Сети и системы сотовой связи: история, принципы построения и эволюция технологий

Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 18 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КАЗАХСТАНА

Евразийский национальный университет имени Л. Н. Гумилева
Физико-технический факультет
Кафедра радиотехники, электроники и телекоммуникации

РЕФЕРАТ
по дисциплине: Радиотехника, электроника и теекоммуникации

на тему: СЕТИ И СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Выпонили:
группа РЭТ-13
Тындыбек Рамазан и Советов Ильяс

Приняла:
Тусупова Диана Алижановна

Нур-Султан, 2021 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение . . . 3

1. История возникновение и развитие сетей сотовой связи . . . 4

2. Принцип построения . . . 12

3. Структуры центра коммутации. Базовые и подвижные станции . . . 14

4. Заключение . . . 19

5. Список использованных литератур . . . 20

Введение.

В настоящее время, т. е. в развитые времена, мобильная связь имеет особое и огромное значение. Со временем, с каждым годом техника движется вперед, не останавливаясь. В то же время для использования техники сейчас внедряются многие телекоммуникационные системы. Это подчеркивает важность и необходимость телекоммуникаций для любой отрасли.
Если обратиться к истории, то с момента появления первого телеграфа в 1792 году стали появляться радио, телефон и даже мобильные беспроводные телефоны. С течением времени посредством этих средств обменивались сообщениями, общались с людьми на дальних расстояниях, и в целях их полного обеспечения люди много трудились и добились успеха. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию роль, которую играют эти сети и системы сотовой связи с момента их появления и до сегодняшнего дня.

Глава 1. История возникновение и развитие сетей сотовой связи

На протяжении всей нашей истории мы испытывали острую необходимость и потребность в средствах быстрой передачи информации на большие расстояния. На заре цивилизации для этого использовались различные уникальные способы - сигнальные костры, барабаны, почтовые голуби и т. д. Вместе с развитием науки эти технологии все более совершенствовались - изобретение электричества со временем позволило соединять проводами между собой на большое расстояние объекты и практически моментально обмениваться между ними достаточно приличными объемами информации. Благодаря этому, оно стало очень большим достижением, но местоположение абонентов было строго закрепленным, что иногда принесла к отсутствию удобств.
Самым ранним шагом к появлению сотовых средств связи было открытие в 1888 году немецким физиком Г. Герцем электромагнитных радиоволн и нахождение способа их обнаружения. Немножко позже русский ученый А. С Попов, опираясь на результаты исследований Г. Герца, создает прибор для регистрации электрических колебаний - первый упрощенный радиоприемник.
В начале ХХ века, т. е в 1901 году итальянец Гульельмо Маркони установил радио -приемопередающее устройство на борт парового автомобиля и провел первую наземную мобильную связь. И при этом имелась возможность передавать только данные, как в азбуке Морзе (точка-тире), но не голос. Но однако говорить о настоящей мобильности было еще рано, размеры устройства были просто большими, но тот факт, что перед тем как автомобиль начинал движение, необходимо было опустить высокую цилиндрическую антенну в горизонтальное состояние.
Технологии не стоят на месте, и в 1921 году в США появилась диспетчерская служба телеграфной подвижной связи. Изначально такие радиосистемы расположились только на автомобилях полиции и используя азбуку Морзе вызывали патрули для того чтобы те связались с полицейским участком посредством проводного телефона. Это была система однонаправленного действия и ее смело можно назвать моделью современной пейджинговой связи.
В 1934 году Конгресс США создал Federal Communications Commission (FCC), исключая регулирования проводного телефонного бизнеса, также управляла и радиодиапазоном. Комиссия решала, кто и какие частоты будет получать.

Самый высокий преимущество получили спасательные службы, то есть Министерство по чрезвычайным ситуациям , государственные агентства и прочие службы, которые, по мнению Федеральная комиссия связи (ФКС) , помогали многому числу людей. Вслед за ними шли компании предоставляющие услуги транспортировки грузов, такси и т. д. Частот для использования частными лицами вообще не выделялось до окончания Второй Мировой Войны.
Производители телефонных систем не видели достаточной экономической выгоды в переходе к беспроводным технологиям. Потому что ограниченное количество частот, и как следствие, небольшое количество клиентов, являлось одной из причин задержки развития радиотелефонной связи.
Но, как ранее сказали выше, ФКС со временем все же выделила частоты для использования частными лицами и 17 июня 1946 года в Сент Луисе, США, лидер телефонного бизнеса компания AT&T и Southwestern Bell запускали первую радиотелефонную сеть для частных клиентов. Аппаратура была очень громоздкой и предназначалась только для установки в автомобили - таскать на себе 40 килограммовый телефон (без учета веса источника питания!) было просто нереально. Однако ограниченность частотного ресурса, стала более серьезной проблемой, чем большой вес аппаратуры. Радиотелефоны, с близкими по частоте каналами, начинали вызывать взаимные препятствия, и необходимо было минимум 100 километров между двумя радиосистемами, чтобы было возможным использовать частоту вновь.
В 1947 году происходили два события, имеющие огромное значение для дальнейшего развития радиотелефонной и сотовой связи. В июле У. Шокли, У. Браттайн и Дж. Бардин - сотрудники Bell Laboratories , изобретали транзистор , способный для коммутации и преобразования электрических сигналов. В дальнейшем, это позволило заметно уменьшить вес и размеры мобильных телефонных оборудование, то есть аппаратов. Немножко позже Д. Ринг, сотрудник все той же Bell Laboratories , на внутреннем меморандуме предложил идею, которое выдвигает возможность сотового принципа организации сетей мобильной связи. Эта схема решала проблему конфликта близких по частотам каналов и позволяла повторно их использовать.

Рисунок 1. 1 . USA, New York, Murray Hill - Bell Laboratories

Несколько инженеров - производителей радиотехники сразу же начали разрабатывать системы сотовой связи , но до появления первых таких же сетей прошло более 20 лет.
И в результате, в 1973 году в Нью-Йорке, на вершине 50 этажного здания Alliance Capital Building, компанией Motorola, была смонтирована первая в мире базовая станция сотовой связи . Она могла обслуживать не более 30 абонентов и соединять их с наземными линиями связи. Первый сотовый телефон назвали Dina-TAC, его вес составлял 1, 15 кг а размеры - 22, 5х12, 5х3, 75 см.
Утром, 3 апреля этого же года, вице-президент Motorola Мартин Купер, взяв Dina-TAC в руки, вышел на улицу и совершил первый в мире звонок по сотовому телефону. И позвонил он не кому иному, как начальнику исследовательского отдела Bell Laboratories . Как рассказывал впоследствии сам Купер, он произнес следующие слова: «Представь себе, Джоэл, что я звоню тебе с первого в мире сотового телефона. Он у меня в руках, а я иду по нью-йоркской улице».

Рисунок 1. 2. Мартин Купер и моторола

Таким образом, днем рождения сотового телефона, да и всей сотовой связи можно считать 3 апреля 1973. Но, несмотря на то, что основные разработки велись в США, первая коммерческая сеть сотовой связи была запущена в мае 1978 года в Бахрейне. Две соты с 20 каналами в диапазоне 400 МГц обслуживали сразу 250 абонентов.
Немногим позже сотовая связь начала свое шествие по всему миру. Все больше и больше стран понимали выгоду и удобства, которые она может принести.
Однако, в связи с использованием в каждой стране своего частотного диапазона, со временем привело к тому, что прибывший мобильный телефон в другое государство, не мог им пользоваться. Стоит отметить, что все системы того времени были аналоговыми, и это не позволяло обеспечить конфиденциальность разговора даже на самом элементарном уровне. Их называют системами первого поколения. И в результате для решения всех этих проблем в 1982 году Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) объединяющая 26 стран, приняла решение о создании специальной группы Groupe Special Mobile . Ее целью была разработка единого европейского стандарта цифровой сотовой связи.

Было принято решение использовать диапазон 900 МГц, а затем, учитывая перспективы развития сотовой связи в Европе и во всем мире, было принято решение выделить для нового стандарта и диапазон 1800 МГц. Новый стандарт получил название GSM - Global System for Mobile Communications . Это на русском переводиться как Глобальная система мобильной связи . GSM 1800 МГц также назывался Цифровой сотовой системой, DCS-1800 (Digital Cellular System 1800) . Первым государством, запустившим сеть GSM, является Финляндия, коммерческая сеть такого стандарта была там открыта в 1992 году. В следующем году в Великобритании заработала первая сеть DCS-1800 One-2-One. С этого момента начался глобальное распространение стандарта GSM по всему миру.

Рисунок 1. 3. Global System for Mobile

С введением стандарта GSM главным его преимуществом стал индивидуальный номер абонента и модуль, так называемая SIM-карта. Он был доступен для каждого телефона. С его помощью пользователь мобильного телефона с SIM-картой мог связаться с другим человеком, у которого была такая же SIM-карта, набрав его личный номер с помощью этой SIM-карты. И самое интересное, что у каждой страны был свой номерной код. Например, человек в нашей стране мог выйти на связь только набрав личный код другой страны. Например, в России и Казахстане +7, Канаде +1, Австралии +61, Германии +49 и так в каждой стране были такие же личные коды номеров.

Это было удивительно, и в то время оно стало и одним из первых шагов к развитию будущего. На SIM-карте стали доступны услуги от стандарта 1G до стандарта 4G. В настоящее время люди пользуются услугами, предоставляемыми любыми операторами с помощью этой SIM-карты. Пример тому-в нашей стране, то есть в Республике Казахстан работают: Kcell, Activ, Altel, Beeline, Tele-2, операторские услуги.
Если же сети первого поколения позволяли передавать только голос, то второе поколение систем сотовой связи, которым является и GSM, позволяют предоставлять и другие неголосовые услуги. Самой известной и популярной услугой, скорее всего, является передача коротких текстовых сообщений - SMS (Short Message Service) . Это двунаправленный сервис позволяющий передавать текстовое сообщение с одного сотового телефона GSM на другой, и является улучшенным аналогом пейджинговой связи, так как нет необходимости связываться с операторской службой, для того чтобы отправить сообщение другому пользователью сети (абоненту) .
Помимо SMS-сервиса первые телефоны стандарта GSM также позволяли передавать и другие не голосовые данные. Для этого был разработан протокол передачи данных, получивший название CSD (Circuit Switched Data - передача данных по коммутируемым линиям) . Однако этот стандарт обладал весьма скромными характеристиками-максимальная скорость передачи данных составляла 9600 бит в секунду, а затем оставалась постоянной. Таких скоростей было достаточно для отправки факсимильного сообщения, но бурное развитие интернета в конце 90-х годов привело к тому, что многие пользователи сотовой связи хотели использовать свои трубки в качестве модема, и для этого было недостаточно обычных существующих скоростей.
С целью удовлетворения и повышения потребности своих клиентов в доступе к интернету, инженеры разработали WAP-протокол . WAP это сокращенное название от Wireless Application Protocol, что переводится как протокол беспроводного доступа к приложениям.
В принципе WAP можно назвать обычной версией стандартного Интернет протокола HTTP , только приспособленного под ограниченные ресурсы мобильных телефонов, таких как небольшие размеры дисплея, небольшую производительность телефонных процессоров и небольшие скорости передачи данных в мобильных сетях. Однако этот протокол не позволял просматривать стандартные Интернет-страницы, они должны были написаны на языке WML, также адаптированным для сотовых телефонов. В результате, хотя абоненты сотовой связи имели доступ к Интернету, он оказался очень "укороченным" и неинтересным.

Кроме того, один и тот же канал мобильной связи использовался для передачи голоса для доступа к WAP-сайтам , что означает, что когда мы загружаем или просматриваем страницу, канал связи занят, и деньги снимаются с лицевого счета на то же время во время разговора. В результате технология, которая когда-то была очень интересной, на самом деле потеряла внимание многих пользователей сотовые абоненты стали использовать ее крайне редко.
Производителям оборудования сотовой связи срочно пришлось искать способы увеличения скорости передачи данных, и в результате на свет появилась технология HSCSD (High-Speed Circuit Switched Data), которая обеспечивала вполне приемлемую скорость - до 43 килобит в секунду. И надо сказать, что у определенного круга пользователей эта технология пользовалась популярностью и крайне часто. Но все же и эта технология не лишилась главного недостатка своего предшественника - данные все так же передавались по голосовому каналу. И разработчикам вновь пришлось заняться кропотливым исследованиями.
Старания инженеров не прошли даром, и достаточно недавно на свет появилась технология, получившая название GPRS (General Packed Radio Services) - это название можно перевести как система пакетной радио передачи данных . В этой технологии используется принцип разделения каналов для передачи голоса и данных, что приводит к тому, что время соединения не оплачивается, а оплачивается только объем передаваемых и полученных данных.
Помимо этого у GPRS есть еще одно преимущество перед более ранними технологиями мобильной передачи данных - во время GPRS-соединения , телефон все также способен принимать звонки и SMS-сообщения . На данный момент современные модели телефонов представленные на рынке, при совершении разговора приостанавливают GPRS-соединение, которое автоматически возобновляется по окончании разговора. Такие аппараты классифицируются, как GPRS-терминал класса В.
Планируется производство терминалов класса А , которые будут позволять одновременно загружать данные и вести разговор с собеседником. Также существуют специальные устройства, которые предназначены только для передачи данных, и их называют GPRS-модемами или терминалами
класса С .
Теоретически GPRS способен передавать данные со скоростью 115 килобит в секунду, но на данный момент большая часть операторов сотовой связи предоставляют канал, который позволяет развивать скорость только до 48 килобит в секунду.

Это связано в первую очередь с оборудованием или аппаратом самих операторов и как следствие, отсутствием на рынке сотовых телефонов поддерживающих более высокие скорости каналов.
Вместе с появлением GPRS вновь вспомнили и о WAP-протоколе, не как повышение шанса к доступу к интернету, а так как теперь, посредством новой технологии, доступ к небольшим по объему WAP-страницам становится во много раз дешевле, чем во времена CSD и HSCSD. Более того, многие операторы сотовой связи за небольшую ежемесячную абонентскую плату предоставляют неограниченный доступ к WAP-ресурсам. С появлением GPRS сети сотовой связи перестали именоваться сетями второго поколения - 2G , и на данный момент мы находимся в эпохе 2, 5G . Неголосовые услуги становятся все более востребованными, происходит слияние сотового телефона, компьютера и сети Интернет. Разработчики и операторы предлагают нам все больше и больше дополнительных услуг.
Кроме того, никого не удивляет возможность подключения телефона к персональному компьютеру, в большинстве случаев с помощью специального программного обеспечения, поставляемого вместе с трубкой, сохранить или отредактировать адресную книгу или органайзер на компьютер; по пути, с помощью мобильного телефона + ноутбука , зайти в полный интернет и посмотреть электронную почту. Однако потребности наших, то есть пользователей, постоянно растут, объем передаваемой информации увеличивается с каждым днем. Все больше требований предъявляется к мобильным телефонам, вследствие чего ресурсов современных технологий становится недостаточно для удовлетворения наших запросов и использования.
С целью разрешения этих запросов были созданы сети третьего и четвертого поколений - 3G и 4G близко к тому времени. И передача данных доминировала над голосовыми службами, повышая спрос на ее использование. 3G и 4G это не стандарт сотовой связи как таковой, а общее название всех высокоскоростных сетей сотовой связи, которые вырастут и уже вырастают из ныне существующих. Огромные скорости передачи данных позволяют передавать прямо на телефон высококачественное видеоизображение, осуществлять постоянное соединение с Интернет и локальными сетями. Применение новых, усовершенствованных, систем защиты позволяет уже сегодня использовать телефон для проведения различных финансовых операций - мобильный телефон вполне способен заменить кредитную карту.
А на счет пятого поколение, технологии 5G должны обеспечивать более высокую пропускную способность и быструю скорость по сравнению с технологиями 4G,

что позволит обеспечить большую доступность широкополосной мобильной связи, а также использование режимов device-to-device (букв. « устройство к устройству », прямое соединение между абонентами), сверхнадёжные масштабные системы коммуникации между устройствами, а также меньшее время задержки, скорость интернета 1-2 Гбит/с, меньший расход энергии батарей, чем у 4G-оборудования, что благоприятно скажется на развитии Интернета вещей (англ. IoT) . В вопросе безопасности научный консенсус заключается в том, что технология 5G безопасна, (но при этом есть информации против этого), а аргументы против неё являются конспирологическими и связаны с новизной технологии, которая якобы является достаточной причиной не доверять ей.

Глава 2. Принцип построения. Принципы функционирования систем сотовой связи.

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.