5. Эволюция систем и стандартов сотовой связи

История развития ССМС насчитывает немногим более 25 лет, однако, этот короткий период был отмечен рядом поворотных моментов и существенной эволюцией воззрений на роль и философию рассматриваемых систем. Можно говорить о трех поколениях ССМС, различия между которыми – с известной долей условности – устанавливаются следующими критериями.

Все ССМС или стандарты первого поколения являются аналоговыми. В их числе:

- AMPS (Advanced Mobile Phone Service) – Усовершенствованная мобильная телефонная служба. Диапазон рабочих частот – 869…894 МГц для БС и 824…849 МГц для МС, ширина полосы канала связи – 30 кГц. Начало коммерческого применения – 1983 г. Широко использовалась в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии.

- TACS (Total Access Communications System) – Общедоступная система связи. Частотный диапазон: 935…950 МГц для БС, 890…905 МГц для МС, ширина полосы канала связи – 25 кГц. Начало коммерческого применения – 1985 г. Наибольшее распространение стандарт TACS получил в европейских странах – Англия, Италия, Испания, Австрия и др.

- NMT (Nordic Mobile Telephone System) – Скандинавская система мобильной телефонной связи. Существует в двух основных вариантах NMT 450 и NMT 900, отличаясь только диапазоном используемых частот: NMT 450 – 463…467,5 МГц для БС и 453…457,5 для МС; NMT 900 – 935…960 МГц для БС и 890…915 МГц для МС. Ширина полосы канала – 25 кГц. Начало коммерческого использования – 1981 г. (NMT 450) и 1986 г. (NMT 900). Помимо скандинавских стран эти стандарты широко использовалась во многих странах Западной и Восточной Европы и ряде других регионов мира.

Во всех перечисленных аналоговых стандартах применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов, для передачи речевой информации используется частотная модуляция, а для передачи информации сигнализации - частотная манипуляция. Системам первого поколения присущ ряд недостатков, основными из которых являются относительно низкая абонентская емкость, несовместимость различных стандартов, отсутствие засекречивания передаваемых сообщений, невозможность взаимодействия с цифровыми системами с интеграцией служб (ISDN) и пакетной передачей данных (PDN).

В значительной степени указанных недостатков лишены цифровые ССМС второго поколения, среди которых наибольшее распространение получили следующие:

- D‑AMPS (Digital-AMPS – цифровая AMPS), или IS‑54 (IS – сокращение от Interim Standard, т.е. промежуточный стандарт) представляет двухрежимную аналого-цифровую систему, совмещающую работу в аналоговом и цифровом режимах в том же диапазоне, что и AMPS. Начало практического использования относится к 1992 г. Усовершенствованная версия данного стандарта IS‑136, отличие которой от IS‑54 заключается в наличии полностью цифровых каналов управления, начала применяться с 1996 г. Версия IS‑136 используется в диапазонах 800 и 1900 МГц.

- GSM (Global System for Mobile Communications) – Глобальная система мобильной связи. Данным стандартом предусматривается работа в диапазоне 935…960 МГц для БС и 890…915 МГц для МС при ширине полосы канала связи 200 кГц. Практическое применение общеевропейского стандарта GSM 900 началось в 1991 г. Совершенствование данного стандарта привело к освоению нового частотного диапазона 1800 МГц, в котором благодаря более широкой рабочей полосе частот в сочетании с меньшими размерами сот удается строить сотовые сети значительно большей емкости. Первоначально данная версия именовалась Personal Communication Network (PCN) – Сеть персональной связи, затем Digital Cellular System (DCS) – Цифровая система сотовой связи, а спустя три года после начала эксплуатации (1993 г.) была переименована в GSM 1800. Диапазон работы БС – 1710…1785 МГц, МС – 1805…1880 МГц при ширине полосы канала связи 200 кГц. Стандарт GSM нашел применение и в США, однако, из-за того, что диапазон 1800 МГц занят системой D‑AMPS в версии IS‑136, ему была выделена полоса частот в диапазоне 1900 МГц. Соответствующая версия стандарта GSM получила наименование "американский" GSM или IS‑661. На начало 1999 г. стандарт GSM в различных версиях использовался в 129 странах мира, а объем абонентской базы достиг величины 137 млн. чел., что составляет 45% от общего числа пользователей ССМС.

- PDC (Personal Digital Cellular) – Персональная цифровая сотовая связь. Цифровая ССМС, разработанная в Японии в 1993 г. и первоначально называвшаяся JDC (Japan Digital Cellular – Японская цифровая сотовая связь), по своим техническим характеристикам подобна D‑AMPS и отличается от последней возможностью работы в нескольких диапазонах частот – 800, 1400 и 1500 МГц. Хотя стандарт PDC используется только в Японии, его абонентская база достигает 39,5 млн. пользователей или 13% от общемирового числа абонентов ССМС.

- IS‑95 (Interim Standard-95), альтернативное наименование cdmaOne. Все перечисленные ранее цифровые ССМС второго поколения используют метод множественного доступа с частотно-временным разделением каналов связи. Критическими явились 1992-93 г.г., когда в США был разработан первый стандарт ССМС на основе метода множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), получивший название IS‑95. Диапазон рабочих частот –824…848 МГц для МС и 869…894 МГц – для БС при ширине спектра излучаемых сигналов 1,25 МГц. Практическое применение указанного стандарта началось в 1995-96 г.г. в Гонконге, США и Южной Корее, причем в США используется версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц.

Что касается ССМС третьего поколения, то процесс формирования их облика еще продолжается, изобилуя коллизиями, конфликтами интересов и компромиссами. Принципиальные критерии, отличающие ССМС третьего поколения, а также некоторые детали конкретных спецификаций, имеющих фактический статус стандартов и весьма близких к практическому воплощению, рассмотрены в разделе 4.7.