одним із найкорисніших винаходів людства - поряд з колесом, електрикою, інтернетом та комп'ютером. І лише за кілька десятиліть ця технологія пережила цілу низку революцій. З чого починалося бездротове спілкування, як працюють стільники та які можливості відкриє новий мобільний стандарт 5G?

Перше використання рухомого телефонного радіозв'язку відноситься до 1921 - тоді в США поліція Детройта використовувала односторонній диспетчерський зв'язок в діапазоні 2 МГц для передачі інформації від центрального передавача до приймачів в автомобілях поліцейських.

Як з'явився стільниковий зв'язок

Вперше ідея стільникового зв'язку була висунута в 1947 році - над нею працювали інженери з Bell Labs Дуглас Рінг та Рей Янг. Проте реальні перспективи її втілення почали вимальовуватися лише на початку 1970-х років, коли співробітники компанії розробили робочу архітектуру апаратної платформи стільникового зв'язку.

Так, американські інженери запропонували розміщувати станції, що передають, не в центрі, а по кутах «осередків», а трохи пізніше була придумана технологія, що дозволяє абонентам пересуватися між цими «сотами», не перериваючи зв'язку. Після цього залишилося розробити діюче обладнання для такої технології.

Завдання успішно вирішила компанія Motorola - її інженер Мартін Купер 3 квітня 1973 продемонстрував перший працюючий прототип мобільного телефону. Він зателефонував начальнику дослідницького відділу компанії-конкурента прямо з вулиці та розповів йому про власні успіхи.

Керівництво Motorola негайно вклало у перспективний проект 100 мільйонів доларів, проте на комерційний ринок технологія вийшла лише за десять років. Така затримка пов'язана з тим, що спочатку потрібно створити глобальну інфраструктуру базових станцій стільникового зв'язку.


На території США цією роботою зайнялася компанія AT&T - телекомунікаційний гігант домігся від федерального уряду ліцензування потрібних частот і побудував першу стільникову мережу, яка охопила найбільші американські міста. Як перший мобільник виступила знаменита модель Motorola DynaTAC 8000.

У продаж перший мобільний телефон надійшов 6 березня 1983 року. Він важив майже 800 грамів, міг працювати на одному заряді 30 хвилин у режимі розмови та заряджався близько 10 години. При цьому апарат коштував 3995 доларів - нечувану суму на ті часи. Незважаючи на це, мобільник миттєво став популярним.

Чому зв'язок називається стільниковим

Принцип мобільного зв'язку простий - територія, де забезпечується з'єднання абонентів, розбивається окремі осередки чи «соти», кожну з яких обслуговує базова станція. При цьому в кожній сотні абонент отримує ідентичні послуги, тому сам він ніяк не відчуває перетину цих віртуальних кордонів.

Зазвичай базова станція у вигляді пари залізних шаф з обладнанням та антен розміщується на спеціально побудованій вежі, однак у місті їх нерідко розміщують на дахах висотних будівель. У середньому кожна станція ловить сигнал від мобільних телефонів на відстані до 35 кілометрів.

Для покращення якості обслуговування оператори також встановлюють фемтосоти - малопотужні та мініатюрні станції стільникового зв'язку, призначені для обслуговування невеликої території. Вони дозволяють різко покращити покриття в тих місцях, де це необхідно. Стільниковий зв'язок у Росії поєднають з космосом

Мобільник, що знаходиться в мережі, прослуховує ефір і знаходить сигнал базової станції. У сучасну SIM-карту, крім процесора та оперативної пам'яті, вшитий унікальний ключ, що дозволяє авторизуватися в стільниковій мережі. Зв'язок телефону зі станцією може здійснюватися за різними протоколами – наприклад, цифровими DAMPS, CDMA, GSM, UMTS.

Стільникові мережі різних операторів з'єднані один з одним, а також зі стаціонарною телефонною мережею. Якщо телефон виходить з поля дії базової станції, апарат налагоджує зв'язок з іншими - встановлене абонентом з'єднання непомітно передається іншим сотням, що забезпечує безперервний зв'язок при переміщеннях.

У Росії для мовлення сертифіковано три діапазони - 800 МГц, 1800 МГц та 2600 МГц. Діапазон 1800 МГц вважається найпопулярнішим у світі, оскільки поєднує високу ємність, великий радіус дії та високу проникаючу здатність. Саме в ньому зараз працюють більшість мобільних мереж.

Які стандарти мобільного зв'язку бувають

Перші мобільники працювали з технологій 1G - це перше покоління стільникового зв'язку, яке спиралося на аналогові телекомунікаційні стандарти, головним з яких став NMT - Nordic Mobile Telephone. Він призначався виключно передачі голосового трафіку.

До 1991 відносять народження 2G - головним стандартом нового покоління став GSM (Global System for Mobile Communications). Цей стандарт підтримується досі. Зв'язок у цьому стандарті став цифровим, з'явилася можливість шифрування голосового трафіку та відправлення СМС.

Швидкість передачі даних усередині GSM не перевищувала 9,6 кбіт/с, що унеможливлювало передачу відео або високоякісного звуку. Проблему було вирішено стандарт GPRS, відомий як 2.5G. Він уперше дозволив користуватися мережею Інтернет власникам мобільних телефонів.


Такий стандарт забезпечив швидкість передачі даних до 114 Кбіт/c. Однак незабаром він також перестав задовольняти запити користувачів, які постійно зростають. Для вирішення цієї проблеми у 2000 році було розроблено стандарт 3G, який забезпечував доступ до послуг Мережі на швидкості передачі даних у 2 Мбіти.

Ще однією відмінністю 3G стало надання кожному абоненту IP-адреси, що дозволило перетворити мобільники на маленькі комп'ютери, підключені до інтернету. Першу комерційну мережу 3G було запущено 1 жовтня 2001 року в Японії. Надалі пропускна спроможність стандарту неодноразово збільшувалася.

Найбільш сучасний стандарт - зв'язок четвертого покоління 4G, призначений лише високошвидкісних сервісів передачі. Пропускна здатність мережі 4G здатна досягати 300 Мбіт/сек, що дає користувачеві практично необмежені можливості роботи в Інтернеті.

Стільниковий зв'язок майбутнього

Стандарт 4G заточений на безперервну передачу гігабайтів інформації, у ньому навіть немає каналу передачі голосу. За рахунок надзвичайно ефективних схем мультиплексування завантаження фільму високої роздільної здатності в такій мережі займе у користувача 10-15 хвилин. Проте, навіть його можливості вже вважаються обмеженими.

2020 року очікується офіційний запуск нового покоління зв'язку стандарту 5G, який дозволить передачу великих обсягів даних на надвисоких швидкостях до 10 Гбіт/сек. Крім того, стандарт дозволить підключити до високошвидкісного інтернету до 100 мільярдів пристроїв.

Саме 5G дозволить з'явитися справжньому інтернету речей – мільярди пристроїв обмінюватимуться інформацією у реальному часі. За оцінкою експертів, мережевий трафік скоро зросте на 400%. Наприклад, автомобілі почнуть постійно перебувати в глобальній Мережі та отримувати дані про дорожню обстановку.

Низький рівень затримки забезпечить зв'язок між транспортними засобами та інфраструктурою в режимі реального часу. Очікується, що надійне та постійно діюче з'єднання вперше відкриє можливість для запуску на дорогах повністю автономних транспортних засобів.

Російські оператори вже експериментують із новими специфікаціями – наприклад, роботи в цьому напрямку веде «Ростелеком». Компанія підписала угоду про будівництво мереж 5G в інноваційному центрі "Сколково". Реалізація проекту входить до державної програми «Цифрова економіка», нещодавно затвердженої урядом.

Вступ

Алгоритм функціонування систем стільникового зв'язку

Ініціалізація та встановлення зв'язку

Аутентифікація та ідентифікація

Передача обслуговування (при маршрутизації)

Роумінг

Обслуговування дзвінків у стандарті GSM

Висновок

Вступ

Комп'ютеризація телекомунікаційного устаткування йде паралельно з процесами приватизації національних систем зв'язку, появою над ринком великих фірм - операторів, що зумовлює посилення конкурентної боротьби. В результаті знижуються розцінки на телекомунікаційні послуги, розширюється асортимент, а користувачі мають можливість вибору.

Більшість промислово розвинених країн інтенсивно переходить на цифровий стандарт зв'язку, що дозволяє миттєво передавати колосальні обсяги інформації з високим ступенем захисту її змісту. У світових телекомунікаціях чітко проявляється тенденція розвитку повносервісних мереж, побудованих з урахуванням технології комутації пакетів послуг.

В даний час до першої десятки країн, які мають найрозвиненіші системи зв'язку та телекомунікацій, що відповідають світовим стандартам, входять Сінгапур, Швеція, Нова Зеландія, Фінляндія, Данія, США, Гонконг, Туреччина, Норвегія та Канада. Казахстан у рейтингу країн за рівнем розвитку телекомунікаційних систем поступається не тільки промислово розвиненим, а й багатьом державам, що розвиваються.

Попит на інформаційні технології, сучасні комп'ютери та офісне обладнання в останні роки істотно впливає на динаміку та структуру світової економіки. Справжньою революцією у сфері інформаційних технологій стала поява та бурхливий розвиток системи стільникового зв'язку, що сформувалася на початок третього тисячоліття в одну з провідних галузей світової економіки.

стільниковий зв'язок роумінг

1. Алгоритм функціонування систем стільникового зв'язку

Алгоритми функціонування систем стільникового зв'язку різних стандартів переважно схожі. Коли рухома станція знаходиться в режимі очікування, його приймальний пристрій постійно сканує всі канали, або тільки канали управління (КУ). Для виклику абонента всіма БС каналами управління передається сигнал виклику. ПС абонента, що викликається, при отриманні цього сигналу відповідає по одному з вільних КУ. БС, що прийняла сигнал у відповідь, передає інформацію про його параметри на центр комутації (ЦК), який перемикає розмову на ту БС, де зафіксовано максимальний рівень сигналу ПС абонента.

Під час набору номера ПС займає один із вільних каналів, рівень сигналу БС у якому на даний момент максимальний. У міру віддалення абонента від БС або у зв'язку з погіршенням умов розповсюдження сигналу абонент автоматично перемикається на інший вільний канал або іншу БС. Спеціальна процедура, яка називається естафетною передачею (Handover) дозволяє безперервно переключити розмову на вільний канал іншої БС, у зоні дії якої опинився абонент. Для контролю таких ситуацій БС забезпечена спеціальним приймачем, який періодично вимірює рівень сигналу від ПС і порівнює його з допустимим порогом. (У деяких моделях ПС також проводиться періодичний вимір рівня сигналу, що приймається, і оцінюється його якість). Якщо рівень сигналу менший за пороговий, то інформація про це автоматично передається на центр комутації по службовому каналу зв'язку. Центр комутації видає команду вимірювання сигналу від цього абонента інші БС (відразу кілька), оточуючі абонента ПС. Після отримання відповіді цих БС центр комутації вибирає найбільш підходящу БС.

Якщо всі канали БС зайняті обслуговуванням абонентів і в цей час надходить заявка на обслуговування від чергового абонента, то, як тимчасовий захід(До звільнення одного з каналів), можливе використання принципу естафетної передачі навіть усередині однієї стільники. При цьому відбувається не блокування виклику, а здійснюється почергове перемикання всіх абонентів, що беруть участь у зв'язку з каналу на канал. У такому процесі можна по черзі віддавати деякий час від усіх каналів новому абоненту. Утворюється хіба що «запасний» канал.

Одна з найважливіших послуг мережі стільникового зв'язку - надання набору послуг для абонента з однієї і тієї ж рухомої станції (радіотелефону) в інших містах, регіонах та інших країнах, так званий роумінг (Roaming). Для здійснення такої послуги між операторами мереж стільникового зв'язку має бути договір на надання роумінгу абонентам, які приїжджають із районів, які обслуговують інші оператори.

2. Ініціалізація та встановлення зв'язку

У роботі ПС у зоні обслуговування «своїй» мережі можна виділити чотири режими, подібні по суті для систем різних стандартів:

· режим очікування;

· Режим встановлення зв'язку (дзвінка);

· Режим ведення зв'язку (телефонної розмови).

Якщо ПС повністю вимкнено (знеструмлено), то після включення живлення на ПС автоматично проводиться процес ініціалізації -початкового запуску. Протягом цього режиму відбувається налаштування ПС на роботу у складі системи - за сигналами, які регулярно передаються базовими станціями по каналах управління (КУ). Після ініціалізації ПС перетворюється на режим очікування. Конкретний зміст операцій із ініціалізації залежить від стандарту системи стільникового зв'язку.

В режимі очікування, ПС відстежує:

· Зміни інформації з боку системи, пов'язані як зі змінами в роботі системи, так і у зв'язку з переміщеннями самої ПС;

команди системи (наприклад, підтвердити працездатність, виміряти рівень сигналу тощо);

· Отримання виклику з боку системи;

· Ініціалізацію виклику з боку власного абонента.

Крім того, ПС може періодично, наприклад, раз на 10-15 хвилин підтверджувати свою працездатність, передаючи відповідні сигнали на БС або передавати інші повідомлення для системи незалежно від ведення сеансу зв'язку. У центрі комутації (ЦК) кожної з включених ПС фіксується осередок, у якому вона «зареєстрована», що полегшує організацію процедури виклику мобільного абонента. Якщо ПС не підтверджує свою працездатність протягом певного часу, то ЦК вважає її вимкненою і виклик, що надходить на цю ПС, не передається. Тому харчування ПС зазвичай не вимикається і ПС перебуває у режимі чергового прийому.

Процедура встановлення зв'язкуполягає в наступному. Якщо з боку системи або з мережі ТФОП надходить на ЦК виклик номера мобільного абонента, то ЦК направляє цей виклик на БС того осередку, в якому було зареєстровано ПС, або на кілька БС в околиці цього осередку (з урахуванням можливого переміщення абонента). БС передають виклик відповідними каналами виклику. Якщо ПС перебуває у режимі очікування, вона приймає виклик і відповідає нього через свою БС, передаючи одночасно дані щодо процедури аутентифікації. При позитивному результаті аутентифікації через БС для ПС призначається канал трафіку та повідомляється номер частотного каналу. Рухлива станція налаштовується на виділений канал разом із БС виконує необхідні дії з підготовки до сеансу зв'язку. На цьому етапі ПС за сигналами синхронізації налаштовується на заданий номер слота в кадрі, уточнює затримку в часі, підлаштовує рівень потужності, що випромінюється, і т.п. Вибір тимчасової затримки проводиться з метою тимчасового узгодження слотів у кадрі (на прийом до БС) при організації зв'язку з рухомими станціями, що знаходяться на різних дальностях від БС. При цьому тимчасова затримка пачки, що передається ПС, регулюється за командами БС.

Потім БС видає повідомлення про подачу виклику (дзвінка), яке підтверджується рухомою станцією, і абонент, що викликає, чує сигнал виклику. Коли абонент відповідає на виклик («знімає трубку»), ПС видає на БС запит на завершення з'єднання. З завершенням з'єднання починається сам сеанс зв'язку (розмова).

У процесі розмови ПС виробляє обробку сигналів мови, що передаються і приймаються, а також передаються одночасно з промовою сигналів управління. Після закінчення розмови відбувається обмін службовими повідомленнями між ПС та БС (запит або команда на відключення з підтвердженням), після чого передавач ПС вимикається та станція переходить у черговий режим (режим очікування).

Якщо виклик ініціюється із боку ПС, тобто. абонент ПС набирає номер, що викликається, переконується по дисплею в правильності набору і натискає відповідну кнопку виклику на панелі ПС, то ПС передає через свою БС повідомлення із зазначенням номера абонента і даними для аутентифікації станції. Після успішної аутентифікації БС призначає канал трафіку. Наступні кроки з підготовки сеансу зв'язку здійснюються так само, як і при надходженні виклику з боку системи.

Якщо зв'язок встановлюється між двома мобільними абонентами, процедура встановлення зв'язку практично нічим не відрізняється від встановлення зв'язку з абонентами мережі ТФОП, оскільки всі з'єднання встановлюються через комутатор мобільного зв'язку ЦК (MSC). Якщо обидва мобільні абоненти відносяться до однієї і тієї ж стільникової системи, то зв'язок встановлюється через ЦК без виходу на комутатори мережі ТФОП.

3. Аутентифікація та ідентифікація

Процедури автентифікації та ідентифікації виконуються під час кожного встановлення зв'язку. Аутентифікація -процедура підтвердження справжності (дійсності, законності, наявності прав користування послугами мережі стільникового зв'язку) абонента. Ідентифікація- Це процедура ототожнення мобільного апарату (тобто рухомий станції). При цьому визначається належність ПС до однієї з груп, що мають певні ознаки, а також виявляються несправні та вкрадені апарати.

Ідея процедури аутентифікації в цифровій системі полягає у шифруванні деяких паролів-ідентифікаторів з використанням квазівипадкових чисел, що періодично передаються на ПС з ЦК, та індивідуального для кожної ПС алгоритму шифрування. Таке шифрування з використанням одних і тих самих вихідних даних та алгоритмів, проводиться як на ПС так і в ЦК (або в центрі аутентифікації). Аутентифікація вважається успішною, якщо обидва результати збігаються.

4. Передача обслуговування (при маршрутизації)

Базова станція, що знаходиться приблизно в центрі стільники, обслуговує всі ПС в межах свого осередку. При переміщенні ПС з одного осередку до іншого, її обслуговування відповідно передається на іншу БС. Процес передачі обслуговування відбувається без переривання зв'язку, тобто. відбувається естафетна передачаобслуговування. Якщо ПС переміщається з однієї стільники в іншу в режимі очікування, вона просто відстежує ці переміщення за інформацією системи, що передається каналами управління, і в потрібний момент перебудовується на сильніший сигнал інший БС.

Рішення про передачу обслуговування приймає центр комутації. З центру комутації на «нову» БС йде команда передачі обслуговування з метою, щоб ця БС могла виділити необхідні канали, та був на ПС через «стару» БС передаються необхідні команди із зазначенням нового частотного каналу, номери робочого слота тощо. ПС автоматично перебудовується на новий канал та налаштовується на спільну роботу з новою БС. Процес перебудови займає частки секунди і залишається непомітним абоненту.

5. Роумінг

Роумінг- це функція або процедура надання послуг системи мобільного зв'язку абоненту одного оператора в системі іншого оператора (зрозуміло в сумісних стандартах). При переміщенні абонента в іншу мережу та виході на зв'язок, центральний комутатор нової мережі запитує (спеціальними каналами зв'язку) інформацію про абонента з початкової мережі, де зареєстрований користувач. За наявності підтвердження повноважень абонента нова мережа реєструє його в себе. Дані про місцезнаходження абонента постійно оновлюються в початковій мережі і всі виклики, що надходять туди, автоматично переадресовуються в ту мережу, де в даний момент знаходиться абонент.

Для організації роумінгу мережі, що беруть участь у такому договорі, повинні бути сумісних стандартів. Центри комутації всіх мереж мають бути з'єднані між собою спеціальними каналами зв'язку (провідні лінії, телефонні лінії, радіозв'язок тощо) для обміну службовими даними.

Розрізняють три види роумінгу: ручний, напівавтоматичний та автоматичний. При ручному вигляді роумінгу службових з'єднань між ЦК може бути. Просто при переході абонента до іншої мережі він обмінює свій радіотелефон на інший, підключений до нової системи. При напівавтоматичному варіанті абонент повинен попередньо повідомити свого оператора про перехід в систему обслуговування іншої мережі.

Набагато складніші операції доводиться робити при автоматичному роумінгу. Абонент мережі, який опинився на території іншої мережі, ініціює виклик звичайним чином, як і у своїй мережі. ЦК нової мережі, переконавшись, що у його домашньому регістрі HLR цей абонент не значиться, сприймає його як роумера і заносить у гостьовий регістр VLR. Одночасно (або з деякою затримкою) він запитує в HLR «рідної» системи роумера відомості, необхідні для організації обслуговування (обумовлені види послуг, паролі, шифри), а також повідомляє, в якій системі роумер знаходиться в даний час. Нове місце фіксується в HLR «рідної» системи. Після цього роумер користується стільниковим зв'язком у новій системі, як і вдома. Виклики, що виходять від нього, обслуговуються звичайним чином, з тією лише різницею, що відомості, що відносяться до нього, фіксуються не в HLR. А у VLR. Дзвінки, які надходять на номер роумера в його «домашній» мережі, переадресуються «домашньою» мережею на систему, де роумер гостює. Після повернення роумера додому в HLR «рідної» системи стирається адреса тієї системи, де роумер перебував, а VLR тієї системи, у свою чергу, стираються відомості про роумер.

У стандарті GSM процедуру роумінгу закладено як обов'язковий елемент. Крім того, у стандарті GSM є можливість роумінгу з SIM-картами з перестановкою цих карт з одного апарата в інший для підтримки різних варіантів стандарту GSM (GSM-900, GSM-1800? GSM-1900), оскільки у всіх трьох варіантах стандарту використовуються уніфіковані SIM – картки. Процедура роумінгу в стандарті GSM стає ще зручнішою з появою дворежимних, а в перспективі і трирежимних абонентських терміналів, що забезпечують роботу в усіх діапазонах частот GSM.

6. Обслуговування дзвінків у стандарті GSM

При розгляді стільникових телефонних мереж у рамках глобальної мережі слід враховувати, що абонентська підключається не просто до комутатора мобільного зв'язку, а безпосередньо в мережу, яка може об'єднувати не лише кілька стільникових мереж у межах однієї країни, а й мережі багатьох країн. Загалом можна виділити такі зони обслуговування глобальної мережі телефонного зв'язку:

· стільника (Cell);

· Зона місцезнаходження або пошуку (Location Area);

· Зона обслуговування центральним комутатором мобільного зв'язку (MSC Service Area);

· Зона обслуговування стільникової телефонної мережі (СТС) загального користування з кількома центрами комутації (PLMN Service Area);

· Зона обслуговування глобальної системи (GSM service Area).

Під стільником тут розуміють зону обслуговування цієї БС (BTS). Зона місцезнаходження або пошуку поєднує ряд сотень контрольованих одним або декількома контролерами (BSC), але в межах одного комутатора мобільного зв'язку (MSC). При цьому в межах зони місцезнаходження абонент може вільно переміщатися без оновлення даних у гостьовому регістрі (VLR). Крім того, у межах цієї зони обслуговування здійснюється передача адреси для пошуку конкретної ПЗ.

Зона обслуговування центру комутації (MSC) є частиною загальної системи. Абонент зареєстрований у VLR конкретного ЦК і він може вільно переміщатися в межах даної зони обслуговування без передачі його абонентських даних до іншої VLR та оновлення даних у HLR.

Зона обслуговування систем стільникового зв'язку загального користування визначається зонами обслуговування кожного центру комутації, що входить до цієї системи і через які здійснюється вихід на інші мережі електрозв'язку, у тому числі до інших зон обслуговування стільникових телефонних мереж загального користування.

Зона обслуговування глобальної стільникової телефонної мережі поєднує всі зони обслуговування національних стільникових телефонних мереж. При цьому мається на увазі, що всі національні мережі мають бути побудовані відповідно до стандарту GSM.

Такий підхід до функціональної організації глобальної мережі за зонами визначає систему нумерації мережі. Враховуючи, що стільникова телефонна мережа GSM може забезпечити зв'язок ПС з абонентами стаціонарної ТФОП (у перспективі ISDN), а через неї та з абонентами інших мереж електрозв'язку, вона повинна входити до загального плану нумерації стаціонарної мережі ТФОП відповідно до рекомендацій МККТТ Е.164.

При цьому номер рухомої станції в загальному плані нумерації MSISDN (Mobile Station ISDN Number) містить: код країни, код мережі, номер абонента.Для Росії такий номер буде представлений у вигляді: 7АВСавххххх. Однак СТС GSM є виділеним і може об'єднувати СТС різних країн. Тому відповідно до рекомендацій стандарту GSM у межах мережі GSM прийнято єдину нумерацію, і при реєстрації абоненту присвоюється єдиний міжнародний номер IMSI, довжина якого не повинна перевищувати 15 цифр. Структура номера IMSI аналогічна структурі номера MSISDN, але під код країни мережі GSM відводиться 3 цифри; під код мережі 1-2 цифри; під номер абонента максимум 11 цифр. Крім того, виникає проблема при маршрутизації викликів, що входять до ЦК, від мережі ТФОП через те, що ПС, вільно переміщаючись, може змінити зони обслуговування (і, наприклад, опинитися в зоні іншої АТС з іншою нумерацією). Внаслідок чого, на відміну від стаціонарних телефонних мереж, у списковому номері (MSIDN IMSI) не може бути закладений код логічного напряму зв'язку, що однозначно визначає MSC, в зоні обслуговування якого в даний момент знаходиться ПС. Щоб забезпечити можливість маршрутизації, кожен MSC (VLR) має у своєму розпорядженні сукупність номерів MSRN, які на вимогу надаються головному MSC (якщо система має кілька MSC) лише на час маршрутизації виклику до конкретного MSC. З огляду на це номер MSRN на відміну від номера MSISDN містить не номер абонента, а номер, що ідентифікує MSC. У MSC (VLR) виділений номер MSRN ставиться у однозначне відповідність з номером IMSI викликаної ПС. Для визначення зони пошуку (місцезнаходження) в мережі GSM використовується номер LAI, який відрізняється від номера IMSI тим, що замість номера абонента вказується код зони місцезнаходження.

Поряд із розглянутими номерами, що використовуються в процесі маршрутизації дзвінків, стандартом GSM передбачено номер для ідентифікації обладнання IMEI та тимчасовий номер абонента TMSI, який використовується для забезпечення конфіденційності. Номер IMEI включає коди типу обладнання і заводу виробника, серійний номер. Номер TMSI визначається адміністрацією мережі, і його довжина має становити трохи більше 4 байт.

Аутентифікація абонентів, ідентифікація обладнання рухомої станції та закриття інформації

Для забезпечення аутентифікації та закриття інформації при реєстрації абоненту присвоюється не тільки номер IMSI, а й індивідуальний абонентський ключ Ki, який зберігається в центрі аутентифікації (AUC), а також в рухомому станції. Абонентський ключ Ki у центрі аутентифікації використовується для формування триплету: ключа закриття інформації Кc, маркованого відгуку SRES та випадкового числа RAND (рис. 1). Спочатку генерується випадкове число RAND. RAND та Ki є вихідними даними для обчислення Кс та SRES. При цьому використовуються два різні алгоритми обчислення. Сформовані триплети для кожного із зареєстрованих у мережі GSM абонентів передаються до регістра HLR, а за потреби надаються гостьовому регістру центру комутації. Алгоритм обчислення Кс і SRES реалізовані у центрі аутентифікації, а й у рухомий станції.

Мал. 1. Формування Kc, SRES, RAND

У стандарті GSM процедура аутентифікації пов'язані з використанням модуля ідентифікації абонента (SIM). Модуль SIM - це пластикова картка, що вставляється в гніздо абонентського апарату. У цій картці є електронний чіп, у якому "зашита" вся необхідна інформація. Модуль SIM дозволяє розмовляти з будь-якого апарату однотипного стандарту, у тому числі телефонного. Модуль містить PIN абонента, ідентифікатор IMSI, ключ Ki, індивідуальний алгоритм автентифікації абонента А3 алгоритм А8 обчислення ключа шифрування. Унікальний ідентифікатор IMSI для поточної роботи замінюється тимчасовим ідентифікатором TMSI, що присвоюється апарату при його першій реєстрації в конкретному регіоні, що визначається ідентифікатором LAI, та скидається при виході апарату за межі цього регіону. Ідентифікатор PIN - це код, відомий лише абоненту, який має бути захистом від несанкціонованого використання SIM картки. Наприклад, за її втрати. Після трьох невдалих спроб набору PIN-коду SIM-картка блокується. Блокування може бути зняте або набором додаткового коду (відомого лише абоненту) - персонального коду розблокування (PUK), або за командою з центру комутації.

Процедура автентифікації відбувається так. При запиті ПС доступу до мережі центр автентифікації AUC через центр комутації MSC передає ПС випадкове число RAND. Рухома станція, отримавши число RAND і використовуючи абонентський ключ Ki, що зберігається у неї, за допомогою алгоритму А3 обчислює маркований відгук SRES. Сформувавши SRES, рухома станція передає його MSC, де відбувається порівняння прийнятого SRES зі SRES, обчисленим мережею. При збігу їх для ПЗ дозволяється доступ до мережі. Процедура аутентифікації здійснюється під час реєстрації ПС, спроби встановлення з'єднання, оновлення даних, а також при активації та дезактивації додаткових видів обслуговування. Процедуру автентифікації наведено на рис. 2.

Мал. 2. Принцип аутентифікації

Ідентифікація обладнання користувача починається з запиту у ПС номера IMEI. Центр комутації (MSC) отриманий номер IMEI передає до регістра ідентифікації обладнання EIR (Equipment Identity Register), де є три списки обладнання ПС: дозволені до використання, заборонені для використання в системі зв'язку та несправні. З інформації списків визначається, якої групи належить ПС з номером IMEI). Результати направляються до центру комутації, де й приймається рішення про доступ обладнання користувача до роботи в мережі.

Закриття інформації, що передається по радіоканалу, здійснюється в БС і в ПС. В обох застосовуються одні й ті ж алгоритми зашифрування повідомлень, що передаються. Для закриття інформації користувача використовуються номер циклу доступу і ключ закриття інформації Кс. У БС використовується ключ Кс з триплети, а ПС він обчислюється на підставі отриманого випадкового числа RAND і абонентського ключа Ki за алгоритмом А8.

Алгоритм А8 використовується для обчислення для обчислення ключа шифрування повідомлень і зберігається у модулі SIM. Після прийому RAND рухома станція обчислює, крім відгуку SRAS, також ключ шифрування Кс, використовуючи RAND, Ki і алгоритм А8 згідно з рис. 2. Крім RAND, мережа посилає ПС числову послідовність ключа шифрування. Це число пов'язане зі значенням Кс і дозволяє уникнути формування неправильного ключа. Значення Кс зберігається в ПС і міститься у кожному першому повідомленні, що передається до мережі.

Мал. 3. Встановлення режиму шифрування

Для встановлення режиму шифрування мережа передає на ПС команду CMC (Ciphering Mode Command) на перехід у режим шифрування, після чого Пс використовуючи ключ Кс приступає до шифрування та дешифрування повідомлень. Потік даних, що передаються шифрують біт за бітом або потоковим шифром, використовуючи алгоритм шифрування А5 і ключ Кс. Процедуру встановлення режиму шифрування представлено на рис. 3.

Висновок

У кожній країні управління телекомунікаційною галуззю має власну специфіку. Однак поява цифрових технологій та масове впровадження послуг з надання доступу до мережі Інтернет призвели до того, що сьогодні практично будь-який оператор зв'язку працює не лише на локальному (регіональному чи загальнонаціональному), а й на світовому ринку телекомунікаційних послуг.

Поява цифрових технологій сприяла радикальним змінам у телекомунікаційній галузі. Послуги традиційного голосового зв'язку почали витіснятися інтерактивними послугами, такими як Інтернет, передачі даних, мобільний зв'язок.

Але незважаючи на зміни, вітчизняний ринок послуг зв'язку залишається досить замкнутим. З одного боку, це обумовлено величезними масштабами території країни, завдяки яким формуються основні доходи операторів зв'язку. З іншого боку, Казахстан поки що знаходиться поза світовим ринком міжнародного трафіку, що досі було наслідком недостатньо високого рівня цифровізації основних каналів і нижчої якості зв'язку в порівнянні зі світовими стандартами. зростати.

Незважаючи на високі темпи впровадження сучасних технологій, відсоток охоплення населення РК новими видами зв'язку, такими як стільниковий зв'язок, пейджинг, Інтернет залишається низьким.

Список використаних джерел

1. Ю.А. Громаків. Структура TDMA кадрів та формування сигналів у стандарті GSM. "Електрозв'язок". N 10. 1993. с. 9-12.

M.Mouly, M.B.Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p.p. 702.

A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House, Boston-London. 1994.p.p.460.

4. Ю.А. Громаків. Структура TDMA кадрів і формування сигналів у стандарті GSM. "Електрозв'язок". N10.1993.

5. W. Heger. GSM vs. CDMA. GSM Global System for Mobile Communications. Proceedings of the GSM Promotion Seminar 1994 GSM MoU Group in Cooperation with ETSI GSM Members. 15 December 1994. pp. 3.1-1 – 3.1-18.

Сукачов Е.А. Стільникові мережі радіозв'язку з рухомими об'єктами: Навчальний посібник. - Вид. 2-ге, испр. та доповн. – Одеса: УДАС, 2000. – 119с

Ю.А. Громаків. Стільникові системи рухомого радіозв'язку. Технології електронних комунікацій. Том 48. "Еко-трендз". Москва. 1994.

Мобільний стільниковий зв'язок

стільниковий зв'язок- один із видів мобільного радіозв'язку, в основі якого лежить стільникова мережа. Ключова особливість полягає в тому, що загальна зона покриття ділиться на осередки (стільники), що визначаються зонами покриття окремих базових станцій (БС). Стільники частково перекриваються і разом утворюють мережу. На ідеальній (рівній і без забудови) поверхні зона покриття однієї БС є коло, тому складена з них мережа має вигляд сот з шестикутними осередками (стільниками).

Примітно, що в англійському варіанті зв'язок називається «комірчастим» або «клітинним» (cellular), що не враховує шестикутності стільників.

Мережа складають рознесені в просторі приймачі, що працюють в тому самому частотному діапазоні, і комутуюче обладнання, що дозволяє визначати поточне місце розташування рухомих абонентів і забезпечувати безперервність зв'язку при переміщенні абонента із зони дії одного приймача в зону дії іншого.

Історія

Перше використання рухомого телефонного радіозв'язку в США відноситься до 1921: поліція Детройта використовувала односторонню диспетчерську зв'язок в діапазоні 2 МГц для передачі інформації від центрального передавача до приймачів, встановлених на автомашинах. У 1933 р. поліція Нью-Йорка почала використовувати систему двостороннього рухомого телефонного радіозв'язку також у діапазоні 2 МГц. У 1934 р. Федеральна комісія зв'язку США виділила для телефонного радіозв'язку 4 канали в діапазоні 30 ... 40 МГц, і в 1940 р. телефонним радіозв'язком користувалися вже близько 10 тисяч поліцейських автомашин. У всіх цих системах використовувалася амплітудна модуляція. Частотна модуляція почала застосовуватися з 1940 і до 1946 повністю витіснила амплітудну. Перший громадський рухомий радіотелефон виник 1946 р. (Сент-Луїс, США; фірма Bell Telephone Laboratories), у ньому використовувався діапазон 150 МГц. У 1955 р. почала працювати 11-канальна система у діапазоні 150 МГц, а 1956 р. - 12-канальна система у діапазоні 450 МГц. Обидві ці системи були симплексними, й у них використовувалася ручна комутація. Автоматичні дуплексні системи почали працювати відповідно у 1964 р. (150 МГц) та у 1969 р. (450 МГц).

У СРСР У 1957 р. московський інженер Л. І. Купріянович створив досвідчений зразок автоматичного дуплексного мобільного радіотелефону ЛК-1, що носиться, і базову станцію до нього. Мобільний радіотелефон важив близько трьох кілограмів та мав радіус дії 20-30 км. У 1958 році Купріянович створює вдосконалені моделі апарату вагою 0,5 кг та розміром з цигаркову коробку. У 60-х рр. Христо Бочваров у Болгарії демонструє свій досвідчений зразок кишенькового мобільного радіотелефону. На виставці «Інтероргтехніка-66» Болгарія представляє комплект для організації місцевого мобільного зв'язку із кишенькових мобільних телефонів РАТ-0,5 та АТРТ-0,5 та базової станції РАТЦ-10, що забезпечує підключення 10 абонентів.

Наприкінці 50-х рр. в СРСР починається розробка системи автомобільного радіотелефону «Алтай», введена в дослідну експлуатацію у 1963 р. Система «Алтай» спочатку працювала на частоті 150 МГц. У 1970 р. система «Алтай» працювала у 30 містах СРСР і для неї було виділено діапазон 330 МГц.

Аналогічно, з природними відмінностями й у менших масштабах, розвивалася ситуація та інших країнах. Так, у Норвегії громадський телефонний радіозв'язок використовувався як морський мобільний зв'язок з 1931 р.; 1955 р. у країні було 27 берегових радіостанцій. Наземний мобільний зв'язок почав розвиватися після Другої світової війни у ​​вигляді приватних мереж з ручною комутацією. Таким чином, до 1970 р. рухомий телефонний радіозв'язок, з одного боку, вже отримала досить широке поширення, але з іншого - явно не встигала за потребами, що швидко зростають, при обмеженій кількості каналів у жорстко певних смугах частот. Вихід був знайдений у вигляді системи стільникового зв'язку, що дозволило різко збільшити ємність за рахунок повторного використання частот у системі з пористою структурою.

Звичайно, як це зазвичай буває в житті, окремі елементи системи стільникового зв'язку існували і раніше. Зокрема, деяка подібність стільникової системи використовувалося в 1949 р. в Детройті (США) диспетчерською службою таксі - з повторним використанням частот у різних осередках при ручному перемиканні каналів користувачами в місцях, заздалегідь обумовлених. Однак архітектура тієї системи, яка сьогодні відома як система стільникового зв'язку, була викладена тільки в технічній доповіді компанії Bell System, представленій до Федеральної комісії зв'язку США в грудні 1971 р. І з цього часу починається розвиток власне стільникового зв'язку, що стало воістину тріумфальним з 1985 р., в останні десять років.

У 1974 р. Федеральна комісія зв'язку США прийняла рішення про виділення для стільникового зв'язку смуги частот 40 МГц в діапазоні 800 МГц; в 1986 р. до неї було додано ще 10 МГц у тому діапазоні. У 1978 р. у Чикаго почалися випробування першої дослідної системи стільникового зв'язку на 2 тис. абонентів. Тому 1978 можна вважати роком початку практичного застосування стільникового зв'язку. Першу автоматичну комерційну систему стільникового зв'язку було введено в експлуатацію також у Чикаго в жовтні 1983 р. компанією American Telephone and Telegraph (AT&T). У Канаді стільниковий зв'язок використовується з 1978 р., у Японії - з 1979 р., у Скандинавських країнах (Данія, Норвегія, Швеція, Фінляндія) - з 1981 р., в Іспанії та Англії - з 1982 р. Станом на липень 1997 р. стільниковий зв'язок працював більш ніж у 140 країнах усіх континентів, обслуговуючи понад 150 млн. абонентів.

Першою комерційно успішною стільниковою мережею була фінська мережа Autoradiopuhelin (ARP). Ця назва перекладається російською як «Автомобільний радіотелефон». Запущена в м., вона досягла 100% покриття території Фінляндії в . Розмір стільники дорівнював близько 30 км, в м. в ній було більше 30 тис. абонентів. Працювала вона на частоті 150 МГц.

Принцип дії стільникового зв'язку

Основні складові стільникової мережі - це стільникові телефони та базові станції. Базові станції зазвичай розташовують на дахах будівель та вежах. Будучи увімкненим, стільниковий телефон прослуховує ефір, знаходячи сигнал базової станції. Після цього телефон надсилає станції свій унікальний ідентифікаційний код. Телефон та станція підтримують постійний радіоконтакт, періодично обмінюючись пакетами. Зв'язок телефону зі станцією може йти за аналоговим протоколом (NMT-450) або цифровим (DAMPS, GSM, англ. handover).

Стільникові мережі можуть складатися з базових станцій різного стандарту, що дозволяє оптимізувати роботу мережі та покращити її покриття.

Стільникові мережі різних операторів з'єднані один з одним, а також зі стаціонарною телефонною мережею. Це дозволяє абонентам одного оператора робити дзвінки абонентам іншого оператора, з мобільних телефонів на стаціонарні та зі стаціонарних на мобільні.

Оператори різних країн можуть укладати договори роумінгу. Завдяки таким договорам абонент, перебуваючи за кордоном, може здійснювати та приймати дзвінки через мережу іншого оператора (щоправда, за підвищеними тарифами).

Стільниковий зв'язок у Росії

У Росії стільниковий зв'язок почала впроваджуватися з 1990 р., комерційне використання почалося з 9 вересня 1991 р., коли в Санкт-Петербурзі компанією "Дельта Телеком" була запущена перша в Росії стільникова мережа (працювала в стандарті NMT-450) і був здійснений перший символічний дзвінок по стільниковому зв'язку мером Санкт-Петербурга Анатолієм Собчаком. До липня 1997 р. загальна кількість абонентів у Росії становило близько 300 тисяч. На 2007 рік основні протоколи стільникового зв'язку, що використовуються в Росії - GSM-900 та GSM-1800. Окрім цього, працюють і UMTS. Зокрема, перший фрагмент мережі цього стандарту в Росії введено в експлуатацію 2 жовтня 2007 року в Санкт-Петербурзі компанією «Мегафон». У Свердловській області продовжує експлуатуватися мережа стільникового зв'язку стандарту DAMPS, що належить компанії Стільниковий Зв'язок «МОТИВ».

У Росії в грудні 2008 р. налічувалося 187,8 млн користувачів стільникового зв'язку (за кількістю проданих сім-карт). Рівень проникнення стільникового зв'язку (кількість SIM-карт на 100 мешканців) на цю дату становив таким чином 129,4 %. У регіонах, без урахування Москви, рівень проникнення перевищив 119,7%.

Частка ринку найбільших стільникових операторів на грудень 2008 року склала: 34,4% у МТС, 25,4% у «Вимпелкому» та 23,0% у «Мегафона».

У грудні 2007 року кількість користувачів стільникового зв'язку в Росії зросла до 172,87 млн. абонентів, у Москві - до 29,9, у Пітері - до 9,7 млн. Рівень проникнення в Росії - до 119,1%, Москві - 176% , Санкт-Петербурзі - 153%. Частка ринку найбільших стільникових операторів на грудень 2007 року становила: МТС 30,9%, "Вимпелком" 29,2%, "Мегафон" 19,9%, інші оператори 20%.

Згідно з даними британської дослідницької компанії Informa Telecoms & Media за 2006 рік, середня вартість хвилини стільникового зв'язку для споживача в Росії склала $0,05 – це найнижчий показник із країн «великої вісімки».

Компанія IDC на основі дослідження російського ринку стільникового зв'язку зробила висновок, що в 2005 році загальна тривалість розмов по стільниковому телефону росіян досягла 155 мільярдів хвилин, а текстових повідомлень було відправлено 15 мільярдів штук.

Згідно з дослідженням компанії J"son & Partners, кількість зареєстрованих в Росії сім-карт станом на кінець листопада 2008 року досягла 183,8 млн. доларів.

Див. також

Джерела

Посилання

  • Інформаційний сайт про покоління та стандарти стільникового зв'язку.
  • Стільниковий зв'язок у Росії 2002-2007, дані офіційної статистики

 

 
Це цікаво: