 |
| Для чего нужна техподдержка сайта www.t-design.ru. |
|
Новые статьи на сайте: |
|
Advanced Mobile Phone Service (AMPS)
Введение
Стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone Service) – это аналоговый стандарт сотовой связи, относящийся к сетям первого поколения (1G). AMPS получил наибольшее распространение в Северной Америке, преимущественно в США, где и был разработан. Работой над созданием спецификаций этого стандарта занималась компания AT&T в 1970 году компанией. Спецификации для AMPS выпускал американский национальный институт стандартизации ANSI (American National Standards Institute) под аббревиатурой EIA/TIA/IS-3. Более поздние версии выпускались ассоциацией телекоммуникационной индустрии TIA (Telecommunications Industry Association) под аббревиатурой IS-91.
В 1978 году была построена первая тестовая сеть AMPS, а в 1980 году в Чикаго была запущена первая коммерческая сеть AMPS. Не смотря на то, что AMPS – это не первая сеть сотовой связи, она обладает рядом преимуществ: высокая спектральная эффективность, низкая стоимость эксплуатации и т.п., которые послужили причиной широкого распространения этого стандарта не только в Северной Америке, но и на других континентах.
Особенности построения радио интерфейса
AMPS относится к стандартам первого поколения сотовой связи и использует технологию FDMA (Frequency division multiple access) – метод частотного разделения каналов. При этом для каждого соединения выделяется индивидуальный частотный канал, шириною 30 кГц. Следовательно, чем выше необходима емкость, тем шире должна быть полоса частот, задействованная системой. Изначально предполагалось, что система AMPS будет работать в диапазоне 800 МГц. Однако со временем, для реализации сетей AMPS в других странах и для расширения возможностей существующих сетей, появились другие возможные частотные диапазоны, например 1900 МГц.
Предшествующие AMPS системы сотовой связи были больше похожи на сети теле- или радиовещания, чем на современные сотовые системы связи. Базовые станции (БС, BTS) в них излучали сигнал с большой мощностью и на обширной территории (с радиусом до 50 км). Такая схема обладала целым рядом недостатков, главными из которых являлись низкая емкость сети и низкая спектральная эффективность. Для работы большой сети, со значительным числом абонентов, задействовалась очень широкая полоса частот. В крупных городах системы сотовой связи быстро перегружались, и из-за ограниченности частотного диапазона не могли быть расширены.
В стандарте AMPS указанная проблема решается методом переиспользования частот, который стал ключевым во всех последующих системах сотовой связи. Принцип данного метода заключается в том, что каждая выделенная для оператора частота может быть использована на многих несмежных сотах. Это становится возможным благодаря тому, что базовые станции AMPS обладают гораздо меньшей излучаемой мощностью. Сигнал на определенной частоте распространяется на меньшей территории, а переотраженные волны быстро затухают и не могут оказать существенное влияние на работу близлежащих сот с аналогичной частотой. Таким образом, оператор может, используя одни и те же частотные каналы в сравнительно небольшом диапазоне частот, для строительства целой сети. Регулируя мощность и число используемых частот можно эффективно настроить сеть на области с различной плотностью абонентов: от степи до мегаполиса.
Одним из наиболее заметных изменений в стандарте AMPS, наряду с методом переиспользования частот, является гораздо более низкая излучаемая мощность мобильных устройств (MSU). В первых аналоговых системах сотовой связи, абонентские терминалы представляли собой громоздкие не портативные устройства. Мобильными их можно назвать лишь по тому, что они устанавливались на различных транспортных средствах. В системе AMPS телефон стал действительно мобильным. Этому способствовали сравнительно компактные размеры телефона и сравнительно низкая мощность излучения, а, следовательно, могла быть уменьшена емкость аккумулятора, а также его размеры и вес, чтобы его можно было поместить в небольшой корпус, который можно было бы удержать одной рукой.
Архитектура сети стандарта AMPS
Принципы построения сети стандарта AMPS схожи с принципами строительства других сетей сотовой связи 1G, например, NMT. Основными элементами сети являются: Mobile Telecommunications Switching Office (MTSO), Cell-Site/Base station, Mobile Subscriber Unit (MSU).
Архитектура сети стандарта AMPS
MTSO – это центральный объект сети мобильной связи. Он включает в себя Mobile Switching Centre (MSC), оборудование мониторинга сети, транспортное оборудование для связи с внешними сетями телефонной связи, например, ТфОП. Основной функцией MSC является коммутация соединений между абонентами сети и, возможно, с другими телефонными сетями. Кроме того, MSC выполняет функции контроля за радиоресурсами, составления счетов за оказанные услуги связи (биллинг), определение местоположения абонентов и некоторые другие.
Элемент сети Cell Site – это аналог базовой станции и выполняет практически аналогичные функции. Фактически Cell Site представляет собой некоторое физическое месторасположение оборудования обеспечивающего радио покрытие в пределах соты/сот: антенно-фидерное устройство и радиопередатчики. Вместе с этим Cell Site обычно включает транспортное оборудование, оборудование энергоснабжения, кондиционирования и др. Основной задачей Cell Site является организация интерфейса между MSU и MTSO.
MSU – мобильное абонентское устройство. Фактически, это оконечное пользовательское оборудование, с помощью которого абоненты получают услуги сети. Стандартом AMPS все MSU делятся на 3 группы:
1. Мобильный телефон (mobile phone)
2. Переносное (transportable) устройство
3. Портативное (portable) устройство
Причем только последний тип соответствует сотовому телефону в привычном облике. Устройства из первой группы предусматривали установку в транспортных средствах, а переносные устройства достаточно громоздки. Естественно, что наиболее компактные устройства подразумевали наименьший период работы в включенном режиме между подзарядками.
Примеры сотовых телефонов, работающих по стандарту AMPS
Каждое MSU включает в себя Numeric Assignment Module (NAM) – цифровой модуль назначения, который используется для обеспечения безопасного доступа абонентов в сеть. MTSO содержит «черный» список NAM, которым запрещен доступ в сеть. При регистрации MSU в сети MSC проверяет NAM на наличие его в «черном» списке, и, в зависимости от результата проверки, может разрешить или запретить регистрацию.
Стандарты семейства AMPS: NAMPS, TACS, ETACS, JTAC
Стандарт AMPS оказался достаточно удачным для своего времени. Основные принципы данного стандарта положены в основу нескольких других, что в итоге привело к образованию целого семейства стандартов, используемых по всему миру. Ниже рассмотрены основные из них.
TACS (Total Access Communications System) – система связи полного доступа – стандарт сотовой связи, разработанный в 1983 году компанией Motorola на основе AMPS. Данный стандарт предусматривал работу в диапазоне частот 900 МГц, который разбивался на частотные каналы с шагом 25 кГц. Стандарт TACS особенно удачно подходил для реализации сетей связи в пригородных районах и городах. В 1985 году, в Великобритании была реализована первая сеть данного стандарта. В последствие TACS широко внедрялся в других Европейских странах, Новой Зеландии и некоторых странах Азии.
В 1987 году, из-за возросших потребностей в числе частотных каналов для операторов, стандарт TACS был модернизирован в E-TACS (Enhanced Total Access Communications System). Он предусматривал в два раза большее число каналов: 1320 вместо 600.
В Японии использовался немного измененный стандарт, основанный на TACS, получивший название JTACS или NTACS (Japanese/Narrowband Total Access Communications System).
Narrowband Advanced Mobile Phone Service (NAMPS) – это улучшенный версия стандарта AMPS. Главные его отличия от предшественника заключается в использование передачи сигнализации в цифровом виде, а также использование частотных каналов шириной 10 кГц вместо 30 кГц, как это было в AMPS. Соответственно, емкость сети также утроилась.
Причины перехода от AMPS к DAMPS
Одной из главных проблем, которые встречали операторы, эксплуатирующие системы AMPS было быстрое достижение предельной емкости сети. В первую очередь перегрузки возникали на радио интерфейсе между MSU и Cell Site. Усовершенствования стандарта AMPS такие как E-TACS и NAMPS позволяли справиться с проблемой нехватки абонентской емкости лишь на некоторое время. Также существовала проблема недостаточного уровня безопасности сети. Радио соединения могли бы быть прослушаны без особых затруднений. Кроме того, аналоговые системы были легко уязвимы к внешним воздействия и качество обслуживания (QoS) оставляло желать лучшего.
Как отмечалось в начале, AMPS относится к стандартам 1G, т.е. аналоговым стандартам, пользовательские данные в котором передаются в аналоговом исходном виде. В стационарных телефонных системах отмеченные выше проблемы решались переходом от аналогового способа передачи сигналов к цифровому. Именно это и было сделано в данном случае. В конце 80-х годов был разработан стандарт D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System). Причем новый стандарт использовал тот же частотный диапазон и те же частотные каналы 30 кГц для передачи информации между базовыми станциями и абонентским терминалом, что и AMPS. Это важное условие позволило облегчить операторам миграцию от 1G к 2G, т.к. не требовалось приобретение лицензий на новые частоты, а сам процесс перехода мог быть сделан с минимальным перерывом в предоставлении услуг.
В 1990 году была запущена первая сеть стандарта DAMPS. К основным преимуществам данного стандарта можно в первую очередь отнести увеличение емкости. Для первого релиза DAMPS емкость сети на радио интерфейсе была увеличена в 3 раза. В более поздних версиях, за счет введения нового диапазона частот и новых голосовых кодеков емкость могла быть увеличена до 15 раз. Кроме увеличения емкости сети DAMPS обладал улучшенной системой безопасности, а также устойчивости к действию внешних искажений за счет введения помехоустойчивого кодирования.
Не смотря на безоговорочные преимущества цифровых систем сотовой связи перед аналоговыми, AMPS все же остается одним из лучших представителей стандартов первого поколения. Стандарт AMPS показал существовавшие недостатки аналоговых сетей и заложил прочную основу для разработки новых систем сотовой связи. До сих пор в некоторых странах продолжают функционировать сети стандарта AMPS, а по количеству абонентов он до сих пор занимает второе место по числу абонентов после GSM, не смотря на появление систем 3G и 4G.
