Rețele mobile de telecomunicații - sistemul GSM

CAP.1. Prezentare generală a sistemelor mobile

de telecomunicaţii

1.1. Introducere

1.1.1. Sisteme de comunicaţii mobile

Termenul actual de sistem de comunicaţii mobile desemnează orice sistem de comunicaţie în care cel puţin unul dintre terminale poate fi mobil chiar daca la un moment dat nu este. În aceasta accepţiune comunicaţiile mobile au mai multe ramuri:

- mobile – terestre;

- maritime – mobile;

- aero – mobile;

- satelit – mobile.

Acestea au evoluat relativ independent. În prezent se constată o tendinţă accentuată pentru integrarea si inter-operarea lor în cadrul unui sistem global de comunicaţii .

Se pot evidenţia şapte grupe care includ mai mult sau mai puţin riguros sistemele mai răspândite:

- Sisteme private de radiotelefonie;

- Sisteme de radiomesagerie (radiopaging);

- Sisteme de telefonie fără fir (cordless);

- Sisteme de radiotelefonie celulară (sisteme celulare de telefonie mobilă);

- Sisteme de comunicaţii mobile prin satelit;

- Reţele locale fără fir (WLAN);

- Sisteme radio de transmitere de date pe arii extinse.

1.1.1.1. Sisteme private de radiotelefonie

Pot fi definite drept sisteme de comunicaţii radio care oferă legături de comunicaţie simplex dau duplex între membrii unor grupuri de utilizatori, asigurând mobilitatea pe un teritoriu limitat. Aceste sisteme pot să fie interconectate sau nu cu alte sisteme de comunicaţii. Sunt primele sisteme de comunicaţii mobile care au fost instalate. Variantele convenţionale foloseau unul sau mai multe canale de comunicaţie, utilizatori selectând in canal liber prin supravegherea legăturilor în desfăşurare. Din acest motiv nu se putea asigura confidenţialitatea şi nici o utilizare eficientă a canalelor radio.

1.1.1.2. Sisteme de radiomesagerie (radiopaging)

Sunt sisteme unilaterale de transmitere de mesaje pe arii largi. Legătura radio este optimizată pentru a se beneficia de avantajul asimetriei. Se utilizează radioemiţătoare de putere mare (de la sute de waţi la kilowaţi) cu antene degajate. În acest mod receptoarele pot fi de dimensiuni reduse (de buzunar), de complexitate mică, cu consum energetic redus deci cu autonomie mare deşi se folosesc baterii mici. De asemenea, semnalele transmise fiind puternice se asigură o recepţie corespunzătoare în cele mai vitrege condiţii, inclusiv în clădiri. Toate aceste consideraţii au făcut ca, deşi legătura oferită este săracă din punct de vedere informaţional (absenţa liniei de răspuns), sistemele de radiopaging să cunoască un ritm de dezvoltare remarcabil comparabil cu cel al sistemelor de telefonie celulară.

1.1.1.3. Sisteme de telefonie fără fir (cordless)

Pot fi caracterizate drept sisteme care oferă extinderea reţelei telefonice fixe prin legături radio bilaterale de voce folosind putere mica şi asigurând o mobilitate redusă a terminalului. Generaţia analogică a sistemelor cordless a apărut prin anii 1970 şi s-a bucurat de la început de un succes remarcabil. În anii care au urmat s-a evoluat generaţia numerică reprezentată în Europa de o variantă CT-2 şi DECT (Digital Enhanced (European) Cordless Telephone), PHS (Personal Handiphone System) în Japonia etc.

În faza iniţială telefoanele fără cordon au fost concepute pentru a oferi comunicaţii telefonice, în cursul cărora utilizatorul nu are contact fizic cu terminalul de abonat, în interiorul reşedinţelor. În acest scop cordonul telefonic este înlocuit cu o legătură radio între terminalul conectat la reţeaua telefonică şi un terminal mobil. Într-o etapă ulterioară aceste sisteme şi-au extins aria de aplicaţii şi în afara reşedinţelor.

1.1.1.4. Sisteme celulare de telefonie mobilă (radiotelefonie celulară)

Sunt sisteme care pot asigura transmisiuni locale, bilaterale, pe o arie de acoperire mare, către utilizatori cu mobilitate mare. Prin mobilitate mare se subînţelege atât viteza de deplasare cât şi posibilitatea de circulaţie liberă (roaming) la nivel naţional şi internaţional.

Evoluţia sistemelor celulare a început în urmă cu circa 50 de ani dar implementarea efectivă s-a materializat la sfârşitul anilor `70. Ele îmbină accesul radio cu infrastructură formată dintr-o reţea complexă dotată cu inteligenţă adecvată pentru administrarea mobilităţilor utilizatorilor. Staţiile de bază utilizate folosesc, de regulă, puteri de ordinul waţilor. Puteri de acest ordin ca şi antene eficiente sunt accesibile staţiilor de bază şi staţiilor mobile montate pe vehicule, nu şi terminalelor de buzunar. Mai mult dacă utilizatorul unui astfel de terminal se află într-o clădire, semnalul este atenuat suplimentar de către pereţi. Ca urmare serviciile de care beneficiau utilizatorii acestora au fost multă vreme inferioare celor asigurate de staţiile montate pe vehicule. Cu toate aceste impedimente terminalele portabile au devenit foarte populare reprezentând în prezent referinţa pentru evaluarea calităţii. În prezent eforturile se îndreaptă spre mărirea autonomiei şi spre reducerea bateriei.

Sistemele celulare de început au aparţinut generaţiei analogice FDMA remarcabile fiind AMPS în SUA, NMT în Europa şi MCS în Japonia. De remarcat că această generaţie nu a fost subiectul unei coordonări internaţionale; aşa se explică faptul că au existat foarte multe soluţii de importanţă naţională. De exemplu în Japonia au fost instalate 6 sisteme iar în Europa un număr comparabil. Trecerea la generaţia numerică a beneficiat de experienţa acumulată în instalarea şi operarea reţelelor din generaţia analogică şi au rezultat sisteme care s-au impus pe arii mult mai largi:

- GSM, DCS1800 – în Europa;

- USDC – (IS54) – în SUA;

- IDC (PDC) – în Japonia;

- varianta CDMA, IS-95, instalată în SUA.

În conceperea şi proiectarea acestor sisteme s-a urmărit o utilizare cât mai eficientă a spectrului şi o maximizare a capacităţii de preluare a traficului la nivelul fiecărei celule. Rămânând la nivelul generaţiei a doua, analiza comparativă a sistemelor prezentate pune în evidenţă o serie de trăsături comune:

- codarea vorbirii cu o rată redusă (13kb/s sau chiar 8kb/s), ceea ce a dus la creşterea numărului de utilizatori pe unitatea de bandă pe seama calităţii transmisiunii audio; acest efect este accentuat atunci când trebuie realizate operaţii de transcodare.

- întârzierea mare a transmisiunii (200ms pe un circuit dus-întors) provocată de complexitatea prelucrării semnalului audio; această întârziere este comparabilă cu cea de pe legăturile prin satelit; este o valoare de la care se consideră că se afectează calitatea transmisiunii.

- complexitatea ridicată a prelucrării semnalului atât pentru codarea convorbirii cât şi pentru demodulare;

- alocare fixă a canalelor de comunicaţie;