В настоящее время огромное распространение получила сотовая связь, множество людей во всем мире пользуются услугами разных компаний и разными моделями сотовых телефонов, но, к сожалению, не многие знают о принципах построения связи и о самих стандартах, в целом.

И дабы устранить этот пробел в знаниях, предлагаю вашему вниманию цикл статей, в которых расскажу о некоторых стандартах сотовой связи. Сегодня речь пойдет об аналоговой системе сотовой связи стандарта NMT.

Разработка системы сотовой связи стандарта NMT-450 была закончена в 1978 г., а эксплуатация первых систем сотовой подвижной радиотелефонной связи общего пользования этого стандарта началась в 1981 г. в Швеции (октябрь) и Норвегии (ноябрь), а к 1982 г. - в Дании (январь), Финляндии (март) и Испании (июнь). Однако первая сеть NMT-450 начала свою работу в сентябре 1981 г. в Саудовской Аравии, которую смонтировала и запустила Шведская компания Ericsson, принимавшая активное участие в создании сетей NMT-450 в Скандинавии. К 1985 г. число абонентов системы достигло 180 тыс., а рост количества составлял 5 тыс. в месяц. Но работы с запуском системы NMT-450 по стандарту NMT не закончились. В 1983 г. решили начать разработку системы NMT-900 с диапазоном 900 МГц. Эта система начала свою работу только в декабре 1986 г. В настоящее время сети NMT-450 и NMT-900 продолжают свою работу, но постепенно им приходится сдавать свои позиции под напором новых, более совершенных цифровых стандартов.

Изначально системы стандарта NMT (Nordic Mobile Telephone) были предназначены для 5 североевропейских стран. Это были аналоговые системы первого поколения, которые работали в диапазоне 450-467 МГц и имели 180 каналов связи шириной по 25 кГц каждый. За счет многократного использования частот эффективное число каналов составляло 5568. Среднее число каналов, выделяемое базовым станциям, было равно 30. Ячейки с радиусом, находящимся в диапазоне 5-25 км, покрывали территории этих стран. Сети на основе модификаций данного стандарта находят применение во многих странах мира в настоящее время благодаря большой зоне обслуживания, низкой цене установки и запуска, наращиваемости и простоте технического обслуживания.

Характерной особенностью стандарта является то, что все подвижные абоненты имеют возможность работать в любой из стран, входящих в систему, благодаря тому, что подвижные станции полностью совместимы со всеми базовыми станциями системы любой страны, В настоящее время более 40 стран мира используют системы сотовой подвижной связи стандартов NMT-450 и NMT-900, работающие в диапазоне частот 450 и 900 МГц, соответственно. Основное различие между этими стандартами заключается в том, что с повышением используемых частот стало возможным уменьшение габаритов радиотелефона, а также расширение спектра услуг связи и управления.

К основным достоинствам стандарта NMT следует отнести надежную работу на открытых пространствах и возможность брать телефон с собой в поездку в те страны, где используется этот стандарт. Система сотовой связи стандарта обеспечивает:

• Вхождение в связь и регистрацию стоимости разговора в автоматическом режиме;
• Организацию связи между подвижной станцией и любым абонентом стационарной телефонной сети или с любой включенной в систему подвижной станцией, независимо от страны;
• Автоматический поиск подвижного абонента в пределах объединенных сетей сотовой связи.

Системы сотовой связи этого стандарта, кроме передачи речевых сообщений на местном, междугороднем и международном уровнях, позволяют отправлять телефаксы и иметь доступ к различным базам данных (скорость передачи данных не должна превышать 4,8 Кбит/с), а также предоставляют абонентам следующие сервисные услуги: переадресацию вызова на другой номер, ограничение вызова (продолжительности разговора), конференц-связь трех абонентов, организацию пользовательских групп с сокращенным набором номера и т. п.

Стандарт NMT-450 был усовершенствован: увеличилась производительность системы связи; повысилось качество работы; произведена защита доступа к сети с помощью системы идентификации абонента, исключившая возможность пиратского использования канала связи. Эта доработанная версия стандарта получила обозначение NMT-450i (кстати, стандарт применяется для построения сотовой связи совместным предприятием "Белсел", коммерческая эксплуатация которой в Беларуси началась 7 мая 1993 года). Основной ее особенностью является применение так называемой SS N 7 (Сигнализации Номер 7 по спецификации МККТТ), что позволяет быстрее переключать абонентские станции на обслуживание другой базовой станцией при перемещениях абонента, выполнять функции их идентификации и снижать потребление энергии радиотелефонами.

Основные характеристики стандарта NMT-450 сохранены и в более новой его версии NMT-900 (см. табл. 1).

Состав системы сотовой подвижной связи стандарта NMT-450

Система сотовой подвижной связи стандарта NMT-450 предназначена для обслуживания наземных подвижных абонентов, но может быть использована и морскими подвижными службами вблизи берега.

Принцип работы системы подвижной связи основан на взаимодействии с телефонной сетью общего пользования. Структурная схема подобной типовой сети представлена на рис. 1.

Рис. 1

В состав сетей сотовой подвижной связи входят:

• Центр коммутации подвижной связи (MSC)
• Базовые станции (BTS)
• Подвижные станции (MS)
• Различные контроллеры

Центр коммутации подвижной связи обеспечивает управление системой подвижной радиосвязи и является соединительным звеном между подвижными станциями и телефонной сетью общего пользования. Каждый MSC обслуживает группу базовых станций, совокупность которых образует его зону обслуживания (на рис. 1 зоны обслуживания выделены серым цветом).

Система спроектирована таким образом, что, в зависимости от значимости абонентов, она может предоставлять им некоторые преимущества в обслуживании, например, приоритет вызова, сокращенный набор и т. п.

Каналы связи каждой базовой станции подразделяются на разговорные каналы и каналы управления (вызова). По каналу управления передается специальный сигнал опознавания. По свободным разговорным каналам транслируется другой сигнал опознавания, подтверждающий, что канал свободен и может быть использован для ведения переговоров. Все подвижные станции, находящиеся в зоне действия базовых станций, постоянно работают на прием на частоте канала управления. В случае, когда все разговорные каналы заняты, допускается использование канала управления для ведения разговора.

Организация соединений и принципы адресации абонентов

В системе сотовой подвижной связи стандарта NMT вызов всех типов подвижных станций производится одновременно всеми базовыми станциями, расположенными в зоне связи. Когда подвижная станция принимает сигнал вызова, содержащий ее опознавательный номер (номер радиотелефона), она отвечает сигналом подтверждения на соответствующей частоте канала управления. После этого MSC передает канал связи той базовой станции, в зоне которой оказался абонент.

Во всех странах подвижные абоненты радиотелефонной сети идентифицируются номером ZX1Х2Х3Х4Х5Х6Х7, который присутствует во всех направлениях передачи данных.

Цифра Z используется только внутри самой системы, а не набирается вызывающим абонентом. При вызове подвижного абонента эта цифра прибавляется к номеру абонента тем радиотелефонным коммутатором, в зоне обслуживания которого он находится. При передаче от подвижного абонента цифра Z автоматически формируется его станцией.

Кроме того, формируется еще код доступа, состоящий из префикса Рn (0 или 9) и двух цифр М1М2, а при организации международного вызова вместо кода доступа - код страны I1I2I3, после чего служебная информация посылается в эфир.

Установление входящего вызова

Протокол установления входящего вызова в системе NMT построен следующим образом. В исходном состоянии подвижная станция MS настроена на частоту канала управления, имеющего максимальный уровень сигнала. Вызов абонента производится центром коммутации MSC через все базовые станции BTS, которые относятся к так называемой зоне вызова, в которой расположен подвижный абонент в данный момент времени (рис. 2).

Рис. 2

Во время подачи вызова базовая станция (по команде MSC) постоянно излучает контрольный сигнал (тональный сигнал частотой около 4 кГц) и посылает его в сторону подвижной станции, которая ретранслирует этот сигнал по каналу управления на базовую станцию. Ретранслированный сигнал принимается, детектируется и оценивается базовой станцией (определяется отношение сигнал/шум в канале передачи, усредненное за определенный промежуток времени). Базовые станции посылают информацию о результатах оценки отношения сигнал/шум в MSC. Если качество передачи сигнала соответствует норме, то устанавливается соединение по этому каналу. Аппаратурой MSC выделяется разговорный радиоканал, номер которого сообщается по каналу управления на MS, после чего канал управления освобождается. В противном случае MSC принимает решение о подключении другой базовой станции или об окончании разговора.

Далее осуществляется контроль установленного между BTS и MSC разговорного канала на правильность выполненных операций. При этом, по запросу MSC, подвижная станция MS передает ранее принятый номер радиоканала, который идентифицируется в центре коммутации. В случае отсутствия ошибок центр коммутации передает исполнительную команду вызова "включить сигнал" (звонок). Входящий вызов завершается окончательным переключением на разговорный канал и включением на соответствующей базовой станции BTS тонального сигнала частотой 4 кГц (внеполосная модуляция в радиоканале) для непрерывного контроля качества связи.

Установление исходящего вызова

Если подвижный абонент снимает трубку для организации исходящего вызова, то он набирает номер, который переписывается в запоминающее устройство (ЗУ) его станции. После этого станция находит один из свободных разговорных каналов и по нему передает сигнал "канал занят". Со стороны центра MSC производится подтверждение принятия этого сигнала, в ответ на который подвижная станция выдаст свое подтверждение. При получении этого подтверждения аппаратура MSC передает на MS сигнал готовности к приему номера. Из ЗУ подвижной станции по разговорному радиоканалу транслируется номер вызываемого абонента, и после подтверждения приема номера центром коммутации MSC проводная телефонная пара стыкуется с радиотрактом. Ответ вызываемого абонента служит основанием для формирования разговорного тракта и включения на базовой станции тонального сигнала частотой 4 кГц для контроля качества передачи.

Таким образом, обмен сигналами в системе стандарта NMT ведется по разговорным радиоканалам, система работает с взаимным многократным подтверждением приема каждого сигнала, что обеспечивает высокую надежность связи.

Обмен сообщениями в режиме эстафетной передачи

В режиме эстафетной передачи в системе NMT протокол обмена сообщениями выглядит следующим образом (рис. 3).

Рис. 3

Контроль за качеством речи ведется по тональному сигналу частотой 4 кГц, который методом внеполосной модуляции вводится в разговорный тракт на станции BTS1. Этот сигнал излучается совместно с речевым сигналом в сторону подвижного абонента и ретранслируется им на базовую станцию, где производится оценивание его параметров. При уменьшении величины ответного сигнала ниже порогового значения центр MSC выдает на соседние базовые станции команду произвести измерение отношения сигнал/шум с указанием номера используемого в настоящий момент радиоканала РК1. Для этих целей все базовые станции снабжены многоканальными приемниками-мониторами. По результатам полученных измерений MSC выбирает базовую станцию с максимальным значением уровня принимаемого сигнала (например, BTS2) и выделяет свободный радиоканал РК2 в зоне действия этой станции. По радиоканалу РК1 через станцию BTS1 на MS передается номер нового радиоканала РК2, по которому аппаратура абонента и центра коммутации взаимодействуют с помощью сигналов "передача-подтверждение". По окончании обмена MSC производит переключение соответствующих устройств и проводной телефонной пары для продолжения разговора по новому разговорному каналу. После переключения всех необходимых цепей с базовой станции BTS1 на базовую станцию BTS2 центр коммутации MSC отключает телефонную пару, соединенную с радиоканалом РК1 на станции BTS1.

Теперь поговорим о преимуществах и недостатках стандарта NMT.

Преимущества

Одним из основных преимуществ является большой радиус действия соты (передатчика), что немаловажно для абонентов этого стандарта. Для жителей Беларуси прежде всего важно то, что стандарт NMT несет в себе большую, по сравнению со стандартом GSM, зону покрытия нашей республики. В этом стандарте намного дешевле исходящая связь. Возможна детализированная распечатка разговоров. Кроме этого, нет абонентской платы и залога за международную связь, а также малый залог и абонентская плата за роуминг. В Минске у вас будет прямой номер, т.е. возможность звонить с телефона-автомата.

Недостатки

В отличие от стандарта GSM, применяемого в городе Минске, в стандарте NMT оплачивается входящий звонок. Возникает возможность помех из-за аналоговой передачи звука. Возникают сложности при программировании, когда вы заменяете трубку. У нас в стране малый роуминг - всего лишь 3 страны (Россия, Украина, Болгария, был роуминг с Литвой, Латвией и Польшей, но с 31.12.02 эти страны стали сворачивать свое оборудование). Взимается абонентская плата за голосовую почту.

Для стандарта NMT характерно меньшее количество моделей трубок и их больший размер.

И о здоровье. Шведскими учеными было проведено исследование, результаты которого опубликованы в "Европейском журнале предупреждения рака" (European Journal of Cancer Prevention) и которое основано на сравнении результатов обследования 1617 шведских пациентов, у которых между 1997 и 2000 гг. были обнаружены опухоли мозга, и аналогичной по численности контрольной группы здоровых людей.

Исследователи обнаружили, что для пациентов, пользовавшихся мобильными телефонами стандарта NMT, риск возникновения раковой опухоли мозга в том месте, где трубка прикладывалась к голове, возрастал на 30%, по сравнению с теми, кто не использовал такие телефоны. Для тех, кто использовал стандарт NMT более 10 лет, риск возрастал на 80%.

Вот такой вот стандарт, как видим, ничего сверхсложного. Достаточно запомнить пару-тройку умных слов, и вы с легкостью объясните (я искренне надеюсь на это) своим корешам, как работает их сотовый.

В следующих номерах читайте про цифровой стандарт GSM (если кто не знает, компании Velcom и MTC обеспечивают связь именно этого стандарта).

Андриан ЯНУШКОВСКИЙ,
yanminsk@tut.by