Стандарты сотовой связи

Мобильный телефон давно уже не роскошь. Сегодня, пожалуй, только ленивый не имеет собственной «трубки», ведь сотовая связь сделала современную жизнь намного удобнее, комфортнее и быстрее. Структура построения телефонной сети, на самом деле, весьма проста. Обслуживаемая территория делится на участки (соты), каждый из которых имеет свою базовую станцию, а они в свою очередь создают коммуникации между мобильными телефонами и центральной станцией. Отдельные телефоны не создают друг другу помех благодаря тому, что соседние соты работают на различных частотах. Соты, между которыми есть одна сота и более могут работать на одинаковых частотах, в такой ситуации помехи отсутствуют за счет эффекта затухания радиоволн.
Базовые станции распределены таким образом, что они всегда находятся в непосредственной близости к абоненту, поэтому даже при небольших и компактных размерах современного мобильного телефона, без огромных антенн и усилителей сигнала, качество связи обеспечивается на высоком уровне.
Все разговоры, совершенные абонентами, объединяются на центральной станции, на которой осуществляются необходимые коммутации и происходит тарификация звонков. Каждый оператор сотовой связи имеет доступ к общей телефонной сети, поэтому может соединять абонентов, пользующихся различными операторами связи.
При перемещении абонента в его телефонном аппарате происходит переключение рабочей частоты на соответствующую той соте, в которой он находится. Процесс смены частоты может происходить и в режиме разговора, однако выполняется она так быстро, что абоненты этого практически не заметят.
При общей схожести построения систем сотовой связи, они имеют и ряд существенных отличий. Главное заключается в используемой форме передачи данных, которая может быть аналоговой или цифровой. Поначалу все системы сотовой связи были аналоговыми, а наибольшее распространение, в свое время, получили, сделанная американцами AMPS (Advanced Mobile Phone Service) и европейцами NMT (Nordic Mobile Telephone). Эти стандарты «живут» и сейчас, правда, в основном на территориях малонаселенных районов, поскольку емкость этих систем ограничена. В одной соте могут поддерживать связь не более 50 человек одновременно.
Сигнал, передаваемый в аналоговых системах связи практически не обрабатывается, соответственно задержка между приемом сигнала от абонента и передачей его другому очень мала, порядка миллисекунд. Поэтому в аналоговых системах человеческий голос звучит более естественно, чем в цифровых.
Один из главных минусов аналоговых систем - отсутствие конфиденциальности телефонных разговоров, любопытный конкурент или ревнивая жена запросто могут прослушать интересующие их разговоры. Кроме того, на начальном этапе развития аналоговых сетей, имелась возможность перехватить ID законного пользователя и осуществлять звонок за чужой счет.
Чтобы пресечь воровство разработчики усовершенствовали механизм распознавания законных абонентов, что практически полностью искоренило проблему «двойников». А вот отсутствие конфиденциальности сохраняется и по сей день, даже механизмы «шифрования» помогают не сильно. Ну и, конечно, главный недостаток аналоговых систем заключается в невозможности обеспечить связью всех желающих.
Сотовая связь очень быстро становилась популярнее и востребованнее, поэтому миру пришлось задумываться не только об увеличении емкости потенциальных абонентов, но и о создании единого стандарта связи во всем мире, потому что только так можно было осуществлять связь в роуминге. Уже вначале 90-х стало ясно, что это возможно сделать, только перейдя к цифровым стандартам связи.
На данный момент существует четыре цифровых стандарта связи: европейский GSM, американские D-AMPS и CDMA и японский JDC (Japan Digital Cell). Радиус сот в системах, построенных по этим стандартам, варьируется от пятисот метров до тридцати километров.
Цифровые системы связи могут обеспечить «чистое» звучание голоса, почти полное отсутствие помех и создают лишь небольшое изменения тембра голоса. Помехи, «проглатывание» слов существует только при очень слабых сигналах.
При разговоре по телефону, почти половину времени мы молчим, в цифровых системах этот факт учтен, поэтому во время молчания передатчик почти полностью выключается, чтобы не добавлять лишние помехи в эфир и экономить заряд аккумулятора. Но дабы не создавать для абонента ощущение «звенящей» тишины, в телефонный динамик во время экономной работы передатчика подается «комфортный шум», который похож на типичные звуки на другом конце провода.
Общемировой стандарт разрабатывался одновременно в Америке и Европе, но специалисты пошли несколько разными путями, поэтому в итоге мы имеем два мировых стандарта - GSM и CDMA, они не только работают на различных частотах, но и задействуют разные способы разделения каналов. Каждый мобильный телефон, в котором связь осуществляется по CDMA-стандарту, имеет свой ID, таким образом поменять телефон без ведома оператора сотовой связи нельзя.
Стандарт CDMA на сегодняшний момент обладает самой высокой скоростью приема и передачи данных – 14,4 Кбит/с. Телефоны, которые поддерживают эту сеть, имеют небольшие размеры и обеспечивают хорошее качество передачи и приема данных. В России лишь некоторые операторы выбирают стандарт CDMA, поскольку основное развитие эти системы получили только в Америке и Корее, возможности роуминга в остальных странах ограничены.
Безусловно, лидером существующих стандартов сотовой связи является GSM. Сегодня, имея в руках аппарат, поддерживающий эту сеть, можно с легкостью совершать звонки в любые страны мира. Радиус соты стандарта GSM достигает 35 км, в одной соте обеспечивается поддержка разговоров 1000 абонентов одновременно. Аппараты этого стандарта самые миниатюрные и дольше всех держат связь в режиме ожидания. Разговоры в стандарте GSM полностью конфиденциальны, так как помимо использования сложных сигналов и различных алгоритмов шифрования, процесс кодирования постоянно меняется и для каждого звонка используется свой ключ.
В GSM-телефонах используется специальный модуль, который отвечает за идентификацию абонента – это известная всем SIM-карта (Subscribe Identity Module). Она не только обеспечивает защиту от незаконных звонков за чужой счет, но и имеет достаточно обширную память, которая может хранить до 255 номеров.
Список услуг, которые сегодня предоставляют операторы GSM, самый обширный и постоянно пополняется: сервис коротких текстовых сообщений, возможность работы с WAP-браузером, конференц-связь, переадресация, услуги справочных центров. И это далеко не все возможности, который получает абонент, ставший владельцем телефона стандарта GSM.