Принцип работы мобильной (сотовой) связи и перспективы ее развития

Общие сведения о сотовой связи

Сотовая связь является разновидностью радиосвязи. Между устройством, которое отправляет сигнал, и устройством, воспринимающим его, располагается сеть базовых станций, предназначенных для ретрансляции сигнала. Этих станций достаточно много, и они расположены таким образом, чтобы их зона действия краями накладывается друг на друга.

Даже когда пользователь не совершает звонков, мобильный телефон непрерывно должен поддерживать связь с базовыми станциями. Телефон должен принять сигнал, передаваемый станцией, а в ответ он должен отправить свой идентификационный код, который является уникальным для каждого номера.

Для сотовой связи очень важным является непрерывное соединение со станцией при перемещениях пользователя с телефоном. Данное условие может быть обеспечено за счёт так называемого Handover, то есть переключения, при котором соединение, которое установил абонент, должно подхватываться соседними сотами по очереди, а абонент при перемещении не прерывает свой разговор или использование интернета. Вся сеть мобильной связи может быть представлена в виде следующих подсистем:

• Подсистемы базовых станций.
• Подсистемы коммутаций.

Принцип работы сотовой связи и перспективы ее развития

Как известно, первые мобильные телефоны могли предоставить абонентам только возможность связи при помощи голосового вызова. А современные смартфоны способны предоставить достаточно много различных услуг, а именно:

• Отправка SMS сообщений.
• Отправка MMS сообщений.
• Организация видео звонков.
• Выход в сеть Интернет и многое другое.

Процесс развития (эволюции0 сотовых сетей никогда не прекращался, более того, мобильную связь совсем в недалёком будущем ожидает переход на абсолютно новую ступень, именуемую 5G. Одним из главных отличий сетей сотовой связи 5-го поколения является значительно большее количество абонентов. Согласно разным прогнозам, это количество может увеличиться от десяти до ста раз. Этот факт можно объяснить тем, что сети 5G способны подключить большое количество самых разных устройств, начиная от камер видеонаблюдения, и заканчивая «умными автомобилями».

Концепция сети, в которой большинство абонентов представлены как машины, имеющие возможность информационного обмена без участия людей, именуется Интернетом вещей. Главные проблемы по её воплощению в реальность состоят в необходимости устранить недостатки сетей четвёртого поколения. А именно это следующие проблемы:

1. Cети 4G имеют возможность взаимодействия с достаточно небольшим набором приборов, это телефон, планшет и персональный компьютер, при этом, сети 5G должны обладать способностью оперировать информацией, которая поступает от разнообразнейшей совокупности устройств, обладающей различными требованиями к стабильности соединения, скорости передачи информации и прочим характеристикам каналов связи.
2. Инфраструктура сетей 4G не может гарантировать наличие связи для предполагаемого количества устройств.

Разрешение перечисленных выше проблем усложняется тем фактом, что исчерпан по существу самый подходящий по физическим свойствам диапазон частот, применяемых для целей сотовой связи. Нехватка частотного диапазона ощущается уже и в сетях четвёртого поколения.

Можно предположить, что 5G станет интегрированным сочетанием применяемых сегодня технологий связи, что должно обеспечить её совместимость с мобильными терминалами предшествующих поколений, а, помимо этого, передовых, наиболее совершенных технологий беспроводного доступа, задачей которых должна стать установка и поддержка связи с устройствами заданных разновидностей.

Упоминавшийся выше дефицит частотных ресурсов, необходимых для того, чтобы обеспечить приемлемое качество услуг, проявляется крайне остро на нижних границах диапазона (до 6 ГГц). По этой причине следует рассмотреть возможность применения в сетях 5G высоких (до десятков гигагерц) частот, физические свойства которых имеют существенные отличия от стандартных для мобильной связи диапазонов.

Для развития сетей 5G в Европе на первоначальном этапе предполагается задействовать частотные диапазоны 700 МГц, 3400-3800 МГц и 24,25-27,5 ГГц. Более низкие частоты (это относится в первую очередь к диапазону 700 МГц и, в меньше степени, к диапазону 3,4-3,8 ГГц) могли бы предоставить качественное в плане расстояния распространения, надёжности и проникающей способности покрытие при незначительных затратах, что является важным фактором для предполагаемого «Интернета вещей». Такая версия 5G полезна для формирования систем «умный город» и для «умных домов/зданий», не требующих высоких скоростей передачи данных, а также для того, чтобы автоматизировать промышленность и приложения, чувствительные к задержкам, подключить самоуправляемые автомобили.

Более высокие частоты и достаточно широкие полосы следует использовать при подключении пользователей с высокими пиковыми скоростями вплоть до 20 Гбит/с (в диапазонах 24,25-27,5 ГГц и 37-43,5 ГГц). Подобные скорости могут потребоваться, к примеру, для того, чтобы загрузить 3D-видео, имеющего разрешение UHD, тактильного интернета и иных приложений. Следствием этого может стать, плотное распределение базовых станций сети 5G, использующих высокие частоты, так как чем выше частота сигнала, тем меньше расстояние, на которое он способен эффективно передать информацию.

Скорее всего, сети 5G станут ориентированными на устройства, и не будут иметь ориентацию именно на соты, то есть устройствам будет позволено вести обмен множественными потоками информации одновременно с узлами разных типов, задачей которых в конкретные моменты времени станет обслуживание как раз таких устройств.