Мобильная связь - это радиосвязь между абонентами, местоположение одного или нескольких из которых меняется. Одним из видов мобильной связи является сотовая связь.
Сотовая связь - один из видов радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность: общая зона покрытия делится на соты, определяющиеся зонами покрытия базовых станций . Соты перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной поверхности зона покрытия одной базовой станции представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками .
Принцип действия сотовой связи
Итак, для начала рассмотрим, как осуществляется звонок по мобильному телефону. Лишь только пользователь набирает номер, телефонная трубка (HS - Hand Set) начинает поиск ближайшей базовой станции (BS - Base Station) - приемопередающее, управляющее и коммуникационное оборудование, составляющее сеть. В ее состав входят контроллер базовой станции (BSC - Base Station Controller) и несколько ретрансляторов (BTS - Base Transceiver Station). Базовые станции управляются мобильным коммутирующим центром (MSC - Mobile Service Center). Благодаря сотовой структуре, ретрансляторы покрывают местность зоной уверенного приема в одном или нескольких радиоканалах с дополнительным служебным каналом, по которому происходит синхронизация. Точнее происходит согласование протокола обмена аппарата и базовой станции по аналогии с процедурой модемной синхронизации (handshacking), в процессе которого устройства договариваются о скорости передачи, канале и т.д. Когда мобильный аппарат находит базовую станцию и происходит синхронизация, контроллер базовой станции формирует полнодуплексный канал на мобильный коммутирующий центр через фиксированную сеть. Центр передает информацию о мобильном терминале в четыре регистра: посетительский регистр подвижных абонентов или "гостей" (VLR - Visitor Layer Register), "домашний" регистр местных подвижных абонентов (HRL - Home Register Layer), регистр подписчика или аутентификации (AUC - AUthentiCator) и регистр идентификации оборудования (EIR - Equipment Identification Register). Эта информация уникальна и находится в пластиковой абонентской микроэлектронной телекарточке или модуле (SIM - Subscriber Identity Module) , по которому производятся проверка правомочности абонента и тарификация. В отличие от стационарных телефонов, за пользование которыми плата взимается в зависимости от нагрузки (числа занятых каналов), поступающей по фиксированной абонентской линии, плата за пользование подвижной связью взимается не с используемого телефонного аппарата, а с SIM-карты, которую можно вставить в любой аппарат.
Карточка представляет собой не что иное, как обычный флэш-чип, выполненный по смарт-технологии (SmartVoltage) и имеющий необходимый внешний интерфейс. Его можно использовать в любых аппаратах, и главное - чтобы совпадало рабочее напряжение: ранние версии использовали 5.5В интерфейс, а у современных карт обычно 3.3В. Информация хранится в стандарте уникального международного идентификатора абонента (IMSI - International Mobile Subscriber Identification), благодаря чему исключается возможность появления "двойников" - даже если код карты будет случайно подобран, система автоматически исключит фальшивый SIM, и не придется в последствии оплачивать чужие разговоры. При разработке стандарта протокола сотовой связи этот момент был изначально учтен, и теперь каждый абонент имеет свой уникальный и единственный в мире идентификационный номер, кодирующийся при передаче 64бит ключом. Кроме этого, по аналогии со скремблерами, предназначенными для шифрования/дешифрования разговора в аналоговой телефонии, в сотовой связи применяется 56бит кодирование.
На основании этих данных формируется представление системы о мобильном пользователе (его местоположение, статус в сети и т. д.) и происходит соединение. Если мобильный пользователь во время разговора перемещается из зоны действия одного ретранслятора в зону действия другого, или даже между зонами действия разных контроллеров, связь не обрывается и не ухудшается, поскольку система автоматически выбирает ту базовую станцию, с которой связь лучше. В зависимости от загруженности каналов телефон выбирает между сетью 900 и 1800 МГц, причем переключение возможно даже во время разговора абсолютно незаметно для говорящего.
Звонок из обычной телефонной сети мобильному пользователю осуществляется в обратной последовательности: сначала определяются местоположение и статус абонента на основании постоянно обновляющихся данных в регистрах, а затем происходят соединение и поддержание связи.
Системы подвижной радиосвязи строятся по схеме "точка-многоточие" (point-multipoint), поскольку абонент может находиться в любой точке соты, контролируемой базовой станцией. В простейшем случае круговой передачи мощность радиосигнала в свободном пространстве теоретически уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Однако на практике сигнал затухает гораздо быстрее - в лучшем случае пропорционально кубу расстояния, поскольку энергия сигнала может поглощаться или уменьшаться на различных физических препятствиях, и характер таких процессов сильно зависит от частоты передачи. При уменьшении мощности на порядок охватываемая площадь соты уменьшается на два порядка.
"ФИЗИОЛОГИЯ"
Важнейшими причинами повышенного затухания сигналов являются теневые зоны, создаваемые зданиями или естественными возвышенностями на местности. Исследования условий применения подвижной радиосвязи в городах показали, что даже на очень близких расстояниях теневые зоны дают затухание до 20дБ. Другой важной причиной затухания является листва деревьев. Например, на частоте 836МГц в летнее время, когда деревья покрыты листвой, уровень принимаемого сигнала оказывается приблизительно на 10дБ ниже, чем в том же месте зимой, при отсутствии листьев. Замирания сигналов от теневых зон иногда называют медленными с точки зрения условий их приема в движении при пересечении такой зоны.
Важное явление, которое приходится учитывать при создании сотовых систем подвижной радиосвязи - отражение радиоволн, и, как следствие, их многолучевое распространение. С одной стороны, это явление полезно, так как оно позволяет радиоволнам огибать препятствия и распространяться за зданиями, в подземных гаражах и тоннелях. Но с другой стороны, многолучевое распространение порождает такие трудные для радиосвязи проблемы, как растягивание задержки сигнала, релеевские замирания и усугубление эффекта Доплера.
Растягивание задержки сигнала получается из-за того, что сигнал, проходящий по нескольким независимым путям разной протяженности, принимается несколько раз. Поэтому повторяющийся импульс может выйти за пределы отведенного для него интервала времени и исказить следующий символ. Искажения, возникающие за счет растянутой задержки, называются межсимвольной интерференцией. При небольших расстояниях растянутая задержка не опасна, но если соту окружают горы, задержка может растянуться на многие микросекунды (иногда 50-100 мкс).
Релеевские замирания вызываются случайными фазами, с которыми поступают отраженные сигналы. Если, например, прямой и отраженный сигналы принимаются и противофазе (со сдвигом фазы на 180°), то суммарный сигнал может быть ослаблен почти до нуля. Релеевские замирания для данного передатчика и заданной частоты представляют собой нечто вроде амплитудных "провалов", имеющих разную глубину и распределенных случайным образом. В этом случае при стационарном приемнике избежать замираний можно просто переставив антенну. При движении же транспортного средства такие "провалы" проходятся ежесекундно тысячами, отчего происходящие при этом замирания называются быстрыми.
Эффект Доплера проявляется при движении приемника относительно передатчика и состоит в изменении частоты принимаемого колебания. Подобно тому, как тон шума движущегося поезда или автомобиля кажется неподвижному наблюдателю несколько выше при приближении транспортного средства и несколько ниже при его удалении, частота радиопередачи смещается при движении приемопередатчика. Более того, при многолучевом распространении сигнала отдельные лучи могут давать смещение частоты в ту или другую сторону одновременно. В результате, за счет эффекта Доплера получается случайная частотная модуляция передаваемого сигнала подобно тому, как за счет релеевских замираний происходит случайная амплитудная модуляция. Таким образом, в целом многолучевое распространение создает большие трудности в организации сотовой связи, в особенности для подвижных абонентов, что связано с медленными и быстрыми замираниями амплитуды сигнала в движущемся приемнике. Преодолеть эти трудности удалось с помощью цифровой техники, которая позволила создать новые методы кодирования, модуляции и выравнивания характеристик каналов.
"АНАТОМИЯ"
Передача данных осуществляется по радиоканалам. Сеть GSM работает в диапазонах частот 900 или 1800 МГц. Более конкретно, например, в случае рассмотрения диапазона 900МГц подвижной абонентский аппарат передает на одной из частот, лежащих в диапазоне 890-915 МГц, а принимает на частоте, лежащей в диапазоне 935-960 МГц. Для других частот принцип тот же, изменяются только численные характеристики.
По аналогии со спутниковыми каналами направление передачи от абонентского аппарата к базовой станции называется восходящим (Rise), а направление от базовой станции к абонентскому аппарату - нисходящим (Fall). В дуплексном канале, состоящем из восходящего и нисходящего направлений передачи, для каждого из названных направлений применяются частоты, различающиеся точно на 45МГц. В каждом из указанных выше частотных диапазонов создаются по 124 радиоканала (124 для приема и 124 для передачи данных, разнесенных на 45МГц) шириной по 200кГц каждый. Этим каналам присваиваются номера (N) от 0 до 123. Тогда частоты восходящего (F R) и нисходящего (F F) направлений каждого из каналов можно вычислить по формулам: F R (N) = 890+0.2N (МГц), F F (N) = F R (N) + 45 (МГц).
В распоряжение каждой базовой станции может быть предоставлено от одной до 16 частот, причем число частот и мощность передачи определяются в зависимости от местных условий и нагрузки.
В каждом из частотных каналов, которому присвоен номер (N) и который занимает полосу 200кГц, организуются восемь каналов с временным разделением (временные каналы с номерами от 0 до 7), или восемь канальных интервалов.
Система с разделением частот (FDMA) позволяет получить 8 каналов по 25кГц, которые, в свою очередь, разделяются по принципу системы с разделением времени (TDMA) еще на 8 каналов. В GSM используется GMSK-модуляция, а несущая частота изменяется 217 раз в секунду для того, чтобы компенсировать возможное ухудшение качества.
Когда абонент получает канал, ему выделяется не только частотный канал, но и один из конкретных канальных интервалов, и он должен вести передачу в строго отведенном временном интервале, не выходя за его пределы - иначе будут создаваться помехи в других каналах. В соответствии с вышеизложенным работа передатчика происходит в виде отдельных импульсов, которые происходят в строго отведенном канальном интервале: продолжительность канального интервала составляет 577мкс, а всего цикла - 4616мкс. Выделение абоненту только одного из восьми канальных интервалов позволяет разделить во времени процесс передачи и приема путем сдвига канальных интервалов, выделяемых передатчикам подвижного аппарата и базовой станции. Базовая станция (BS) всегда передает на три канальных интервала раньше подвижного аппарата (HS).
Требования к характеристикам стандартного импульса описываются в виде нормативного шаблона изменения мощности излучения во времени. Процессы включения и выключения импульса, которые сопровождаются изменением мощности на 70дБ, должны укладываться в промежуток времени длительностью всего 28мкс, а рабочее время, в течение которого передаются 147 двоичных разрядов, составляет 542.8мкс. Значения мощности передачи, указанные в таблице ранее, относятся именно к мощности импульса. Средняя же мощность передатчика оказывается в восемь раз меньше, так как 7/8 времени передатчик не излучает.
Рассмотрим формат нормального стандартного импульса. Из него видно, что не все разряды несут полезную информацию: здесь в середине импульса располагается обучающая последовательность из 26 двоичных разрядов для защиты сигнала от помех многолучевого распространения. Это - одна из восьми специальных легко распознаваемых последовательностей, по которой принятые разряды правильно располагаются во времени. Такая последовательность ограждается одноразрядными указателями (PB - Point Bit), а с обеих сторон этой настроечной последовательности располагается полезная кодированная информация в виде двух блоков по 57 двоичных разрядов, ограждаемых, в свою очередь, граничными разрядами (BB - Border Bit) - по 3бит с каждой стороны. Таким образом, импульс переносит 148бит данных, которые занимают 546.12мкс временной интервал. К этому времени добавляется еще промежуток, равный 30.44мкс защитного времени (ST - Shield Time), в течение которого передатчик "молчит". По продолжительности этот промежуток соответствует времени передачи 8.25 разряда, но передачи в это время не происходит.
Последовательность импульсов образует физический канал передачи, который характеризуется номером частоты и номером временного канального интервала. На основе этой последовательности импульсов организуется целая серия логических каналов, которые различаются своими функциями. Кроме каналов, передающих полезную информацию, существует еще ряд каналов, передающих сигналы управления. Реализация таких каналов и их работа требуют четкого управления, которое реализуется программными средствами.
Технические средства, используемые для доставки информации, включают в себя разнообразные коммуникации. Они предполагают использование факсимильных, телефонных, компьютеров, оснащенных модемами, и т.п. Все эти устройства дают возможность организовать разнообразные виды связи. При пользователю неизвестны те способы, которые используются для осуществления сеанса.
Традиционные виды связи подразделяются на:
Почтовые (переносящие графическую и буквенно-цифровую информацию);
Телефонные (передающие речь);
Телеграфные (предназначенные для переноса буквенно-цифровых сообщений);
Факсимильные (способствующие передаче графической и буквенно-цифровой информации);
Радиорелейные и спутниковые виды связи.
При этом могут быть проводными (телеграфные, телефонные и т.п.), а также беспроводными. Во втором типе связи, в свою очередь, классифицируются отдельные группы (радио, радиорелейные и При этом передача речи, например, возможна посредством практически любого из видов.
Современные виды связи подразделяют на:
Телефонную;
Компьютерную телефонию;
Радиотелефонную;
Системы радиотелефонной сотовой связи;
Системы, включенные в стандарт Wi-Fi.
Такой вид связи, как телефонная, является самым широко используемым и распространенным. Он применяется не только для контактов между людьми, но и для более предприятиями, административным корпусом, а также для осуществления финансовой и хозяйственной деятельности. В зависимости от типа использования телефона, связь подразделяется на два основных вида:
Для общего пользования (международная, междугородняя и городская);
Внутренняя, применяемая в пределах только одной организации.
В технологии компьютерной телефонии основная роль отводится Использование данного вида связи способствует значительному ускорению процесса оперативного управления предприятием, повышая при этом качество и эффективность администрирования при минимальном количестве затрат. Применение современных компьютерных технологий позволяет сократить суммы на оплату междугородных и международных переговоров.
Такие виды связи, как радиотелефонные, используют в процессе передачи информации беспроводные системы. Это позволяет значительно сократить расходы, производимые на монтаж дорогостоящих коммуникаций и их последующее обслуживание. Данный вид связи весьма мобилен и его можно быстро организовать в любой местности. В настоящее время радиотелефонная связь является прекрасной альтернативой проводной телефонии.
Причина появления сотовых коммуникаций - возникшая необходимость создания обширной сети радиотелефонной подвижной связи. В настоящее время использование этого способа передачи информации производится более чем в ста сорока странах на всех континентах.
К современным беспроводным технологиям относится и Wi-Fi. Принцип передачи информации при таком виде связи основан на соединении в сети ряда компьютеров или их подключении к сети Интернет.
Спутниковая связь один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными. Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает в большинстве случаев достаточно и одного.
В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra- terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретатель Артур Кларк предложил идею создания системы спутников связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи. Впоследствии Кларк на вопрос, почему он не запатентовал изобретение (что было вполне возможно), отвечал, что не верил в возможность реализации подобной системы при своей жизни, а также считал, что подобная идея должна приносить пользу всему человечеству. Первые исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.
20 августа 1964 года 11 стран (СССР в их число не вошёл) подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization). В СССР к тому времени была собственная развитая программа спутниковой связи, увенчавшаяся 23 апреля 1965 года успешным запуском связного советского спутника Молния-1. В рамках программы Intelsat первый коммерческий спутник связи Early Bird (англ.) («ранняя пташка», произведенный корпорацией COMSAT, был запущен 6 апреля 1965 год. По сегодняшним меркам спутник Early Bird (INTELSAT I) обладал более чем скромными возможностями: обладая полосой пропускания 50 МГц, он мог обеспечивать до 240 телефонных каналов связи. В каждый конкретный момент времени связь могла осуществляться между земной станцией в США и только одной из трёх земных станций в Европе (в Великобритании, Франции или Германии), которые были соединены между собой кабельными линиями связи.
В дальнейшем технология шагнула вперед, и спутник INTELSAT IX уже обладал полосой пропускания 3456 МГц. В СССР долгое время спутниковая связь развивались только в интересах Министерства Обороны СССР. В силу большей закрытости космической программы развитие спутниковой связи в социалистических странах шло иначе чем в западных странах. Развитие гражданской спутниковой связи началось соглашением между 9 странами социалистического блока о создании системы связи «Интерспутник» которое было подписано только в 1971 году.
В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы (примеры спутники «Эхо» и «Эхо- 2»), которые представляли собой простой отражатель радиосигнала (часто металлическая или полимерная сфера с металлическим напылением), не несущий на борту какого-либо приёмопередающего оборудования. Такие спутники не получили распространения. Все современные спутники связи являются активными. Активные ретрансляторы оборудованы электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала.
Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративныйми и регенеративный ми. Нерегенеративныйй спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. Спутник может использовать несколько независимых каналов, осуществляющих эти операции, каждый из которых работает с определенной частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами). Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому исправление ошибок производится дважды: на спутнике и на принимающей земной станции. Недостаток этого метода сложность (а значит, гораздо более высокая цена спутника), а также увеличенная задержка передачи сигнала.
Важной разновидностью экваториальной орбиты является геостационарная орбита,геостационарная орбита на которой спутник вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости Земли, в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли.угловой скоростью Очевидным преимуществом геостационарной орбиты является то, что приемник в зоне обслуживания «видит» спутник постоянно.
Однако геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является большая высота, а значит, и большая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен обслуживать земные станции в приполярной области. Наклонная орбита позволяет решить эти проблемы, однако, из-за перемещения спутника относительно наземного наблюдателя необходимо запускать не меньше трех спутников на одну орбиту, чтобы обеспечить круглосуточный доступ к связи. Полярная орбита предельный случай наклонной (с наклонением 90º).наклонением При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник. Станции, работающие со спутниками, находящимися на геостационарной орбите, как правило, также оборудуются такими системами, чтобы компенсировать отклонение от идеальной геостационарной орбиты. Исключение составляют небольшие антенны, используемые для приема спутникового телевидения: их диаграмма направленности достаточно широкая, поэтому они не чувствуют колебаний спутника возле идеальной точки. Многократное использование частот зоны покрытия.диаграмма направленности
Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами: пространственное разделение каждая антенна спутника принимает сигнал только с определенного района, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты, поляризационное разделение различные антенны принимают и передают сигнал во взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации, при этом одни и те же частоты могут применяться два раза (для каждой из плоскостей). поляризации
Типичная карта покрытия для спутника, находящегося на геостационарной орбите, включает следующие компоненты: глобальный луч производит связь с земными станциями по всей зоне покрытия, ему выделены частоты, не пересекающиеся с другими лучами этого спутника. лучи западной и восточной полусфер эти лучи поляризованы в плоскости A, причем в западной и восточной полусферах используется один и тот же диапазон частот. зонные лучи поляризованы в плоскости B (перпендикулярной A) и используют те же частоты, что и лучи полусфер. Таким образом, земная станция, расположенная в одной из зон, может использовать также лучи полусфер и глобальный луч. При этом все частоты (за исключением зарезервированных за глобальным лучом) используются многократно: в западной и восточной полусферах и в каждой из зон.
Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн.радиоволнатмосфере Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами.
Применение L, 1,5 ГГц, Подвижная спутниковая связь. S, 2,5 ГГц, Подвижная спутниковая связь С, 4 ГГц, 6 ГГц, Фиксированная спутниковая связь X, Для спутниковой связи рекомендациями ITU-R частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц. Фиксированная спутниковая связь (для военных целей) Ku, 11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц, Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание K, 20 ГГц, Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание Ka, 30 ГГц, Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь
Особенностью спутниковых систем связи является необходимость работать в условиях сравнительно низкого отношения сигнал/шум, вызванного несколькими факторами:отношения сигнал/шум значительной удаленностью приемника от передатчика, ограниченной мощностью спутника (невозможностью вести передачу на большой мощности). В связи с этим спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя (ИКМ).аналоговых сигналовоцифровывают Для передачи цифровых данных по спутниковому каналу связи они должны быть сначала преобразованы в радиосигнал, занимающий определенный частотный диапазон. Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией). Наиболее распространенными видами цифровой модуляции для приложений спутниковой связи являются фазовая манипуляция и квадратурная амплитудная модуляция. Например, в системах стандарта DVB-S2 применяются QPSK, 8-PSK, 16-APSK и 32- APSK.модуляцияфазовая манипуляцияDVB-S2
Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну. Спутник принимает сигнал, усиливает, иногда регенерирует, переносит на другую частоту и с помощью определённой передающей антенны транслирует на землю.антенну регенерирует Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты свёрточных кодов (иногда в сочетании с кодами Рида-Соломона.помехоустойчивого кодированиясвёрточных кодовкодами Рида-Соломона
Антенна терминала VSATVSAT Системы VSAT (Very Small Aperture Terminal терминал с очень маленькой апертурой) предоставляют услуги спутниковой связи клиентам (как правило, небольшим организациям), которым не требуется высокая пропускная способность канала. Скорость передачи данных для VSAT-терминала обычно не превышает 2048 кбит/с.VSATпропускная способность Слова «очень маленькая апертура» относятся к размерам антенн терминалов по сравнению с размерами более старых антенн магистральных систем связи. VSAT- терминалы, работающие в C-диапазоне, обычно используют антенны диаметром 1,8-2,4 м, в Ku-диапазоне 0,75-1,8 м. В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.
Изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объёмов информации. Первой системой спутниковой связи стала система Intelsat, затем были созданы аналогичные региональные организации (Eutelsat, Arabsat и другие). С течением времени доля передачи речи в общем объёме магистрального трафика постоянно снижалась, уступая место передаче данных.IntelsatEutelsatArabsat С развитием волоконно-оптических сетей последние начали вытеснять спутниковую связь с рынка магистральной связи.
Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала. Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений: Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние км, на спутник требуется установить мощный передатчик. Этот подход используется системой Inmarsat (основной задачей которой является предоставление услуг связи морским судам) и некоторыми региональными операторами персональной спутниковой связи (например, Thuraya).ЗемлиInmarsatThuraya Множество спутников располагается на наклонных или полярных орбитах. При этом требуемая мощность передатчика не так высока, и стоимость вывода спутника на орбиту ниже.
Однако такой подход требует не только большого числа спутников, но и разветвленной сети наземных коммутаторов. Подобный метод используется операторами Iridium и Globalstar.IridiumGlobalstar С операторами персональной спутниковой связи конкурируют операторы сотовой связи. Характерно, что как Globalstar, так и Iridium испытывали серьёзные финансовые затруднения, которые довели Iridium до реорганизационного банкротства в 1999 г.сотовой связибанкротства В декабре 2006 года был запущен экспериментальный геостационарный спутник Кику-8 с рекордно большой площадью антенны, который предполагается использовать для отработки технологии работы спутниковой связи с мобильными устройствами, не превышающими по размерам сотовые телефоны.Кику-8
Спутниковая связь находит применение в организации «последней мили» (канала связи между Интернет-провайдером и клиентом), особенно в местах со слабо развитой инфраструктурой.последней мили Интернет-провайдером Особенностями такого вида доступа являются: Разделение входящего и исходящего трафика и привлечение дополнительных технологий для их совмещения. Поэтому такие соединения называют асимметричными. Одновременное использование входящего спутникового канала несколькими (например, 200-ми) пользователями: через спутник одновременно передаются данные для всех клиентов «вперемешку», фильтрацией ненужных данных занимается клиентский терминал (по этой причине возможна «Рыбалка со спутника»).Рыбалка со спутника По типу исходящего канала различают:
Терминалы, работающие только на прием сигнала (наиболее дешевый вариант подключения). В этом случае для исходящего трафика необходимо иметь другое подключение к Интернету, поставщика которого называют наземным провайдером. Для работы в такой схеме привлекается туннелирующее программное обеспечение, обычно входящее в поставку терминала. Несмотря на сложность (в том числе сложность в настройке), такая технология привлекательна большой скоростью по сравнению с dial-up за сравнительно небольшую цену. Приемо-передающие терминалы. Исходящий канал организуется узким (по сравнению с входящим). Оба направления обеспечивают одно и то же устройство, и поэтому такая система значительно проще в настройке (особенно если терминал внешний и подключается к компьютеру через интерфейс Ethernet). Такая схема требует установки на антенну более сложного (приемо-передающего) конвертера. И в том, и в другом случае данные от провайдера к клиенту передаются, как правило, в соответствии со стандартом цифрового вещания DVB, что позволяет использовать одно и то же оборудование как для доступа в сеть, так и для приема спутникового телевидения.
Слабая помехозащищённость Огромные расстояния между земными станциями и спутником являются причиной того, что отношение сигнал/шум на приемнике очень невелико (гораздо меньше, чем для большинства радиорелейных линий связи). Для того, чтобы в этих условиях обеспечить приемлемую вероятность ошибки, приходится использовать большие антенны, малошумящие элементы и сложные помехоустойчивые коды. Особенно остро эта проблема стоит в системах подвижной связи, так как в них есть ограничение на размер антенны и, как правило, на мощность передатчика.антенныпомехоустойчивые коды Влияние атмосферы На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосферетропосфереионосфере
Поглощение в тропосфере Поглощение сигнала атмосферой находится в зависимости от его частоты. Максимумы поглощения приходятся на 22,3 ГГц (резонанс водяных паров) и 60 ГГц (резонанс кислорода). В целом, поглощение существенно сказывается на распространении сигналов с частотой выше 10 ГГц (то есть, начиная с Ku-диапазона). Кроме поглощения, при распространении радиоволн в атмосфере присутствует эффект замирания, причиной которому является разница в коэффициентах преломления различных слоев атмосферы.резонансводяных паровкислородазамираниякоэффициентах преломления Ионосферные эффекты Эффекты в ионосфере обусловлены флуктуациями распределения свободных электронов. К ионосферным эффектам, влияющим на распространение радиоволн, относят мерцание, поглощение, задержку распространения, дисперсию, изменение частоты, вращение плоскости поляризации. Все эти эффекты ослабляются с увеличением частоты. Для сигналов с частотами, большими 10 ГГц, их влияние невеликофлуктуациямидисперсию
Задержка распространения сигнала Проблема задержки распространения сигнала так или иначе затрагивает все спутниковые системы связи. Наибольшей задержкой обладают системы, использующие спутниковый ретранслятор на геостационарной орбите. В этом случае задержка, обусловленная конечностью скорости распространения радиоволн, составляет примерно 250 мс, а с учетом мультиплексирования, коммутации и задержек обработки сигнала общая задержка может составлять до 400 мс. Задержка распространения наиболее нежелательна в приложениях реального времени, например, в телефонной связи. При этом, если время распространения сигнала по спутниковому каналу связи составляет 250 мс, разница во времени между репликами абонентов не может быть меньше 500 мс.
Для меня лично нет ничего приятней оказаться в командировке в каком-то другом городе и после напряженного рабочего дня за чашкой чая пива с рыбой с коллегами поболтать на разные отвлеченные темы. Одним из таких вечеров мы попытались восстановить эволюцию связи и список технологий и имена людей, которые своим гением дали импульс развития нашему бешеному информационному миру. Что удалось вспомнить - под катом. Но у меня создалось впечатление, что многое мы упустили. Поэтому жду комментариев и интересных историй от вас, дорогие Хабровцы.
Вспоминать начали с древних времен...
Вечеринка находилась в самом разгаре, когда мы начали вспоминать развитие технологий связи. Главная идея - вспомнить все, что так или иначе было направлено на передачу информационных сообщений между людьми. Первое, что вспомнили все (увидев входящего в комнату коллегу, которого мы отправили за очередной порцией пенного чая) - гонец или вестник.
С каменного века начинается история обмена информационными сообщениями. Тогда информация передавалась дымом костров, ударами в сигнальный барабан, звуками труб через развитую сеть сигнальных башен. Позже стали посылать гонцов с устными вестями. Пожалуй, это самый первый и действенный способ передать срочное сообщение между людьми. Такой вестник заучивал «письмо» со слов отправителя, а затем пересказывал его адресату. Египет, Персия, Рим, государство инков - имели развитую, хорошо организованную почту. По пыльным дорогам день и ночь курсировали гонцы. Они сменялись или меняли лошадей на специально построенных станциях. Собственно, от латинского выражения «mansio pozita...» - «станция в пункте...» и произошло слово «почта». 2500 лет назад уже применялся эстафетный способ передачи писем от гонца к гонцу. В последней четверти IX в., почти в самом начале существования Киевской Руси, закладываются основы русской почты - одной из старейших в Европе. В один ряд с нею по времени возникновения можно поставить только службы связи Великобритании и Испании. Отдельным особняком стоит фельдъегерская служба , история которой в России насчитывает более двух веков. Однако, это специальный вид связи, который обслуживал исключительно государственных лиц и военных.
Старинные письма - признанный образец культуры общения людей. Выпускалась специальная бумага, духи для пропитки конвертов, клише, сургуч и печатки - все это было в порядке вещей и написать письмо другому человеку было целым ритуалом.
Голубиная почта
Как быстр не был бы гонец - ему не угнаться за птицей. Огромный вклад в общение людей внесли почтовые голуби. Своеобразный сервис коротких сообщений - ведь голубь мог нести лишь небольшой груз, короткое письмо или вовсе записку. Однако голубиная почта была очень эффективным информационным каналом, которые использовали политики, брокеры, военные да и простой люд.
Параметры девайса
Дальность полета - до 1500 км. (соревнования идут с максимальной дистанции в 800 км.)
Скорость - до 100 км/час
Условия перелета - любые (дождь, снег не почем)
Срок службы - до 10-15 лет (при хорошем уходе)
Цена - от 100$ (самый дорогой голубь датский сьюбиан по имени «Dolce Vita» недавно был продан за 329 тысяч долларов)
Паспорт самого дорого голубя (идентификация идет по зрачку птицы)
Практически любой голубь может стать почтовым. Эти птицы имеют удивительную способность находить дорогу к гнезду, но при условии, что он там был рожден, встал на крыло и прожил примерно 1 год. После этого голубь может найти дорогу к дому из любой точки, но максимальное удаление не может быть 1500 км. До сих пор не понятно, как ориентируются голуби в пространстве. Бытует мнение , что они чувствительны к магнитному полю Земли и инфразвуку. Также им помогает солнце и звезды. Однако есть и недостатки. Голубиная почта - симплексная связь. Голуби не могут летать туда-обратно. Они способны возвращаться только в родительское гнездо. Поэтому голубей для информационных целей увозили в специальных клетках или машинах в другое место, там, где необходимо было наладить «информационный канал».
Существуют, наверное, тысячи историй и легенд о том, какую роль сыграли почтовые голуби в жизни человека. Одна из таких про семейство Ротшильдов. Известие о поражении Наполеона при Ватерлоо в 1815 году было получено Натаном Ротшильдом через голубя на двое суток раньше официальных новостей, что дало ему возможность удачно повести кампанию на бирже с французскими бумагами и получить 40 миллионов долларов прибыли от этой сделки в ценах 1815 года! Даже по нашим временам это неплохо. Типичный пример важности информации, особенно в финансовых сферах.
Морская и военная связь
Самым важным местом для обеспечения связи является театр военных действий. До появления телеграфа и проводных телефонных станций активно (что удивительно и до сих пор) использовались семафорные системы. Как знаковые, так и световые.
Семафорная, или флажная, азбука используется в ВМФ с 1895 года. Она была разработана вице-адмиралом Степаном Макаровым . Русская флажная азбука содержит 29 буквенных и три специальных знака и не включает в себя цифр и знаков препинания. Передача информации в этом виде связи ведется словами по буквам, а скорость передачи может достигать 60-80 знаков в минуту. Странно, но в ВМФ России с 2011 года упразднено обучение матросов семафорной азбуке, хотя в большинстве морских держав мира она является обязательной дисциплиной.
Интересной является также система сигнализации с помощью специальных флагов . Используется морскими судами. Всего 29 шт, которые, как я понимаю, надо бы знать всем, кто выходит в море. Вот, к примеру, шесть первых флагов. Некоторые весьма забавны.
Проводная связь. Телеграф, телефон, телетайп…
Давайте поговорим уже об электрических системах. Конечно, начнем с телеграфа. Одна из первых попыток создать средство связи с использованием электричества относится ко второй половине XVIII века, когда Лесаж в 1774 году построил в Женеве электростатический телеграф. В 1798 году испанский изобретатель Франциско де Сальва создал собственную конструкцию электростатического телеграфа. Позднее, в 1809 году немецкий учёный Самуил Томас Земмеринг построил и испытал электрохимический телеграф. Первый электромагнитный телеграф создал российский учёный Павел Львович Шиллинг в 1832 году.
Конечно, в это время бурно начала развиваться инфраструктура проводной связи. Появление аппарата Морзе и ловкое патентование телефона Беллом (споры о том, кто все же изобрел сам принцип телефона еще не угасли) привело к первой волне информатизации планеты. Это было удивительное время развития новых технологий, которое дало десятки тысяч рабочих мест. Телефонистки, техники, инженеры, телефонные и телеграфные компании.
Кстати, о телефонистках. Требование к претенденткам были высоки. Девушка должна быть умна, иметь отличную память и хороша собой. Наверное, такое требование было потому, что начальниками телефонных станций были в те времена только мужчины.
Конечно, бурно начали развиваться компании по производству различного телеграфного оборудования. Своеобразные технологические стартапы 19 века).
Безусловно, важным для развития связи было познакомить с ними простых людей. Не редко можно было увидеть такие промо-акции на улицах городов. Телефонная будка на колесах. Прям как сейчас.
Ну и, конечно, людей интересовала задача передачи графической информации. Со времени изобретения телеграфа начались работы по передаче изображений. Главным образом фотографий. Разрабатывались первые прототипы факс-аппаратов. Однако, сделать приемлемый фототелеграфный аппарат удалось только после Второй мировой войны. А передать изображение по телефону и вовсе в шестидесятые годы. Так или иначе, эти технологии появились и нас ими уже не удивить.
Как я понимаю, в правом верхнем углу окуляр видеокамеры, а за ширмой оборудование для передачи изображения. Громоздкая, видно, была система)
Изобретение радио
Настоящий прорыв в технологиях наступил после изобретения радио. Благодаря этому удалось избавиться от проводов и наладить связь практически по всей планете. Конечно, в первую очередь, эта технология попала военным. Практически сразу радио начало вытеснять проводной телеграф. Но, конечно, не сразу. Первое радиооборудование было малонадежным и крайне дорогим.Связь
Связь
передача и приём сообщений (информации) с помощью технических средств. Включает передающие устройства, сети узлов и каналов (линий) связи. В зависимости от характера применяемых средств делится на проводную
(сообщения передаются по медным, оптико-волоконным или коаксиальным кабелям), беспроводную
(передаются радиосигналами, микроволновыми радиосигналами через спутниковые системы) и смешанную
. Одним из видов связи является также традиционная почта, доставляющая из одного места в другое не только письменные сообщения (письма), но и денежные переводы, посылки, бандероли, периодическую печать.
Проводные виды связи: телеграф (изобретён в 1844), телефон (1876) и его разновидности (телетайп, телефакс); беспроводные: радио (1895), телевидение (1923), сотовая связь (мобильные радиотелефоны), спутниковые системы связи, глобальные навигационные системы; смешанный вид: компьютерные сети (Интернет и электронная почта), информация по которым передаётся как по проводам (через телефонные и прямые линии), так и внепроводным образом (через спутниковые системы связи и сотовые телефоны). Осн. показатели работы связи – это число телефонных линий, Интернет-провайдеров, радиовещательных и телевещательных станций; число пользователей Интернета, мобильных сотовых (или простых) телефонов, телевизоров и радиоприёмников в расчёте на 1000 жителей.
Наибольшее число телефонных линий (млн., в целом по стране) в 2004 г. имели США (268), Китай (312), Индия (67), Япония (59), Германия (55), Бразилия (42), Россия (40); число сотовых телефонов (млн.) – США (195), Китай (335), Япония (92), Россия (74), Германия (71), Бразилия (66), Италия (63); число пользователей Интернета (млн.) – США (204), Япония (86), Китай (111), Индия (51), Германия (49), Великобритания (38), Южная Корея (34), Италия (29); число телевизоров (млн.) – в Китае (400), США (219), Японии (87), Индии (63), России (61), Германии (51), Бразилии (37), Франции (35). В России в 2000 г. имелось 35 Интернет-провайдеров, 9,2 млн. пользователей Интернета, 7085 телевизионных станций, 2,5 млн. сотовых телефонов, 30,2 млн. обычных телефонов (206 аппаратов на 1 тыс. жителей; в США – 661), 40,8 тыс. почтовых отделений (отправлено 1,1 млрд. писем, 13,5 млн. посылок, 425 млн. денежных переводов, в т. ч. пенсий).
География. Современная иллюстрированная энциклопедия. - М.: Росмэн . Под редакцией проф. А. П. Горкина . 2006 .
Синонимы :
Смотреть что такое "связь" в других словарях:
связь - связь, и … Русский орфографический словарь
СВЯЗЬ, связи, о связи, в связи и (с кем чем нибудь быть) в связи, жен. 1. То, что связывает, соединяет что нибудь с чем нибудь; отношение, создающее что нибудь общее между чем нибудь, взаимную зависимость, обусловленность. «…Связь науки и… … Толковый словарь Ушакова
И, предл. о связи, в связи и в связи; ж. 1. Отношение взаимной зависимости, обусловленности. Прямая, косвенная, логическая, органическая, причинная с. С. фактов, явлений, событий. С. между промышленностью и сельским хозяйством. С. науки и… … Энциклопедический словарь
Связь отношение общности, соединения или согласованности. Связь возможность передачи информации на расстоянии (в том числе: радиорелейная связь, сотовая связь, спутниковая связь и другие виды). Химическая связь соединение атомов … Википедия
Сцепление, соединительное звено. Сцепление мыслей, понятий ассоциация идей. См. союз.. влиятельная связь... Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. связь логичность, связность,… … Словарь синонимов
Сущ., ж., употр. часто Морфология: (нет) чего? связи, чему? связи, (вижу) что? связь, чем? связью, о чём? о связи; мн. что? связи, (нет) чего? связей, чему? связям, (вижу) что? связи, чем? связями, о чём? о связях 1. Связью называют отношения… … Толковый словарь Дмитриева
В философии взаимообусловленность существования явлений, разделенных в пространстве и во времени. связи классифицируют по объектам познания, по формам детерминизма (однозначные, вероятностные и корреляционные), по их силе (жесткие и… … Большой Энциклопедический словарь
В психологии тот факт, что раздражения, воспринимаемые органами чувств, образуют основу восприятий, в которых между частями воспринимаемого существует связь, благодаря чему получается некое целостное образование, а не отдельные восприятия,… … Философская энциклопедия
В диаграммах сущность связь идентификатор требований, в соответствии с которыми сущность вовлекается в отношение. Каждая связь соединяет сущность и отношение и может быть направлена только от отношения к сущности. См. также: Диаграммы сущность… … Финансовый словарь
Передача и приём информации с помощью различных технических средств. С древних времён люди нуждались в общении, и обмен информацией был присущ им всегда, со временем совершенствовались лишь способы хранения и передачи информации. Вначале связь… … Энциклопедия техники
СВЯЗЬ - (1) информационная передача и приём сообщений с помощью различных технических средств (радио, электронной почты, телефона, телеграфа, телетайпа, телевидения, радиорелейных средств и др.). С. информационная может быть местной, дальней, наземной,… … Большая политехническая энциклопедия
Книги
- Связь планет, времён и поколений , Михайлова Любовь Васильевна. Связь планет, времён и поколений постоянно волнует человечество. Я чувствую неразрывную связь с космосом и пытаюсь разгадать хотя бы некоторые тайны Вселенной. Любовь земная и неземная…
