Оборудование для сотовой связи. Обзор оборудования, возможности. Интеграции с сетями передачи данных

    Министерство  образования и науки Российской Федерации

    Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

    образования «Алтайский государственный технический  университет 

    им. И.И. Ползунова» 
 
 
 

            Факультет (институт) Информационных технологий.

            Кафедра  Системы автоматизированного проектирования.

                                  наименование кафедры  

                                                                           Отчет защищен с                     оценкой_________________________

                                                Преподаватель________________________

                                                                                                  (подпись)     (и.о.фамилия)

                                                                            “____”___________ 2011 г.

                                                                                  дата 
 
 
 
 

    Реферат 

    по  теме  Оборудование для сотовой связи. Обзор оборудования, возможности. Интеграции с сетями передачи данных.

    по  дисциплине Сети ЭВМ и коммуникации

                 наименование дисциплины  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Студент группы САПР-72                                           Федотова  Е.О.

                                                                     и.о., фамилия

    Преподаватель                                                                  Агапов М.Н.

                                                                                             должность, ученое звание       и.о., фамилия 
 
 
 
 
 
 

    БАРНАУЛ 2011

    Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

1 Cотовая связь…………...……………………………………………………..4

  1.1 Определение термина «сотовая связь»…………………………………4

  1.2 История создания сотовой связи………………………………………..4

  1.3 Сотовая связь в России…………………………………………………..7

  1.4 Принцип действия сотовой связи……………………………………….9

2 Основа сотовой сети…………………………………….…………………....10

  2.1 Как строят базовые станции……………………………………….……10

    2.1.1 Краткая типология базовых станций………………………………10

    2.1.2 Практика строительства………………………………..…………….11

  2.2 Установка контейнера с оборудованием………………..……..……….12

3 Обзор  оборудования……………………………………….…………………..15

  3.1 Основные поставщики оборудования сотовых операторов…………..15

    3.1.1 Nokia Siemens Networks ………………………………………..……15

    3.1.2 Ericsson……………………………………………………………….16

    3.1.3 Huawei………………………………………………………………...16

    3.1.4 Alcatel-lucent………………………………………………………….18

    3.1.5 ZTE…………………………………………………………………….18

  3.2 Оборудование базовых станций…………………………………………19

    3.2.1 Подсистема базовых станций (BSS)……………………………….20

    3.2.2 Контроллер базовых станций (BSC)……………………………….21

    3.2.3 Транскодер (Transkoder)…………………………………………….22

    3.2.4 Блок управления пакетами (Packet Control Unit)………………….22

4 Интеграция с сетями передачи данных……………………………………..24

  4.1 Возможности UMTS……………………………………………………..25

  4.2 UMTS в России……………………………………………………………26

  4.3 Недостатки UMTS………………………………………………………..28

Заключение…………………………………………………………….…………29

Список  используемой литературы……………………………………………...31

    Введение

    Появившись  в 1971 г. на уровне идеи, в 1978 г. в виде первой опытной сети и достигнув  к 1985 г. роли самостоятельной, но достаточно узкой по распространению системы  с двумя сотнями тысяч абонентов, сегодня это - массовая система радиотелефонной  связи с подвижными объектами, использующаяся более чем в 140 странах всех континентов и охватывающая более 150 млн. абонентов.

    Пользователь  мобильного телефона, как правило, не осознает, что он постоянно находится  в непосредственном общении с  одной из самых сложных систем, когда-либо созданной человеком, - мировой  телекоммуникационной сетью. Лет двадцать тому назад так называли международную  телефонную сеть, пока ее не обошли Internet и системы наземных и спутниковых мобильных коммуникаций.

    Хотя значительное увеличение числа пользователей произошло только с конца 1998 года, сама история системы GSM началась в 80-х годах, то есть приблизительно двадцать лет тому назад. Однако благодаря развитию и внедрению новых технологий в последние годы произошла значительная демократизация мобильной телефонной связи, так что загруженность используемых частот стала уже угрожающей. Именно в Европе, а точнее во Франции, некоторые специалисты смогли предугадать это явление приблизительно в то время, когда Ролан Морено изобрел чип-карту. Не исключено, что мобильный телефон в том виде, в котором мы его знаем, обязан большей частью своих возможностей чип-карте, а именно SIM-карте. В начале 80-х годов мобильная телефонная связь базировалась, в основном, на аналоговых технологиях, которые, однако, уже становились сотовыми. В каждой стране была разработана своя собственная сеть (например, во Франции - Radiocom 2000), которая оставалась строго национальной, поскольку не обеспечивала никакой возможности общения с абонентами зарубежных сетей.

    В настоящее время эти сети закрываются  одна за другой, освобождая таким образом частотные диапазоны, которые могут быть использованы значительно эффективнее, обеспечивая более надежную связь.[1] 
 

    1 Сотовая связь?

    1.1 Определение термина «сотовая связь» 

    Сотовая связь — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).[2]

    Сеть  составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном  и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее  определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении  абонента из зоны действия одного приёмопередатчика  в зону действия другого. 

    1.2 История создания сотовой связи 

    Первое  использование подвижной телефонной радиосвязи в США относится к 1921 г.: полиция Детройта использовала одностороннюю диспетчерскую связь в диапазоне 2 МГц для передачи информации от центрального передатчика к приёмникам, установленным на автомашинах. В 1933 г. полиция Нью-Йорка начала использовать систему двусторонней подвижной телефонной радиосвязи также в диапазоне 2 МГц. В 1934 г. Федеральная комиссия связи США выделила для телефонной радиосвязи 4 канала в диапазоне 30—40 МГц, и в 1940 г. телефонной радиосвязью пользовались уже около 10 тысяч полицейских автомашин. Во всех этих системах использовалась амплитудная модуляция. Частотная модуляция начала применяться с 1940 г. и к 1946 г. полностью вытеснила амплитудную. Первый общественный подвижный радиотелефон появился в 1946 г. (Сент-Луис, США; фирма Bell Telephone Laboratories), в нём использовался диапазон 150 МГц. В 1955 г. начала работать 11-канальная система в диапазоне 150 МГц, а в 1956 г. — 12-канальная система в диапазоне 450 МГц. Обе эти системы были симплексными, и в них использовалась ручная коммутация. Автоматические дуплексные системы начали работать соответственно в 1964 г. (150 МГц) и в 1969 г. (450 МГц).

    В СССР В 1957 г. московский инженер Л. И. Куприянович создал опытный образец носимого автоматического дуплексного мобильного радиотелефона ЛК-1 и базовую станцию к нему. Мобильный радиотелефон весил около трех килограммов и имел радиус действия 20—30 км. В 1958 году Куприянович создаёт усовершенствованные модели аппарата весом 0,5 кг и размером с папиросную коробку. В 1960-х гг. Христо Бочваров в Болгарии демонстрирует свой опытный образец карманного мобильного радиотелефона. На выставке «Интероргтехника-66» Болгария представляет комплект для организации местной мобильной связи из карманных мобильных телефонов РАТ-0,5 и АТРТ-0,5 и базовой станции РАТЦ-10, обеспечивающей подключение 10 абонентов.

    В конце 50-х гг в СССР начинается разработка системы автомобильного радиотелефона «Алтай», введённая в опытную эксплуатацию в 1963 г. Система «Алтай» первоначально работала на частоте 150 МГц. В 1970 г. система «Алтай» работала в 30 городах СССР и для нее был выделен диапазон 330 МГц.

    Аналогичным образом, с естественными отличиями  и в меньших масштабах, развивалась  ситуация и в других странах. Так, в Норвегии общественная телефонная радиосвязь использовалась в качестве морской мобильной связи с 1931 г.; в 1955 г. в стране было 27 береговых радиостанций. Наземная мобильная связь начала развиваться после второй мировой войны в виде частных сетей с ручной коммутацией. Таким образом, к 1970 г. подвижная телефонная радиосвязь, с одной стороны, уже получила достаточно широкое распространение, но с другой — явно не успевала за быстро растущими потребностями, при ограниченном числе каналов в жёстко определённых полосах частот. Выход был найден в виде системы сотовой связи, что позволило резко увеличить ёмкость за счёт повторного использования частот в системе с ячеистой структурой.

    Отдельные элементы системы сотовой связи  существовали и раньше. В частности, некоторое подобие сотовой системы  использовалось в 1949 г. в Детройте (США) диспетчерской службой такси — с повторным использованием частот в разных ячейках при ручном переключении каналов пользователями в оговорённых заранее местах. Однако архитектура той системы, которая сегодня известна как система сотовой связи, была изложена только в техническом докладе компании Bell System, представленном в Федеральную комиссию связи США в декабре 1971 г. С этого времени начинается развитие собственно сотовой связи.

    Первой  коммерчески успешной сотовой сетью  была финская сеть Autoradiopuhelin (ARP). Это название переводится на русский как «Автомобильный радиотелефон». Запущенная в 1971 г., она достигла 100%-го покрытия территории Финляндии в 1978. Размер соты был равен около 30 км, в 1986 г. в ней было более 30 тыс. абонентов и работала она на частоте 150 МГц.[2]

    Что такое сотовая связь, Россия узнала лишь на закате перестройки. В Санкт-Петербурге, а затем и в Москве появились  системы стандарта NMT-450i (усовершенствованный  стандарт NMT-450). А принятие в 1994 г. концепции развития сетей сухопутной подвижной связи стало мощным катализатором дальнейшего развития сотовой связи в национальном масштабе. И если с внедрением стандартов NMT и AMPS наша страна отстала лет на десять, то провозглашение стандарта GSM в качестве одного из двух федеральных стандартов (NMT и GSM) сократило этот временной разрыв примерно до трех лет. 

      Четкая ориентация на прогрессивные  мировые технологии дает возможность  России не отставать от ведущих  стран мира в развитии современных  систем подвижной радиосвязи. Не  отстает Россия и по внедрению  прогрессивною стандарта CDMA. Условия развития сетей CDMA в России определены приказом Министерства связи РФ № 18 от 24 февраля 1996 г., где указано, что сети CDMA ориентированы на предоставление услуг стационарным абонентам. Но допускается возможность их применения из соты в соту, т, е. обеспечивается ограниченная подвижность абонентов. Первая сеть стандарта CDMA открыта в Челябинске, Москве и Санкт-Петербурге.

    Дальнейшее развитие сотовой подвижной связи осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения, которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа, объединяющей существующие сотовые и "бесшнуровые» системы с информационными службами XXI в. Они имеют архитектуру единой сети и предоставлять связь абонентам в различных условиях, включая движущийся транспорт, жилые помещения, офисы и т. д. В Европе такая концепция, получившая название UMTS (универсальная система подвижной связи), предусматривает объединение функциональных возможностей существующих цифровых систем связи в единую систему третьего поколения FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System) с предоставлением абонентам стандартизированных услуг подвижной связи. Работы по созданию международной системы подвижной связи общего пользования FPLMTS ведутся Международным союзом электросвязи. Для нее определен диапазон частот 1 — 3 ГГц, в котором будут выделены полосы шириной 60 МГц для стационарных станций и 170 МГц — для подвижных станций.[3] 

    1.3 Сотовая связь в России 

    В России сотовая связь начала внедряться с 1990 г., коммерческое использование началось с 9 сентября 1991 г., когда в Санкт-Петербурге компанией «Дельта Телеком» была запущена первая в России сотовая сеть (работала в стандарте NMT-450) и был совершён первый символический звонок по сотовой связи мэром Санкт-Петербурга Анатолием Собчаком.

    К июлю 1997 г. общее число абонентов в России составило около 300 тысяч. На 2007 год основные протоколы сотовой связи, используемые в России — GSM-900 и GSM-1800. Помимо этого, работают и CDMA-сети, в стандарте CDMA-2000, он же IMT-MC-450. Также GSM-операторами ведётся плавный переход на стандарт UMTS. В частности, первый фрагмент сети этого стандарта в России был введён в эксплуатацию 2 октября 2007 года в Санкт-Петербурге компанией «МегаФон».

    Компания IDC на основе исследования российского  рынка сотовой связи сделала  вывод, что в 2005 году общая продолжительность  разговоров по сотовому телефону жителей РФ достигла 155 миллиардов минут, а текстовых сообщений было отправлено 15 миллиардов штук.

    В декабре 2007 года число пользователей  сотовой связи в России выросло  до 172,87 млн абонентов, в Москве — до 29,9, в Санкт-Петербурге — до 9,7 млн. Уровень проникновения в России — до 119,1 %, Москве — 176 %, Санкт-Петербурге — 153 %. Доля рынка крупнейших сотовых операторов на декабрь 2007 года составила: МТС 30,9 %, «ВымпелКом» 29,2 %, «МегаФон» 19,9 %, другие операторы 20 %.[2]

    Согласно  исследованию компании J'son & Partners, количество зарегистрированных в России сим-карт по состоянию на конец ноября 2008 года достигло 183,8 млн. Эта цифра обусловлена отсутствием абонентской платы на популярных тарифных планах у российских операторов сотовой связи и низкой ценой подключения к сети. Абоненты в ряде случаев имеют сим-карты разных операторов, при этом могут ими не пользоваться продолжительное время, либо использовать одну сим-карту в служебном мобильном телефоне, а другую — для личных разговоров.

    Доля  рынка крупнейших сотовых операторов на декабрь 2008 года составила: 34,4 % у МТС, 25,4 % у «Вымпелкома» и 23,0 % у «МегаФона».

    По  состоянию на апрель 2010 г. доля рынка в России по абонентам: МТС — 32,9 %, МегаФон — 24,6 %, Вымпелком — 24,0 %, Tele2 — 7,5 %, другие операторы — 11,0 %. [2]

    Уровень проникновения сотовой связи (количество sim-карт на 100 жителей РФ) в январе 2011 года составило 151,5% против 151% в декабре 2010 года и 143,5% в январе 2010 года.

    Лидерство по числу абонентов на российском рынке удерживают МТС, чья абонентская  база по итогам января 2011 года составила 71,5 миллиона пользователей (в декабре 2010 года - 71,442 миллиона), а доля рынка - 32,5%. За МТС следует "МегаФон" с 56,465 миллиона абонентов в январе (56,607 миллиона в декабре), на эту компанию приходится 25,7% российского рынка. "Вымпелкому" (торговая марка "Билайн") по-прежнему не удалось восстановить свои позиции - он занимает третье место на российском рынке сотовой связи с 52,537 миллиона абонентов по итогам января (в декабре - 52,02 миллиона пользователей) и 23,9-процентной долей рынка.

    В десятку крупнейших операторов сотовой  связи России также входят: предприятия  шведского холдинга Tele2 с 18,942 миллиона абонентов на конец января 2011 года, "Уралсвязьинформ" и его "дочки" (4,741 миллиона), "Сибирьтелеком" и его дочерние компании (3,674 миллиона), ЗАО "Нижегородская сотовая связь" (3,65 миллиона), группа СМАРТС (2,501 миллиона), ООО "Екатеринбургская сотовая связь" (торговая марка Motiv, 2,078 миллиона) и "Новая телефонная компания" (Владивосток) с 1,519 миллиона абонентов.

    Наибольшее  число новых подключений в  России в январе этого года пришлось на "Вымпелком" (54,8%), Tele2 (16,2%) и МТС (6,2%).

    По  новым подключениям "Вымпелком" в январе лидировал также в Санкт-Петербурге и регионах - эту компанию выбрали 87% и 55% всех новых абонентов соответственно. В Москве безусловным лидером по новым подключениям были МТС (91,7%). [4] 
 
 
 

    1.4 Принцип действия сотовой связи 

    Основные  составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество радиосигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой (англ. handover).

    Сотовые сети могут состоять из базовых станций  разного стандарта, что позволяет  оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

    Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет  абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.

    Операторы могут заключать между собой  договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь вне зоны покрытия своей сети, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора. Как правило, это осуществляется по повышенным тарифам. Возможность роуминга появилась лишь в стандартах 2G и является одним из главных отличий от сетей 1G. [2] 

    2 Основа сотовой сети

    2.1 Как строят базовые станции

    Мобильная связь третьего поколения распространяется в российских регионах очень быстрыми темпами - все федеральные операторы ведут активное строительство по всей лицензионной территории. Конечно, особое внимание уделяется областям, где самое большое количество абонентов. Потребители здесь требовательные, и качество связи должно быть на высоте. Итак, давайте посмотрим, как строят, монтируют и обслуживают базовые станции (БС) сотовой связи на земле, в метро и в мобильном режиме.

    2.1.1 Краткая типология базовых станций

    Основной  элемент сотовой сети любого стандарта - это базовая станция (BSS, Base Station System), которая занимается приемом звонков абонентов и передачей данных по радиоканалу. В зависимости от стандарта связи, базовые станции (БС) работают в диапазоне частот от 450 до 2100 МГц. БС составляют основу макроячеек, так называемых сот. Поскольку радиус работы таких станций составляет порядка 10-12 км за городом и около 3-5 км в городе, их строят много и располагают относительно недалеко друг от друга. Полностью автономные и автоматизированные базовые станции представляют собой небольшие контейнеры, которые устанавливаются, как правило, на крыше зданий. В обязательном порядке имеется беспроводной или кабельный канал связи с центром управления сетью, куда передается огромный поток данных - входящие и исходящие вызовы от абонентов.

    Мощность излучения базовых станций в течение суток не является постоянной. Загрузка определяется количеством сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и интенсивностью разговоров. А это, в свою очередь, зависит от времени суток, дня недели и др. В ночные часы загрузка базовых станций практически равна нулю, поэтому станции "молчат". Теоретически, стандартная 3-секторная двухдиапазонная БС может обслужить около 150 абонентов одновременно.

    Существует  мнение, что базовые станции очень  вредны для здоровья. Исследования электромагнитной обстановки на территории, прилегающей к БС, неоднократно проводились  специалистами стран ЕС, США и  России. Если изучить результаты этих измерений, то становится видно, что  в 100% уровень электромагнитного  поля в здании, на котором установлена БС, не отличается от фонового. А на прилегающей к станции территории в 91% случаев зафиксированный уровень электромагнитного поля был в 10 раз меньше ПДУ (предельно допустимого уровня), установленного для радиотехнических объектов в Москве.