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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 셀룰러 통신의 특징. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
80년대와 90년대의 새로운 통신 기술의 급속한 발전은 통신, 정보 기술 및 전자 분야에서 과학 기술 성과를 적극적으로 사용하는 것과 관련이 있습니다. 우선 기술 중 하나는 인구 사이에서 점점 더 많은 인기를 얻고 있으며 매우 빠른 속도로 발전하고 있는 셀룰러 통신입니다.
"배울 것이 없다는 확신이 들 때까지 가능한 미래에 등을 돌리지 마십시오."
세계 선수권 잡지를 끝까지 읽는 것을 선호하는 독자들처럼 앞으로 나아가 중요한 점을 말합시다. 오늘날 무선 무선 전화, 특히 모바일 사용자에게 서비스를 제공하는 셀룰러 통신만큼 빠르게 발전할 유형의 통신은 없습니다. 이러한 사용자의 수는 매년 약 40%씩 증가하고 있으며 최근 자신 있게 350억 70천만 명을 넘어섰습니다. 특정 유형의 셀룰러 모바일 네트워크는 훨씬 더 인상적인 성장률을 보인다는 점에 유의해야 합니다. 전 세계에서 GSM 네트워크 가입자의 연간 증가율은 약 95%(gsmworld.com)이며, 우리에게 CDMA/IS-160로 알려진 cdmaOne 네트워크의 경우 지난 1년 동안 거의 2002%에 도달했습니다(cdg.org). )! 셀룰러 가입자는 2003-XNUMX년에 언젠가는 XNUMX억 명에 이를 것으로 예상됩니다. 셀룰러 네트워크가 상업 시장에서 과학 및 기술 발전 단계를 떠난 순간(70-80년대 전환) 이후 많은 시간이 흐르지 않았지만 이제 휴대 전화는 명성의 상징이 아니라 하나의 명품이 되었습니다. 작업 시간을 보다 효율적으로 사용하고 기술, 경제 및 기타 프로세스를 신속하게 관리할 수 있는 도구입니다. 동시에 셀룰러 네트워크는 폭이 넓어질 뿐만 아니라 제공되는 추가 서비스의 수도 꾸준히 증가하고 있습니다. 많은 선진국이 도달한 셀룰러 네트워크의 밀도(British Telecom Engineering의 데이터)를 취하면 인구의 약 70%가 휴대 전화를 가지고 있는 핀란드가 그 중 확실한 리더입니다. 스칸디나비아의 이웃 국가들은 약간 뒤쳐져 있으며(50~60%), 그 사이에 중국(이전 홍콩)이 끼어 있습니다. 호주와 일본을 포함한 30개국이 추가로 20% 기준을 넘었고 영국과 미국을 포함한 전체 국가 그룹이 이에 근접했습니다. 약 XNUMX%의 지표가 독일, 프랑스, 스페인, 캐나다 및 기타 여러 국가에 있습니다. 그러나 오랫동안 이동 통신의 성공을 나열할 수 있지만 이미 제공된 정보는 결론을 내리기에 충분합니다. 위의 모든 내용은 대부분의 국가에서 무선 전화 회선의 밀도가 이미 전통적인 전화의 회선 밀도 수준(약 50-60%) 또는 그 절반 이상에 도달했음을 나타냅니다. 이들 국가 중 다수는 영토가 매우 크거나 인구가 매우 많거나 둘 다 있습니다. 따라서 홍콩을 제외한 브라질의 5%, 중국의 3%(얼마나 작은 숫자이면서 엄청난 수의 사용자)가 예를 들어 네덜란드 어딘가의 27%보다 더 중요한 것으로 판명되었습니다. . 일반적으로 셀룰러 통신은 이미 대량 소비의 산물이 되었으며 계속해서 성장 속도를 높이고 있습니다. 가장 즉각적인 예측(2003)도 인상적입니다. 인구 범위 측면에서 전체 국가 그룹이 90%에 가까워질 것입니다. 그리고 이전 홍콩(현재 중화인민공화국의 특별행정구)은 이 수치가 95%에 도달하는 첫 번째 영토가 될 것입니다! 밀도 측면에서 거의 60개국이 95 ~ 53% 범위에 있을 것입니다. 그러나 비교적 넓은 영토를 가진 매우 발전된 국가조차도 지금까지 발전하지 않을 것입니다. 미국 - 47%, 독일 - 30%, 캐나다 - 22%, 브라질 - 8%, 중국 - XNUMX%. 흥미롭게도 영국과 미국의 이동 통신 선구자는 오스트리아, 아일랜드, 그리스와 같은 국가 뒤에있을 것입니다. 아마도 몇 년 안에 우리는 기존 전화와 휴대 전화 사용자 그룹이 거의 동일한 수를 보게 될 것입니다. 그건 그렇고, 오늘날 전 세계에 약 1억 개의 유선 전화선이 있습니다. 유선 전화의 일반적인 우위를 의심할 충분한 이유가 있기 때문에 외국 분석가들은 셀룰러 통신을 유선과 동일한 서비스로 간주하기 시작했으며 일부는 심지어 우선 순위를 부여합니다. 빠르게 발전하는 셀룰러 서비스의 글로벌 시장은 많은 회사의 관심을 끌고 있습니다. 예를 들어 러시아에서만 약 XNUMX개의 운영 회사가 이 사업에 참여하고 있습니다. 가속화되는 모든 사회 발전 속도는 보다 개인화된 서비스, 즉 언제 어디서나 모든 가입자와 전화 대화의 가능성을 시급히 요구합니다. 마지막 문구는 요즘 셀룰러 통신의 진정한 모토가 되었습니다. 그리고 그녀 뿐만이 아닙니다. 이제 셀룰러 통신 시장의 구성 요소와 기술 및 조직 개발의 일부 역사적 단계를 자세히 살펴보겠습니다. 그러나 먼저 작은 서정적 여담입니다. 시작에 대해 큰 주제를 다룰 때 독자가 다른 출처에서 더 일찍 얻을 수 있었던 지식을 약간 간소화하고 내러티브의 경계를 설명하기 위해 용어로 시작하는 것이 유용합니다. 위와 관련하여 우선 셀룰러 통신은 이동성이 뛰어난 무선 통신의 한 유형이며 주로 제한된 지역에서 가입자의 대량 서비스로 구별됩니다. 동시에 역사적으로 셀룰러 통신은 공중전화망(PSTN)의 서비스 범위를 점진적으로 확장해 왔습니다. 실제로 "셀룰러 통신"이라는 용어 자체는 해당 시스템을 기반으로 구축된 셀룰러 모바일 네트워크를 사용하여 수신되는 서비스에 대해 일반적으로 허용되는 약어입니다. 따라서 이 용어는 이동 통신의 특징입니다. 셀룰러 네트워크와 셀룰러 통신을 혼동하지 않기 위해서는 이러한 장황한 논의가 필요한데, 첫 번째는 특정 영역의 무선 커버리지를 제공하는 방법(각각 이동 통신 서비스와 고정 통신 서비스를 모두 제공하는 데 사용할 수 있음)을 의미하기 때문입니다. 둘째 - 셀룰러 네트워크의 모바일 가입자간에 독점적으로 정보를 송수신하는 형태의 서비스. 오늘날에는 음성뿐만 아니라 데이터와 인터넷도 가능합니다. 무지향성 안테나가 있는 가입자 무선 단말기와 함께 작동하는 모든 무선 통신 시스템은 어느 정도 이동성이 있다는 점을 기억해야 합니다(안테나를 단단히 고정해야만 가입자의 이동이 불가능함). 기지국(BS)의 범위에 의해 제공됩니다. 따라서 이러한 통신 시스템은 하나의 BS의 서비스 영역 내에서만 통신 세션 중에 이동할 수 있는 정지 가입자에게 서비스를 제공하는 시스템(이 시스템은 오히려 고정이라고 할 수 있음)과 고도로 허용하는 시스템으로 나눌 수 있습니다. 모바일 가입자는 한 BS의 서비스 영역에서 다른 BS 영역으로 그리고 더 나아가 전체 내에서 이동(100km/h 이상의 속도에서도 매우 빠른 속도 포함)으로 지속적인 통신 세션을 수행합니다. 네트워크가 적용되는 영역. 이것이 바로 진정한 셀룰러 통신입니다. 이상에서 "고정 통신"이라는 개념이 여기서 잘못 사용되는 경우가 많다는 결론을 내릴 수 있으며, 무선 통신 시스템이 하나의 장거리 기지국으로만 구성되어 있으면 일반적으로 해당 서비스 영역에서 이동 무선 통신을 제공할 수 있습니다. . 기지국이 위성에 있으면 글로벌 (행성) 위성 통신 네트워크를 만드는 데 중요한 단계를 밟을 것입니다. 하지만 땅으로 내려가 이제 "벌집"을 다루겠습니다. 셀룰러 네트워크는 다음과 같은 통신 조직의 셀룰러 원칙에 따라 이름을 얻었습니다. 셀룰러 네트워크의 서비스 영역에는 이미 언급한 기지국(Base Transceiver Station, BS)이 필요한 수만큼 설치되어 있으며, 각 기지국은 무선 커버리지 영역이 상대적으로 작고 이웃 BS의 서비스 영역과 다소 겹칩니다( 영토의 지속적인 라디오 커버리지를 보장하기 위해). 독자의 논리적 질문에 답하기: "이게 왜 필요한가요?" - 셀룰러 통신에 관한 많은 저작자들은 종종 "가입자에게 이동할 기회를 제공하기 위해", "이웃 셀의 전자기 호환성을 구현하기 위해" 대략 다음과 같은 주장을 합니다. "그들"은 커뮤니케이션 품질을 향상시키기 위해 ". 물론 이 모든 것이 사실이지만, 첫째, 고정 회선 네트워크 사업자도 좋은 무선 커버리지에 관심이 있고 둘째, 객관적으로 모든 셀룰러 네트워크 사업자는 항상 네트워크에 더 적은 수의 셀을 갖는 데 관심이 있습니다. 더 좋은 점은 네트워크가 일반적으로 단 하나의 셀로 구성된다는 점입니다. 이것이 가장 단순하고 저렴하기 때문입니다. 또 다른 것은 이것이 일반적으로 현실적으로 불가능하고 상대적으로 작은 지역에 그룹화된 상당한 수의 가입자에게 동시에 서비스를 제공하려고 할 때 필연적으로 적절한 수의 무선 통신 채널이 필요하게 된다는 것입니다. 아시다시피 무선 스펙트럼은 많은 사용자가 이용하는 천연 자원이며 항상 공급이 부족합니다. 기지국과 가입자 단말기(휴대폰) 사이에 많은 무선 인터페이스를 구성하는 사람들을 포함합니다. 따라서 모든 셀룰러 네트워크가 해결하는 주요 과제는 가능한 한 많은 가입자를 커버하기 위해 네트워크 운영자에게 할당된 동일한 무선 주파수 리소스를 경제적으로 여러 번 사용하는 것입니다. 이 접근 방식을 통해 심각한 상업적 수준에서 가입자를 진정으로 대기시키는 문제를 해결할 수 있습니다. 꿀벌의 이점에 대해 이제 세포 자체 또는 세포라고도 불리는 몇 마디. 그런데 왜 벌집입니까? 예, 일반적인 경우 BS 주변의 무선 커버리지 영역이 원이기 때문입니다. 그리고 원에 새겨진 정삼각형(삼각형과 사각형은 포함되지 않음) 중 육각형만 끊김 없이 모든 표면을 덮을 수 있습니다. 따라서 셀룰러 네트워크의 수학적 모델로 사용됩니다. 한때 라디오 운영자보다 훨씬 일찍 꿀벌이 이것을 추측했다는 것도 분명합니다. 실제로 셀룰러 무선 전화 네트워크의 셀 / 셀 크기는 수십 미터에서 수십 킬로미터에 달할 수 있지만 가입자가 특히 혼잡 한 장소 (예 : 비즈니스 센터)에 조직 된 가장 작은 종류는 종종 다음과 같이 호출됩니다. 그들의 크기: 피코 또는 마이크로 셀. 가입자 용량을 늘리기 위해 셀은 다중 섹터 설계(일반적으로 XNUMX개 또는 XNUMX개 섹터 포함)로 구현될 수 있으며, 이는 각각 XNUMX개 또는 XNUMX개 셀 대신 경제적인 조직과 동일합니다. 이 경우, BS는 여러 트랜시버로 구성된 블록이며, 각 트랜시버는 지향성 안테나와 함께 셀의 해당 섹터에 서비스를 제공합니다. BS가 설치된 셀룰러 네트워크의 한 셀을 일반적으로 외국 전문가가 "셀 사이트"라고 부릅니다. 어떤 목적으로든 많은 셀룰러 네트워크 운영자가 직면한 매우 중요한 작업은 RF 셀 계획입니다. 실제로 셀룰러 네트워크의 무선 인터페이스 기술이 주파수별로 무선 채널을 분리하는 경우 이웃 셀은 동일한 무선 주파수에서 작동할 수 없으며 기술적 특성에 따라 일정 거리를 물러나야 재사용할 수 있습니다. 학사의. 이 상황은 매우 일반적이지만 운영자에게는 매우 불쾌한 상황입니다. 새 셀을 구성해야 하는 경우 광범위한 네트워크 조각의 주파수 재스케줄링이 필요하기 때문입니다. 그러나 모든 사람이 이러한 문제에 대해 우려하는 것은 아닙니다. 이것에 대해서는 나중에 이야기하겠습니다. 구독자를 찾아 그 다음이 매우 중요합니다. 셀룰러 통신의 정의 개념은 가입자가 한 셀에서 다른 셀로 이동할 때 셀 간 제어의 릴레이 레이스 전송이라고 합니다. 일반적으로 무선 통신과 셀룰러 통신을 구별하는 것은 바로 이 기능입니다. 이 제어는 BS가 아니라 네트워크의 핵심이며 모든 BS가 연결된 특수 스위칭 센터에서 제공되며 동시에 일반적으로 특수 교환기인 이 센터에서 제공됩니다. TfOL에 포함됩니다. 제어 전환은 새로운 통신 채널의 구성 및 특정 전화 연결의 전송과 관련됩니다. 네트워크에서 사용되는 기술에 따라 "하드" 또는 "소프트"라고 하는 다양한 방식으로 수행할 수 있으며 아래에서 설명합니다. 지금은 이름에만 집중하겠습니다. 역사적으로 이 스위칭 프로세스는 일반적으로 유럽에서는 "인계", 북미에서는 "인계"라고 합니다. 따라서 이러한 불일치가 발생하더라도 놀라지 마십시오. 핸드 오프 (짧은 이름에 중점을 둘 것임)를 고려할 때 가입자가 한 셀룰러 네트워크의 서비스 영역에서 다른 서비스 영역으로 이동하는 경우를 무시할 수 없습니다. 그러나 네트워크마다 소유자-운영자가 다릅니다. 다른 소유자의 셀/네트워크 간에 제어권을 이전하는 프로세스(및 가능성)는 해외에서 "로밍"(부랑자)이라는 이름을 받았을 뿐만 아니라 러시아어 철자로 "로밍"으로 확고하게 자리 잡았습니다. 물론 한편으로 핸드오프는 인접한 셀 간의 로밍에 지나지 않지만 시그널러는 로밍, 즉 운영자 간 상호 작용을 훨씬 더 의미합니다. 물론 기술적 특성과 네트워크 표준뿐만 아니라 일치해야하지만 관세 정책, 상호 합의 등에 대한 적절한 계약을 체결해야합니다.. 또한 셀룰러 네트워크는 서로 경계가 없을 수 있으므로 로밍은 일반적으로 다른 사업자의 네트워크에서 서비스를받을 수있는 능력입니다 (와 어떤 서비스 계약) 동일한 휴대 전화를 사용하여. 한 운영자에서 다른 운영자로 전환하는 프로세스가 가입자 단말기의 해당 표시와 수신된 청구서에 의해서만 가입자에게 통지될 때 로밍이 자동으로 이루어질 수 있다는 점을 추가해야 합니다. 비자동 로밍은 운영자의 신속성과 능력에 따라 그 정도가 달라지는 모든 수반되는 불편과 함께 네트워크 외부로 이동할 가능성에 대해 가입자가 운영자에게 사전 통지하는 것을 의미합니다. 음, 가장 다재다능하고 눈에 거슬리지 않지만 가장 불편한 로밍은 "자신의"네트워크 범위를 벗어날 때 휴대폰을 바꾸는 것입니다. 그러나 가입자 단말기를 사용할 수 없다면 이것은 전혀 로밍이 아닙니다(일부 운영자는 이러한 유형의 로밍만 제공하지만!). 무선 인터페이스 기술 셀룰러 통신은 공통 통신 채널에서 많은 사용자가 하나의 장치를 통해 정보를 동시에 전송하는 것을 의미하는 다중 액세스 가능성이 특징입니다.이 경우 공통 채널의 분할은 주파수 (FDMA- 주파수 분할 다중 접속), 시간(TDMA - 시분할 다중 접속) 및 코드(CDMA - 코드 분할 다중 접속). 이러한 기술의 특징은 그림에 명확하게 표시되어 있습니다.
주파수 분할에서 전송 스펙트럼은 서로 다른 사용자에게 할당된 섹션으로 나뉩니다. 아날로그 셀룰러에서는 이 방법만 사용할 수 있습니다. 따라서 알려진 모든 아날로그 셀룰러 통신 표준은 NMT, AMPS, TACS 등을 기반으로 합니다. 아날로그 시스템의 단점은 이제 명백합니다. 열악한 잡음 내성 및 관련 음성 전송 품질 저하, 부족한 무선 스펙트럼의 비효율적 사용, 또한 아날로그 시스템은 1993년에 발전의 정점에 도달했으며 그 후 가입자 수가 꾸준히 감소했으며 몇 년 안에 일반적으로 통신 시장을 떠나야 합니다. 운영자 및 가입자의 관심 상실 세계의 아날로그 표준은 여전히 AMPS입니다. 다른 두 가지 방법은 디지털 기술과 일반적으로 주파수 분할과 함께 사용됩니다. 시분할 다중 액세스의 경우 여러 가입자가 동일한 무선 주파수에서 서로 다른 시간에 메시지를 전송하므로 음성 트래픽의 양이 증가하고 디지털 통신 시스템에 고유한 여러 가지 다른 이점을 얻을 수 있습니다. 이 방법은 AMPS 표준의 논리적 개발(개선)이 된 D-AMPS뿐만 아니라 GSM 및 DCS 종류와 같은 잘 알려진 협대역 디지털 셀룰러 통신 표준을 기반으로 합니다. 일본 표준도 있지만 그 범위는 전적으로 국가 영토로 제한됩니다. CDMA 다중 액세스 시스템에서 사용되는 원리는 일종의 코드인 고유한 엔벨로프 모양을 가진 특수 신호의 도움으로 원래 정보 신호(이 경우 음성)의 스펙트럼을 확장하는 것입니다. 보시다시피, 이 경우 모든 가입자는 동일한 무선 주파수에서 작동하므로 CDMA 셀룰러 네트워크는 주파수 계획에 많은 노력을 기울일 필요가 없습니다. 수신기에서는 상대방이 수신한 신호를 동일한 코드로 처리하여 원래의 정보신호를 복원한다. 동시에 이 수신기에 대한 다른 사용자의 신호는 계속 확장되며 수신기의 정상 작동을 가장 적게 방해하는 "가장 부드러운" 간섭인 "백색 잡음"으로만 인식됩니다. 물론. 이것으로 우리는 돌아올 것입니다. 그리고 그러한 시스템의 작동 원리를 대중적으로 설명하기 위해 CDMA 기술의 기본을 설명하는 "전문가를위한 것이지 그렇지 않은"매우 성공적인 우화를 언급 할 것입니다. 일반적으로 Motorola에서 제공합니다. 여러 쌍의 사람들이 동시에 서로 다른 언어로 대화하는 방을 상상해 보십시오. 그들 각각은 대담자를 잘 이해하고 모든 외부 대화는 대화를 특별히 방해하지 않는 일종의 배경으로 인식됩니다. 사실 이것이 전체 원칙입니다. 기술의 문제입니다. 저자: A. Golyshko, 모스크바
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