Реферат: Сотовая связь

Самарский приборостроительный техникум

Лаборатория «Бытовая радиоэлектронная аппаратура»

Научно-приктическая конференция

Реферат

на тему: «Сотовая связь»

Работу выполнил

Студент гр.-Р51 Рогалев А.В.

Руководитель   Елагин Ю.В.

Самара 2004г.

Оглавление

1Общие принципы

1.1История развития сотовой связи

1.2 Системы подвижной радиосвязив России

1.2.1 Развитие систем сотовойрадиосвязи

1.2.2 Системы персональногорадиовызова

1.2.3 Развитие системперсональной спутниковой связи

1.3Принципы функционирования систем сотовой связи

1.3.1 Классификация системмобильной связи

1.3.2 Деление обслуживаемойтерритории на соты

1.3.3 Повторноеиспользование частот

2 Система стандарта GSM

2.1 Общие характеристики

3 Функциональные возможности телефонов

3.1 Технология доступа WAP

3.2 Служба коротких сообщенийSMS

3.3 Современные дисплеисотовых телефонов

4Служба безопасности

4.1Защита и безопасность информации

5 Оплата услуг. Тарифы планы «Где дешевле?»

6Аксессуары для сотовых телефонов

6.1Системы hands free

6.2Источники питания

6.3Выносные антенны

Приложение

Используемаялитература

1 Общие принципысотовой связи

1.1 Историяразвития сотовой связи

Первая системарадиотелефонной связи, предлагавшая услуги всем желающим, началафункционировать в 1946 году в г. Сент-Луис (США). Радиотелефоны, применявшиесяв этой системе, использовали обычные фиксированные кана­лы. Если канал связибыл занят, то абонент вручную переключался на другой -свободный. Аппаратурабыла громоздкой и неудобной в использовании.

С развитием техники системырадиотелефонной связи совершенствовались: уменьшались габариты устройств,осваивались новые частотные диапазоны, улуч­шалось базовое и коммутационноеоборудование, в частности, появилась функ­ция автоматического выбора свободногоканала — транкинг (trunking).Но при огромнойпотребности в услугах радиотелефонной связи возникали и проблемы. Главная из них —ограниченность частотного ресурса: количество фиксирован­ных частот вопределенном частотном диапазоне не может увеличиваться бес­конечно, поэтомурадиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами создают взаимные помехи.Ученые и инженеры разных стран пытались решить этупроблему. И вот в сере­дине 1940-х годов исследовательский центр Bell Laboratories американской ком­пании AT&T предложил идею разбиения всейобслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами(от англ, cell— ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчикомс ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы безвзаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой соте.

Но прошло более тридцати лет,прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне.Причем все эти годы разработка систем сотовой связи велась в различных странахмира не по одним и тем же направлениям.

Аналоговыми эти системы на­зываютсяпотому, что в них используется аналоговый способ передачи инфор­мации с помощьюобычной частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции, как и в обычныхрадиостанциях. Этот способ имеет два серьезных недостатка: су­ществует возможностьпрослушивания разговоров другими абонентами, отсут­ствуют эффективные методыборьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий иливследствие передвижения абонентов.

Использование различныхстандартов сотовой связи и большая перегружен­ность выделенных частотныхдиапазонов стали препятствовать ее широкому применению. Ведь иногда по одному итому же телефону из-за взаимных помех не могли разговаривать даже абоненты,находящиеся в двух соседних стра­нах (особенно в Европе).

Увеличить количествоабонентов можно было лишь двумя способами: расши­рив частотный диапазон (какэто было сделано в Великобритании — ETACS)или перейдя к рациональному частотному планированию, позволяющему гораздо чащеиспользовать одни и те же частоты.

Использование новейшихтехнологий и научных открытий в области связи и обработки сигналов позволило кконцу 1980-х годов подойти к новому этапу развития систем сотовой связи —созданию систем второго поколения, осно­ванных на цифровых методах обработкисигналов. С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовойсвязи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г. Европейскаяконференция администраций почт и электросвязи (СЕРТ) — организация,объединяющая адми­нистрации связи 26-ти стран, — создала специальную группу GroupeSpecialMobile. Аббревиатура GSM и даланазвание новому стандарту (позднее, в связи с широким распространением этогостандарта во всем мире, GSM сталирасшифровывать как GlobalSystemforMobileCommunications). Результатомработы этой группы стали опуб­ликованные в 1990 году требования к системесотовой связи стандарта GSM, в ко­торомиспользуются самые современные разработки ведущих научно-технических центров. Кним, в частности, относятся: временное разделение каналов, шифрова­ниесообщений и защита данных абонента, использование блочного и сверточногокодирования, новый вид модуляции — OMSK (GaussianMinimumShiftKeying).

В 1989 г., за год допоявления технического обоснования GSM,британский Де­партамент торговли и промышленности DTI (DepartmentofTradeandIndustry)опубликовал концепцию«Подвижные телефоны», которая после внесения до­полнений и изменений получиланазвание «Сети персональной связи» — PCN (PersonalCommunicationNetworks). Целью реализации концепции было создание конкуренции междуосновными участниками рынка подвижной радиосвязи, чтобы к 2000 году ихабонентами стало около 15% населения страны.

Не отставала от Европы иАмерика, провозгласившая свою концепцию «Услуги персональной связи» — PCS (PersonalCommunicationServices).Ее целью был 50%-ныйохват населения страны к 2000 г. Для реализации этой концепции Федераль­наякомиссия связи США выделила три частотных участка в диапазоне 1,9—2,0 ГГц(широкополосные PCS) и один участок в диапазоне 900 МГц(узкополосные PCS).

В 1990 г. американскаяПромышленная ассоциация в области связи TIA (TelecommunicationsIndustryAssociation)утвердила национальныйстандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандартстал более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC. В отличие от Европы, в США не были выделены новые час­тотныедиапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, об­щей саналоговым стандартом AMPS. Одновременно с этимамериканская компания Qimlcomm началаактивную разра­ботку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологиишумоподобных сигналов и кодовом разделении каналов, — CDMA (CodeDivisionMultipleAccess).

В 1991 г. в Европе появилсястандарт DCS-1800 (DigitalCellularSystem1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM. Великобритания сразу же приняла его в ка­честве основы дляразработки упоминавшейся выше концепции PCN, что стало началом победоносного шествия этого стандарта поконтинентам земного шара.

В развитии сотовой связи отЕвропы и США не отставала и Япония. В этой стране был разработан собственныйстандарт сотовой связи JDC (JapaneseDigitalCellular), близкий по своим показателям к американскому стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 г. Министерствомпочт и связи Японии.

В 1992 г. в Германии вступилав коммерческую эксплуатацию первая система сотовой связи стандарта GSM.

В 1993 г. в США после рядауспешных испытаний Промышленная ассоциация в области связи TIA приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге быланачата ком­мерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.

В 1993 г. в Великобританиивступила в эксплуатацию первая сеть DCS-1800Опе-2-Опе, которая насчитывает уже более 500 тыс. абонентов.

Что такое сотовая связь,Россия узнала лишь на закате перестройки. В Санкт-Петербурге, а затем и вМоскве появились системы стандарта NMT-450J (моди­фицированная версия стандарта NMT-450). А принятие в 1994г. концепции раз­витиясетей сухопутной подвижной связи стало мощным катализатором дальнейшегоразвития сотовой связи в национальном масштабе. И если с вне­дрением стандартовNMT и AM PS нашастрана отстала лет на десять, то провоз­глашение стандарта GSM в качестве одного из двух федеральныхстандартов (NMT и GSM) сократило этот временной разрыв примерно до трех лет.

Четкая ориентация напрогрессивные мировые технологии дает возможность России не отставать отведущих стран мира в развитии современных систем под­вижной радиосвязи. Неотстает Россия и в области внедрения прогрессивного стандарта CDMA. Условия развития сетей CDMA в России определены прика­зомМинистерства связи РФ № 18 от 24 февраля 1996 г., где указано, что сети CDMA ориентированы на предоставление услугстационарным абонентам. Но допускается возможность их применения из соты всоту, то есть обеспечивается ограниченная подвижность абонентов. Первая сетьстандарта CDMA начала функционировать в Челябинске,планируется внедрение сетей CDMA в Москве иСанкт-Петербурге.

Дальнейшее развитие сотовойподвижной связи осуществляется в рамках созда­ния проектов систем третьегопоколения, которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа,объединяющей существующие сотовые и «бес­шнуровые» системы с информационнымислужбами XXI в. Они будут иметь ар­хитектуру единой сетии предоставлять связь абонентам в различных условиях, включая движущийсятранспорт, жилые помещения, офисы и т. д. В Европе та­кая концепция, получившаяназвание UMTS (универсальная система подвиж­ной связи),предусматривает объединение функциональных возможностей су­ществующих цифровыхсистем связи в единую систему третьего поколения FPLMTS (FuturePublicLandMobileTelecommunicationsSystem), которая должна стать результатоминтеграции систем беспроводного доступа и наземной сото­вой связи с предоставлениемабонентам стандартизованных услуг подвижной связи. Работы по созданиюмеждународной системы подвижной связи общего пользования FPLMTS ведутся Международным союзомэлектросвязи. Для нее был определен диапазон частот 1 —3 ГГц, в котором будутвыделены полосы ши­риной 60 МГц для стационарных станций и 170 МГц — дляподвижных станций. Однако вскоре стало ясно, что, несмотря на широкомасштабноевнедрение сис­тем наземной связи и применение роуминга, огромная частьтерритории земно­го шара, включая мировые океаны, оказывается недосягаемой для FPLMTS. Очевидно, что глобальный охват возможентолько с помощью спутников связи, а следовательно, при разработке единого стандарта,обеспечивающего глобаль­ную связь, никак не обойтись без спутниковыхтехнологий. Поэтому требова­ния к единой системе мобильной связи былисформулированы в рамках новой программы IMT-2000 (InternationalMobileTelecommunications).

В новом названии ужеотсутствует термин «Land» (сухопутные), но есть цифра 2000,которая указывает и предполагаемый срок принятия стандарта, и значе­ние частоты(2000 МГц), в области которой намечено выделить частотные ре­сурсы для наземныхи спутниковых систем связи. Структура радиоинтерфейсов для IMT-2000 представлена на рис. 2.2.

Принципиальное отличие технологии3-го поколения от предыдущих — воз­можность обеспечить весь спектр современныхуслуг (передачу речи, работу в режиме коммутации каналов и коммутации пакетов,взаимодействие с прило­жениями Internet,симметричную и асимметричную передачу информации с высоким качеством связи) и вто же время гарантировать совместимость с су­ществующими системами.

Услуги, которые оказываютсистемы 3-го поколения, принято делить на две группы:

 -Не мультимедийные(узкополосная передача речи, низкоскоростная переда­ча данных, трафик сетей скоммутацией)

— Мультимедийные(асимметричные и интерактивные).

Новым качеством этих системявляется также то, что они позволяют компани­ям-операторам самостоятельноразрабатывать приложения, функции и услуги, ориентируясь на требования конкретногорегиона и корректировать рост спро­са на определенные услуги.

Изучение тенденций развитиямультимедийной подвижной связи позволяет прогнозировать значительное увеличениечисла ее пользователей. По данным прогнозов, из 200 млн. абонентов в Европе доляпотребителей услуг систем свя­зи 3-го поколения в 2005 году составит 16%. Чтоже касается объема мультиме­дийного трафика, то уже в 2005 г. он превысит 60%,при условии что тарифы будут расти существенно медленнее, чем трафик.

Последние достижения в областивидеоконференц-связи позволяют утверждать, что она получит широкоераспространение в системах 3-го поколения. До не­давнего времени этот вид услугбыл характерен в основном для сетей ISDN,обес­печивающих скорость передачи 144 Кбит/с (BRI) или до 384 Кбит/с (с исполь­зованием трех базовых каналов BRI).

Стремительный ростпопулярности Internet и бурное развитие мобильной связипозволяют говорить о перспективе слияния этих двух технологий. Сегодня спрос навидеоконферец-связь начинает расти. Несмотря на ряд проблем, связанных среализацией высокоскоростного доступа к Internet с мобильного терминала, можно предположить, что современем данная услуга станет одной из основных.

Анализ тенденцийраспределения трафика по регионам, проделанный Между­народным союзомэлектросвязи (МСЭ), показывает, что наибольший рост объема услуг спутниковыхсистем 3-го поколения ожидается в Северной и Южной Аме­рике, Японии и Азии.

Что же касается Европы, тоздесь увеличение объема услуг спутниковой связи невелико по причине достиженияхорошего покрытия наземными сетями сото­вой связи, которые уже «опутали»практически всю Европу.

Услуги систем 3-го поколениявключают в себя сервис, предоставляемый техно­логией виртуальной домашней средыVHE (VirtualHomeEnvironment), основная идея которой состоит в переносе индивидуального наборауслуг через границы сетей с одного сетевого терминала на другой. Совсем недавноэти услуги могли обеспечить только технологии фиксированной связи. Пользовательсистем 3-го поколения получает те же самые возможности, интерфейс и услугинезависимо от того, какой сетью он пользуется в данный момент. Благодаря IMT-2000 ста­нет возможной передачавидеоизображений и мультимедийных данных в режи­ме реального времени, чтопозволит создать эффект присутствия у абонента, находящегося на значительномудалении от места событий.

Прогнозы показывают, чтоопределяющей тенденцией начавшегося процесса конвергенции услуг фиксированной имобильной связи станет слияние мобиль­ной связи с другими технологиями. Сотовыетелефоны с «электронным компа­сом» для определения местоположения (GPS) вскоре станут незаменимыми по­мощникамиавтомобилистов и путешественников. Но наибольших успехов следует ожидать вобласти электронной коммерции. Будет значительно расши­рен объем банковскихуслуг, получаемых непосредственно с помощью мобиль­ного телефона. В их числовойдут платные информационно-справочные услуги, различные виды электронныхплатежей (оплата авиабилетов, парковок) и бан­ковских операций с портативныхили мобильных сотовых телефонов, что пре­вратит их фактически в «карманныебанкоматы».

Исходя из 10-летнего цикласмены поколений средств связи, аналитики счита­ют, что внедрение систем IMT-2000 начнется с 2002 г. И если от систем2-го по­коления потребитель ждал лишь обеспечения массового доступа к услугамрече­вой связи и низкоскоростной передачи данных, то требования к новейшемуоборудованию — совсем иные. Главными из них, по мнению МСЭ, являютсяуниверсальность устройств, предназначенных для наземных и спутниковых си­стем(обеспечивается «единый» доступ к ним в пределах земного шара), возмож­ностьконвергенции сервисов разных систем и сетей, а также предоставление услугмультимедиа в рамках глобальной информационной инфраструктуры. Небольшиеабонентские терминалы 3-го поколения должны не только поддер­живать высокоекачество передачи речи, но и уметь работать с асимметричными потоками данных влиниях «вверх» и «вниз». Принципиально новым шагом в развитии систем сотовойподвижной связи ста­ли одобренные Международной организацией стандартов (ISO) концепция ин­теллектуальных сетей связии модели открытых систем (OSI). Концепцияпост­роения интеллектуальной сети используется сегодня для создания всехперспективных цифровых сотовых сетей с микро- и макросотами. Она предус­матриваетобъединение систем сотовой подвижной связи, систем радиовызова и персональнойсвязи при условиях оперативного предоставления абонентам каналов связи иразвития услуг. Модели OSIинтерпретируют процесс передачи сообщений как взаимодействие функциональныхвзаимосвязанных уровней, каждый из которых имеет встроенный интерфейс насмежном уровне.

Сегодня для большинстваоператоров сетей подвижной связи переход на техно­логии 3-го поколения —наиболее актуальная проблема. Динамичный рост або­нентской базы этих сетей ужесегодня привел к такому объему трафика, с кото­рым трудно справиться системам2-го поколения (рис. 2.3).

Учитывая это, следуетпризнать, что сети 3-го поколения, использующие допол­нительные радиочастотныересурсы и базирующиеся на эффективной техноло­гии CDMA, представляют едва ли не единственную возможность поддержкитрафика сегодня и в будущем.

А что же будет в ближайшембудущем с одним из наших федеральных стандар­тов — NMT-450? Сейчас уже не надо никого убеждать в, мягко говоря, не ра­дужныхперспективах сетей, основанных на этом стандарте.

Идет ли речь об их техническиххарактеристиках, о возможности реализации в них функций мобильной связи 3-гопоколения, о доле пользователей трубок NMT-450, итоги каждый раз оказываются неутешительными.

Еще пару лет назад название GSM-400 у многих могло вызвать только удивле­ние.На фоне все более активного проникновения мобильной связи в гигагер­цовыйдиапазон намерение задействовать частоты вблизи 400 МГц выглядело абсурдом. О«низкочастотной» версии GSM всерьеззаговорили с весны 1999 года, после того как фирмы Ericsson и Nokia, двакрупнейших производителя обору­дования стандарта NMT, объявили о поддержке деятельности института ETSI по принятию глобального стандарта наиспользование в сетях GSM400-мега-герцового диапазона. Первоначально для будущего стандарта было выбранона­звание GSM-450, недвусмысленно указывавшее нацелевое назначение новой разработки; переименование в GSM-400 состоялось осенью 1999 г. Специфика­ции на сети нового типаопубликованы в техническом документе GSM-99,вы­пущенном ETSI.

Приведем основные этапыбурного развития сотовых систем связи:

— 1974 г. — начало разработкисотовых сетей подвижной связи общего пользо­вания (США);

— 1979 г. — создание системысотовой подвижной связи стандарта AMPS(США);

— 1981 г. — начало внедрениясотовых систем связи стандарта NMT-450 в скан­динавскихстранах (Дания, Швеция, Финляндия, Норвегия);

— 1982 г. — начало разработкисистемы сотовой подвижной связи стандарта GSM(ETSI);

— 1985 г. — началоисследований в МСЭ по созданию единой системы подвиж­ной связи третьегопоколения IMT-2000;

— 1989 г. — разработка фирмойQualcomm (США) первой сотовой системы свя­зи,использующей технологию CDMA;

— 1990 г. — начало работ по созданиюевропейской универсальной системы под­вижной связи UMTS (ETSI);

— 1991 г. — начало внедрениясотовых сетей подвижной связи в России. В Ев­ропе ведутся работы по созданиюстандарта DCS-1800, на базе стандарта GSM;

— 1992 г. — начало внедрениясетей GSM (Финляндия, Германия). Выделение на всемирнойоснове полос частот в диапазоне 2 ГГц для создания систем подвижной связитретьего поколения;

— 1993 г. — в США стандарт CDMA принят как внутренний стандарт цифро­войсотовой связи, его назвали IS-95. ВВеликобритании вступила в эксплу­атацию первая сеть DCS-1800;

— 1994 г. — разработанстандарт D-AMPS(США). Разработан европейский проект системы третьего поколения CODIT на основе технологии CDMA (ETSI);

— 1996 г. — в Россииопределены условия развития сетей на основе технологии CDMA;

— 1999 г. — в Финляндиивыданы первые лицензии на создание наземных се­тей UMTS;

— 2002 г. — введены вэксплуатацию первые коммерческие сети третьего поко­ления IMT-2000 (Корея, Япония, Италия и др.).

1.2 Системы подвижной радиосвязи в России

Рынок подвижной радиосвязистремительно развивается во всем мире. Глобаль­ной стратегией совершенствованиямобильной радиосвязи является внедрение единых международных стандартов исоздание на их основе региональных, федеральных, международных сетей общегопользования.

В настоящее времягосподствующее положение на рынке подвижной радиосвя­зи занимают:

— Системы персональногорадиовызова, или пейджинговые системы (PagingSystems)

— Системы сотовой радиосвязи (CellularRadioSystems)

— Системы персональнойспутниковой связи (SatelliteRadioSystems).

1.2.1 Развитие систем сотовой радиосвязи

В настоящее время в России используютсяпять основных стандартов систем сотовой радиосвязи:

— Аналоговые стандарты (NMT-450 и AMPS)

— Цифровые стандарты (GSM, D-AMPS и CDMA).

Эти стандарты нашли широкое применение вомногих странах мира, особенно в европейских.

Первые системы сотовойрадиосвязи были открыты в Санкт-Петербурге и Мос­кве в 1991 г. В нихиспользовался аналоговый стандарт NMT-450.С апреля 1995 г. в некоторых сетях сотовой связи применяется код идентификациипользовате­ля (SIS), который позволяет точно определитьномер радиотелефона пользова­теля и исключить несанкционированное подключение ксистеме.

В июне 1994 г. в нашей страненачалась коммерческая эксплуатация сотовых се­тей связи на основе аналоговогостандарта AMPS, который обеспечивает роу-минг с другимисетями этого стандарта.

В январе 1996 г. в Россииначалась коммерческая эксплуатация сети сотовой связи, использующей цифровойстандарт GSM. Впервые был обеспечен автоматическийроумингабонентов России со многими странами Европы. В настоящее время идетработа по созданию федеральной сети связи на основе стандарта GSM и ее интегра­ции с глобальной сетью,охватывающей Европу, Азию, Австралию и часть Африки.

В феврале 1996 г.Министерство связи РФ дало разрешение на применение циф­ровых стандартов D-AMPS и CDMA. Наиболее перспективным является стан­дартCDMA, который основан на технологиишумоподобных сигналов с кодовым разделением каналов. Он предполагает увеличениеколичества абонентов в 10 раз по сравнению с аналоговым стандартом AMPS и в 3 раза — с цифровым стандар­том D-AMPS. Перваясеть сотовой радиосвязи на основе стандарта CDMA созда­на в Челябинске. Внедрение таких сетей планируется и вдругих городах России.

1.2.2 Системы персонального радиовызова

Начало внедрения системперсонального радиовызова в нашей стране относит­ся к 1980 г., когда в Москве впериод летних Олимпийских стала использоваться первая пейджинговая сеть игр на основе оборудования фирмы Multi-Tone (Ве­ликобритания).

Второй этап развития этихсистем в России начался осенью 1993 г. Тогда прак­тически одновременно внескольких больших городах были созданы пейджин-говые компании. В качествеабонентского оборудования они использовали англоязычные пейджеры. С 1994 г. впейджинговых сетях стали применять руси­фицированные пейджеры. В большинствероссийских пейджинговых систем используется международный стандарт POGSAC. Отдельное направление раз­вития системперсонального радиовызова связано с уплотнением сигналов в УКВ-диапазонерадиовещания на основе пейджингового стандарта RDS.

В настоящее время в Россиирассматриваются возможности построения систем персонального радиовызова наоснове общеевропейского пейджингового стандарта ERMES. В октябре 1995 г. подписано первое международное соглаше­ние ороуминге для абонентов сетей стандарта ERMES между операторами Рос­сии и европейских стран.

В это же время в некоторыхпейджинговых сетях внедряется высокоскоростной стандарт FLEX, который позволяет значительно увеличитьколичество одновре­менно обслуживаемых абонентов. Применение стандартов ERMES и FLEX по­зволяет создавать не только региональные, но и федеральныесети, в которых осуществляется национальный и международный роуминг.

1.2.3 Развитие систем персональной спутниковой связи

В последние годы в России всеболее актуальным становится вопрос о системах глобальной персональнойрадиосвязи на основе применения спутников Земли. Внедрение этих систем и ихинтеграция с наземными сетями подвижной связи обеспечит досягаемость абонентовв любой точке земного шара путем простого набора телефонного номера.

Для удовлетворения растущихпотребностей российских пользователей в услу­гах спутниковой связигосударственные предприятия космической отрасли и различные коммерческие организацииразработали более двадцати проектов по применению существующих и созданиюперспективных отечественных спутни­ковых систем: «Глобалсат», «Гонец»,«Каскон», «Курьер», «Паллада», «Сигнал», «Банкир», «Ямал», «Урал» и др.

Помимо развития отечественныхспутниковых систем связи предусматривается дальнейшая эксплуатациямеждународной системы Inmarsat, таккак Россия яв­ляется полноправным ее членом.

Для растущего российского рынкателекоммуникационных услуг важной зада­чей является активное использование иностранныхспутниковых систем с це­лью обеспечения жизнедеятельности в отдаленных районахстраны с неразви­той инфраструктурой связи.

К 2005 г. на территорииРоссии предусматривается строительство двух станций сопровождения спутниковойсистемы ГпсКит и девяти станций, работающих с системой Globalstar. Назначение этих систем и набор предоставляемых ими ус­луг,как и во многих отечественных системах, очень схожи. Это:

— Радиотелефонная ифаксимильная связь

— Передача больших массивовданных

— Организация персональногорадиовызова

— Определение местоположения(координат) абонента

— Международный роуминг

Передача всех видовинформации в спутниковых системах связи ведется с вы­сокой скоростью в цифровомвиде при помощи широкополосных сигналов.

1.3 Принципы функционирования систем сотовой связи

В системах радиальной илирадиально-зоновой УКВ-связи, характерными представителями которых, в частности,являются широко известная транкинговая система «Алтай» и ее модификация(«РусАлтай»), максимальная даль­ность действия зависит от мощности передатчика,чувствительности прием­ника и уровня шума и ограничивается необходимостьюпрямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных)систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большуюмощ­ность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ог­раничено,поскольку разнос частот между соседними каналами должен состав­лять не менее12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотныйканал).

В 1970-е годы был предложен новый принципорганизации связи, который по­зволил увеличить количество абонентов и повыситькачество связи. Было пред­ложено разбивать обслуживаемую территорию нанебольшие участки, называе­мые сотами.

1.3.1 Классификация систем мобильной связи

Связь — одна из наиболеединамично развивающихся отраслей инфраструкту­ры современного общества,органично связанная с его эволюцией во всемирном масштабе — от«индустриального» к «информационному». Этому способствуют постоянный рост потребительскогоспроса на услуги связи и информацию, а так­же достижения научно-техническогопрогресса в области электроники, воло­конной оптики и вычислительной техники.Анализ тенденций и мирового опыта развития электросвязи, а также результатыисследований, выполненных орга­нами Международного союза электросвязи (МСЭ),показывают, что на рубеже XX—XXI веков человечество вплотную подошло креализации так называемых предельных задач в области развития телекоммуникаций— глобальных персо­нальных систем связи. Глобальность связи обеспечиваетсясозданием Всемир­ной сети связи, в которую интегрируются национальные(федеральные) и вхо­дящие в них региональные и ведомственные сети связи, чтопозволит абоненту пользоваться различными услугами связи в любой точке земногошара. При осу­ществлении персональной связи любой абонент сможет пользоватьсяуслугами электросвязи по своему личному номеру, который он получите моментарожде­ния и который будет зарегистрирован во Всемирной сети связи. В активнораз­рабатываемой МСЭ концепции универсальной персональной связи исключи­тельнобольшое место отводится сетям подвижной связи. Прежде всего, это наземные сетиподвижной связи, получившие в последние десятилетия широ­кое распространение вовсем мире.

В настоящее время во многихстранах ведется интенсивное внедрение систем персонального радиовызова, сотовыхсетей подвижной связи и систем спутни­ковой связи. Такие сети предназначены дляпередачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефоннойсвязью. Подвижными объек­тами являются либо наземные транспортные средства,либо непосредственно человек, имеющий портативную абонентскую станцию(пользовательский тер­минал). Передача данных подвижному абоненту резкорасширяет его возмож­ности, поскольку, кроме телефонных, он может приниматьтелексные и факси­мильные сообщения, различного рода графическую (планыместности, графики движения и т. п.), медицинскую информацию и многое другое.Особое значение эти системы приобретают в связи с активным внедрением во всесферы челове­ческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных базданных, компьютерных государственных и коммерческих сетей.

Увеличение объема информациипотребует сокращения времени ее передачи и получения. Именно поэтому уже сейчаснаблюдается устойчивый рост произ­водства мобильных средств связи (пейджеров,автомобильных и портативных сотовых радиотелефонов, спутниковыхпользовательских терминалов), которые дают возможность сотруднику той или инойслужбы вне рабочего места полу­чать необходимую информацию и оперативно решатьвозникающие вопросы.

Развитие сетей наземной подвижнойрадиосвязи на территории России на протя­жении последних трехдесятков летдиктовалось необходимостью организации опе­ративной связи в основном для высшихорганов государственной власти и управ­ления. Переход к новым экономическимусловиям, стимулирующим развитие деловой активности и предпринимательства,значительно повысил спрос на услуги мобильной радиосвязи общего пользования.Можно выделить несколько групп пользователей, предъявляющих свои требования куслугам мобильной связи:

— Первая группа — этонебольшое число пользователей сотовых и спутнико­вых систем связи, для которыххарактерны высокий уровень платежеспособ­ности и привычка пользоватьсятелефоном как повседневным инструментом руководства (администрация,руководители высшего звена, предпринима­тели). Их обязательные требования:дуплексная связь и интеграция в город­скую и междугородную телефонные сети.

— Вторая группа — эторуководители среднего звена, обеспеченные мобиль­ными средствами связи, самоналичие которых, как и марка автомобилей на предприятии или фирме,свидетельствует об их стабильном финансовом положении и высокой деловойактивности. Они имеют дело и с руководите­лями более высокого ранга, и сисполнителями.

— Третья группа — это такатегория граждан, которым необходима, прежде все­го, возможность передачи иполучения оперативной информации для вы­полнения заданий руководителей(сотрудники органов охраны обществен­ного порядка и скорой помощи, аварийныхслужб и предприятий, рабочие промышленности, транспорта, строители,энергетики).

— Четвертая группа — это всете, кто привык пользоваться телефоном как сред­ством общения. С каждым годомэта группа становится все более многочис­ленной. Это происходит потому, чтооператоры, предоставляющие услуги мобильной связи, постепенно снижают тарифы напользование своими ус­лугами, с одной стороны, а с другой стороны, постояннодорожают услуги обычной телефонной связи. Все это приводит к тому, чтосредствами мобиль­ной связи начинают пользоваться самые разные слои населения.

Преимущества систем мобильной связисостоят в следующем:

— Мобильная связь освобождаетабонента от необходимости присутствовать в строго определенном месте припроведении сеанса связи (по проводным те­лефонным линиям, с таксофонов и т.п.), что позволяет ему получать услуги связи в любой точке в пределах зондействия наземных или спутниковых сетей.

— Благодаря прогрессу втехнологии производства средств связи созданы мало­габаритные универсальныеабонентские терминалы (типа телефонной труб­ки), сопряженные с персональныммикрокомпьютером и имеющие интерфей­сы для подключения к сетям подвижной связивсех действующих стандартов.

Сети подвижной связи созданыс целью максимального удовлетворения потреб­ностей их абонентов в услугахсвязи. Они должны обеспечивать связь на совре­менном мировом уровне свозможностью выхода в телефонную сеть общего пользования. Радиотелефон ипейджер перестали быть символом престижа и стали рабочим инструментом,позволяющим более эффективно использовать рабочее время, оперативно управлятьпроизводством и постоянно контролиро­вать ход технологических, экономических идругих процессов.

Используемые системырадиосвязи с подвижными объектами можно разделить на следующие классы:

— Профессиональныесистемы подвижной связи

— Системыперсонального радиовызова

— Сотовые системы подвижнойсвязи

— Спутниковые системы связи

1.3.2 Деление обслуживаемой территории на соты

Разделить обслуживаемуютерриторию на соты можно двумя способами: 1) ос­нованным на измерениистатистических характеристик распространения сиг­налов в системах связи, 2)основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала дляконкретного района.

При реализации первогоспособа всю обслуживаемую территорию делят на оди­наковые по форме соты, азатем с помощью закона статистической радиофизи­ки определяют их размеры ирасстояния до других зон, в пределах которых вы­полняются условия допустимоговзаимного влияния.

Для оптимального (т. е. без перекрытия илипропусков участков) разделения территории на соты могут быть использованытолько три геометрические фи­гуры: треугольник, квадрат и шестиугольник.Наиболее подходящей фигу­рой является шестиугольник, так как если антенну скруговой диаграммой направленности установить в его центре, то будет обеспечендоступ почти ко всей соте.

При использовании первогоспособа интервал между сотами, в которых исполь­зуются одинаковые рабочиеканалы, обычно получается больше требуемого для обеспечения допустимого уровнявзаимных помех.

Более приемлем второй способразделения на зоны обслуживания. В этом слу­чае тщательно измеряют илирассчитывают параметры системы для определения минимального количества базовыхстанций, обеспечивающих удовлетворитель­ное обслуживание абонентов на всейтерритории, определяют оптимальное ме­сто расположения базовой станции с учетомрельефа местности, возможность использования направленных антенн, пассивныхретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

1.3.3Повторноеиспользование частот

Каждая из сот обслуживается своимпередатчиком с невысокой выходной мощ­ностью и ограниченным количеством каналовсвязи. Это позволяет без помех повторно использовать частоты каналов этогопередатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, соте. Теоретическитакие передатчики можно ис­пользовать и в соседних сотах. Но на практике зоныобслуживания могут пере­крываться под действием различных факторов, например,вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседнихсотах используются различные частоты. Пример построения сот при использованиитрех частот пред­ставлен на рис. 2.4.

Группа сот с различными наборами частотназывается кластером. Определяю­щим параметром кластера являетсяразмерность — количество используемых в соседних сотах частот. Размерностькластера, приведенного на рис. 2.4, равна трем. На практике это значение можетдостигать пятнадцати. F1, F2, F3-частотыбазовых станций.

Основной идеей, на которойбазируется принцип сотовой связи, является по­вторное использование частот внесмежных сотах. Первым способом организа­ции повторного использования частот,который применялся в аналоговых сис­темах 1-го поколения, был способ,использующий антенны базовых станций с круговыми диаграммами направленности. Онпредполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что дляабонентских станций эк­вивалентно приему помех от всех базовых станций со всехнаправлений.

Базовые станции, на которыхдопускается повторное использование выделен­ного набора частот, удалены друг отдруга на расстояние D, называемое защит­ным интервалом. Именновозможность повторного применения од­них и тех же частот определяет высокуюэффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Смежные базовые станции,использующие различные частотные каналы, обра­зуют группу из станций. Есликаждой базовой станции выделяется набор из mканалов с шириной полосы FKкаждого, то общая ширина полосы F, занимае­мая данной системой сотовой связи, составит Fc= FKmС.

Таким образом, величина С определяетминимально возможное количество ка­налов в системе, и поэтому ее называют частотнымпараметром системы или коэффициентом повторения частот. КоэффициентСне зависит от количества используемых каналов и увеличивается по мереуменьшения радиуса ячейки. Таким образом, при использовании сот меньшихразмеров можно увеличить повторяемость частот.

Применение шестиугольных сотпозволяет минимизировать ширину использу­емой полосы частот, поскольку такаяформа обеспечивает оптимальное соотно­шение между значениями Си D. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается вкруговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной вцентре соты.

Остановимся более подробно навопросе выбора размера Rсоты. Этотразмер определяет защитный интервал Dмежду сотами, в которых одни и те же частоты могут бытьиспользованы повторно. Заметим, что значение защитного интерва­ла Д кроме ужеперечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условийраспространения радиоволн. Поскольку интенсивность вызо­вов в пределах всейзоны обслуживания примерно одинакова, то соты выбира­ются одного размера.Размер Rопределяет также количество абонентов N, спо­собных одновременно вести переговоры на всей территорииобслуживания. Следовательно, уменьшение этого размера позволяет не толькоповысить эф­фективность использования выделенной полосы частот и увеличитьабонент­скую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков ичувствитель­ность приемников базовых и подвижных станций. Это, в свою очередь,улучшает условия электромагнитной совместимости средств сотовой связи с другимира­диоэлектронными средствами и системами.

Эффективным способом сниженияуровня помех может быть использование секторных антенн с узкими диаграммаминаправленности. В секторе такой уз­конаправленной антенны сигнал излучаетсяпреимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположномнаправлении сокращается до миниму­ма. Деление сот на секторы позволяет чащеприменять частоты в сотах повтор­но. Общеизвестный способ повторногоиспользования частот в организованных таким образом сотах основан на применении3-секторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций сформированием ими девяти групп частот (рис. 2.6). В этом случае используютсяантенны с шириной диаг­раммы направленности 120°.

Самую высокую эффективностьиспользования выделенной полосы частот и, следовательно, наибольшее количествоабонентов сети, работающих в этой по­лосе, обеспечивает разработанный фирмой Motorola (США) способ повторного использованиячастот, при котором задействуются две базовые станции. При реализации этогоспособа каждая частота используется дважды в пределах кластера, состоящего из 4сот (рис. 2.7); базовая станция каждой из них может работать на 12-ти частотах,используя антенны с диаграммой направленности шириной 60°.

2 Системастандарта GSM

2.1 Общие характеристики

В целом, система стандарта GSM рассчитана на использование вкоммерческой сфере. Она предоставляет пользователям широкий спектр услуг ивозможность применения разнообразного оборудования для передачи речевыхсообщений и данных, сигналов вызова и аварийных сигналов, а также возможностьподклю­чения к телефонным сетям общего пользования, сетям передачи данных и циф­ровымсетям с интеграцией служб.

При создании этого стандартаи сетей сотовой связи на его основе было приня­то согласованное решение опоэтапном развитии услуг, предоставляемых або­нентам. Начальный этап — «Фаза 1»— фактически совпал с вводом в строй в 1991 г. первых сетей GSM. В число услуг этого этапа входят:

— Переадресация вызова (Callforwarding)

— Запрет вызова (Callbarring)

— Ожидание вызова (Callwating)

— Удержание вызова (Callholding)

— Глобальный роуминг (Globalroaming).

Переадресация вызова дает возможность перевода входящих вызововна другой телефонный номер в тех случаях, когда номер занят или абонент неотвечает, когда телефон выключен или находится вне зоны обслуживания сети и т.п. Кроме того, возможна переадресация факсов и компьютерных данных.

Запрет вызова позволяет наложить запрет на всевходящие/исходящие звонки, запрет на исходящие международные звонки, запрет навходящие звонки — за исключением внутрисетевых.

Ожидание вызова позволяет принять входящий вызов в тотмомент, когда вы с кем-то разговариваете. При этом первый абонент илипо-прежнему будет нахо­диться на связи, или разговор с ним может быть завершен.

Удержание вызова — позволяет, не разрывая связь с однимабонентом, позво­нить (или ответить на входящий вызов) другому абоненту.

Глобальный роуминг дает возможность при посещении любой изстран, с которой ваш оператор подписал соответствующее соглашение, пользоватьсясвоим со­товым телефоном GSM безизменения номера.

По мере развития технологиисотовых сетей абонентам предлагались и другие услуги. Второй этап развития GSM — «Фаза 2» — завершился в 1997 году инаря­ду с услугами этапа «Фаза 1» предоставил абонентам такие услуги:

— Определение номера вызывающей линии (Calling Line Identification Pre­sentation)

— Антиопределитель номера(Calling Line Identification Restriction)

— Групповой вызов (Mutti party)

— Создание закрытой группы (Closed User Group)

— Информация о стоимостиразговора

— Совет по оплате (Advice of Charge)

-Обслуживание дополнительнойлинии (Alternative Line Service)

— Прием коротких текстовыхсообщений (Short Message Service)

— Система голосовых сообщений(Voice mail)

Определение номеравызывающей линии позволяетпри входящем вызове высве­чивать на экране телефона номер вызывающего абонента.

Антиопределитель номера позволяет запретить определениесобственного номе­ра при соединении с другим абонентом.

Групповой вызов позволяет организовать режимтелеконференции или конфе-ренц-связи, объединяя до пяти абонентов в группу, ивести переговоры между всеми членами группы одновременно.

Создание закрытой группы (до десяти абонентов) позволяет создаватьгруппу пользователей, члены которой могут связываться только между собой. Чащевсего к этой услуге прибегают компании, предоставляющие терминалы своим служа­щимдля работы.

Информация о стоимостиразговора основана наиспользовании таймера, кото­рый определяет время занятости линии, и счетчикавызовов. Благодаря этой ус­луге можно проверять оставшийся на счете кредит.

Совет по оплате — позволяет по требованию пользователяпроизводить проверку стоимости и длительности разговора в то время, когдателефон находится на связи.

Обслуживаниедополнительной линии даетвозможность пользователю приобрес­ти два номера, которые будут приписаны кодному телефону. В этом случае связь выполняется по двум линиям спредоставлением двух счетов, двух голосовых ящиков и т. п.

Прием коротких текстовыхсообщений (SMS) дает возможность приема и пере­дачисообщений до 160 знаков.

Система голосовыхсообщении позволяетавтоматически переводить входящие звонки на персональный автоответчик(голосовая почта). Пользоваться этим можно только в том случае, если у абонентаактивирована услуга «Переадреса­ция вызова».

Следующий этап развития сетейстандарта GSM, получивший название «Фаза 2+», не связанс конкретным годом внедрения. Новые услуги и функции стан­дартизируются и будутвнедрены сразу после подготовки и утверждения их тех­нических описаний. Всеработы по этапу «Фаза 2+» проводились Европейским институтом стандартизацииэлектросвязи (ETSI). Количество уже внедренных и находящихсяв стадии утверждения услуг превышает 50. Среди них можно выделить следующие:

— Улучшенное программноеобеспечение SIM-карты

— Улучшенное полноскоростноекодирование речи EFR (EnhancedFullRate)

— Возможность взаимодействия междусистемами стандартов GSM и DECT

— Повышение скорости передачиданных за счет пакетной передачи данных GPRS (GeneralPacketRadioService) или за счет системы передачи данных покоммутируемым каналам HSCSD(HighSpeedCircuitSwitchedData)

По сравнению с другими широкораспространенными цифровыми стандартами GSM обеспечивает лучшие энергетические характеристики, более высокоека­чество, безопасность и конфиденциальность связи. Приемлемое качество при­нимаемыхречевых сообщений в стандарте GSM обеспечиваетсяпри отноше­нии «сигнал/шум» на входе приемника, равном 9 дБ (для стандарта D-AMPS, например,это отношение составляет около 16 дБ), а энергетические затраты в ре­альныхканалах связи (при замирании сигналов) на 6—10 дБ ниже по сравнению состандартом D-AMPS.

Стандарт GSM, кроме того, предоставляет своимпользователям ряд услуг, кото­рые не реализованы (или реализованы не полностью)в других стандартах сото­вой связи. К ним относятся:

— Использованиеинтеллектуальных SIM-карт для обеспечения доступа к ка­налу иуслугам связи

— Шифрование передаваемыхсообщений

— Закрытый от прослушиваниярадиоинтерфейс

— Аутентификация абонента иидентификация абонентского оборудования по криптографическим алгоритмам

— Использование службкоротких сообщений, передаваемых по каналам сиг­нализации

— Автоматический роумингабонентов GSM в национальном и международ­ном масштабах

— Межсетевой роумингабонентов GSM с абонентами сетей стандартов DCS1800, PCS1900, DECT, а также со спутниковыми сетямиперсональной радиосвязи (Globalstar, Inmarsat-P, Iridium)

В соответствии сРекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования час­тот подвижной связи вдиапазоне 862—960 МГц, стандарт GSM цифровойобще­европейской сотовой системы наземной подвижной связи предусматривает ра­ботупередатчиков в двух диапазонах частот. Диапазон частот 890—915 МГц используетсядля передачи сообщений с подвижной станции на базовую, а диа­пазон 935—960 МГц— для передачи сообщений с базовой станции на подвиж­ную. Причем припереключении каналов во время сеанса связи разность между этими частотамипостоянна и равна 45 МГц.

Разнос частот между соседнимиканалами связи составляет 200 кГц. Таким об­разом, в отведенной дляприема/передачи полосе частот шириной 25 МГц раз­мещаются 124 канала связи.

В стандарте GSM используется многостанционный доступ с временным разде­лением(уплотнением каналов — ТОМА), что позволяет на одной несущей час­тотеразместить 8 речевых каналов одновременно. В качестве речепреобразую-щегоустройства используется речевой кодек RPE-LTP с регулярным импульсным возбуждением и скоростью преобразованияречи 13 Кбит/с.

Обработка речи в данном стандартеосуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX (DiscontinuousTransmission), котораяобеспечи­вает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинаетразго­вор и отключает его в паузах и в конце разговора (рис. 2.38). Система DTX уп­равляет детектором активности речи VAD, который обеспечивает обнаружение и выделениеинтервалов речи с шумом и шума без речи даже в тех случаях, когда уровеньшума соизмерим с уровнем речи.

Для защиты от ошибок,возникающих в радиоканалах, применяется блочное и сверточное кодирование сперемежением. Повышение эффективности кодиро­вания и перемежения при малойскорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключениемрабочих частот в процессе сеанса связи (со скоростью 217 скачков в секунду).

Для борьбы синтерференционными замираниями принимаемых сигналов, выз­ванными многолучевымраспространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используютсяэквалайзеры, обеспечивающие выравнивание им­пульсных сигналов сосреднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс. Система синхронизацииоборудования рассчитана на компенсацию (до 233 мкс) абсолютного временизадержки сигналов. Это соответствует макси­мальной дальности связи 35 км(максимальный размер соты). Для модуляции радиосигнала применяется спектрально-эффективнаягауссовкая частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Ма­нипуляция называется так потому, чтопоследовательность информационных битов до модулятора проходит через фильтрнижних частот с гауссовской амплитудно-частотной характеристикой, что даетзначительное уменьшение шири­ны полосы частот излучаемого сигнала. ФормированиеGMSK-сигнала проис­ходит таким образом, что наинтервале, соответствующем одному биту, фаза несущей частоты изменяется на 90°.Это наименьшее изменение фазы, которое может быть обнаружено при данном типеманипуляции. Выходной сигнал с не­прерывным изменением фазы аналогичен сигналу,полученному в результате частотной модуляции с дискретным изменением частоты.Принцип формиро­вания GMSK-сигналапредставлен на рис. 2.39.

В стандарте GSM используется модуляция с нормированнойполосой ВТ = 0,3, где В — ширина полосы фильтра по уровню -3 дБ; Т —длительность передачи одного бита.

Основой формирователя GMSK-сигнала является I/Q-модулятор, который состоит из двухумножителей и одного сумматора.

Модуляцию GMSK характеризуют следующие свойства:

— Постоянная по уровнюогибающая, позволяющая использовать передающие устройства с усилителямимощности класса С

— Узкий спектр на выходеусилителя мощности передающего устройства, обес­печивающий низкий уровеньвнеполосного излучения

— Хорошая помехоустойчивостьканала связи

Каждый подвижный абонент навремя пользования системой GSM сотовойсвязи по­лучает стандартный модуль подлинности абонента — SIM-карту, которая содер­жит: международныйидентификационный номер абонанта (IMSI),индивиду­альный ключ аутентификации (К/), алгоритм аутентификации (A3). Спомощью этой информации, в результате взаимного обмена данными между подвижнойстанцией и сетью, осуществляется полный цикл аутентификации и разрешаетсядоступ абонента к сети.

SIM-карта (SubscriberIdentificationModule) представляет собой пластиковую смарт-карту с чипом, на которомсодержится информация, которая иденти­фицирует уникального абонента в сотовойсети. Кроме того, Ha SIM-карте находится различная информация, например, записная книжка стеле­фонами (количество зависит от конкретного оператора и карты; обычно это —100 номеров). Без SIM-карты телефон можно использовать толькодля экст­ренных звонков — таких, как вызов милиции и скорой помощи. Размеры кар­ты25x15 мм, толщина 1 мм. Карта программируется сотовым оператором и име­ет свойномер, который для пользователя не представляет почти никакого интереса. Важнытолько те коды, которые даются с SIM-картой:PIN-код и PUK-код.

PIN-код (PersonalIdentityNumber) — персональный идентификационный номер. После того как SIM-карта вставлена в телефон и включенопитание, на дисплее любого телефона появится сообщение: «Введите пин—код».После этого у пользователя есть три попытки для правильного вводаидентификационного номера. Если этот номер не введен с трех попыток, то SIM-карта телефона будет заблокирована.Разблокировать SIM-карту можно, лишь зная PUK-код. PIN-код рекомендуется выучитьнаизусть!

PUK-код (PersonalUnlockKey) —персональный ключ разблокировки. При бло­кировке SIM-карты телефона ее можно разблокировать только вводом PUK-кода, на это у пользователя есть десятьпопыток, после чего, если код все время вво­дился неправильно, SIM-карта блокируется полностью. Чтобыразблокировать ее после этого, придется обратиться к оператору сотовой сети.

Процедура проверки подлинностиабонента реализуется следующим образом. Сеть передает на подвижную станциюнекоторое случайное число (RAND). Ваппаратуре сотового радиотелефона с помощью индивидуального ключа К/и алгоритмаA3 производится преобразование полученного числа (пу­тем математическихвычислений) и вычисляется результат (SRES), т.е. новое число. Это число подвижная станция посылает обратно в сеть, котораясравни­вает его с числом, определенным непосредственно сетью. Если оба числасовпа­дают — то подвижная станция получает доступ к сети. В противном случаесвязь прерывается, и индикатор подвижной станции показывает, что идентификация(опознавание абонента) не состоялось. Для обеспечения секретности вычисле­ниеотклика происходит скрытно (SIM-картой).

Центр управления и обслуживания(ОМС) обеспечивает распределение функ­ций и организацию взаимодействия междуцентром коммуникации (MSC) и под­системойбазовых станций (BSS). Его функции совпадают с функциямицентра управления и обслуживания в обычных сетях связи. Различие заключаетсялишь в том, что в сетях стандарта GSM центрОМС обеспечивает управление работой радио-подсистемы.

Характеристики стандарта GSM, принятая функциональная схема сетейсвязи и совокупность интерфейсов обеспечивают высокое качество связи, совмести­мостьс существующими и перспективными информационными сетями и пре­доставлениеабонентам широкого спектра услуг.

В результате анализаразличных вариантов построения цифровых сотовых сис­тем подвижной связи встандарте GSM принят многостанционный доступ с вре­меннымразделением каналов — TDMA (TimeDivisionMultipleAccess).

В общем виде процесс передачисигнала выглядит следующим образом. Снача­ла осуществляется преобразованиеаналогового речевого сигнала в цифровую последовательность, котораяподвергается шифрованию и кодированию, что необходимо для защиты информации отошибок в процессе передачи и приема. Для этого используются:

— Блочное кодирование — для быстрогообнаружения ошибок при приеме

— Сверточное кодирование — для исправленияодиночных ошибок

— Перемежение — для преобразования пакетовошибок в одиночные ошибки

3Функциональные возможности сотовых телефонов

3.1 Технология доступа WAP

В середине 1997 года компанииMotorola, Nokia, Ericsson и Phone.com объеди­нили свои усилия для разработки ивнедрения технологий доступа WAP, пыта­ясьсоздать средства доставки информации из Internet на мобильные устройства. Что удивительно, это им удалось! WAP (WirelessApplicationProtocol)— протокол беспроводныхприложений — яв­ляется одной из наиболее обсуждаемых технологий в миремобильной связи, поскольку эта технология является первым практическим шагом напути объе­динения сотовой связи и глобальных компьютерных сетей, первойпопыткой создать открытый стандарт для беспроводной передачи данных внезависимос­ти от поставщика как телефона, так и услуг и способа связи.

WAP предназначен для беспроводного (черезсотовый телефон) доступа, как правило, к специальным WAP-сайтам в Internet. Прощеговоря, WAP — это стан­дартизованный способ связимобильного радиотелефона и сервера. Все компа­нии, трудящиеся в сфереинформационных технологий, в обязательном поряд­ке создали WAP-отделы в силу следующих веских причин:

— WAP обеспечивает связь Internet имобильных сетей, двух самых быстрорас­тущих отраслей связи во всем мире;

— основателями WAP являются крупнейшие поставщики мобильныхустройств (такие, как Nokia, Ericsson и Motorola);

— в WAP-форум входят более 120 компаний-участников;

— все предшествующие попыткисоздания мобильных информационных сис­тем не увенчались успехом, у технологии WAP есть реальная возможность исправить этуситуацию.

В отличие от иных способовдоступа, когда сотовый телефон является лишь по­средником между компьютеромтого или иного поколения, данный протокол разрабатывался прежде всего длядоступа с самого мобильного телефона посред­ством встроенного (в программноеобеспечение телефона или SIM-карту) броу­зера(browser).

Особенность данного стандартав его открытости и в том, что он учитывает (в от­личие от традиционныхпротоколов типа HTTP) особенности устройства сото­выхтелефонов и PDA, а также беспроводного доступа, то есть:

— малый объем памятиустройства;

— малый размер экрана дисплеятелефона, а также ограниченность его клави­атуры;

— низкую скорость процессора;

— низкую пропускнуюспособность канала связи;

— возможные большие паузы.

По большому счету, работасотового WAP-телефона в Internet принципиально ничем не отличается от работы простогоброузера с простым сервером, лишь дополнительно к стандартной связи по ТСP/IP-протоколудобавляется марш­рутизатор WAP-Gateway, задачей которого является переводзапросов WAP-те­лефона в стандартную HTTP-форму.

К сожалению, технология WAP имеет и ряд недостатков:

— очень непросто настроить WAP-телефон: необходимо сконфигурироватьоколо 20 параметров для того, чтобы были доступны все WAP-услуги;

— пока этот протоколподдерживает очень небольшое количество мобильных аппаратов;

— WAP не оптимизирован для работы с предыдущими надстройками GSM (та­кими, как, например, SMS);

— сам стандарт еще неполностью завершен;

— на данный момент существуеточень небольшое количество WAP-ресурсов, вособенности на русском языке;

LJ пока использование WAP очень дорого: без специального изменениятари­фов для использования WAP размероплаты за эту услугу может очень не­приятно удивлять пользователей. О   скорость передачи информации явнонедостаточна.

Для того чтобывоспользоваться WAP, необходимо заказать у оператора услугупередачи данных и соответствующим образом настроить телефон. При этом выплатите за время занятия линии, а соединение происходит на скорости не боль­ше9,6 Кбит/с, что ограничивает возможности мобильного Internet. WAP про­информируетвас о расписании самолетов и поездов, пробках на дорогах, курсах валют, погоде,сообщит последние новости бизнеса, политики, культуры, спорта и даже программутелепередач центральных и спутниковых каналов. Такие све­дения есть на серверахоператоров сотовой связи и на серверах крупных Internet-порталов.

Интернет-информация на экране дисплеямобильного телефона чем-то напо­минает телетекст на экране миниатюрноготелевизора, однако возможность вво­дить информацию (заполнять простые текстовыеформы) заметно расширяет сферу его применения.

Размер экрана мобильноготелефона значительно меньше стандартного 15-дюй­мового экрана монитора, поэтомуобычная HTML-страница, как это ни печаль­но, непомещается на нем. Для того чтобы прочесть текст (графику WAP-телефон не отображает), придетсяпрокручивать страницу, например, на 15 экранов влево, что очень неудобно.Существуют, правда в небольшом количестве, специальные страницы дляпользователей WAP-терминалов, написанные на языке WML (WAP MarkupLanguage). Этот специальный язык разметки страниц для беспроводных устройствпредставляет собой специализированный тип документа XML.

К сожалению, язык WML полностью не решает проблему. Страницадокумента для четырех строчного экрана, например, должна быть написана иначе,чем для трехстрочного, поэтому разработчикам WAP-страниц приходится оптимизиро­вать их под различные типы сотовыхтелефонов.

Почти все разработчики WML) сталкиваются с одной и той же проблемой:до­вольно серьезные различия броузеров WAR, встроенных в различные модели мобильных телефонов. Некоторые изэтих различий могут даже создать ситуа­цию, когда выбранная страницаотображается какой-то конкретной моделью телефона, хотя другие модели позволяютэто сделать.

Не решена окончательно и проблемауниверсальной русификации. На многих русских сайтах зачастую используетсятранслитерационное отображение текста (русские слова — латинскими буквами).

Наиболее полезны и удобныуслуги WAP, связанные с доступом к электроннойпочте. Благодаря им можно в любой момент просмотреть свежую корреспон­денцию надисплее сотового телефона. В последнее время такая услуга появилась укрупнейших бесплатных почтовых серверов. Наряду с электронной почтой сер­вер wap.beep.ru предлагает виртуальный ежедневник, вкотором вы можете спла­нировать свой день, а затем получить соответствующиенапоминания.

Так кому же WAP все-таки нужен? Ответ прост: тем, комунеобходима краткая, но исчерпывающая текстовая информация — котировки ценныхбумаг, банков­ские услуги и так далее. Среди интересных находок использования WAP можно отметить парижскую компанию,создавшую www.webraska.com, сайт, отслежи­вающий информацию осостоянии парижских улиц: черным цветом обозначают­ся пробки, серым — зонызамедленного движения, белым — свободные участки.

Что же дальше? Скорее всего,технологии WAP не удастся совершить масштаб­ный прорыв:слишком мало WAP-телефонов, слишком мало WAP-ресурсов, слишком мало удобств припользовании WAP-Internetи, наконец, слишком мало пользователей, реально нуждающихся в WAP-услугах.

Один из основных недостатков WAP — низкая скорость передачи информации(9,6 Кбит/с) — может быть устранен при передаче мультимедийной информа­ции припомощи стандарта

Стандарт GPRS (GeneralPacketRadioService) позволяет увеличить эту скорость до 115,2Кбит/с и более. Система GPRSобеспечивает мобильных пользователей высокой скоростью передачи данных иоптимально приспособлена для преры­вистого трафика, характерного для сетейИнтернет/ Интернет. Она обеспечива­ет пакетную коммутацию на всем протяженииканала связи, существенно опти­мизируя услуги передачи данных в сетях стандартаGSM, обеспечивает практически мгновенноеустановление соединения, использует сетевые ресур­сы и занимает участокчастотного диапазона только в моменты фактической пе­редачи данных, чтогарантирует чрезвычайно эффективное использование дос­тупной полосы частот ипозволяет делить один радиоканал между несколькими пользователями. Системаподдерживает все самые распространенные протоко­лы передачи данных в сети, вчастности Internet-протокол IP, что позволяет або­нентам сети подключаться к любому источникуинформации в мире.

В настоящий момент даннаятехнология активно развивается, многие коммер­ческие варианты системпланируется запустить в течение 2001 года. Операторы сотовой связи указывают,что деньги при передаче данных будут браться за объем переданных данных, а неза время пользования сетью. Такой метод тарифика­ции позволит резко увеличитьпривлекательность WAP и иных услуг подобного рода. Этотстандарт предоставит потребителям «бесшовное» соединение, напри­мер черезинтерфейсы TCP/IP или Х.25, с существующими системами передачи данных, чтопозволит обеспечить поддержку самых разнообразных приложений: отнизкоскоростной системы обмена сообщениями до работы с высокоскорост­нойкорпоративной ЛВС. Система GPRS реализуетсяпутем простого добавле­ния новых узлов пакетной обработки данных и модернизациисуществующих для обеспечения маршрутизации пакетов данных от мобильноготерминала до шлюзового узла. Шлюзовой узел обеспечит обмен с внешней сетьюпакетной передачи данных для реализации доступа к сетям Интернет/ Интернет,напри­мер, к базам данных.

Кроме того, GPRS позволит реализовать услугу многоточечнойпередачи (мультивещания); в данный момент ее нельзя осуществить на базесуществующей системы передачи данных в сетях GSM по коммутируемому каналу. Многото­чечную передачу можно будетосуществить между провайдером телекоммуни­кационных услуг фиксированной сети игруппой мобильных абонентов с тер­миналами GPRS.

На данный момент доступно всего несколько GPRS-аппаратов, однако массо­вое появлениетаких устройств ожидается к осени 2001 года, так как большин­ство из них ужеанонсировано.

3.2 Служба коротких сообщений SMS

Служба коротких сообщений SMS (ShortMessageService) представляет собой тех­нологию, котораяпозволяет принимать и, если это позволяет ваш радиотеле­фон, отправлятькороткие текстовые сообщения. Последнее верно для всех мо­делей современныхаппаратов. Кроме этого данный сервис используется некоторыми дополнительнымислужбами для оповещений. Например, при на­личии в голосовом почтовом ящикесообщения соответствующая служба отпра­вит вам об этом короткое сообщение. Спомощью SMS можно вести своеобраз­ную переписку,получая текстовые сообщения, напоминающие пейджерные. Можно отправить сообщениена выключенный или находящийся вне зоны об­служивания телефон. Как только вашадресат выйдет на связь, он получит ваше сообщение.

Кроме того, можно отправитьсообщение абоненту, который в данный момент занят разговором, посколькусообщение идет не по основному разговорному каналу, а по служебным сигнальнымканалам.

С помощью услуги оподтверждении доставки SMS-сообщенияможно опреде­лить момент выхода абонента на связь. Подписавшись на рассылкикурсов ва­лют, погоды и т. д. (аналогично пейджеру), можно получать самуюсвежую ин­формацию.

Существует и расширенныйвариант этого сервиса, — SmartMessaging,кото­рый позволяет крометекстов передавать мелодии звонков, логотипы, визитные карточки и т. д. Но этотвариант поддерживают далеко не все телефоны.

Популярность SMS очень быстро растет во всем мире.Практически происходит смещение акцента с голосовой связи в сторону визуальной.Как принято сегод­ня большую часть информации передавать (получать) поэлектронной почте, только изредка связываясь с партнером с помощью телефона,так и SMS-сооб­щения постепенно вытесняют обычныеразговоры по мобильному телефону.

Одно из самых главныхдостоинств SMS — фиксированная цена одного сооб­щения.Чаще всего, в российских условиях, оплачивается только отправка SMS-сообщения (порядка 0,06-0,10 у.е.) и неоплачивается их прием. В отличие от WAP-услуг,абоненту не нужно тратить время и деньги на подключение к Internet и запросы. Пользователю очень легкооценить свои расходы. Эта очень простая модель оплаты мобильной связипривлекательна для людей с ограниченными средствами, причем это характерно нетолько для России.

Конечно, этот сервис ещедалек от совершенства. В памяти телефона можно хра­нить не более десяткасообщений, да и длина сообщений невелика. Но и досто­инств у мобильноготелефона, используемого в качестве двухстороннего пейд­жера, значительнобольше.

Технические возможности этогосервиса позволяют передавать сообщения дли­ной до 160 знаков. При использованиикириллицы максимальная длина SMS-сообщениясокращается до 80 знаков, а то и больше. Для приема/передачи со­общений,написанных кириллицей, эта функция должна поддерживаться SMS-центром, SIM-картой и самим телефоном.

Внутренний формат SMS-сообщения выглядит так: 1 байт заголовка— содержит тип сообщения, 7 байтов отводятся «временной отметке SMS-центра», в фор­мате YYMMDDHHMMSSZZ, до 12 байтов используется под адресисточника сообщения, 1 байт — для идентификатора протокола, 1 байт — для схемыкоди­рования данных, 1 байт указывает длину пользовательской области данных идо140 байтов — собственно сообщение.

Все принятые сообщенияхранятся на SIM-карте телефона. Существует и воз­можностьсохранения отправленных сообщений. Но важно знать, что емкость SIM-карты позволяет хранить только 10сообщений, а также то, что невозмож­но принятие нового сообщения, если занятывсе 10 ячеек памяти. Сообщение можно послать с телефона, с помощью e-mail или через Internet-шлюз.

При использовании SMS возможен роуминг. Если вы находитесь внедомашней сети, то отправка сообщения обойдется в сумму, которую требует местныйопе­ратор за эту услугу. Адрес центра передачи сообщений не меняется. Важно по­мнить,что если вы пользуетесь SMS за рубежом,то для этого нужен активизи­рованный международный доступ. Следует отметить,что не все роуминговые партнеры в России и ближнем зарубежье поддерживают этотсервис.

У каждого времени есть своикумиры. Сегодня так называемый SMS-бум наби­раетобороты. По результатам социологических исследований, во всем мире еже­месячноотправляется до 15 млрд. SMS-сообщений,что на порядок больше, чем год назад. А по прогнозам, к концу следующего годаих количество возрастет до 100 млрд. Если смотреть только на цифры, создаетсявесьма радужная картина. Однако не все в этой области хорошо.

Техническая революция следуетза технической революцией, а длина SMS-со­общенийпо-прежнему не превышает 160 знаков. А современные пользователи,спровоцировавшие этот самый SMS-бум, жаждутпродолжения. Ведь в совре­менном обществе предпочтение отдается скорее образам,чем словам, а переда­вать «картинку» технология SMS не позволяет. И вот сначала заговорили, а за­тем и началивоплощать в жизнь новую концепцию передачи данных — службу передачимультимедийной информации MMS (MultimediaMessageService).

MMS призвана вывести SMS на совершенно новый качественный уровень, бла­годарямногочисленным возможностям. Посредством MMS пользователь мо­жет передавать и получать не только текстовыесообщения, но и графику, аудио и видео файлы. Как предполагают разработчики,наибольший интерес вызовет возможность передавать видеоизображения.Согласитесь, довольно приятно, на­пример, получить ко дню рождения видео отлюбимой девушки. Конечно, не останется без внимания и обычная пересылкафотографий: с какого-нибудь эк­зотического островка, где протекает ваш отпуск,со спортивных состязаний, с презентации и т. п. Иными словами, родственники идрузья смогут практически моментально показывать друг другу счастливые моментысвоей жизни.

К настоящему моменту MMS-приложения разрабатываются такимигигантами, как Nokia и Ericsson. Они обещают, что Центр MMS от Nokia будет доступен для операторов уже втретьем квартале 2001 года, а от Ericsson — вчетвертом кварта­ле. Причем оба этих приложения смогут работать на ужесуществующих GSM и GPRS-сетях, а в дальнейшем — на ЗС-сетях.

Естественно, пока решеныдалеко не все проблемы; так, на некоторых зарубеж­ных сайтах приводятсявысказывания очевидцев, которые наблюдали передачу фотографий ивидеоизображений в сети GPRS. Ониутверждают, что здесь этот процесс протекает хуже, чем на нынешних Web-сайтах: четкость фотографий ос­тавляетжелать лучшего, а во время просмотра видеоизображений их перемеще­ние происходитслишком медленно.

В основе такого «торможения»лежит довольно банальная причина. Передача данных в сетях GPRS может осуществляться на скоростях до 114Кбит/с (в луч­шем случае), а для передачи видеоизображений требуется, покрайней мере, 144 Кбит/с, в идеале же — 384 Кбит/с. Таким образом, сам собойвстает вопрос об использовании ЗG-сетей длякачественного отображения мультимедийной информации. К тому же, хотя MMS позволяет работать с мобильными GSM-и GPRS-телефонами, цифровые камеры производители встраивают лишь в 3G-терминалы. А ведь насколько проще было бы использоватьтолько трубку, чтобы сделать нужную фотографию и тут же отправить ее адресату,нежели сперва «щел­кать» цифровой камерой, а затем пересылать изображения через«мобильник».

Немаловажное значение имеет истоимость услуг. Возможности — возможнос­тями, однако решающую роль дляширокого распространения MMS должна сыгратьименно доступность цен — как на сами услуги, так и на терминалы. Ведьважнейшими составляющими успеха технологии SMS, превзошедшей WAP, были цена испособность работать с любым GSM-телефоном.

Интерес к новой технологииносит и коммерческий характер. Так, аналитики заявляют, что многие операторысотовой связи, не желая мириться с тем, что доходы от использования технологии WAP оказались ниже ожидаемых, а затра­ты на ЗG-лицензии выше, стремятся найти новые источники дохода.Предпола­гается, что этим источником как раз и окажется MMS.

Однако несмотря на то, что MMS обладает гораздо большими возможностями,чем SMS, их удастся реализовать только послетого, как ЗG-терминалы прочно войдут в нашу жизнь. И,как считают специалисты, из четырех основных прило­жений 3G — определение местоположения объекта, мобильная коммерция,игры/развлечения, MMS — наибольший успех ожидает именно MMS.

3.3 Современные дисплеи сотовых телефонов

Индустрия сотовой связи расширяется все возрастающими темпами. При этомсовершенствуютсяне только стандарты передачи информации и образующее инфраструктурумобильных сетей коммуникационное оборудование, но и тех­нологии самихтелефонных аппаратов, которые становятся все удобнее, мини­атюрнее иэффективнее. Немаловажную роль в мобильных телефонах играет дисплей, обычно жидкокристаллический (ЖКД,ЖК-дисплей, LCD).

Южнокорейская корпорация Samsung Electronics создала дисплейнуюпанель для со­товых телефонов, использование которой позволит увеличить время ихработы без подзарядки батарей. Новая ЖК-панель способна отражать свет, за счетчего необхо­димость в подсветке отпадает и обеспечивается экономия электроэнергии.

Диагональ ЖК-панели — два дюйма. Она может отображать до 260 тыс. оттен­ковцвета и имеет разрешение 720x240 пикселей. Производство осуществляется понизкотемпературной поликремниевой технологии, позволяющей разместитьуправляющие электронные схемы на стеклянной части панели, за счет чего до­стигается такаянеобходимая для мобильных телефонов экономия места.

Кроме того,корпорация Samsung Electronics совместно сяпонскими фирмами Toshiba и Optrex разработала микросхемы для дисплеев сотовыхтелефонов следу­ющего поколения. Проект, реализация которого уже началась,предусматривает создание микросхем высокой интеграции, изготавливаемых потехнологии STN (supertwistednematic) цветных ЖК-дисплеевдля мобильных устройств, в частно­сти для сотовых телефонов следующегопоколения. Фирма Optrex предоставит для этого проекта свои разработки в областижидкокристаллических устройств и тех­нологию Multi-Line Addressing с низкимэнергопотреблением, Samsung — техно­логию производства микросхем с высокой степеньюинтеграции, в том числе со встроенной статической памятью (SRAM), Toshiba — общую технологиюпроиз­водствамикросхем управления жидкокристаллическими панелями.

Отсутствие системы подсветки позволяет на одну треть сократитьпотребление устройством электроэнергии, что особенно важно для мобильныхсистем, время работы которых от батарей, как правило, ограничено. Однако если лишитьстан­дартныйдисплей подсветки, то изображение на нем будет видно только при яр­ком дневном светеили при искусственном освещении в офисах и в домах.

Полисиликоновыйдисплей TFT-LCD

Фирма KDDI объявила о том, что выпустила в продажу сотовый телефонС4151Т снизкотемпературным полисиликоновым дисплеем TFT-LCD, который может отображать до 4096оттенков цветов.

Новая технология TFT-LCD является изобретением фирмы Toshiba. Характерис­тики дисплея новоготипа: диагональ 5 см, разрешение 120x160 пикселей, размеры 38,3x57,4x3,5 мм,масса всего 11 г. Для работы в полноцветном режиме дисплей по­требляет 25 мВт, приизображении статического 8-цветного изображения — 1,7 мВт.

ДисплейOLED

Фирма CDT (CambridgeDisplayTechnology) сообщила о своемнамерении заклю­чить партнерское соглашение с английской компанией Opsys для совместной работы надтехнологией OLED (OrganicLightEmittingDiode). Органические све-тодиоды могутиспользоваться в производстве нового типа дисплеев, потребля­ющих значительноменьше энергии, чем получившие широкое распростране­ние ЖКД. Кроме того,дисплеи OLED могут быть тоньше жидкокристаллических. На сегодняшний день OLED-технология уже нашлаприменение в дисплеях со­товых телефонов и других компактных устройств. Фирмы CDT и Opsys собира­ютсятехнологически усовершенствовать процесс создания OLED-дисплеев. При этом они будутзаниматься не массовым производством новых мониторов, а лишь распространениемлицензии на свою технологию.

Надо заметить, что при всех своих достоинствах OLED-дисплеи на данный мо­мент ничуть неугрожают существованию и процветанию ЖК-дисплеев, т. к. для внедрения их вмассовое производство потребуется несколько лет.

Дисплей Vikuiti™

Фирма ЗМ разработала серию новых материалов марки Vikuiti™, улучшающих качество изображенияна дисплеях электронных устройств и экранах проекци­онных телевизоров.Основным элементом технологии Vikuiti™ является поли­акриловая пленка,включающая множество стеклянных шариков размером около 100 микрон.Стеклянные шарики-линзы (на квадратный сантиметр их прихо­дится более 3500)отлично передают изображение с внутренней поверхности экрана на внешнюю,практически не пропуская свет в обратном направлении и снижая до минимумавозможные искажения.

Такая пленка, нанесенная на дисплеи мобильных устройств — сотовыхтелефо­нов,карманных компьютеров, ноутбуков и т. д., — делает изображение ярче и контрастнее. Нажидкокристаллических дисплеях пленка устраняет световые блики и даетвозможность изменять угол видимости изображения.

4Служба безопасности

4.2 Защита и безопасность информации

В рассматриваемом стандарте под безопасностью понимается исключение не­санкционированногоиспользования системы и обеспечение секретности пере­говоров абонентов. Длявыполнения этих требований в стандарте GSM преду­смотрены:

— Аутентификация

— Секретностьпередачи данных

— Секретностьабонента

— Секретностьнаправления вызова

Защитасигналов управления и данных пользователя осуществляется только [при передаче по радиоканалу. В стандартеиспользуется алгоритм шифрова­ния с открытым ключом RSA (первые буквыфамилий авторов Rivest, Shamir, Adleman), который обеспечивает высокуюстепень безопасности передачи ре­чевых сообщений.

Для исключения несанкционированного использования ресурсов системысвязи встандарт введены и определены механизмы аутентификации — удостоверения личности абонента.Как уже отмечалось, каждый абонент на время пользования системой получает стандартныймодуль подлинности абонента — SIM-карту, ко­торая содержит:

— Международныйидентификационный номер подвижного абонента IMSI

— Свой индивидуальныйключ аутентификации Ki

— Алгоритмаутентификации A3.

Для обеспечения секретности передаваемой по радиоканалу информации ее за­шифровывают.Алгоритм формирования ключей шифрования А8 хранится в SIM-карте. Одновременнос вычислением отклика SRES аппаратура подвижной стан­ции определяет и ключшифрования kc. Этот ключ непередается по радиоканалу, а вычисляется сетью и абонентским терминалом одновременно(рис. 2.48).

Вместе со случайным числом, подвижной станции посылается числовая после­довательность,содержащая ключ шифрования. Это число связано с действи­тельным значением kc и позволяет избежатьформирования неправильного клю­ча. Число хранится в подвижной станции и содержится вкаждом первом сообщении, передаваемом в сеть.

Дляустановки режима шифрования сеть передает подвижной станции команду CMC (CipheringModeCommand), после принятиякоторой станция, используя имеющийся у нее ключ, приступает к шифрованию идешифрованию сообщений. Поток передаваемых данных шифруют бит за битом поточным шифром, используя алгоритмшифрования А5 и ключ Кс.

Дляисключения выявления абонента путем перехвата сообщений, передавае­мых порадиоканалу, каждому абоненту системы сотовой связи присваивается временныймеждународный идентификационный номер пользователя — TMSI (TimeMobileSubsriberIdentity), который действителентолько в пределах зоны обслуживания с идентификационным номером LAI (LocationAreaIdentification). В другой зоне обслуживания абонентуприсваивается новый TMSI. Если под­вижная станция переходит в новую зону обслуживания, то ее TMSI должен пе­редаваться вместе с LAI той зоны, в которойTMSI был присвоен абоненту. При выполнении процедуры корректировкиместоположения по каналам уп­равления осуществляется двухсторонний обмен междуподвижной станцией MS и базовой станцией BTS служебнымисообщениями, содержащими временные номера пользователей TMSI. В этом случае врадиоканале необходимо обеспе­чить секретность смены TMSI и их принадлежностьконкретному абоненту. Про­цедура корректировки местоположения наглядно представленана рис. 2.50

Рассмотримслучай корректировки местоположения в момент эстафетной пере­дачи. В этомслучае подвижная станция уже зарегистрирована в регистре пере­мещения VLR с временным номером TMSI, соответствующим TMSI прежней зоны обслуживания.При входе абонента в новую зону осуществляется процеду­ра опознавания,которая проводится по старому, зашифрованному в радиокана­ле TMSI, передаваемомуодновременно с номером LAI зоны обслуживания. Последний даетинформацию центру коммутации и центру управления о на­правлении перемещенияподвижной станции и позволяет запросить прежнюю зону расположения о статусе абонентаи его данные, исключив обмен этими слу­жебными сообщениями по радиоканаламуправления. При этом по каналу свя­зи сообщение передается как зашифрованныйинформационный текст с пре­рыванием сообщения в процессе эстафетной передачи на100—150 мс.

5 Оплата услуг.Тарифы планы «Где дешевле?»

При оплате услуг сотовой связи обычноиспользуются три схемы оплаты:

— Кредитная

— Авансовая

— С предоплатой.

При кредитной схеме абонент может в течение месяцабесплатно пользоваться услугами сотовой связи. А по его окончании он получаетсчет на все оказанные ему услуги, куда включаются: абонентская плата,тарифицируемое время, по­сылка 5М5 и все прочие удовольствия, которыми онпользовался в течение это­го месяца. На оплату этого счета ему дается от двухнедель до месяца.

В зависимости от правил, установленных конкретнымоператором, оплата счета может производиться наличными деньгами, банковскимпереводом или через платежную банковскую карточку. Можно дать распоряжение наоплату счета и через Internet.

Используякредитную схему оплаты, абонент фактически получает фору на 1 — 1,5 месяца пооплате услуг сотовой связи. Но у такой схемы есть и один суще­ственныйнедостаток — можно переоценить свои финансовые возможности.

Естественно, что кредитная схема вызывает желаниеобмануть оператора, просто не заплатив по счету. Так иногда и случается. Чтобыуменьшить собственный риск, операторы предусмотрели гарантийный взнос — залог,который пользователь вно­сит в момент заключения договора. Обычно это не оченьбольшая сумма: в 30— 80 долларов. Депозит возвращается абоненту в случаерасторжения договора.

При авансовой системе оплаты абонент вносит некоторуюсумму заранее (аван­сом) и оплата производится из этой суммы. Абонентразговаривает, а его денеж­ки в режиме реального времени списываются с егоавансового счета. Как только аванс исчерпан — связь прерывается. Кстати, этоодин из существенных недо­статков данной схемы: даже чрезвычайно важныйразговор может быть прерван на полуслове. При кредитной схеме оплаты такиенеприятности исключены.

Есть вариант этой схемы, при котором на балансеабонента должна оставаться некоторая сумма, называемая неснижаемым остатком(своего рода аналог депо­зита кредитной схемы). При достижении этого пределапредоставление услуг прекращается, и возобновляется только после пополненияаванса.

Обычно абонент может в любое время уточнить, каковавеличина остатка на его балансе, чтобы иметь возможность заблаговременно егопополнить. Иногда опе­ратор предупреждает абонента о скором исчерпании средств(например, рассы­лает SMS соответствующего содержания).

Пополнениебаланса, как и при кредитной схеме оплаты, может производиться различнымиспособами, определяемыми оператором. А вот выставляемые абоненту счета приавансовой схеме оплачивать не нужно: они предназначены про­сто для информации.

Схема с предоплатой сходна с авансовой. Оплата услугтакже производится заранее, но посредством телефонной карты: пластиковой иликартонной карточки стандартного размера, на которой указан ее номинал (вдолларах, в рублях или в минутах трафика) и нанесен секретный код (ряд цифр,скрытых под непрозрачным защитным слоем). Существенное достоинство этой схемыоплаты заключается в отсутствии обяза­тельной абонентской платы. Картапокупается заранее и активируется в нужный момент. Кстати, активироватькарточку можно в любой день и в любое время су­ток — от режима работы банков иофисов оператора абонент при этом не зависит.

Активация телефонной карточки — это процедуразачисления ее стоимости карты на виртуальный счет. Технически это происходиттак, как если бы потребитель подключался к Интернету. Защитный слой на полесекретного кода карты сти­рается, затем набирается определенный номер телефона,после чего набирают­ся все цифры секретного кода. Эта процедура обычно интерактивна:она сопро­вождается подсказками со стороны автоответчика системы и завершаетсяподтверждением пополнения баланса. В счет вновь перечисленных денег мож­носразу же звонить. Телефонную карту иногда называют скретч-картой.

В схеме с предоплатой есть несколько особенностейилидочнее, — недостатков. Существует срок годности карты. Новая телефоннаякарта должна быть активи­рована в течение определенного срока. Обычно этот срокдостаточно велик (пол­года или год), тем не менее запастись картами на всю жизньневозможно, их приходится покупать по мере необходимости (с небольшим запасом).

В течение определенного времени со дня активации карты(периода действия карты) сумма, перечисленная на виртуальный счет абонента,должна быть из­расходована. Этот временной интервал уже значительно меньшепервого — по­рядка месяца или нескольких месяцев, в зависимости от номиналакарты. По окончании времени действия карты телефонный номер блокируется, анеисполь­зованный остаток денег на счете может быть аннулирован (если этопредусмот­рено правилами данного оператора). Но если новая карта активируетсядо окон­чания срока действия предыдущей, то перечисляемая сумма денегдобавляется к остатку на счете, а время действия соответственно продлевается.Состояние своего счета абонент может проверить в любое время. Никаких счетовабоненту не выставляется.

6 Аксессуары длясотовых телефонов

         6.1 Системы handsfree

Системы hands free(свободные руки) позволяют разговаривать по мобильному телефону непритрагиваясь к нему. Портативные системы hands freeобычно состоят из разъема для подключения к телефону, микрофона и наушникаспеци­альной формы. Освобождая руки, гарнитура повышает безопасность (особеннопри движении), оставляя конфиденциальными разговоры. Во многих странах мира(включая Россию) использование сотового телефона в движущемся авто­мобилеразрешено только при условии наличия подобных устройств. Автомо­бильные системыосвобождают руки при разговоре, обеспечивают питание и за­ряд батареи;дуплексная версия к тому же обладает возможностью эхо и шумоподавления. Офисныесистемы также освобождают руки, позволяют од­новременно говорить и заряжатьтелефон.

Приобретая систему hands free,следует помнить, что отдельные модели телефо­нов и комплектов hands freeнесовместимы. Использование систем, не вошед­ших в список рекомендованныхпроизводителем телефонов, может привести к выходу последних из строя.

При покупке hands freeпридется делать выбор между системами с дуплексными и полудуплексными типамипередачи. Система дуплексного типа обеспечивает одновременную двухстороннююпередачу голоса, иными словами, собеседники смогут говорить и слышать другдруга одновременно. С помощью системы по­лудуплексного типа возможна толькоодносторонняя громкая связь. Кроме того, дуплексный hands free,построенный на основе цифровой обработки голоса, по­может избавиться от эха вовремя разговора, когда водитель слышит собствен­ный голос из динамика.

Существует несколько типов конструкцийсистем hands free.

Простейший и самый дешевыйкомплект состоит из наушника и микрофона, соединенных единым проводом (рис.2.24). Он предельно прост в обращении. Для применения системы необходимо лишьвоткнуть штекер микрофона в мо­бильный телефон и вставить наушник в ухо.Питание системы осуществляется от батареи телефона. Преимуществом такой системыявляется то, что она не тре­бует установки в автомобиле, ее можно переносить изавтомобиля в автомобиль, пользоваться ей вне машины. Однако придетсяпридумывать способ крепления для каждого варианта одежды, чтобы микрофоннаходился на нужном расстоя­нии от губ. К недостаткам можно отнести наличиепровода и, как правило, не надетые

наушники. Минусом также является не направленностьмикрофона, вследствие чего разговор сопровождают посторонние окружающие шумы.

Современную систему hands free сголосовым набором представляет на россий­ском рынке британская компания Wester Connect Co. Данная система полнос­тьюрусифицирована. В комплект системы входят (рис. 2.25) — активный дер­жатель,имеющий выход на внешнюю антенну, внешний динамик, клавиша «Смарт» (которую дляудобства можно ставить на любой поверхности панели приборов или рулевойколонки), выносной микрофон и само устройство.

Основным преимуществомустройства является то, что благодаря использова­нию цифрового преобразователядля оцифровки звука достигнуто очень высо­кое качество звучания, а дуплекснаясистема позволяет в ходе связи говорить и слушать одновременно.

Существуют модели, у которыхмикрофон находится не на том проводе, кото­рый идет к телефону, а на тонком, ножестком проводе, крепящемся прямо к на­ушнику. В таком случае микрофон всегдарасполагается в нужном месте и мож­но делать его направленным. Подобную модельне могут использовать мотоциклисты, потому что гарнитура не помещается подшлем.

Есть даже беспроводныегарнитуры скрытого ношения (). Одна часть подклю­чается к телефону, от которогоидет проводок, заканчивающийся петлей на шее, выполняющей функцию антенны длякрайне маломощного передатчика, спря­танного в ухе. Передатчик этот встроен внаушник. Сейчас такие системы вы­полняют на базе технологии Bluetooth. Пример беспроводной гарнитуры дляведения телефонных разговоров представлен на рис. 2.26.

В большинстве моделейтелефонных аппаратов при подключении системы hands freeделается возможной функция автоматического ответа на входящий звонок: телефонсам «поднимает трубку», а когда собеседник кладет трубку, телефон авто­матическиотключается.

Существуют варианты систем,рассчитанные на использование прикуривате­ля. Самая простая из них состоит изтрубки и шнура питания. Для начала ра­боты необходимо лишь воткнуть штекер вгнездо прикуривателя. Эта система легко переносится из одного автомобиля вдругой, она помещается даже в кар­мане пальто или пиджака. Работает как сцифровыми, так и с аналоговыми телефонами. Используется при необходимости иметьтелефонную связь в ав­томобиле, а также когда не хочется тратить время наустановку требуемого обо­рудования.

Другой вариант систем, подключаемых вгнездо прикуривателя, — портативный автокомплект. Он состоит из выносногомикрофона, динамика, держателя теле­фонного аппарата, коммуникационного блока исоединительного кабеля. Осво­бождает не только руки, но и уши. Аппаратура нетребует профессиональных на­выков при установке, а также позволяет выбиратьместа расположения микрофона и динамика. Она же обеспечивает питание и зарядбатареи телефона во время дви­жения автомобиля. Система снабжена системой эхо-и шумоподавления, предус­матривает возможность использования внешней выноснойантенны. Все это по­зволяет иметь в автомобиле качественную и удобную системусвязи без нарушения целостности салона автомобиля. Основное преимущество такихсистем в том, что они являются универсальными, подходящими для любого типателефона, однако держатель плохо зажимает малогабаритные модели телефонов.

Стационарный автокомплектсостоит из микрофона, держателя телефонно­го аппарата, коммуникационного блока,соединительных кабелей и, при не­обходимости, динамика. Обеспечивает связь,соответствующую высшим меж­дународным стандартам. Комплект сложен и требуетпрофессиональной установки, поскольку подключается непосредственно кэлектрическим и элек­тронным устройствам автомобиля, оставляя гнездоприкуривателя свободным. Работает стационарный автокомплект через динамикиаудиосистемы автомо­биля, автоматически понижая уровень звучания автомагнитолыво время те­лефонного звонка. Для ведения конфиденциальных разговоровнеобходимо подключение трубки. В комплекте используются цифровойпреобразователь звука и система эхо- и шумоподавления, значительно повышающиекачество приема-передачи сигнала. Питание и заряд батареи телефона производятсяво время движения автомобиля.

В некоторых моделях hands freeбезопасность вождения дополнительно обеспе­чивается возможностью голосовогонабора заранее запрограммированных теле­фонных номеров. Но, установив такойкомплект, ее владелец оказывается при­вязанным к определенной модели сотовыхтелефонов. При замене автомобиля систему hands free придется устанавливать заново.Большинство комплектов имеет выход на наружную антенну, которая обеспечиваетболее устойчивую связь и увеличивает дальность приема. Сама антенна обычно невходит в комплект поставки handsfree.

С hands freeсистемой может использоваться выносная трубка для конфиден­циальных разговоров,с помощью которой можно разговаривать, не выни­мая телефон из держателя и непрерывая заряд батареи. Удобен и дополни­тельный виброзвонок при использованиимоделей, не имеющих собственного вибровызова.

6.2 Источники питания

         Все приведенные выше выкладки верны для новойправильно заряженной бата­реи. А если она уже не новая? Если она заряженанеправильно? Что делать? По­стараемся разобраться, как устроена аккумуляторнаябатарея мобильного теле­фона, каковы ее основные характеристики и правилаиспользования.

Аккумуляторные батареи, применяемые всовременных сотовых телефонах, мож­но разделить на следующие типы:

— Никель-кадмиевые — NiCd (NickelCadmium)

— Никель-металлгидридные — NiMH (NickelMetal-Hydride)

— Литий-ионные — Li-ion (LithiumIon)

— Литий-полимерные — Li-pol (LithiumPolymer)

Никель-кадмиевые батареи — самыераспространенные и дешевые. Это — на­стоящий ветеран на рынке мобильныхустройств связи. Отлаженная технология и надежная работа обеспечили им широкоеприменение для питания портатив­ной техники и оборудования К основнымдостоинствам никель-кадмиевых ба­тарей относятся:

— Превосходнаяработоспособность в широком диапазоне температур окружаю­щей среды, в том числевозможность заряда при отрицательных температурах

— Способность отдавать внагрузку большой ток

— Длительный срок службы —свыше тысячи циклов заряда/разряда при пра­вильной эксплуатации и обслуживании

— Низкая чувствительность кнеправильной эксплуатации

— Легкое восстановление припонижении емкости и после длительного хранения

— Низкая цена

В NiCd аккумуляторных батареях рабочее вещество находится в виде мелкихкри­сталлов, что обеспечивает максимальную площадь их соприкосновения сэлектролитом. При неблагоприятных условиях эксплуатации кристаллы укруп­няютсядо размеров, в 150 раз превосходящих первоначальные, что приводит к рез­комууменьшению площади активной поверхности. Как следствие, снижается напряжение иуменьшается емкость. А в некоторых случаях острые грани крис­таллов дажепрокалывают сепаратор, вызывая быстрый саморазряд или корот­кое замыкание.

Среди других недостатков этихаккумуляторных батарей можно отметить: необ­ходимость периодической полнойразрядки для сохранения эксплуатационных свойств (устранения эффекта памяти),быстрый саморазряд (до 10% в течение первых 24-х часов), относительно маленькаяплотность энергии (отношение емкости к габаритам и массе) и большие габариты(по сравнению с аккумуля­торными батареями других типов). К минусам этихбатарей можно отнести и их «недружественность» к окружающей среде, т. к. онисодержат кадмий и требуютспециальной утилизации. Из-забольших габаритов и проблем с утилизацией NiCd эти батареи постепенно покидают рынок сотовых телефонов.

На смену им первыми пришлиникель-металлгидридные батареи, но их шумно разрекламированные преимущества наделене оправдали ожиданий потребите­лей из-за небольшого срока службы. Эта ситуациясейчас начинает выправлять­ся благодаря технологическому прогрессу в ихпроизводстве. Отличительные преимущества сегодняшних NiMH-батарей следующие:

— Их емкость примерно на 30%больше емкости NiCd-батарей при тех же га­баритах

— Они меньше склонны кэффекту памяти, чем NiCd-батареи (периодические циклывосстановления нужно выполнять реже)

— Низкая токсичность (NiMH-технология считается экологически чистой)

К сожалению, NiMH-батареи имеют много недостатков. Посравнению с NiCd-батареями, у них меньший срок службы —около 500 циклов «заряда/разряда», более быстрый саморазряд (в 1,5—2,0 раза) иболее высокая цена.

Потерю заряда вызывает и ихстарение. У изношенной батареи пластины элек­тродов разбухают и начинаютслипаться друг с другом, что приводит к повы­шению тока саморазряда. Укрупнениекристаллических образований в NiCd-батареях наоснове никеля происходит в основном из-за слишком долгого нахождения ее взарядном устройстве и многократного заряда без периодичес­кого полного разряда.Разукрупнить кристаллические образования позволяет проведение такой процедуры,как тренировка, которую достаточно проводить один раз в 30—60 дней.

Литий-ионные батареипостепенно завоевывают позиции на рынке устройств мобильной связи. Этообусловлено такими их преимуществами, как:

— Высокая плотностьэлектрической энергии (по крайней мере вдвое большая, чем у NiCd-батареи того же размера, а значит, ивдвое меньшие габариты при той же емкости)

— Медленный саморазряд(примерно 2—5% в месяц плюс примерно 3% на пи­тание встроенной электроннойсхемы защиты)

— Отсутствие каких-либотребований к обслуживанию, за исключением тре­бования длительного хранения взаряженном состоянии

Но есть и недостатки: батареинекоторых производителей работают только при положительных температурах, всебатареи дороги и подвержены процессу ста­рения, даже если они не используются.Уменьшение емкости наблюдается при­мерно после одного года. После двух летхранения батарея часто становится не­исправной. Поэтому не рекомендуетсяхранить Li-ion-аккумуляторыв течение длительного времени — нужно использовать их, пока они новые.

Li-ion-батареиповреждаются при заряде в «чужих» зарядных устройствах, а так-же при хранении вчрезмерно разряженном состоянии. Уменьшение емкости Li-ion — батарей необратимо, так какиспользуемые в них токсичные материалы рассчитаны на работу только в течениеопределенного времени (к концу срока службы батареи токсичность применяемых в них веществ снижается).

Литий-полимерные батареипоявились на рынке сотовых телефонов и портативных компьютеров совсем недавно,они немного дешевле, чем литий ионные батареи при одинаковой плотности энергии. Выдерживают примерно 150циклов заряда/разряда.

Литий-полимерные батареиизготовливаются в разнообразных пластичных геометрических формах,нетрадиционных для обычных батарей. Они достаточно тонкие по толщине и способны заполнятьлюбое свободное место.

Основными параметрамиаккумуляторной батареи телефона являются:

— Электрическая емкость

— Внутреннее сопротивление

— Напряжение

— Саморазряд

— Срок службы

Электрическая емкостьаккумуляторной батареи состоит из номинальной и ре­альной.

Номинальная электрическаяемкость — это то количество энергии, которым ба­тарея теоретически должнаобладать в заряженном состоянии. Данный параметр аналогичен емкости, например,стакана. Так же как в стандартный граненый стакан можно налить 200 мл воды, таки в батарею можно «закачать» также лишь вполне определенное количество энергии.Но определяется это количество энер­гии не в момент заряда, а при обратномпроцессе, т. е. при разряде батареи по­стоянным током в течение измеряемогопромежутка времени до момента дости­жения заданного порогового напряжения.Измеряется емкость в ампер-часах или миллиампер-часах и обозначается буквой С.Значение номинальной емкости батареи, как правило, зашифровано в ееобозначении.

Реальное значение емкостиновой батареи на момент ввода ее в эксплуатацию колеблется от 80 до 110%номинального значения и зависит: от фирмы-изгото­вителя, условий и срокахранения, а также от технологии ввода в эксплуатацию. Нижний предел (80%)обычно рассматривается как минимально допустимое зна­чение для новой батареи.Теоретически батарея, например, номинальной емко­стью 1000 мА- ч может отдаватьток 1000 мА в течение 1 ч, 100 мА — в течение 10 ч, или 10 мА в течение 100 ч.

Практически же, при высокомтоке разряда номи­нальная емкость не достигается, а при низком токе —превышается.

В процессе эксплуатацииемкость батареи уменьшается. Скорость уменьшения зависит от типа батареи,технологии обслуживания в процессе работы, исполь­зуемых зарядных устройств,условий и длительности эксплуатации.

Внутреннее сопротивлениебатареи определяет ее способность отдавать в нагрузку большой ток. Этазависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внут­реннегосопротивления батарея способна отдать в нагрузку больший пиковый ток (безсущественного уменьшения напряжения на ее выводах), а значит, и большую пиковуюмощность, в то время как высокое значение сопротивления приводит к резкомууменьшению напряжения на выводах батареи при резком увеличении тока нагрузки.Это приводит к тому, что внешне хороший аккумулятор не может полно­стью отдатьзапасенную в нем энергию

в нагрузку.

6.3 Выносные антенны

Антенны в мобильной телефонии занимают особое место. Именно они связы­вают ваш телефонныйаппарат с сотовой системой и обеспечивают соединение. У купленного вамителефона уже есть простая и удобная малогабаритная антен­на. В большинствеслучаев она обеспечивает устойчивую связь. Но бывают си­туации, когда изтелефона нужно «выжать» все, что только возможно.

Некоторые пользователи сотовых телефонов не знают, что даже в пределахзоны обслуживанияпочти каждой базовой станции, независимо от принадлежности к оператору сотовойсвязи (стандарту), бывают участки с негарантированным покрытием. Иногдавстречаются «мертвые зоны», где для потери или восста­новления связидостаточно сделать 2—3 шага в сторону. Количество базовых стан­ций в разных районахгорода полностью эту проблему в отдельно взятом конк­ретном месте нерешает. Это беда не только сотовой связи, но даже и телевидения (обладающего мощнымипередатчиками).

На качество соединения влияет множество факторов: конфигурация антенны, находящиеся в непосредственнойблизости от нее объекты, правильное зазем­ление, угол отклонения от вертикали, длинасоединительного кабеля и т. д. К со­жалению, конструкция современного мобильноготелефона не позволяет исполь­зовать высокоэффективную встроенную антенну, поэтому, длятого чтобы обеспечить качественную связь в местах с недостаточным радиопокрытием,ей необходимапомощь — дополнительная сменная антенна. Она особенно необ­ходима телефону вавтомобиле, так как кузов последнего является своеобраз­ным экраном, препятствующимпрохождению радиосигнала и искажающим его. Практически все типы телефонов допускаютиспользование сменных антенн. Однако успех будет обеспечен лишь тогда, когда антеннаиспользуется правильно.

Сменные антенны имеет смысл применять в том случае, если уровень прини­маемого сигналанастолько мал, что связь становится неустойчивой. В против­ном случае связьможет даже ухудшиться (!!!). Можно выделить несколько ситу­аций, когдацелесообразно применение сменных антенн:

1. Разговор ведется изэкранированного помещения или из автомобиля. Выне­сенная наружуантенна существенно улучшает качество связи. Причем, если за
пределамиавтомобиля (или здания) условия прохождения сигнала хорошие, нет
необходимости применятьантенны с повышенным усилением. Однако нали­чиекабеля между антенной и телефонным аппаратом и в некоторых случаях до­
полнительных разъемов (особеннобесконтактных — емкостных и индуктивных)
приводит к некоторым потерям сигнала.

2.  Между говорящим потелефону и базовой станцией находятся массивные со­
оружения, складки местностиили толстые стены. Сигнал может быть сильно
ослаблен и распространяться негоризонтально.

3.  Разговор ведется набольшом удалении от ближайшей базовой станции — на
краю илиза пределами зоны действия сотовой системы. Сигнал сильно ослаб­
лен, нораспространяется горизонтально. Целесообразно применить антенну с
усилениемне менее 7 дБ, предпочтительно штыревую.

При осуществлении связи со стационарных объектов (квартир, офисов, дач)це­лесообразноиспользовать направленные внешние антенны. Конечно, при этом телефон становитсяменее «мобильным», так как он будет подключен через спе­циальный адаптер кантенному кабелю, но качество связи во многих случаях становится даже выше,чем при движении рядом с базовой станцией.

Сейчас практически вкаждом салоне связи можно купить самые разнообраз­ные автомобильные истационарные антенны. Попробуем разобраться, нужна ли вообщедополнительная внешняя антенна, чем они отличаются друг от дру­га, как выбратьподходящую модель.

Начнем с наиболеечасто встречающегося примера использования мобильного телефона — вдвижущемся автомобиле. В этом случае выносные антенныотводят излучениетелефона от головы, а также увеличивают его чувствительность. Используяавтомобильную антенну, вы улучшаете качество связи, продлеваете срок работы батареителефона и ограждаете себя от электромагнитного излуче­ния. Можно простопоставить магнитную антенну на крышу автомобиля или закрепить ее на боковомстекле.

Почему же связь из автомобиля хуже, чем на открытом месте, и что жеконкрет­но происходит?

Внутри автомобиля работоспособность телефонного аппарата резкопонижается, поскольку в нем сигнал от базовой станции принимается намного хуже, чемснаружи.

Внутри автомобиля излучение от собственной антенны телефона многократноотражается,в результате чего все пассажиры оказываются сидящими как бы внут­ри микроволновойпечи.

Принимая недостаточно сильный сигнал, аппарат получает от базовойстанции командуповысить уровень мощности; следовательно, увеличивается уровень излучения иповышается расход электроэнергии.

Радиосигнал,излучаемый телефоном, может отразиться на работе электронных устройств и системавтомобиля.

Внешняя антенна не только помогает избежать вышеперечисленных неприят­ностей, но иулучшает качество связи. Достигается это в основном благодаря выведению сигналаза пределы автомобиля и более эффективному перераспре­делению диаграммынаправленности антенны.

Haсегодняшний день наибольшее распространение получили коллинеарные и планарныеантенны. У каждой есть свои плюсы и минусы. Так, коллинеарные антенны способныусиливать сигнал вне зависимости оттого, в какой стороне от них расположенабазовая станция, зато планарные располагаются внутри ав­томобиля и, какследствие, более защищены от атмосферных воздействий и любителей чужойсобственности.

Согласно теории распространения электромагнитных волн,для оптимального функционирования в автомобиле антенна должна: равномерноизлучать сигнал во все стороны в горизонтальной плоскости (имеет круговуюдиаграмму направ­ленности), иметь хорошее заземление, находиться как можно вышеи на доста­точной площади заземленной поверхности. При этом, если антеннаштыревая, угол отклонения от вертикали не должен превышать 15°. Из всего этогоследует, что наилучшие показатели (для связи в автомобиле) будут обеспечиватьсяшты­ревой антенной, врезанной в центр крыши.

Обычно автомобильная антенна состоит из двух частей:внешней (штырь и внешняя часть базы) и внутренней (внутренняя часть базы иликоробка связи, к которой подключается кабель). Надежное соединение внешней ивнутренней частей жизненноважно для обеспечения эффективной работы антенны. Выбор места на автомобиле,где будет крепиться антенна, имеет значение не только с точки зрения удобства.Расположение антенны относительно металлического кузова автомобиля влияет на ее характеристики,из-за чего номинальное усиле­ние, указанное в паспорте антенны, может толькоприблизительно соответство­вать реальному. Лучше всего, если антеннаустановлена в сквозное отверстие в крыше автомобиля, поскольку в этом случаеобеспечивается непосредственный контакт всех ее элементов. В этом положении усиление практическисоответ­ствуетноминальному, а диаграмма направленности — круговая. Но если кто-то не хочет сверлить отверстие в крыше,можно воспользоваться другими способа­ми установки: «сквозь стекло», на боковое стекло и набагажник.

Монтаж антенны на бампере существенно искажает ее диаграмму направлен­ности. Антенны сбольшим усилением так крепить не рекомендуется. Располо­жение антенны набагажнике или капоте даст промежуточный результат. При установке «сквозьстекло» антенна чаще всего размещается у верхнего края заднего стеклаавтомобиля. Внешняя часть базы антенны со штырем крепится снаружи, а коробкасвязи — внутри салона. Потери обычно не превышают 0,5-1 дБ. Однако следуетпомнить, что антенна не будет эффективно работать, если стекло, к которомуона прикрепляется, тонированное. Нельзя ставить антенну и поверх проводниковобогревателя. Кроме того, многие автомобили высшего класса имеют стекла сдвойным покрытием и в этом случае устанавливать ан­тенну «сквозь стекло»тоже нельзя.

Временный способустановки антенны на крышу с помощью магнитного основа­ния имеет рядочевидных преимуществ. Антенна может быть установлена в центре крыши, что обеспечиваеткруговую диаграмму направленности и не требует свер­ления отверстия. Однакотакую антенну легко снять, а значит, легко и украсть.

Соединительный кабель от телефонного аппарата к антенне обычновыводится через дверь и может быть легко поврежден. Есть еще один способвременной установки антенны — на боковое стекло. В этом случае кабельпроходит внутри салона, и ук­расть такую антенну сложнее. И хотя диаграмманаправленности отнюдь не идеаль­на, качество связи будет вполне приемлемым.Существуют варианты крепления, позволяющие регулировать положение излучателяантенны по вертикали.

Кабель часто входит в комплект поставки антенны — обычно этонеразъемное соеди­нение. Исходная длина кабеля, как правило, составляет 3 м; при монтажеантенны егообрезают, вследствии чего приходится устанавливать разъем на конце кабеля, об­ращенном к телефону.Эту операцию нужно делать тщательно — неправильно уста­новленный разъемспособен нарушить работу всей системы. Соединение кабеля с телефоном бываетпрямым и опосредованным — через устройство громкой связи.

В первом случае кабель присоединяется через дополнительный разъемтелефон­ногоаппарата. Во втором случае кабель присоединяется к устройству громкой связи, а телефонвставляется в гнездо этого устройства. Некоторые модели теле­фонов не имеютспециального гнезда для сменной антенны, и поэтому их мож­но присоединятьтолько через устройство громкой связи (иногда можно отсое­динить штатнуюантенну и подсоединить кабель вместо нее, но это неудобно).

Во втором случае можно устанавливать и использовать недорогиестационарные направленные антенны для мобильных телефонов в городах и селах,расположен­ных вокруг базовых станций операторов сотовой связи на удалении до 35км (GSM-900), до 40-45 км (D-AMPS), до 55-60 км (CDMA), до 70 км (NMT-4501) в зависимости отрельефа местности.

Сотовый телефон с внешней антенной с успехом заменит обычный и сможет помочь не толькопередать важные новости, но и вызвать экстренную помощь и спасти жизнь человекув критической ситуации.

Основнымиразновидностями направленных антенн являются антенны типа «волновой канал» и логопериодические. Наибольшеераспространение получи­ли первые. Они обладают большим усилением и просты визготовлении. Лого-периодическиеантенны более сложны и дороги, однако они имеют большую полосу частот и не требуют дополнительнойнастройки.

Антенна типа«волновой канал» состоит из ряда параллельных вибра­торов, расположенныхв одной плоскости: полуволнового линейного или петлевого вибратора, ккоторому подключен кабель снижения (активный вибра­тор), рефлектора идиректоров (пассивные вибраторы).

Длина рефлектора и его расстояние до активного вибратора подобранытаким образом,что излучение рефлектора ослабляет излучение активного вибратора в обратномнаправлении и усиливает его в прямом направлении. Таким образом, рефлектор являетсясвоеобразным отражателем, обеспечивающим формирова­ние однонаправленнойхарактеристики излучения (приема). Нередко в качестве рефлектораиспользуется система вибраторов или сетка. Усилению излучения в прямом направленииспособствуют директоры, которые возбуждаются, как и рефлектор, под воздействиемизлучения активного вибратора. Следовательно, казалось бы, усиление антенны тембольше, чем больше у нее директоров. Од­нако чем больше количество директоров вантенне, тем меньше сказывается на ее усилении добавление каждого новогодиректора и тем сложнее добиться со­гласованной работы всех директоров.Одновременно это ведет к сужению поло­сы пропускания антенны.

К достоинствам антенны типа «волновой канал» можно отнести сравнительновысокоеусиление при простоте конструкции.

К недостаткам этой антенны следует отнести сложность ее настройки причисле директоровболее трех. Антенны, даже собранные по одному чертежу на одной и той же линии,оказываются настроенными по-разному и не допускают допол­нительной настройки.Таким образом, реальное усиление такой антенны значи­тельно нижеуказанного (в среднем на 3—4 дБ). Кроме того, узкая полоса про­пускания ведет крезкому снижению усиления в тех системах связи, где используют дуплексныечастоты с большим разносом. Например, стандарт DAMPS использует частоты824—840 и 869—894 МГц и использование антенны типа «волновой канал», настроенной насередину этого диапазона, приводит к заметному ухудшению работы антенны на краяхдиапазона (то есть на рабочих частотах). То же самое относится к стандартам GSM-900, GSM-1800.

Логопериодические антенны — это один из типовантенн с неизменной формой диаграммы направленности и постоянным усилением в широкомдиапазоне частот.

У такой антенны вовсем диапазоне частот обеспечивается хорошее согласова­ние антенны сфидером. Логопериодическая антенна образована собиратель­ной линией в виде2-х труб, расположенных параллельно, к которым поочеред­но через один крепятсявибраторы.

Рабочая полоса частот антенны со стороны нижней частоты зависит отразме­ровнаиболее длинных вибраторов, а со стороны верхней частоты — от размеров наиболее короткихвибраторов. Усиление антенны определяется количеством вибраторов, каждый изкоторых является активным. Следовательно, задав по­лосу частот (размерымаксимального и минимального вибраторов), можно по­лучить достаточновысокий коэффициент усиления во всем диапазоне за счет

увеличенияколичества вибраторов. Логопериодические антенны хорошо рабо­тают в широкополосныхсистемах связи: DAMPS, GSM-900, GSM-1800 и, ко­нечно, вотносительно узкополосных, например, в системе многостанционного доступа с кодовымразделением каналов CDMA (ширина полосы частот 1,5 МГц). Они не требуютдополнительной настройки, поскольку все вибраторы являют­ся активными ирасстроены один относительно другого на постоянную величи­ну, являющуюсяхарактеристикой антенны.

К. недостаткам этой антенны можно отнести ее более сложную конструкцию иповышенную трудоемкость в изготовлении по сравнению с антенной типа «вол­новой канал».

Таким образом, в системах сотовой связи стандартов CDMA, DAMPS, GSM-900/ 1800целесообразно применять логопериодические антенны с необходимым для каждогоконкретного случая усилением. На границе зоны покрытия наибо­лее эффективныантенны типа «волновой канал», однако настройка этих антенн должна выполнятьсяспециалистом. Также следует обратить внимание на мате­риал, из которогоизготовлена антенна. На частотах 800—900 МГц, а тем более 1800 МГц, нескольколучший результат дает использование материалов с высо­кой проводимостью —таких, как медь, латунь. Это повышает добротность ан­тенны и сводит к минимумупотери.

Приложение

Плакаты:

— Структурная схема цифрового радио телефона

— Зона покрытия «Мегафон», построение сот для трехчастот

Сотовый телефон:

— Samsung R620

Список используемойлитературы

1. Андрианов В.И., СоколовА.В. Мобильные телефоны.- СПБ.:БХВ-Петербург; Арлит.2003.-384с.: ил.-(Техника в вашем доме).

2. Матtриалысервера www.mobile.ru