Функционирование систем первого поколения

В постоянной памяти каждого сотового телефона имеется NAM (Numeric Assignment Module) – модуль распределения номеров. В этом модуле хранится номер телефона, выделенный ему поставщиком услуг, и регистрационный номер телефона, присвоенный производителем. Когда телефон включается, он передает коммутатору MTSO свой регистрационный номер и номер телефона. Коммутатор имеет базу данных с информацией об украденных телефонах, и звонки с таких телефонов блокируются. Системы первого поколения не имеют никакой защиты от прослушивания. Для обеспечения множественного доступа используется частотное мультиплексирование.

Системы второго поколения. Системы второго поколения предоставляют цифровые линии связи с более высокой скоростью передачи данных. Основные отличия систем второго поколения: 1) Цифровые каналы связи. 2) Шифрование данных – защита от прослушивания. 3)Обнаружение и исправление ошибок 4) Совместное использование каждого канала связи несколькими абонентами. Для этого используются две схемы множественного доступа: с временным разделением (TDMA) или с кодовым разделением (CDMA).

TDMA. Самая распространенная система этого типа – GSM. Ее характеристики:

Полоса частот для передачи от базовой станции	935-960 Мгц
Полоса частот для передачи от мобильного устройства	890-915 Мгц
Ширина канала	200 Кгц
Максимальная мощность мобильного устройства	20 Вт
Количество пользователей на 1 канал
Скорость передачи битов на несущей	271 Кбит/с
Скорость кодирования битов речи	13 Кбит/с

Передача данных в системах TDMA происходит в виде последовательности кадров с повторяющейся структурой: каждый кадр делится на некоторое число слотов, по числу абонентов. Каждый слот несет данные своего логического канала связи.

CDMA (Code Division Multiple Access) – множественный доступ с кодовым разделением каналов. CDMA работает следующим образом. Как при частотном мультиплексировании, каждой ячейке (соте) выделяется некоторая полоса частот, которая делится на две части – для прямого канала (от базовой станции к мобильному устройству) и для обратного канала (от мобильного устройства к базовой станции). CDMA использует схему расширения спектра сигнала, при которой сигнал преобразуется некоторой кодирующей последовательностью в сигнал с более широким спектром. Множественный доступ организуется путем использования кодов, дающих результирующий сигнал на разных частотах (ортогональных кодов).

Достоинства схемы CDMA: 1) Поскольку передаваемые сигналы рассеяны по полосе частот, помехи и шум меньше влияют на сигнал. 2) Передаваемым сообщениям изначально присуща конфиденциальность, поскольку расширение спектра – это метод шифрования данных. 3) В схеме TDMA к системе может обращаться только фиксированное число пользователей, а система CDMA принимает не ограниченное строго число пользователей. При увеличении количества пользователей постепенно растет уровень шума, который в конце концов делает качество связи неприемлемым. Однако четкой границы нет.

К недостаткам CDMA относится сложность оборудования и сильная зависимость от расстояния до источника сигнала.

Беспроводные линии связи

В настоящее время существуют следующие технологии беспроводных сетей:

1. Инфракрасные (infrared, IR) локальные сети. Ячейка сети, использующая передачу в инфракрасном диапазоне, ограничена размерами одной комнаты, поскольку инфракрасное излучение не проходит сквозь непрозрачные стены

2. Локальные сети с расширенным спектром. Эти сети используют СВЧ-диапазон и технологию расширенного спектра.

3. Узкополосная СВЧ-передача. Эти сети тоже работают на СВЧ, но не используют расширенный спектр.

Инфракрасные локальные сети

Принципиально отличаются две технологии: передача в инфракрасном диапазоне и передача в СВЧ-диапазоне.

Преимущества инфракрасной передачи:

1. Спектр такой связи обычно не ограничен, что позволяет получать высокие скорости передачи

2. Для инфракрасного диапазона не существует лицензий, правил и стандартов

3. Инфракрасное излучение отражается от светлых поверхностей, и для покрытия вей комнаты используют отражение от потолка

4. Инфракрасное излучение не проникает сквозь стены и другие непрозрачные объекты. Это дает два преимущества: во-первых, надежную защиту от прослушивания, во-вторых, сети в разных комнатах не дают интерференции между собой, и можно создавать большие сети.

5. Относительная простота и дешевизна оборудования. При инфракрасном излучении используется модуляция интенсивности, и приемники должны различать только амплитуду сигналов. Большинство СВЧ-приемников должны, кроме того, различать частоту и фазу.

Недостатки передачи в инфракрасном диапазоне: многое оборудование дает существенное фоновое ИК-излучение. Это излучение воспринимается ИК-приемником как шум, поэтому требуются передатчики большей мощности. При большой мощности встают вопросы безопасности для людей.

Методы передачи

В настоящее время для передачи данных в ИК-диапазоне используются 3 метода:

· Сфокусированный и направленный сигнал. Такой сигнал используется в пульте дистанционного управления телевизором. Передача с направленным лучом используется для создания двухточечных каналов связи. В таком режиме радиус связи зависит от мощности передатчика и степени фокусировки. Сфокусированный инфракрасный канал может иметь длину несколько километров. Такие каналы используют для связи объектов (зданий), находящихся в пределах прямой видимости. При комнатном использовании двухточечных каналов формируется сеть топологии кольцо ( например, Token Ring).

· Ненаправленная передача. В этом случае организуют специальную выделенную базовую станцию, которая находится в пределах видимости всех остальных станций сети. Как правило, ее располагают на потолке. Она работает как многопортовый повторитель (концентратор). Передатчик базовой станции ретранслирует поступающие сигналы в ненаправленный сигнал, который видят все остальные станции. А рабочие станции передают направленный луч, нацеленный на базовую станцию.

· Отражение. При таком способе передачи все ИК-передатчики сфокусированы и нацелены на точку в диффузно (во всех направлениях) отражающем потолке. ИК-излучение достигает потолка, отражается от него во всех направлениях, и становится доступным всем приемникам.

Передачу во всех случаях ведут специальные инфракрасные трансиверы, присоединенные к компьютеру или коммутатору.

Типичная организация беспроводной сети с ИК-передачей выглядит так. В каждой комнате размещается базовая ИК-станция, с помощью провода соединенная с концентратором, к которому подключен и сервер. Каждая базовая станция обслуживает по беспроводной связи свою комнату.

Скорость передачи данных в сети с ИК-передачей – 1-2 Мбит/с.

Сети с расширенным спектром

В настоящее время это наиболее популярная технология беспроводных сетей. Расширенный спектр – это современная технология радиосвязи, которая первоначально создавалась для разведки и военных. Основная идея метода – в том, чтобы распределить информационный сигнал по широкой полосе радиодиапазона, чтобы усложнить подавление или перехват сигнала. Первая разработанная схема расширенного спектра была известна как метод перестройки частоты. Сейчас используется более современная схема – метод прямой последовательности. Расширенный спектр применяется для передачи как цифровых, так и аналоговых данных с помощью аналогового сигнала.

Схема системы связи с использованием расширенного спектра в общем виде выглядит так:

1. Входной сигнал поступает на канальный кодер, который генерирует аналоговый сигнал со сравнительно узкой полосой, центрированной на определенной частоте.

2. Сигнал модулируется с помощью последовательности чисел, именуемой кодом расширения, или расширяющей последовательностью. Обычно код расширения создается генератором случайных чисел. В результате спектр сигнала значительно расширяется.

3. Сигнал передается в таком виде, а после приема демодулируется с таким же кодом расширения.

4. Сигнал подается на декодер для окончательного восстановления данных.

Избыток спектра в такой технологии связи дает следующие преимущества:

· Невосприимчивость сигнала к различным типам шумов. Впервые расширенный спектр применен в военных целях благодаря устойчивости к попыткам подавления.

· Расширенный спектр позволяет шифровать сигналы. Восстановить данные может только пользователь, которому известен код расширения

· Несколько пользователей одновременно могут использовать одну полосу частот при крайне малой взаимной интерференции. Это свойство используется в технологии мобильной связи, и известно как уплотнение с кодовым разделением.

Расширение спектра методом прямой последовательности – это технология, когда обработка исходного сигнала кодом расширения заключается в том, что каждому исходному биту ставится в соответствие несколько битов передаваемого сигнала. При этом степень расширения спектра прямо пропорциональна количеству битов кода. Например, 10-битовый код расширяет полосу частот сигнала в 10 раз. Коды расширения выбирают так, чтобы результирующий сигнал был шумоподобным.