Има неща, които са по-скоро уважавана история, отколкото ежедневна използваемост. Понякога – за съжаление. Едно от тях са аналоговите свързочни мрежи.

Въпреки че имат много общо, клетъчните мрежи съществено се различават една от друга, най-напред по това, дали използват аналогова или цифрова форма на предаване на информацията. Първите мрежи бяха аналогови, а апаратите в тях – общо взето – свързочни радиостанции с малък слаб компютър, който осигурява прости функции - телефонен указател, определител на номера на входящите позвънявания.

По света са разработени и внедрени 9 аналогови стандарта, работещи на различни честоти и несъвместими един с друг. Успешно разпространени са два от тях: скандинавския NMT и американския AMPS. Последните възможности на тия мрежи включват услуги, които изначално не са предвиждани: автоматично многократно позвъняване, определяне на номера, СМС, гласова поща, конферентна връзка, предаване на данни и даже работа в интернета.

Те обаче имат ограничен капацитет и позволяват на не повече от петдесетина души да се свързват едновременно в рамките на една клетка. AMPS работи в диапазона 800 МХц, NMT-450 – около 450 МХц, използвания в скандинавските страни NMT-900 - около 900 МХц. В NMT максималния радиус на клетката може да е 40 километра, в AMPS – не повече от 20. Мощността на предавателите на NMT-450 е до 2 - 3 Вата за джобните телефони, може да стига до 15 Вт за стационарните и автомобилните, а на базовите станции – 50 – 100 Вт. Телефоните в AMPS са с мощност не повече от 0,6 Вт.

Звуковият сигнал в аналоговите мрежи не се подлага на съществена обработка и затова за местните разговори забавянето на връзката е само десетки милисекунди. Пак заради това, човешките гласове звучат най-естествено и познато. Характерните за аналоговите мрежи шумове и смущения приличат на типичните за жичните телефони шумолене и пукане. В аналоговите мрежи въпросът с конфиденциалността на разговорите не е решен.

Подслушването е възможно даже от значително разстояние, заради високата мощност на предавателите. Макар че последните модели на някои фирми имаха вградени скрамблери, такова шифриране не е с висока устойчивост.

Веднага се появиха и „усъвършенствани” телефони, способни да прехващат идентификационните номера на законните потребители. При това – достатъчно интелигентни, та преди да се появят в ефира, да проверяват дали тоя, за чиято сметка се включват в мрежата, в момента сам не разговаря. След това, поне в NMTi, проблемът с двойниците беше решен.

Роумингът е възможен само в рамките на един и същи стандарт – телефоните, работещи по различни стандарти са принципиално несъвместими. Където е възможен, се работи в т. нар. полуавтоматичен роуминг, изискващ от потребителя ръчен избор на кода на нужната страна или регион.

Телефоните по стандарта NMT бяха по-големи от телефоните по цифровите стандарти, макар че последните модели ги издаваше само външната, или телескопична антена.

В САЩ много бързо са се сблъскали с това, че аналоговият стандарт не може да осигури връзка на всички желаещи.

Следващия, почти цифров D-АMPS, дошъл на смяна на AMPS, при предишния максимален радиус на клетката 20 км, позволява едновременно водене на 300 разговора в една клетка. Това вече осигурява относително стабилна връзка в гъсто населени райони.

Четирите основни стандарта за клетъчна връзка NMT-450, AMPS/D-AMPS, GSM-900 и GSM-1800 се различават помежду си по принципите на построяване и по такива характеристики като вида (аналогов/цифров), използвания честотен диапазон, степента на защитеност, специфичен капацитет на мрежата, качество на предаване на речта, количеството и асортимента на допълнителните обслужващи функции.

Честотният диапазон определя устойчивостта към ефирни смущения и особеностите на разпространение на радиовълните в града и на открита местност.

От нивото на защита зависи възможността за подслушване на разговорите и несанкционирани включвания (за разговори за чужда сметка).

Специфичният капацитет е важен при голяма плътност на абонатите на териториите на клетките и в часовете пик.
От качеството на предаване на речта зависи естествеността на възпроизвеждания човешки глас и разбираемостта на съобщенията в тежки шумови условия.

Познатият у нас като „мобифоните” NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) е аналогов стандарт разработен в Скандинавия, апаратурата работи в честотния диапазон 453 – 468 МХц. Заради малкото отслабване на сигнала на открити пространства, има най-голямата от всички стандарти площ на всяка клетка. Това осигурява най-малки разходи, и е оптимално за големи територии с ниска плътност на населението. Връзката с базовата станция е възможна на десетки километри (теоретически – и на 100, особено през лятото), и даже извън границите на гарантираното покритие при използване на усилватели и насочени антени. Звученето на гласа е по-естествено отколкото в цифровите стандарти, но пък възможните допълнителни услуги и функции са по-малко.

Шумоустойчивостта не е висока заради сравнително високото ниво на индустриалните смущения в този диапазон. В закрити помещения връзката може да се влошава. Не е защитен от подслушване – разговорите се чуват и с прост УКВ приемник на нужната честота. Габаритите, теглото и консумацията от акумулаторите са сравнително по-високи от тези на цифровите телефони, и значи времето между две зареждания – по-малко. Главния проблем обаче е малкия капацитет по абонати. Това увеличава времето за свързване при пикови натоварвания. В големите градове броя на едновременно разговарящите в една клетка е ограничено.

Преди да го зарежат, се предполагаше усъвършенстване на стандарта с намаляване на стъпката между каналите от 25 на 12,5 кХц, което да увеличи броя на каналите на клетката от 180 на 359, както и временно разделяне на каналите като в цифровите мрежи (работа на няколко абоната на една честота).

Американският AMPS (Advanced Mobile Phone Service – Усъвършенства подвижна телефонна служба) също е аналогов и работи на 825 – 890 МХц. Капацитетът на мрежите е по-голям от NMT-450. В този диапазон нивата на индустриалните и атмосферните смущения са по-ниски. Връзката в помещения е по-добра. Но пък зоната на устойчива връзка около всяка базова станция е по-малка, заради което те се слагат по-близо една до друга.

Поради моралното му остаряване, след 1990 година този стандарт е сменен от изобщо казано вече цифровия D – AMPS. Работи на същите 825 – 890 МХц, но капацитетът на мрежите вече е много по-голям и има голям набор от допълнителни услуги, освен предаването на глас. Което е по-интересно – телефоните могат да работят и в аналогов, и в цифров режим. Ако при роуминга абонатът попадне от аналогова мрежа AMPS в цифрова D-AMPS, му се отделя аналогов канал. Вярно, тогава не може да използва предплатените цифрови услуги.

Клетъчните мрежи си имат своите часове пик. Това е особено характерно за големите градове, където е и основната маса потребители. За да не се стига до прекъсване на разговори или до невъзможност за позвъняване, цифровите мрежи изместиха аналоговите.

GSM – 900 (Global System for Mobile Communications – Глобална Система за Мобилна връзка) е цифров стандарт, който работи в диапазона 890 – 960 МХц. Капацитетът на мрежите е сравнително голям. Промишлените смущения са незначителни. Телефоните са по-малки и леки от аналоговите. Максималната излъчвана от тях мощност е 2 Вт.

Работят по-дълго с едно зареждане на акумулатора, главно благодарение на помощта на базовата станция. Тя постоянно следи нивото на сигнала, който приема от абоната и когато той е по-мощен от необходимото, автоматично изпраща на телефона команда да намали излъчваната мощност. Но връзката на разстояние повече от 35 км от най-близката базова станция е невъзможна даже с усилватели и насочени антени. Гласовете звучат донякъде неестествено, но пък благодарение на шифрирането с открити ключове подслушването и нелегалното използване на номера са затруднени.

GSM-1800 е модификация на стандарта GSM-900, който работи в диапазона 1710 – 1880 МХц. Максималната излъчвана от телефоните мощност е наполовина – вече само 1 Вт, което увеличава времето на работа с едно зареждане на акумулатора, и намалява вредното облъчване на говорещите. По идея могат да работят и в мрежите GSM-900 (превключването става ръчно или автоматично), но само ако мрежите са с един и същи собственик или ако между различните собственици има споразумение за роуминг.

Допълнителна, спрямо мобифоните, форма на защита от несанкционирано включване в мрежата, е специалната SIM карта (Subscriber Identification Module – модул за идентификация на абоната). В тази платчица има вграден чип, в който е записана специална информация за абоната, и може да се използва с всеки телефон, работещ по този стандарт. За нейна пък защита, в нея се вкарва специален идентификационен номер – PIN код (Personal Identification Number – Персонален Идентификационен Номер), който трябва да се набира при всяко включване на телефона. Ако пин-кода се набере неправилно три пъти, сим-картата временно се блокира. След това може да се разблокира само с 8-значния PUK код (Personal Unblocking Key – личен разблокиращ ключ), но след десетия неправилен опит с него, сим-картата се блокира окончателно.

Последният мобифон

Идеята на мобилната връзка е, още преди да излезе от зоната на действие на едната базова станция, телефонът да попадне в зоната на следващата и така чак до външната граница на цялата зона на покритие. В началото на развитието на клетъчните връзки, първата цел беше да се осигури максимална площ на покритие с минимален брой базови станции. Мобифоните я постигат напълно успешно. В аналоговите стандарти, за всеки разговор се дава определена честотна лента, и доколкото базовите станции може да са на десетки километри една от друга, докато абонатите са малко – всичко е наред.

Първите телефони бяха куфарчета със слушалка на шнур, тежаха почти по пет килограма, имаха антени с магнит за покрива, усилватели в багажника, когато човек започваше да говори, двигателят сам вдигаше оборотите, за да поддържа акумулатора:) Струваха цяло състояние. Твърде относителна по днешните мерки мобилност, но все пак мобилност и неудобствата не безпокояха никого. Но въпреки ужасяващите цени, мобифонът често успяваше да замести колата например, когато човек трябва да свърши работа и броят на абонатите бързо растеше. С което се появи проблемът с претоварването на мрежите – много скоро мобифоните започнаха непрекъснато да дават заето, като стационарните служебни телефони. Просто неголемия брой канали не стигаха за всички, които искат да говорят по едно и също време.

Една от основополагащите концепции на клетъчната връзка е за множествения достъп. Това значи, че в системата трябва да могат да работят едновременно много абонати. С други думи – значителен брой абонати си делят ограничен брой радиоканали. Всеки абонат може да получи достъп до всеки радиоканал. В такъв смисъл, каналът е част от ограничен честотен диапазон, отделен за тази клетъчна мрежа. За начало на интензивното развитие на новите технологии за мобилна телефонна връзка, може да се смята момента, когато увеличаването на броя на абонатите на мрежите, се сблъска с бариерата на недостига на честоти. Независимо от големите усъвършенствания, аналоговите стандарти се оказаха обречени - при равни други условия, цифровите стандарти позволяват принципиално увеличаване на броя на едновременно разговарящите абонати.

В различните клетъчни мрежи се използват различни технологии за множествен достъп. Традиционните аналогови AMPS и TACS (Total Access Communications System) използват честотно разделение на каналите. Отделеният за тях честотен диапазон е разделен на участъци по 30 и 25 кХц съответно, в теснолентовата NAMPS – по 10 кХц.

В цифровите мрежи методите за множествен достъп са други. Най–разпространеният е времевото разделяне на каналите (TDMA – Time Division Multiple Access). Такива са и Североамериканската цифрова клетъчна връзка (стандартът се казва IS-64/IS-136), и GSM (Global system for Mobile Communications), и PDS (Personal Digital Cellular – Персонална система за мобилна връзка). В САЩ се използват и мрежи CDMA, в които каналите се разделят не по честота и във времето, а с код. Всички разговори са смесени в общ широколентов сигнал, от който всеки телефон вади само предназначената за него част, като използва специален уникален код.

Използването на по-ниски честоти позволява намаляването на броя на базовите станции на една и съща площ. За аналоговите мобифони трябват два пъти по-малко, отколкото за ГСМ-900 и пет пъти по-малко, отколкото за ГСМ-1800. Лошото е, че вършат работа само на големи, слабо населени територии, а в плътно застроените големи градове или по претоварените магистрали – не. Което пък при неголямата обща територия на нашата страна, въпреки намаляването на населението, реши съдбата им.

Амин.

Още по темата

20/02/2015

Технологии

Откъде и защо дойдоха джиесемите