ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И

ПЕСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СОТОВЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ

Национальный технический университет Украины «КПИ»Радиотехнический факультет

Киев-2010

студентВолкова Ю.А.

Учебные вопросы 1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СОТОВЫХ

СЕТЕЙ СВЯЗИ 2. ОБЗОР БАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

СОВРЕМЕННЫХ СОТОВЫХ СЕТЕЙ 3. ПЕСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СОТОВЫХ СЕТЕЙ

СВЯЗИ 3.1. Перспективы развития 3G сотовых сетей. 3.2. Перспективы развития 4G сотовых сетей. 3.3. Перспективы развития технологии LTE. 3.4. Безопасность сотовых сетей. Выводы

1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СОТОВЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ

Среди современных телекоммуникационных сетей последние два десятилетия наиболее стремительно как в мире, так и в Украине развиваются сети сотовой радиосвязи. Их воплощение позволяет решить проблему “связь в любом месте в любое время” и решить ряд сопутствующих задач относительно:

эффективного использования выделенных (арендованных) оператором сотовой связи полосы радиочастот;

повышение качества обслуживания абонентов (речь, видео, мобильный Интернет и т.п.) за счет увеличения пропускной способности.

Свое название сети мобильной связи получили в 70-е годы 20-го века в соответствии с принятием сотового принципа организации связи, согласно которого зона обслуживания абонентов делится на ячейки (соты) (рис.1).

Рис.1.

Построение сотовой сетиПостроение сотовой сети

Рис.2.

Эволюционный путь развития Эволюционный путь развития систем радиосвязисистем радиосвязи

Рис.3.

Поколение сотовых сетей связи и Поколение сотовых сетей связи и

этапы их развитияэтапы их развития

LTE

4-е поколение

Wi-Fi

WіMAX

Таблица 1.Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи

Характеристикаи ее размерность

AMPS(NAM

PS)TACS (ETACS)

NMT-450

(NMT-450i)

NMT-900 Radiocom-2000 NTT

Диапазон рабочих частот, МГц:для передачи мобильной станциейдля передачи базовой станцией

825-845

870-890

935-950(917-933)890-905

(872-888)

453-457,5

(453-457,5)

463-467,5

(872-888)

935-960

890-915

424,8-427,9

418,8-421,9

925-940870-885

Радиус сот, км 2…20 2…20 15…40 2…20 5…20 5…10

Ширина полосы частот канала, кГц 30 (10) 25 25 (20) 25/12,5 12,5 25

Дуплексный разнос каналов, МГц 45 45 10 45 6 55

Число частотных каналов, од. 666 (2000) 600(640)

180(225) 1000/1999 256 до 1000

Мощность передатчика базовойстанции, Вт 45 50 до 50 до 25 до 25 25

Мощность передатчика подвижной

станции, Вт12; 1 н/д 15; 1,5; 0,15 6; 1; 0,1 н/д н/д

Время переключения канала на границе сот, мс 250 290 1250 270 н/д 800

Примечание: н/д - нет данных.

Таблица 2.Характеристики цифровых стандартов сотовой связи

Характеристикаи ее размерность

GSM-800/1800/1900

D-AMPS(IS-136) PDC CDMA

(IS-95)

Диапазон рабочих частот, МГц:для передачи мобильной станциейдля передачи базовой станцией 890-915/1710-

1785/1850-1910935-

960/1805-1880/1930-

1990

824-849;1750-1810869-894;

1830-1890

810-826;1429-1453;1477-1489940-956;

1477-1501;1501-1513

824-849869-894

Радиус сот, км

GSM-800(0,5…35);

GSM-1800/1900 (0,5…6)

0,5…20 0,5…20 0,5…25

Дуплексное разнесение каналов, МГц 45/95/80 45 130; 48; 24 45

Ширина полосы частот радиоканала, кГц 200 30 50 (25) 1288,8

Число частотных каналов (несущих), од. 124/374/239 832320 (640);480 (960);240 (480)

20

Число каналов на одну несущую, ед. 8 или 16 3 или 6 3 или 6 66

Скорость преобразования речи, кбит/с 13 или 6,5 8 11,2 или 5,6 13 или 8,55

Скорость передачи информации в радиоканале, кбит/с 270,833 48,6 42 1288,8

Скорость передачи информации в физическом канале, кбит/с 9,6; 14,4 нет данных нет данных 1,2; 2,4; 4,8; 9,6; 14,4

Стандарт Стандарт GSMGSM GSMGSM (Global System for Mobile communication (Global System for Mobile communication глобальная система сотовой связи, диапазоны глобальная система сотовой связи, диапазоны 900, 1800 и 1900 МГц) 900, 1800 и 1900 МГц) общеевропейский стандарт сотовой связи, используется больше, чем общеевропейский стандарт сотовой связи, используется больше, чем в 130 странах мира, в том числе и в Украине, второй по применению среди цифровых в 130 странах мира, в том числе и в Украине, второй по применению среди цифровых стандартов ССС. Практическое применение стандарта GSM-900 началось в 1991 году. стандартов ССС. Практическое применение стандарта GSM-900 началось в 1991 году. Эволюция стандарта GSM длится. Так, сообществом GSM были начатые и успешно Эволюция стандарта GSM длится. Так, сообществом GSM были начатые и успешно реализуются шаги в направлении создания ССС переходного “поколение 2,5” (2,5G), что реализуются шаги в направлении создания ССС переходного “поколение 2,5” (2,5G), что характеризуются тремя основными дополнениями :характеризуются тремя основными дополнениями :первое, HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data - высокоскоростная передача данных в первое, HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data - высокоскоростная передача данных в сетях подвижной радиосвязи с коммутацией каналов), заключаться в предоставлении одному сетях подвижной радиосвязи с коммутацией каналов), заключаться в предоставлении одному пользователю несколько слотов в GSM-кадре;пользователю несколько слотов в GSM-кадре;второе второе GPRS (General Packet Radio Service GPRS (General Packet Radio Service пакетная коммутация в сетях подвижной пакетная коммутация в сетях подвижной радиосвязи) предусматривает организацию канала пакетной передачи со скоростями до радиосвязи) предусматривает организацию канала пакетной передачи со скоростями до 115 кбит/с (или выше, но без помехоустойчивого кодирования) и Packetgsm (пакетный GSM), 115 кбит/с (или выше, но без помехоустойчивого кодирования) и Packetgsm (пакетный GSM), что предлагает пакетную передачу речи с помощью технологии Vogprs и данных по ССС GSM-что предлагает пакетную передачу речи с помощью технологии Vogprs и данных по ССС GSM-стандарта;стандарта;третье третье ЕDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution (улучшенная скорость передачи ЕDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution (улучшенная скорость передачи данных для глобальной эволюции систем подвижной радиосвязи) предусматривает введение, данных для глобальной эволюции систем подвижной радиосвязи) предусматривает введение, дополнительного модуляционного формата, что утраивает этих мер позволила повысить дополнительного модуляционного формата, что утраивает этих мер позволила повысить скорость передачи до 384 кбит/с.скорость передачи до 384 кбит/с.

Стандарт CDMAСтандарт CDMA CDMA (Code Division Multiple Access CDMA (Code Division Multiple Access стандарт множественного стандарт множественного

доступа с кодовым разделением каналов, диапазоны частот 800, 1900 доступа с кодовым разделением каналов, диапазоны частот 800, 1900 и 2000 МГц) и 2000 МГц) используется в США, Южной Корее, Гонконге и в используется в США, Южной Корее, Гонконге и в последнее время находит все более широкое применение в странах последнее время находит все более широкое применение в странах Европы и в мире в целом. Существует в нескольких версиях. Европы и в мире в целом. Существует в нескольких версиях. Наиболее распространенная с них Наиболее распространенная с них cdmaone или диапазона 800 МГц, cdmaone или диапазона 800 МГц, практическое применение которой, началось в 1995 году (Гонконг). практическое применение которой, началось в 1995 году (Гонконг).

Стандарт IS-95 имеет несколько версий, которые отличаются одна от Стандарт IS-95 имеет несколько версий, которые отличаются одна от одной, в основном, скоростями передачи информации в физическом одной, в основном, скоростями передачи информации в физическом канале:канале:

IS-95А, скорость передачи информации – 9,6 кбит/с (с кодированием) IS-95А, скорость передачи информации – 9,6 кбит/с (с кодированием) и 14,4 кбит/с (без кодирования). В настоящее время это наиболее и 14,4 кбит/с (без кодирования). В настоящее время это наиболее распространенная версия;распространенная версия;

IS-95B, скорость передачи информации IS-95B, скорость передачи информации от 28,8 до 115,2 кбит/с (без от 28,8 до 115,2 кбит/с (без кодирования);кодирования);

IS-95C со скоростью передачи информации до 144 кбит/с (без IS-95C со скоростью передачи информации до 144 кбит/с (без кодирования);кодирования);

IS-95HDR (High Data Rate IS-95HDR (High Data Rate высокая скорость передачи данных) со высокая скорость передачи данных) со скоростью передачи информации до 1 Мбит/с в прямом канале (канал скоростью передачи информации до 1 Мбит/с в прямом канале (канал БС-МС) и в обратном канале (канал МС-БС) такой же, как и для IS-95C БС-МС) и в обратном канале (канал МС-БС) такой же, как и для IS-95C (до 144 кбит/с).(до 144 кбит/с).

Технология WiMax WiMax – это стандарт ассоциации Institute of Electrical and

Electronics Engineers (IEEE) под номером 802.16. В 2001 IEEE выпустил стандарт 802.16 для широкополосного беспроводного доступа. Вскоре после этого был открыт форум WiMax для продвижения стандарта, и тогда же родился термин WiMax.

Главное отличие сетей четвертого поколения 4G от предыдущего, третьего, заключается в том, что эта технология полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу, как голосового трафика в режиме коммутации каналов, так и пакетов данных.

Международный союз телекоммуникаций определяет технологию 4G как технологию беспроводной коммуникации, которая позволяет достичь скорости передачи данных до 1 Гбит/с в условиях движения источника или приемника и до 100 Мбит/с в условиях обмена данными между двумя мобильными устройствами. Пересылка данных в 4G осуществляется по протоколу IPv6 (IP версии 6).

Рис.5. Сети WiMAX в мире

Рис. 6. Появление ноутбуков со встроенным WiMAX-адаптером – важный шаг в повышении доступности технологии 4G

Технология LTE Технология LTE (Long -Term Evolution) – это логическое продолжение

развития сетей 3G. В среднесрочной перспективе она будет определять развитие систем сотовой связи в мире. Эта технология способна обеспечить скачкообразное (теоретически, в десятки раз) увеличение скорости передачи данных по сравнению с действующими мобильными сетями.

Внедрение LTE теоретически позволит обеспечить скорость передачи данных до 346 Мбит/с в полосе частот 20 МГц, а при использовании технологии LTE-Advanced – примерно до 1 Гбит/сек. в полосе 100 МГц. LTE полностью совместима с существующими сетями: звонок или сеанс передачи данных, инициированный в зоне покрытия LTE, технически может быть передан без разрыва в сети GSM/GPRS/EDGE, WCDMA, CDMA2000. Эволюция и преемственность технологий мобильного доступа представлена на рис.7.

LTE становится главной перспективой развития телекома в мире, бизнес приоритетом и ключевым элементом стратегий развития операторов связи. Сегодня в мире превалирует мнение, что, если оператор не задумывается об LTE, он ограничивает свою жизнь на рынке.

Рис.7. Эволюция и преемственность технологий мобильного доступа

Главное преимущество LTE – высокая скорость. Но скорость есть и у UMTS, и у WIMAX. Очень важным преимуществом LTE является то, что эту технологию можно внедрять на довольно широком диапазоне частот. В Украине существует несколько частотных диапазонов, на которых можно запускать LTE. Прежде всего, это 1800 МГц и 2,6 ГГц. Можно использовать и диапазон 900 МГц, но в настоящее время мало кто из операторов рассматривает его сегодня для LTE.

Таблица 3.Планы операторов по запуску в коммерческую эксплуатацию сетей

LTE

Развитие LTE в Украине Крупные украинские операторы (в частности «Киевстар» и МТС)

неоднократно заявляли о готовности развивать 4G-связь на частотах под связь поколения 3G (если проведение тендера затянется более, чем на полгода, но тендер так и не состоится). Частоты, на которых может строиться LTE (0,7-0,8, 1,7-2,1, 2,6 ГГц), сегодня либо заняты, либо их использование ограничено законом. Принятие закона о технологической нейтральности (право оператора использовать уже имеющихся в его распоряжении частоты под новые технологии) может решить этот вопрос.

«Перенацеливать» абонентов на новую технологию без соответствующего доступного оборудования будет невозможно. Коммерческие сети LTE в Украине могут быть развернуты уже к концу 2011 года. К этому времени будет широкодоступным как сетевое оборудование, так и терминалы. При желании, можно успеть легализовать внедрение технологии и распределить необходимый частотный ресурс, либо разрешить использовать уже распределенный частотный ресурс для этой технологии.

Вопрос развития связи третьего поколения в Украине остается нерешенным. Сегодня только «Укртелеком» имеет лицензию на связь стандарта 3G, крупнейшие операторы и хотели бы – но пока не могут получить частоты: аукцион по их продаже сорвался и не известно состоится ли в ближайшем будущем.

3.4. Безопасность сотовых сетей Следует подчеркнуть, что сотовые сети есть довольно уязвимыми для

несанкционированного доступа злоумышленниками к информации, которая циркулирует между абонентами

Радиоканалами снятия информации есть: электромагнитное излучение телефонов и базовых станций, которое

позволяет осуществлять перехват всей информации, которую получил (передал) абонент;

микрофонный эффект (даже в случае, когда абонент не разговаривает, а телефон отключен, возможное прослушивание разговоров лиц, которое находится рядом с телефоном (нужно отключать аккумулятор);

магнитное поле (паразитные связи и наводки) и др. Для борьбы с прослушиванием в мобильных телефонах

устанавливают средства шифрования информации. Однако массовая установка их в мобильных телефонах есть проблематичной и дорогой для широкого потребления (да и в обыденной жизни не требуется).

Кроме того, по работающему мобильному телефону легко отследить путь движения и установить координаты нахождения абонента. Это обстоятельство широко используют спецслужбы в своей деятельности.

Выводы делайте сами.

ВЫВОДЫ На развитие сотовых систем связи в Украине будет влиять рынок мобильного

доступа в Интернет и его востребованность в перспективе экономического роста Украины в 2011-2015 годах . Поэтому и для 3G, и для 4G есть огромные перспективы. По прогнозам специалистов в следующие три-четыре года темпы роста мобильного доступа в Интернет будут на уровне 26-33%. Причем взнос 2G с каждым годом будет уменьшаться. Однозначно, перспективы для внедрения 3G/4G в Украине являются очень серьезными!

С уверенностью можно сказать, что разные компании в зависимости от особенностей избранной стратегии поведения придерживаются существенно различных, подходов.

Парадоксальной является позиция Киевстар который, несмотря на амбициозные планы и более чем достаточные собственные ресурсы, всё время пересматривает свои планы в сторону уменьшения расходов. В результате вместо того, что инвестировать накопленные за годы успеха ресурсы, акционеры Киевстар выводят их за рубеж в виде дивидендов. А менеджмент компании озвучивает всё более экзотические идеи – от продажи цифровой музыки до построения общенациональной сети с использованием WiMAX в диапазоне 5 ГГц, которую, признали бесперспективной сами производители.

Что же касается МТС, то она, кажется, окончательно отказалась от намерения вернуть себе позицию номер 1 и полностью сосредоточилась на противостоянии с Астелит.

Вопрос развития связи третьего поколения в Украине остается нерешенным. Сегодня только "Укртелеком" имеет лицензию на связь стандарта 3G, крупнейшие операторы и хотели бы, но пока не могут получить частоты: аукцион по их продаже сорвался и не известно состоится ли в ближайшем будущем.

Благодарю за внимание!

Таким образом, выражу мнение, что с учетом проволочек с внедрением технологии 3G, возможно украинским операторам стоит сразу браться за связь четвертого поколения, которая сегодня массово внедряется в Европе и в мире.