Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Следовательно, интерес к беспроводной телефонии будет продолжать расти. В следующих разделах мы рассмотрим подробности, касающиеся атой темы. Беспроводные телефоны бывают двух типов: домашние радиотелефоны и мобильные телефоны (иногда называемые сотовыми телефонами). Радиотелефоны представляют собой устройства, состоящие из базовой станции и одной или нескольких переносных трубок. Они предназначены для использования внутри жилья или в непосредственной близости от него.
Их никогда не объединяют 1ВВ Глава 2. Физический уровень в сети, поэтому в дальнейшем мы их рассматривать не будем. Вместо этого мы более подробно рассмотрим мобильные системы связи, которые используются как для передачи речи, так и для обмена даннымп. На данный момент можно выделить уже три разных поколения мобильных телефонов, осуществляющих: 1) аналоговую голосовуло связь; 2) цифровую голосовую связь; 3) цифровую голосовую связь и обмен данными (Интернет, электронная почта и т. д.).
Хотя большая часть нашего обсуждения будет посвящена техническому устройству этих систем, нельзя не отметить тот интересный факт, что огромное влияние на процесс развития технологий этого типа оказали политические и экономические решения. Первая мобильная система была предложена американской компанией АТЛЕТ, которая, с согласия комиссии ЕСС, установила мобильную связь яа всей территории Соединенных Штатов. В результате целая страна обрела единую (аналоговую) систему связи, и мобильный телефон, купленный, например, в Калифорнии, успешно работал в Нью-Йорке. А в Европе все получилось наоборот; когда туда пришла мобильная связь, каждая страна бросилась разрабатывать собственные системы, в результате чего проиграли все.
Однако Европа чему-то научилась на своих олнибках, и с появлением цифровых систем государственные телефонные службы объединились, чтобы создать единый стандарт (СБМ), по которому могли бы работать любые европейские мобильные телефоны. К тому времени в США государство вышло из бизнеса, связанною со стандартизацией, поэтому новые цифровые мобильные системы стали заботой коммерческих структур. Это привело к тому, что разные производители стали выпускать разнотипные мобильные телефоны, и в США появились две основные (и одна поменьше) несовместимые цифровые мобильные телефонные системы.
Несмотря на изначальное лидерство США, Европа сейчас обошла Штаты по популярности мобильной связи. Одной из причин является, конечно, единая европейская система. Еще одна причина довольно забавна. Она связана с телефонными номерами. В США не различаются номера мобильных и стационарных телефонов. Поэтому нет никакой возможности узнать, набирая номер, например, (212) 231-5678, попадете вы на городской телефон (дешевый или вообще бесплатный звонок) илп на сотовый (дорогой звонок), Чтобы люди не нервничали каждый раз, гадая, куда они звонят, телефонные компании заставили абонентов сотовой связи платить за входящие звонки. Но многих такое решение отпугнуло — люди стали бояться потратить большую сумму денег на один только прием входящих звонков.
В Европе у мобильных телефонов номер начинается с особого кода (обычно это число в районе 800-900), поэтому его сразу можно узнать. Значат, можно установить обычное правило, принятое в телефонии; платит звонящий (за исключением международных звонков, где платят оба). Третий фактор, оказавший большое влияние на популярность мобильных систем, — это широкое распространение телефонов с предоплатой разговоров (до 75 Ж в некоторых регионах).
Их можно купить во многих магазинах, и это не Мобильная телефонная система 1ВЕ представляет особой сложности, Они могут быть заряжены, например, на 20 или 50 евро, а при снижении баланса до нуля их можно «перезарядить» с помощью секретного Р1Х-кода. Теперь такие мобильные телефоны есть у любого подростка, и родители могут быть на связи со своим чадом, не опасаясь при этом, что он самостоятельно наговорит по телефону на кругленькую сумму. Если мобильный телефон используется лишь эпизодически, то это обходится практически бесплатно, поскольку почти всегда можно найти тариф, на котором отсутствует абонентская плата или плата за входящие звонки. Мобильные телефоны первого поколения: аналоговая передача речи Однако хватит о политике и бизнесе. Поговорим о технологиях.
Начнем наше рассмотрение с самых первых из них. Мобильные радиотелефоны эпизодически примспялнсь в морском судоходстве и военной связи в первые десятилетия ХХ эска. В 1946 году в Сент-Луи была установлена первая система автомобильных телефонов. Она имела один большой передатчик, расположенный на крыше высокого здания, и единственный канал приема и передачи данных.
Чтобы начать разговор, нужно было нажать на кнопку, которая включала передатчик и отключала приемник. Такие системы, известные как тангентные, существовали в некоторых городах еще в конце 50-х. СВ-радио, системы, используемые в такси и полицейских машинах, часто используют эту же технологию. В 1960-х годах появилась усовершенствованная система мобильной телефонной связи, 1МТБ (!шргочед МоЬ1!е Те!ерЬопе Бузгеш). Она также использовала мощный (200-ваттный) передатчик, установленный на вершине горы, но уже имела два частотных канала: один для отправки, другой — для приема данных.
Поэтому микрофонная кнопка уже была не нужна. Благодаря разделению входящих и исходящих каналов пользователи мобильных телефонов не могли слышать чужие разговоры (в отличие от тангентных систем, используемых в такси), 1МТ5 поддерживала 23 канала в диапазоне от 150 до 450 МРП. Из-за небольшого числа каналов пользователям часто подолгу приходилось ждать освобождения линии. К тому же из-за сильной мощности передатчика смежные системы должны были располагаться на расстоянии нескольких сотен километров друг от друга во избежание интерференции сигналов. В общем, из-за низкой емкости эта система была признана непрактичной. Усовершенствованная мобильная телефонная связь (АМРЗ) Все изменилось с появлением системы усовершенствованной мобильной телефонной связи, АМРВ (Аочапсео МоЬ1!е РЬопе Бузгет), изобретенной компанией Вей 1лЬз и впервые установленной в США в 1982 году.
Она также использовалась в Англии, где называлась ТАС5, и в Японии — под именем МСБ-Ь1. Несмотря на то что сейчас эта система уже ушла в прошлое, мы все же ее рассмотрим, поскольку многие ее фундаментальные свойства были напрямую унаследованы ее цифровым последователем, 1)-АМР5 (для совместимости со старым оборудованием). 190 Глава 2.Физический уровень В любой мобильной телефонной системе географический регион охвата делится на соты (отсюда иногда применяемое название — «сотовые телефоныь). В АМР5 размер сот составляет обычно от 10 до 20 км; в цифровых системах соты еще мельче.
Каждая сота работает на своих частотах, не пересекающихся с соседними. Лежащая в основе телефонной системы АМР5 идея разбиения территории на относительно небольшие ячейки и использования одних и тех же частот в различных (но не соседних) ячейках дает этой системе значительно большие возможности по сравнению с более ранними системами.
В то время как в системе 1МТ5 на территории диаметром 100 км для каждого звонка требовалась своя частота, система АМТ5 в той же области могла состоять из ста десятикилометровых сот и поддерживать от 5 до 10 звонков на одной и той жс частоте в сильно удаленных друг от друга ячейках. Кроме того, неболыпне размеры сот означают меньшую мощность, требующуюся для передатчиков, а значит, и меньшую стоимость устройств. Телефонные трубки имеют выходную мощность около 0,6 Вт, передатчики в автомобилях — около 3 Вт, что является максимальной мощностью, которую разрешает Федеральная комиссия связи США (гег)ега! Соппппшсайоп Сопип)зз)оп, РСС).
Идея повторного использования частоты проиллюстрирована на рис. 2.35, а. Соты имеют форму, близкуго к окружности, однако на модели их легче представить в виде шестиугольников. В левой части рисунка все соты одного размера. Они объединены в группы по семь сот. Каждая буква соответствует определенному набору частот. Обратите внимание на то, что между ячейками с одинаковыми наборами частот располагается буфер примерно в две ячейки шириной, в котором данные частоты не используются — это обеспечивает хорошее разделение сигналов одинаковых частот и низкий уровень помех.
Рис. 2.35. Повторное использование частоты ге), разбиение нв микросоты (б) Главная задача заключается в том, чтобы найти подходящие возвышенности для размещения антенн базовых станций. Для решения этой проблемы многие операторы связи заключили договоры с Римской католической церковью, поскольку последней принадлежит значительное количество высоких строений в различных страггах.
Удобно и то, что все они находятся под единым управлением. Мооильная телефонная система 191 Если в каком-нибудь регионе количество пользователей вырастает настолько, что система переполняется, то мощность передатчиков уменьшается, а переполненные соты разбиваются на соты меньшего размера (микросоты), как показано на рис. 2.35, б. Вопрос о размере ячеек обсуждается в (Нас, 1995).
В центре каждой ячейки располагается базовая станция (БС), с которой связываются все телефоны, находящиеся в ее зоне действия, Базовая станция состоит из компьютера и приемника/передатчика, соединенного с антенной. В небольших системах все базовые станции соединены с одним устройством, называемым МТ50 (МоЬ1!е Те!ерЬопе 5ичгсЬ1пй Оббсе — коммутатор мобильных телефонов) или МБС ~МоЪ11е 5ттйсЬ1пй Сепгег — мобильный коммутационный центр). Большой системе может потребоваться несколько коммутаторов, которые соединяются с коммутатором второго уровня, и т. д. Коммутаторы мобильных телефонов являются аналогами оконечных телефонных станппй и в самом деле соединяются хотя бы с одним оконечным коммутатором обычной телефонной системы.
Коммутаторы мобильных телефонов связываются с базовыми станциями, друг с другом и с коммутируемой телефонной сетью обще~о пользования (РБТХ, РиЫ1с 5ччгсЬеб Те1ерЬопе Хегч'огй), построенной на основе коммутации пакетов В каждый момент времени мобильный телефон логически находится в зоне действия одной ячейки и управляется базовой станцией этой ячейки. Когда телефон физически покидает ячейку, его базовая станция замечает ослабление сигнала и опрашивает все окружающие станции, насколько хорошо они слышат сигнал этого телефона.
Затем базовая станция передает управление данным телефоном ячейке, получающей от нее наиболее сильный сигнал, таким образом определяя ячейку, в которую переместился мобильный телефон. После этого телефон информируется о переходе в ведение новой БС, и если в этот момент ведется разговор, телефону будет предложено переключиться на новый канал (поскольку в соседних сотах одинаковые частотные каналы не используются). Подобный процесс называется передачей (ЬаЫой) п занимает около 300 мс. Назначение канала осушестшшет коммутатор мобильных телефонов МТ50, являющийся центральным нерном системы. Базовые станции представляют собой всего лишь радиоретрансляторы. Передача может осуществляться двумя способами.
При мягкой передаче телефон переходит в ведение новой базовой станции еще до ухода со старой. При этом не происходит даже кратковременного пропадания связи. Недостатком такого метода является то, что в момент перехода с одной БС на другую телефон должен работать одновременно на двух частотах. Телефоны первого и второго поколения этого делать не умеют.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
