Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (PDF) (1130118), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Это привело к тому, что разные производителистали 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 попопулярности 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) 234-5678, попадете вы на городской телефон (дешевый или вообще бесплатный звонок) или на сотовый (дорогой звонок). Чтобы люди не нервничаликаждый раз, гадая, куда они звонят, телефонные компании заставили абонентовсотовой связи платить за входящие звонки. Но многих такое решение отпугнуло — люди стали бояться потратить большую сумму денег на один только приемвходящих звонков.
В Европе у мобильных телефонов номер начинается с особого кода (обычно это число в районе 800-900), поэтому его сразу можно узнать.Значит, можно установить обычное правило, принятое в телефонии: платит звонящий (за исключением международных звонков, где платят оба).Третий фактор, оказавший большое влияние на популярность мобильныхсистем, — это широкое распространение телефонов с предоплатой разговоров(до 75 % в некоторых регионах).
Их можно купить во многих «магазинах, и это не189представляет особой сложности. Они могут быть заряжены, например, на 20 или50 евро, а при снижении баланса до нуля их можно «перезарядить» с помощьюсекретного PIN-кода. Теперь такие мобильные телефоны есть у любого подростка, и родители могут быть на связи со своим чадом, не опасаясь при этом, что онсамостоятельно наговорит по телефону на кругленькую сумму. Если мобильныйтелефон 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 речиОднако хватит о политике и бизнесе.
Поговорим о технологиях. Начнем нашерассмотрение с самых первых из них. Мобильные радиотелефоны эпизодическиприменялись в морском судоходстве и военной связи в первые десятилетия XX века. В 1946 году в Сент-Луи была установлена первая система автомобильныхтелефонов. Она имела один большой передатчик, расположенный на крыше высокого здания, и единственный канал приема и передачи данных.
Чтобы начатьразговор, 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, IMTS (Improved Mobile Telephone System).
Она также использоваламощный (200-ваттный) передатчик, установленный на вершине горы, но ужеимела 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).IMTS поддерживала 23 канала в диапазоне от 150 до 450 МГц. Из-за небольшого числа каналов пользователям часто подолгу приходилось ждать освобождения линии.
К тому же из-за сильной мощности передатчика смежные системыдолжны были располагаться на расстоянии нескольких сотен километров другот друга во избежание интерференции сигналов. В общем, из-за низкой емкостиэта система была признана непрактичной.NataHaus.RUУсовершенствованная мобильная телефоннаясвязь (AMPS)Все изменилось с появлением системы усовершенствованной мобильной телефонной связи, AMPS (Advanced Mobile Phone System), изобретенной компаниейBell Labs и впервые установленной в США в 1982 году. Она также использоваласьв Англии, где называлась TACS, и в Японии — под именем MCS-L1.
Несмотря нато что сейчас эта система уже ушла в прошлое, мы все же ее рассмотрим, посколькумногие ее фундаментальные свойства были напрямую унаследованы ее цифровымпоследователем, D-AMPS (для совместимости со старым оборудованием).190Глава 2. Физический уровеньМобильная телефонная системаВ любой мобильной телефонной системе географический регион охвата делится на соты (отсюда иногда применяемое название — «сотовые телефоны»).В AMPS размер сот составляет обычно от 10 до 20 км; в цифровых системах сотыеще мельче. Каждая сота работает на своих частотах, не пересекающихся с соседними.
Лежащая в основе телефонной системы AMPS идея разбиения территории на относительно небольшие ячейки и использования одних и тех же частотв различных (но не соседних) ячейках дает этой системе значительно большиевозможности по сравнению с более ранними системами. В то время как в системе IMTS на территории диаметром 100 км для каждого звонка требовалась своячастота, система AMTS в той же области могла состоять из ста десятикилометровых сот и поддерживать от 5 до 10 звонков на одной и той же частоте в сильноудаленных друг от друга ячейках.
Кроме того, небольшие размеры сот означаютменьшую 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 (Federal Communication Commission, FCC).Идея повторного использования частоты проиллюстрирована на рис. 2.35, а.Соты имеют форму, близкую 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 разделениесигналов одинаковых частот и низкий уровень помех.191Если 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 показанона 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 изкомпьютера и приемника/передатчика, соединенного с антенной. В небольших системах все базовые станции соединены с одним устройством, называемым MTSO(Mobile Telephone Switching Office — коммутатор мобильных телефонов) илиMSC (Mobile Switching Center — мобильный коммутационный центр). Большойсистеме может потребоваться несколько коммутаторов, которые соединяются скоммутатором второго уровня, и т.
д. Коммутаторы мобильных телефонов являются аналогами оконечных телефонных станций и в самом деле соединяются хотябы с одним оконечным коммутатором обычной телефонной системы. Коммутаторы мобильных телефонов связываются с базовыми станциями, друг с другом и скоммутируемой телефонной сетью общего пользования (PSTN, Public SwitchedTelephone Network), построенной на основе коммутации пакетов.В каждый момент времени мобильный телефон логически находится в зонедействия 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 сигналэтого телефона. Затем базовая станция передает управление данным телефономячейке, получающей от нее наиболее сильный сигнал, таким образом определяяячейку, 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 соседнихсотах одинаковые частотные каналы не используются). Подобный процесс называется передачей (handoff) и занимает около 300 мс. Назначение канала осуществляет коммутатор мобильных телефонов MTSO, являющийся центральным нервомсистемы.
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. Приэтом не происходит даже кратковременного пропадания связи. Недостатком такого метода является то, что в момент перехода с одной БС на другую телефондолжен работать одновременно на двух частотах. Телефоны первого и второгопоколения этого делать не умеют.При жесткой передаче старая базовая станция обрывает связь с телефономеще до того, как новая взяла его под свою опеку.
Если последняя не может в течение какого-то времени наладить связь с телефоном (например, по причине отсутствия свободных частот), то разговор может оборваться. Пользователь, конечно,заметит это, но ничего не поделаешь — так иногда случается при использованииданной технологии.NataHaus.RUабРис. 2.35. Повторное использование частоты (а); разбиение на микросоты (б)Главная задача заключается в том, чтобы найти подходящие возвышенностидля размещения антенн базовых станций.
Для решения этой проблемы многиеоператоры связи заключили договоры с Римской католической церковью, поскольку последней принадлежит значительное количество высоких строений в различных странах. Удобно и то, что все они находятся под единым управлением.КаналыСистема AMPS использует 832 дуплексных канала, каждый из которых состоитиз пары симплексных каналов. 832 симплексных канала передачи располагаются192Глава 2. Физический уровеньМобильная телефонная системав диапазоне от 824 до 849 МГц, и еще 832 симплексных канала приема — от 869до 894 МГц.
Ширина каждого канала составляет 30 кГц. Таким образом, для разделения каналов в системе AMPS используется частотное уплотнение.В диапазоне 800 МГц длина радиоволн составляет около 40 см. Такие радиоволны распространяются строго по прямой линии. Они поглощаются деревьямии отражаются от поверхности земли и зданий.
Может случиться так, что сигнал смобильного телефона достигнет базовой станции по прямому пути, но, кроме того, с небольшим запозданием попадет на ту же станцию, отразившись от землиили здания. Такой эффект может привести к появлению эха или искажению сигнала (многолучевое затухание). Иногда можно услышать отдаленный разговор,отразившийся несколько раз.Все 832 канала можно разделить на четыре категории:1. Управляющие каналы (от базы к мобильному телефону) для управления системой.2. Пейджинговые каналы (от базы к мобильному телефону) для передачи сообщений мобильным пользователям.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
