Nguyên lý hoạt động của mạng GSM. di động

Truyền thông di động

di động- một trong những loại thông tin vô tuyến di động, dựa trên mạng di động. Đặc điểm chính là tổng vùng phủ sóng được chia thành các ô (cell), được xác định bởi vùng phủ sóng của từng trạm gốc (BS). Các ô chồng lên nhau một phần và cùng nhau tạo thành một mạng lưới. Trên một bề mặt lý tưởng (bằng phẳng và chưa phát triển), vùng phủ sóng của một BS là một hình tròn, do đó mạng được tạo thành từ chúng trông giống như một tổ ong với các tế bào hình lục giác (tổ ong).

Đáng chú ý là trong phiên bản tiếng Anh, kết nối được gọi là "di động" hoặc "di động" (di động), không tính đến tính chất hình lục giác của tổ ong.

Mạng bao gồm các bộ thu phát phân tán trong không gian hoạt động trong cùng dải tần và thiết bị chuyển mạch giúp xác định vị trí hiện tại của thuê bao di động và đảm bảo liên lạc liên tục khi thuê bao di chuyển từ vùng phủ sóng của một bộ thu phát sang vùng phủ sóng khu vực của người khác.

Câu chuyện

Việc sử dụng radio điện thoại di động lần đầu tiên ở Hoa Kỳ có từ năm 1921: Cảnh sát Detroit đã sử dụng thông tin liên lạc một chiều ở băng tần 2 MHz để truyền thông tin từ máy phát trung tâm đến máy thu gắn trên xe. Năm 1933, NYPD bắt đầu sử dụng hệ thống vô tuyến điện thoại di động hai chiều, cũng ở băng tần 2 MHz. Năm 1934, Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ đã phân bổ 4 kênh để liên lạc vô tuyến qua điện thoại trong phạm vi 30...40 MHz, và vào năm 1940, khoảng 10 nghìn xe cảnh sát đã sử dụng liên lạc vô tuyến qua điện thoại. Tất cả các hệ thống này đều sử dụng điều chế biên độ. Điều chế tần số bắt đầu được sử dụng từ năm 1940 và đến năm 1946 nó đã thay thế hoàn toàn điều chế biên độ. Điện thoại vô tuyến di động công cộng đầu tiên xuất hiện vào năm 1946 (St. Louis, Hoa Kỳ; Phòng thí nghiệm Điện thoại Bell), nó sử dụng băng tần 150 MHz. Năm 1955, hệ thống 11 kênh bắt đầu hoạt động ở băng tần 150 MHz và năm 1956, hệ thống 12 kênh ở băng tần 450 MHz bắt đầu hoạt động. Cả hai hệ thống này đều đơn giản và sử dụng chuyển mạch thủ công. Hệ thống song công tự động bắt đầu hoạt động lần lượt vào năm 1964 (150 MHz) và 1969 (450 MHz).

Ở Liên Xô Năm 1957, kỹ sư người Moscow L.I. Kupriyanovich đã tạo ra một nguyên mẫu của điện thoại vô tuyến di động song công tự động LK-1 và một trạm gốc cho nó. Chiếc điện thoại vô tuyến di động nặng khoảng 3 kg và có tầm hoạt động 20-30 km. Năm 1958, Kupriyanovich đã tạo ra các mẫu thiết bị cải tiến, nặng 0,5 kg và có kích thước bằng hộp thuốc lá. Vào những năm 60, Hristo Bochvarov đã trình diễn nguyên mẫu điện thoại vô tuyến di động bỏ túi ở Bulgaria. Tại triển lãm Interorgtekhnika-66, Bulgaria đang giới thiệu bộ công cụ tổ chức liên lạc di động địa phương từ điện thoại di động bỏ túi RAT-0.5 và ATRT-0.5 và trạm gốc RATC-10, cung cấp kết nối cho 10 thuê bao.

Vào cuối những năm 50, hệ thống điện thoại vô tuyến ô tô Altai bắt đầu được phát triển ở Liên Xô, được đưa vào vận hành thử nghiệm vào năm 1963. Hệ thống Altai ban đầu hoạt động ở tần số 150 MHz. Năm 1970, hệ thống Altai hoạt động ở 30 thành phố của Liên Xô và dải tần 330 MHz được phân bổ cho nó.

Tương tự như vậy, với những khác biệt tự nhiên và ở quy mô nhỏ hơn, tình hình cũng phát triển ở các quốc gia khác. Vì vậy, ở Na Uy, đài điện thoại công cộng đã được sử dụng cho thông tin di động hàng hải từ năm 1931; năm 1955 cả nước có 27 đài phát thanh ven biển. Thông tin di động mặt đất bắt đầu phát triển sau Thế chiến thứ hai dưới dạng mạng riêng, chuyển mạch thủ công. Do đó, đến năm 1970, thông tin liên lạc vô tuyến trên điện thoại di động, một mặt, đã trở nên khá phổ biến, nhưng mặt khác, rõ ràng nó không thể theo kịp nhu cầu ngày càng tăng nhanh, với số lượng kênh hạn chế trong các dải tần được xác định nghiêm ngặt. Một giải pháp đã được tìm ra dưới dạng hệ thống thông tin di động, giúp tăng đáng kể công suất bằng cách tái sử dụng tần số trong hệ thống có cấu trúc tế bào.

Tất nhiên, như thường lệ trong cuộc sống, một số thành phần nhất định của hệ thống thông tin di động đã tồn tại trước đó. Đặc biệt, một số hình thức giống như hệ thống di động đã được sử dụng vào năm 1949 tại Detroit (Mỹ) bởi dịch vụ điều phối taxi - với việc sử dụng lại tần số trong các ô khác nhau khi người dùng chuyển kênh theo cách thủ công tại các địa điểm được xác định trước. Tuy nhiên, kiến trúc của hệ thống mà ngày nay được gọi là hệ thống thông tin di động chỉ được phác thảo trong một báo cáo kỹ thuật của Bell System, đệ trình lên Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ vào tháng 12 năm 1971. Và kể từ thời điểm đó, sự phát triển của thông tin di động chính nó đã bắt đầu, nó đã thực sự chiến thắng vào năm 1985 g., trong khoảng mười năm qua.

Năm 1974, Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ quyết định phân bổ băng tần 40 MHz trong băng tần 800 MHz cho thông tin di động; vào năm 1986, 10 MHz khác đã được thêm vào trong cùng dải tần. Năm 1978, các cuộc thử nghiệm hệ thống liên lạc di động thử nghiệm đầu tiên dành cho 2 nghìn thuê bao đã bắt đầu ở Chicago. Vì vậy, năm 1978 có thể được coi là năm bắt đầu sử dụng thực tế thông tin di động. Hệ thống điện thoại di động thương mại tự động đầu tiên cũng được giới thiệu tại Chicago vào tháng 10 năm 1983 bởi American Electrical and Telegraph (AT&T). Ở Canada, thông tin di động đã được sử dụng từ năm 1978, ở Nhật Bản - từ năm 1979, ở các nước Scandinavi (Đan Mạch, Na Uy, Thụy Điển, Phần Lan) - từ năm 1981, ở Tây Ban Nha và Anh - từ năm 1982. Tính đến tháng 7 năm 1997, thông tin di động đã hoạt động ở hơn 140 quốc gia trên khắp các châu lục, phục vụ hơn 150 triệu thuê bao.

Mạng di động thành công về mặt thương mại đầu tiên là mạng Autoradiopuhelin (ARP) của Phần Lan. Tên này được dịch sang tiếng Nga là "Điện thoại vô tuyến ô tô". Ra mắt tại thành phố, nó đã phủ sóng 100% lãnh thổ Phần Lan. Kích thước của ô khoảng 30 km và có hơn 30 nghìn thuê bao trong thành phố. Nó hoạt động ở tần số 150 MHz.

Nguyên lý hoạt động của thông tin di động

Các thành phần chính của mạng di động là điện thoại di động và trạm cơ sở. Các trạm gốc thường được đặt trên nóc các tòa nhà và tháp. Khi bật, điện thoại di động sẽ lắng nghe sóng, tìm tín hiệu từ trạm gốc. Sau đó, điện thoại sẽ gửi mã nhận dạng duy nhất của nó đến trạm. Điện thoại và trạm duy trì liên lạc vô tuyến liên tục, trao đổi gói tin định kỳ. Giao tiếp giữa điện thoại và trạm có thể thông qua giao thức analog (NMT-450) hoặc kỹ thuật số (DAMPS, GSM, tiếng Anh). bàn giao).

Mạng di động có thể bao gồm các trạm cơ sở theo các tiêu chuẩn khác nhau, cho phép tối ưu hóa hoạt động của mạng và cải thiện phạm vi phủ sóng của mạng.

Mạng di động của các nhà khai thác khác nhau được kết nối với nhau, cũng như với mạng điện thoại cố định. Điều này cho phép thuê bao của một nhà khai thác thực hiện cuộc gọi đến thuê bao của nhà khai thác khác, từ điện thoại di động đến điện thoại cố định và từ điện thoại cố định đến điện thoại di động.

Các nhà khai thác ở các quốc gia khác nhau có thể ký kết các thỏa thuận chuyển vùng. Nhờ những thỏa thuận như vậy, thuê bao khi ở nước ngoài có thể thực hiện và nhận cuộc gọi qua mạng của một nhà mạng khác (mặc dù mức cước cao hơn).

Truyền thông di động ở Nga

Ở Nga, thông tin di động bắt đầu được giới thiệu vào năm 1990, việc sử dụng thương mại bắt đầu vào ngày 9 tháng 9 năm 1991, khi mạng di động đầu tiên ở Nga được ra mắt tại St. Petersburg bởi Delta Telecom (hoạt động theo tiêu chuẩn NMT-450) và biểu tượng đầu tiên cuộc gọi điện thoại di động của thị trưởng St. Petersburg Anatoly Sobchak. Đến tháng 7 năm 1997, tổng số thuê bao ở Nga là khoảng 300 nghìn. Tính đến năm 2007, các giao thức truyền thông di động chính được sử dụng ở Nga là GSM-900 và GSM-1800. Ngoài ra, UMTS cũng hoạt động. Đặc biệt, đoạn đầu tiên của mạng lưới tiêu chuẩn này ở Nga đã được MegaFon đưa vào hoạt động vào ngày 2 tháng 10 năm 2007 tại St. Petersburg. Tại vùng Sverdlovsk, mạng truyền thông di động theo tiêu chuẩn DAMPS, thuộc sở hữu của công ty Truyền thông di động MOTIV, tiếp tục được sử dụng.

Tại Nga vào tháng 12 năm 2008, có 187,8 triệu người dùng di động (dựa trên số lượng thẻ SIM được bán ra). Do đó, tỷ lệ thâm nhập của thông tin di động (số lượng thẻ SIM trên 100 dân) vào ngày này là 129,4%. Ở các khu vực, ngoại trừ Moscow, mức độ thâm nhập vượt quá 119,7%.

Thị phần của các nhà khai thác di động lớn nhất tính đến tháng 12 năm 2008 là: 34,4% cho MTS, 25,4% cho VimpelCom và 23,0% cho MegaFon.

Vào tháng 12 năm 2007, số lượng người dùng di động ở Nga đã tăng lên 172,87 triệu thuê bao, ở Moscow - lên 29,9, ở St. Petersburg - lên 9,7 triệu. Mức độ thâm nhập ở Nga - lên tới 119,1%, Moscow - 176% , St. - 153%. Thị phần của các nhà khai thác di động lớn nhất tính đến tháng 12 năm 2007 là: MTS 30,9%, VimpelCom 29,2%, MegaFon 19,9%, các nhà khai thác khác 20%.

Theo dữ liệu từ công ty nghiên cứu Informa Telecoms & Media của Anh năm 2006, chi phí trung bình cho một phút liên lạc di động đối với người tiêu dùng ở Nga là 0,05 USD - đây là mức thấp nhất trong số các nước G8.

Công ty IDC, dựa trên một nghiên cứu về thị trường thông tin di động của Nga, đã kết luận rằng vào năm 2005, tổng thời lượng cuộc gọi trên điện thoại di động của cư dân Liên bang Nga đạt 155 tỷ phút và 15 tỷ tin nhắn văn bản đã được gửi đi.

Theo nghiên cứu của J"son & Partners, số lượng thẻ SIM đăng ký ở Nga tính đến cuối tháng 11 năm 2008 đạt 183,8 triệu.

Xem thêm

Nguồn

Liên kết

Trang web thông tin về các thế hệ và tiêu chuẩn của truyền thông di động.
Truyền thông di động ở Nga 2002-2007, số liệu thống kê chính thức

di độngở Nga
Toán tử di động	Utel Akos Altaisvyaz Baikalwestcom Beeline ETK MegaFon Motive MTS NSS NTK SMARTS Sky Link Sonet Sotel SSB STEC GSM TomskTeleCom UUSS Mở rộng kỹ thuật số‎
Mạng lưới bán hàng điện thoại di động	Divizion Symphony AltTelecom Banzai Betalink Euroset ION Svyaznoy Spectrum Truyền thông Điện thoại.Ru Teleforum Tochka Ultra Digital City Eldorado
Tiêu chuẩn di động	D-AMPS GSM IMT-MC-450 IS-95

Tiêu chuẩn truyền thông di động hiện đại

Bất kỳ liên lạc vô tuyến nào cho phép thuê bao sử dụng nó mà không bị ràng buộc với một vị trí cụ thể: di động, nhắn tin, sử dụng điện thoại vô tuyến, bộ mở rộng sóng vô tuyến, bộ đàm, v.v. đều được gọi là di động. di động- một loại thông tin di động được tổ chức theo nguyên tắc tế bào hoặc tế bào (tế bào), bằng cách đặt các trạm cơ sở (Trạm thu phát sóng), bao gồm một khu vực địa phương.

Nguyên tắc xây dựng hệ thống di động như sau: trong vùng phủ sóng của mạng, một số trạm thu phát cố định (trạm gốc) có công suất tương đối thấp được lắp đặt, mỗi trạm có vùng phủ sóng nhỏ (thường là vài km). Đồng thời, vùng phủ sóng của các trạm lân cận có phần chồng chéo lên nhau để đảm bảo thuê bao có thể di chuyển từ vùng này sang vùng khác mà không bị mất kết nối. Để có thể thực hiện được sự chồng chéo như vậy, các trạm lân cận phải sử dụng các tần số hoạt động khác nhau. Để phủ sóng toàn bộ một khu vực nhất định, cần có ít nhất ba tần số khác nhau để các trạm nằm trong hình tam giác có thể có các khu vực dịch vụ chồng chéo. Trạm thứ tư có thể sử dụng lại một trong ba tần số này vì nó chỉ giáp hai vùng. Với cách tiếp cận này, hình dạng vùng phủ sóng của mỗi trạm gốc là một hình lục giác và vị trí của các vùng này lặp lại chính xác cấu trúc của tổ ong, đặt tên cho các hệ thống thông tin liên lạc có nguyên tắc xây dựng tương tự.

Tổng số lãnh thổ địa phương là khu vực phục vụ nhà điều hành. Mức tín hiệu ở một vị trí cụ thể phụ thuộc vào khoảng cách đến trạm gốc, địa hình, tòa nhà, nhiễu công nghiệp và các yếu tố khác. Tín hiệu từ trạm gốc được truyền tới công tắc và được nó xử lý.

Thiết bị của hệ thống thông tin di động bao gồm các trạm cơ sở và trung tâm chuyển mạch được kết nối thông qua các kênh chuyển tiếp vô tuyến hoặc dây chuyên dụng, như trong Hình 2. 7.2.

Cơm. 7.2.

Trung tâm liên lạc là một tổng đài điện thoại tự động của hệ thống thông tin di động, cung cấp tất cả các chức năng quản lý mạng: giám sát các thuê bao di động, tổ chức chuyển giao, chuyển kênh làm việc trong ô khi xảy ra nhiễu, kết nối thuê bao với thuê bao trên mạng điện thoại thông thường.

Trạm cơ sở là một bộ thu phát đa kênh hoạt động ở chế độ thu và truyền tín hiệu và đóng vai trò như một loại giao diện giữa điện thoại di động và trung tâm liên lạc di động.

Số lượng kênh của trạm gốc thường là bội số của 8: 8, 16, 32. Một trong các kênh là kênh điều khiển hoặc kênh gọi, vì trên đó kết nối được thiết lập khi gọi một thuê bao mạng di động, nhưng cuộc trò chuyện xảy ra sau khi chuyển sang kênh khác hiện đang miễn phí. Ý tưởng của mạng truyền thông di động di động là, khi chưa rời khỏi vùng phủ sóng của một trạm cơ sở, điện thoại và chủ sở hữu của nó sẽ rơi vào vùng phủ sóng của trạm tiếp theo, v.v. biên giới của toàn bộ vùng phủ sóng của mạng. Đồng thời, thông tin di động không nhất thiết hàm ý tính di động: ngày nay, cái gọi là “thông tin liên lạc di động cố định” đang ngày càng trở nên phổ biến trên toàn thế giới. Giải pháp này thường tiết kiệm chi phí - không cần lắp đặt cáp điện thoại đắt tiền và một trạm gốc mạnh là đủ để cung cấp điện thoại cho toàn bộ khu vực lân cận. Ăng-ten trạm gốc được lắp đặt trong thành phố ở độ cao 15-100 m so với mặt đất trên các tòa nhà hiện có (công trình công cộng, công nghiệp, nhà ở, ống khói) và bên ngoài thành phố - trên các cột buồm cao.

Hệ thống thông tin di động hoạt động theo thuật toán sau.

Ở chế độ chờ (điện thoại đang ở trạng thái sẵn sàng), thiết bị thu điện thoại vô tuyến liên tục quét tất cả các kênh của hệ thống hoặc chỉ các kênh điều khiển.

Để gọi đến thuê bao tương ứng, tất cả các trạm gốc của hệ thống liên lạc đều truyền tín hiệu cuộc gọi qua các kênh điều khiển.

Khi nhận được tín hiệu này, điện thoại di động của thuê bao bị gọi sẽ phản hồi thông qua một trong các kênh điều khiển miễn phí.

Các trạm gốc đã nhận được tín hiệu phản hồi sẽ truyền thông tin về các thông số của nó đến trung tâm liên lạc, từ đó chuyển cuộc trò chuyện đến trạm gốc nơi ghi lại mức tín hiệu tối đa của điện thoại di động của thuê bao được gọi.

Số lượng thuê bao trong mỗi ô không cố định vì chúng được trộn lẫn từ ô này sang ô khác. Khi vượt qua ranh giới giữa các ô, thuê bao sẽ tự động được chuyển sang dịch vụ ở ô khác.

Hệ thống liên lạc di động đầu tiên, bao gồm một máy phát sáu kênh, được tạo ra ở thành phố St. Louis ở Bắc Mỹ vào năm 1946. Sự ra đời tích cực của truyền thông di động bắt đầu muộn hơn nhiều. Các hệ thống thương mại đầu tiên xuất hiện ở Mỹ vào năm 1979 và chỉ được áp dụng trên toàn quốc vào những năm 1980. Ví dụ, vào năm 1981, hệ thống quốc tế đầu tiên xuất hiện ở châu Âu, thống nhất Na Uy, Đan Mạch, Thụy Điển và Phần Lan.

Kết quả là vào đầu những năm 1980. Ở châu Âu, đã có hơn 20 mạng tương tự không tương thích khác nhau. Sự không tương thích của các tiêu chuẩn đã cản trở sự phổ biến của điện thoại di động và gây khó khăn cho cuộc sống của cả nhà khai thác và thuê bao. Ví dụ, không thể thực hiện chuyển vùng tự động khi di chuyển từ vùng phủ sóng của mạng này sang vùng phủ sóng của mạng khác. Và các thiết bị thuê bao, bản thân điện thoại di động, còn lâu mới trở nên phổ biến. Đối với mỗi loại thông tin di động cần phải phát triển các thiết bị độc đáo.

Các tiêu chuẩn tồn tại vào thời điểm đó được phân loại là tiêu chuẩn thế hệ thứ nhất (1G - thế hệ thứ nhất). Đây là những tiêu chuẩn di động tương tự. Ví dụ trong số này là hệ thống NMT của Scandinavia, TACS của Anh và AMPS của Mỹ. Một trong những tiêu chuẩn lâu dài nhất của thế hệ đầu tiên là tiêu chuẩn kỹ thuật số D-AMPS (Dịch vụ điện thoại di động kỹ thuật số tiên tiến), đã phổ biến ở Nga trong một thời gian khá dài, cũng như phiên bản tương tự AMPS của nó.

Để áp dụng một tiêu chuẩn duy nhất, một nhóm đặc biệt có tên Nhóm Di động Đặc biệt (GSM) đã được thành lập vào năm 1982, bao gồm đại diện của 24 quốc gia Tây Âu. Các nhà phát triển hệ thống mới tin tưởng một cách hợp lý rằng các phương pháp nén và mã hóa thông tin kỹ thuật số sẽ mở rộng đáng kể việc sử dụng thông tin di động, cung cấp chất lượng tốt hơn và cung cấp cho người dùng những dịch vụ chưa từng có. Hệ thống kỹ thuật số Mannesmann, được giới thiệu vào năm 1991 tại Đức, đã được sử dụng làm tiêu chuẩn.

Vì vậy, vào giữa năm 1991, hoạt động thương mại của mạng đầu tiên theo tiêu chuẩn này đã bắt đầu. Ngày nay GSM là hệ thống thông tin di động phổ biến nhất trên thế giới và tên của nó là viết tắt của một thứ khác - Hệ thống viễn thông di động toàn cầu. GSM cho đến nay là tiêu chuẩn truyền thông phổ biến nhất. Theo hiệp hội GSMA, tiêu chuẩn này chiếm 82% thị trường truyền thông di động toàn cầu. GSMA hiện bao gồm các nhà khai thác tại hơn 210 quốc gia và vùng lãnh thổ. GSM thuộc mạng thế hệ thứ hai (2 Thế hệ).

Thông tin di động GSM sử dụng tần số vô tuyến 900, 1800 hoặc 1900 MHz. Ngoài ra còn có, và khá phổ biến, nhiều băng tần (Băng tần kép, Đa băng tần)điện thoại có khả năng hoạt động ở các băng tần 900/1 800 MHz, 850/1 900 MHz, 900/1 800/1 900 MHz.

So với các tiêu chuẩn analog, GSM có một số ưu điểm. Vấn đề chính là việc sử dụng các máy phát công suất thấp trong các thiết bị thuê bao và trạm gốc. Điều này làm giảm giá thành của thiết bị nhưng không ảnh hưởng đến chất lượng liên lạc. Ngoài ra, việc truyền thông tin ở dạng kỹ thuật số giúp dễ dàng đảm bảo mức độ bảo mật cao của các cuộc đàm phán và một loạt các chức năng dịch vụ.

Công nghệ GSM thực sự là một “bó hoa” công nghệ phức tạp. Đầu tiên trong số đó là công nghệ số hóa và mã hóa âm thanh. Vì những hoạt động này đòi hỏi tài nguyên máy tính đáng kể nên mọi điện thoại di động, ngay cả chiếc rẻ nhất, đều có bộ xử lý chuyên dụng khá mạnh. Bộ xử lý cũng thực hiện công nghệ cân bằng đa kênh. Thực tế là ở dải tần 900 MHz trở lên, tín hiệu vô tuyến dễ dàng bị phản xạ từ tường của các tòa nhà và các chướng ngại vật khác. Kết quả là, điện thoại nhận được nhiều tín hiệu khác nhau về pha, từ đó nó chọn tín hiệu cần thiết và bỏ qua phần còn lại.

Một tính năng thú vị khác của GSM là truyền không liên tục. Khi chúng tôi im lặng, điện thoại sẽ tắt máy phát. Ngay khi chúng tôi bắt đầu nói chuyện, nó sẽ bật. Cơ chế này cho phép bạn giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng của điện thoại di động.

Tất cả điện thoại di động, tùy thuộc vào công suất của bộ phát sóng vô tuyến tích hợp, được chia thành nhiều loại. Hầu hết các model phổ biến đều có công suất lên tới 0,8 W. Nhưng thông thường, khi trạm gốc được đặt cạnh thiết bị thuê bao (và các “ô” GSM ở các thành phố lớn được đặt đủ dày đặc để tránh các vùng “chết” giữa các tòa nhà), không cần phải sử dụng toàn bộ công suất của bộ phát điện thoại để duy trì tần số. kết nối ổn định. Để điều chỉnh công suất, một cơ chế được sử dụng để phân tích số lượng lỗi trong quá trình truyền và nhận. Dựa vào đó, công suất phát của trạm gốc và điện thoại được giảm xuống mức chất lượng liên lạc khá ổn định.

Từ góc nhìn của một thuê bao thông thường, hệ thống truyền tín hiệu từ trạm gốc này sang trạm gốc khác, phân bổ các kênh liên lạc, v.v. có vẻ phức tạp hơn nhiều.

Tất cả các nhà khai thác di động GSM, ngoài việc truyền tin nhắn thoại, còn cung cấp một bộ dịch vụ truyền dữ liệu tiêu chuẩn: CSD, GPRS, EDGE, WAP.

CSD (Dữ liệu chuyển mạch mạch hoặc Dữ liệu GSM) là công nghệ truyền dữ liệu chuyển mạch kênh tiêu chuẩn trong mạng GSM. Để sử dụng dịch vụ CSD, bạn phải có điện thoại di động hỗ trợ CSD. Đồng thời, đại đa số điện thoại di động đều hỗ trợ công nghệ CSD.

Ưu điểm của CSD:

tốc độ truyền dữ liệu không đổi - 9,6 kbit/s;
vùng phủ sóng CSD rộng nhất, tương ứng với vùng phủ sóng GSM;
Giá cước dịch vụ CSD không phụ thuộc vào khối lượng dữ liệu được truyền và nhận;
kết nối CSD ổn định.

Đặc điểm của CSD:

khi sử dụng CSD, thông tin được truyền qua một kênh vô tuyến chuyên dụng được gán cho kết nối CSD;
CSD tương thích với tất cả các giao thức truyền dữ liệu kỹ thuật số và analog phổ biến nhất.

Để truy cập Internet trực tiếp từ điện thoại di động của bạn, hãy kết nối dịch vụ WAP ( Giao thức Ứng dụng Không dây).Đồng thời, bạn không cần máy tính để làm việc trên Internet, tất cả những gì bạn cần là một chiếc điện thoại di động có hỗ trợ WAP. Nhiều trang Internet có phiên bản WAP riêng, được tối ưu hóa đặc biệt để truy cập từ điện thoại di động. Việc sử dụng dịch vụ này sẽ được thảo luận chi tiết hơn dưới đây.

Để truy cập Internet tốc độ cao, công nghệ GPRS hoặc EDGE thường được sử dụng. GPRS ( Dịch vụ vô tuyến gói chung) là công nghệ truyền dữ liệu gói cho phép bạn sử dụng điện thoại di động để nhận và truyền thông tin với tốc độ cao hơn so với kênh thoại GSM tiêu chuẩn (9,6 kbit/s). Tốc độ tối đa trong GPRS là 171,2 kbit/s. Bạn có thể truy cập Internet từ điện thoại di động của mình bằng công nghệ WAP, có hoặc không có GPRS. BỜ RÌA (. Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự tiến hóa của GSM) là sự tiếp nối hợp lý của GPRS, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn - lên tới 384 kbit/s. EDGE cung cấp cho người dùng các dịch vụ tương tự như GPRS. Công nghệ EDGE không yêu cầu cài đặt bổ sung, trong vùng phủ sóng, điện thoại di động sẽ tự động chọn nó.

Và một lần nữa, một số tài liệu giáo dục tổng quát. Lần này chúng ta sẽ nói về các trạm cơ sở. Chúng ta hãy xem xét các khía cạnh kỹ thuật khác nhau về vị trí, thiết kế và phạm vi của chúng, đồng thời xem xét bên trong bộ phận ăng-ten.

Các trạm cơ sở Thông tin chung

Đây là hình dáng của ăng-ten di động được lắp đặt trên nóc các tòa nhà. Các ăng-ten này là một phần tử của trạm gốc (BS), và cụ thể là thiết bị nhận và truyền tín hiệu vô tuyến từ thuê bao này sang thuê bao khác, sau đó qua bộ khuếch đại đến bộ điều khiển trạm gốc và các thiết bị khác. Là bộ phận dễ thấy nhất của BS, chúng được lắp đặt trên cột ăng-ten, mái của các tòa nhà dân cư và công nghiệp, thậm chí cả ống khói. Ngày nay, bạn có thể tìm thấy nhiều lựa chọn kỳ lạ hơn cho việc lắp đặt chúng, ở Nga chúng đã được lắp đặt trên các cột đèn và ở Ai Cập, chúng thậm chí còn được "ngụy trang" thành những cây cọ.

Việc kết nối trạm gốc với mạng của nhà khai thác viễn thông có thể được thực hiện thông qua liên lạc rơle vô tuyến, do đó, bên cạnh ăng-ten “hình chữ nhật” của thiết bị BS, bạn có thể thấy một đĩa chuyển tiếp vô tuyến:

Với sự chuyển đổi sang các tiêu chuẩn hiện đại hơn của thế hệ thứ tư và thứ năm, để đáp ứng yêu cầu của họ, các trạm sẽ cần được kết nối độc quyền thông qua cáp quang. Trong các thiết kế BS hiện đại, cáp quang trở thành phương tiện không thể thiếu để truyền thông tin ngay cả giữa các nút và khối của chính BS. Ví dụ, hình bên dưới thể hiện thiết kế của một trạm gốc hiện đại, trong đó cáp quang được sử dụng để truyền dữ liệu từ ăng-ten RRU (thiết bị điều khiển từ xa) đến chính trạm gốc (hiển thị bằng màu cam).

Thiết bị trạm gốc được đặt trong khuôn viên không phải nhà ở của tòa nhà hoặc được lắp đặt trong các thùng chứa chuyên dụng (gắn vào tường hoặc cột) vì thiết bị hiện đại khá nhỏ gọn và có thể dễ dàng lắp vào bộ phận hệ thống của máy tính chủ. Thông thường, mô-đun vô tuyến được lắp đặt bên cạnh bộ ăng-ten, điều này giúp giảm tổn thất và tiêu tán năng lượng truyền đến ăng-ten. Ba mô-đun vô tuyến đã lắp đặt của thiết bị trạm gốc Flexi Multiradio trông như thế này, được gắn trực tiếp trên cột buồm:

Khu vực dịch vụ trạm gốc

Để bắt đầu, cần lưu ý rằng có nhiều loại trạm gốc khác nhau: macro, micro, pico và femtocell. Hãy bắt đầu nhỏ. Và tóm lại, femtocell không phải là trạm gốc. Nó đúng hơn là một Access Point. Thiết bị này ban đầu nhắm đến người dùng gia đình hoặc văn phòng và chủ sở hữu của thiết bị đó là một tổ chức tư nhân hoặc pháp nhân. một người không phải là người điều hành. Sự khác biệt chính giữa các thiết bị như vậy là nó có cấu hình hoàn toàn tự động, từ việc đánh giá các thông số vô tuyến đến kết nối với mạng của nhà điều hành. Femtocell có kích thước của bộ định tuyến gia đình:

Picocell là một BS công suất thấp do nhà điều hành sở hữu và sử dụng IP/Ethernet làm mạng truyền tải. Thường được cài đặt ở những nơi có thể tập trung người dùng cục bộ. Thiết bị này có kích thước tương đương với một chiếc máy tính xách tay nhỏ:

Microcell là phiên bản gần đúng của việc triển khai trạm gốc ở dạng nhỏ gọn, rất phổ biến trong các mạng của nhà điều hành. Nó được phân biệt với một trạm cơ sở “lớn” ở chỗ công suất được thuê bao hỗ trợ giảm và công suất bức xạ thấp hơn. Trọng lượng thường lên tới 50 kg và bán kính phủ sóng vô tuyến lên tới 5 km. Giải pháp này được sử dụng khi không cần dung lượng mạng và nguồn điện cao hoặc khi không thể lắp đặt một trạm lớn:

Và cuối cùng, ô macro là một trạm cơ sở tiêu chuẩn trên cơ sở mạng di động được xây dựng. Nó được đặc trưng bởi công suất ở mức 50 W và bán kính phủ sóng lên tới 100 km (trong giới hạn). Trọng lượng của giá đỡ có thể đạt tới 300 kg.

Vùng phủ sóng của mỗi BS phụ thuộc vào độ cao của phần anten, địa hình và số lượng chướng ngại vật trên đường đến thuê bao. Khi lắp đặt trạm gốc, bán kính phủ sóng không phải lúc nào cũng được đặt lên hàng đầu. Khi số lượng thuê bao tăng lên, thông lượng tối đa của BS có thể không đủ, trong trường hợp đó thông báo “mạng bận” xuất hiện trên màn hình điện thoại. Sau đó, theo thời gian, người vận hành trong khu vực này có thể cố tình giảm phạm vi của trạm gốc và lắp đặt thêm một số trạm ở khu vực có tải lớn nhất.

Khi bạn cần tăng dung lượng mạng và giảm tải cho từng trạm gốc riêng lẻ thì microcell sẽ ra tay giải cứu. Trong một siêu đô thị, vùng phủ sóng vô tuyến của một microcell có thể chỉ là 500 mét.

Trong môi trường thành phố, thật kỳ lạ, có những nơi mà người vận hành cần kết nối cục bộ một khu vực có nhiều phương tiện giao thông (khu vực ga tàu điện ngầm, đường phố trung tâm lớn, v.v.). Trong trường hợp này, microcell và picocell công suất thấp được sử dụng, các bộ ăng-ten của chúng có thể được đặt trên các tòa nhà thấp và trên cột đèn đường. Khi câu hỏi đặt ra về việc tổ chức vùng phủ sóng vô tuyến chất lượng cao bên trong các tòa nhà kín (trung tâm mua sắm và thương mại, đại siêu thị, v.v.), thì các trạm gốc picocell sẽ ra tay giải cứu.

Bên ngoài các thành phố, phạm vi hoạt động của các trạm gốc riêng lẻ được đặt lên hàng đầu, do đó việc lắp đặt từng trạm gốc cách xa thành phố đang trở thành một doanh nghiệp ngày càng tốn kém do nhu cầu xây dựng đường dây điện, đường và tháp trong điều kiện khí hậu và công nghệ khó khăn . Để tăng vùng phủ sóng, nên lắp đặt BS trên các cột cao hơn, sử dụng các bộ phát khu vực định hướng và tần số thấp hơn để ít bị suy giảm hơn.

Vì vậy, ví dụ, ở băng tần 1800 MHz, phạm vi của BS không vượt quá 6-7 km và trong trường hợp sử dụng băng tần 900 MHz, vùng phủ sóng có thể đạt tới 32 km, tất cả các yếu tố khác đều bằng nhau.

Anten trạm gốc. Chúng ta hãy nhìn vào bên trong

Trong thông tin di động, ăng-ten bảng khu vực thường được sử dụng nhiều nhất, có dạng bức xạ có chiều rộng 120, 90, 60 và 30 độ. Theo đó, để tổ chức liên lạc theo mọi hướng (từ 0 đến 360), có thể cần có 3 (chiều rộng mẫu 120 độ) hoặc 6 (chiều rộng mẫu 60 độ). Một ví dụ về tổ chức phủ sóng thống nhất theo mọi hướng được thể hiện trong hình bên dưới:

Và dưới đây là hình ảnh các mẫu bức xạ điển hình theo thang logarit.

Hầu hết các ăng-ten của trạm gốc đều có băng thông rộng, cho phép hoạt động ở một, hai hoặc ba dải tần. Bắt đầu với mạng UMTS, không giống như GSM, ăng-ten của trạm gốc có thể thay đổi vùng phủ sóng vô tuyến tùy thuộc vào tải trên mạng. Một trong những phương pháp kiểm soát công suất bức xạ hiệu quả nhất là kiểm soát góc của ăng-ten, bằng cách này, vùng chiếu xạ của mẫu bức xạ sẽ thay đổi.

Ăng-ten có thể có góc nghiêng cố định hoặc có thể được điều chỉnh từ xa bằng phần mềm đặc biệt nằm trong bộ điều khiển BS và bộ dịch pha tích hợp. Ngoài ra còn có giải pháp cho phép bạn thay đổi vùng dịch vụ từ hệ thống quản lý mạng dữ liệu chung. Bằng cách này, có thể điều chỉnh khu vực phục vụ của toàn bộ khu vực của trạm gốc.

Ăng-ten trạm gốc sử dụng cả điều khiển mô hình cơ và điện. Điều khiển cơ học dễ thực hiện hơn nhưng thường dẫn đến sự biến dạng của mẫu bức xạ do ảnh hưởng của các bộ phận kết cấu. Hầu hết các ăng-ten BS đều có hệ thống điều chỉnh góc nghiêng bằng điện.

Khối ăng-ten hiện đại là một nhóm các phần tử bức xạ của dãy ăng-ten. Khoảng cách giữa các phần tử mảng được chọn theo cách sao cho đạt được mức búp bên thấp nhất của mẫu bức xạ. Độ dài ăng-ten bảng phổ biến nhất là từ 0,7 đến 2,6 mét (đối với bảng ăng-ten đa băng tần). Mức tăng thay đổi từ 12 đến 20 dBi.

Hình bên dưới (trái) cho thấy thiết kế của một trong những tấm ăng-ten phổ biến nhất (nhưng đã lỗi thời).

Ở đây, các bộ phát của bảng ăng-ten là các bộ rung điện đối xứng nửa sóng phía trên màn hình dẫn điện, nằm ở góc 45 độ. Thiết kế này cho phép bạn tạo sơ đồ có chiều rộng thùy chính là 65 hoặc 90 độ. Trong thiết kế này, các bộ ăng-ten kép và thậm chí ba băng tần được sản xuất (mặc dù khá lớn). Ví dụ: bảng ăng-ten ba băng tần của thiết kế này (900, 1800, 2100 MHz) khác với bảng ăng-ten một băng tần, có kích thước và trọng lượng lớn gần gấp đôi, điều này tất nhiên gây khó khăn cho việc bảo trì.

Một công nghệ sản xuất thay thế cho những ăng-ten như vậy liên quan đến việc chế tạo bộ tản nhiệt ăng-ten dạng dải (tấm kim loại hình vuông), như hình trên bên phải.

Và đây là một lựa chọn khác, khi máy rung từ khe nửa sóng được sử dụng làm bộ tản nhiệt. Đường dây điện, khe cắm và màn hình được làm trên một bảng mạch in bằng sợi thủy tinh lá hai mặt:

Có tính đến thực tế hiện đại về sự phát triển của công nghệ không dây, các trạm gốc phải hỗ trợ mạng 2G, 3G và LTE. Và nếu bộ điều khiển của các trạm gốc của các mạng thuộc các thế hệ khác nhau có thể được đặt trong một tủ chuyển mạch mà không làm tăng kích thước tổng thể, thì phần ăng-ten sẽ nảy sinh những khó khăn đáng kể.

Ví dụ, trong các bảng ăng-ten đa băng tần, số lượng đường kết nối đồng trục lên tới 100 mét! Chiều dài cáp đáng kể và số lượng kết nối hàn chắc chắn sẽ dẫn đến tổn thất đường dây và giảm độ lợi:

Để giảm tổn thất điện và giảm điểm hàn, người ta thường chế tạo các đường vi dải, điều này giúp tạo ra các lưỡng cực và hệ thống cấp nguồn cho toàn bộ ăng-ten chỉ bằng một công nghệ in duy nhất. Công nghệ này dễ sản xuất và đảm bảo tính lặp lại cao của các đặc tính ăng-ten trong quá trình sản xuất hàng loạt.

Anten đa băng tần

Với sự phát triển của mạng truyền thông thế hệ thứ ba và thứ tư, việc hiện đại hóa phần ăng-ten của cả trạm gốc và điện thoại di động là cần thiết. Ăng-ten phải hoạt động ở băng tần bổ sung mới vượt quá 2,2 GHz. Hơn nữa, công việc ở hai và thậm chí ba phạm vi phải được thực hiện đồng thời. Do đó, phần ăng-ten bao gồm các mạch cơ điện khá phức tạp, phải đảm bảo hoạt động tốt trong điều kiện khí hậu khó khăn.

Ví dụ: hãy xem xét thiết kế bộ phát của ăng-ten băng tần kép của trạm cơ sở truyền thông di động Powerwave hoạt động trong dải tần 824-960 MHz và 1710-2170 MHz. Sự xuất hiện của nó được thể hiện trong hình dưới đây:

Máy chiếu xạ băng tần kép này bao gồm hai tấm kim loại. Cái lớn hơn hoạt động ở dải tần 900 MHz thấp hơn; phía trên nó là một tấm có khe phát phát nhỏ hơn. Cả hai ăng-ten đều được kích thích bởi các bộ phát khe và do đó có một đường dây điện duy nhất.

Nếu sử dụng anten lưỡng cực làm bộ phát thì cần lắp đặt một lưỡng cực riêng cho từng dải sóng. Các lưỡng cực riêng lẻ phải có đường dây điện riêng, điều này tất nhiên làm giảm độ tin cậy chung của hệ thống và tăng mức tiêu thụ điện năng. Một ví dụ về thiết kế như vậy là ăng-ten Kathrein có cùng dải tần như đã thảo luận ở trên:

Do đó, các lưỡng cực cho dải tần số thấp hơn dường như nằm bên trong các lưỡng cực của dải tần trên.

Để thực hiện các chế độ hoạt động ba (hoặc nhiều hơn) băng tần, ăng-ten đa lớp được in có hiệu quả công nghệ lớn nhất. Trong các ăng-ten như vậy, mỗi lớp mới hoạt động ở dải tần khá hẹp. Thiết kế “nhiều tầng” này được làm từ các ăng-ten in sẵn với các bộ phát riêng lẻ, mỗi ăng-ten được điều chỉnh theo các tần số riêng trong phạm vi hoạt động. Thiết kế được minh họa trong hình dưới đây:

Giống như bất kỳ ăng-ten đa phần tử nào khác, trong thiết kế này có sự tương tác giữa các phần tử hoạt động ở các dải tần số khác nhau. Tất nhiên, sự tương tác này ảnh hưởng đến tính định hướng và sự phù hợp của ăng-ten, nhưng sự tương tác này có thể được loại bỏ bằng các phương pháp được sử dụng trong ăng-ten mảng pha (ăng-ten mảng pha). Ví dụ, một trong những phương pháp hiệu quả nhất là thay đổi các thông số thiết kế của các phần tử bằng cách dịch chuyển thiết bị kích thích, cũng như thay đổi kích thước của nguồn cấp dữ liệu và độ dày của lớp ngăn cách điện môi.

Một điểm quan trọng là tất cả các công nghệ không dây hiện đại đều là băng thông rộng và băng thông tần số hoạt động ít nhất là 0,2 GHz. Anten dựa trên các cấu trúc bổ sung, ví dụ điển hình là anten “nơ”, có dải tần hoạt động rộng. Việc phối hợp ăng-ten như vậy với đường truyền được thực hiện bằng cách chọn điểm kích thích và tối ưu hóa cấu hình của nó. Để mở rộng dải tần hoạt động, theo thỏa thuận, “con bướm” được bổ sung trở kháng đầu vào điện dung.

Việc mô hình hóa và tính toán các ăng-ten như vậy được thực hiện trong các gói phần mềm CAD chuyên dụng. Các chương trình hiện đại cho phép bạn mô phỏng ăng-ten trong vỏ mờ khi có tác động của các thành phần cấu trúc khác nhau của hệ thống ăng-ten và do đó cho phép bạn thực hiện phân tích kỹ thuật khá chính xác.

Việc thiết kế ăng-ten đa băng tần được thực hiện theo từng giai đoạn. Đầu tiên, một ăng-ten in vi dải có băng thông rộng được tính toán và thiết kế riêng cho từng dải tần hoạt động. Tiếp theo, các ăng-ten in có phạm vi khác nhau được kết hợp (chồng lên nhau) và hoạt động chung của chúng được kiểm tra, loại bỏ, nếu có thể, các nguyên nhân gây ảnh hưởng lẫn nhau.

Ăng-ten bướm băng thông rộng có thể được sử dụng thành công làm cơ sở cho ăng-ten in ba băng tần. Hình dưới đây cho thấy bốn tùy chọn cấu hình khác nhau.

Các thiết kế ăng-ten trên khác nhau về hình dạng của phần tử phản kháng, được sử dụng để mở rộng dải tần hoạt động theo thỏa thuận. Mỗi lớp của anten ba băng tần như vậy là một bộ phát vi dải có kích thước hình học nhất định. Tần số càng thấp thì kích thước tương đối của bộ phát càng lớn. Mỗi lớp PCB được ngăn cách với lớp kia bằng chất điện môi. Thiết kế trên có thể hoạt động ở băng tần GSM 1900 (1850-1990 MHz) - chấp nhận lớp dưới cùng; WiMAX (2,5 - 2,69 GHz) - nhận lớp giữa; WiMAX (3,3 - 3,5 GHz) - nhận lớp trên. Thiết kế hệ thống ăng-ten này sẽ giúp có thể thu và truyền tín hiệu vô tuyến mà không cần sử dụng thêm thiết bị hoạt động, do đó không làm tăng kích thước tổng thể của bộ ăng-ten.

Và kết luận một chút về sự nguy hiểm của BS

Đôi khi, các trạm gốc của các nhà khai thác di động được lắp đặt trực tiếp trên nóc các tòa nhà dân cư, điều này thực sự khiến một số cư dân của họ mất tinh thần. Các chủ căn hộ ngừng nuôi mèo và tóc bạc bắt đầu xuất hiện nhanh hơn trên đầu bà. Trong khi đó, cư dân của ngôi nhà này hầu như không nhận được trường điện từ từ trạm gốc được lắp đặt, vì trạm gốc không bức xạ “hướng xuống dưới”. Và nhân tiện, tiêu chuẩn SaNPiN về bức xạ điện từ ở Liên bang Nga thấp hơn nhiều so với các nước phương Tây “phát triển”, và do đó các trạm gốc trong thành phố không bao giờ hoạt động hết công suất. Vì vậy, BS không có hại gì, trừ khi bạn tắm nắng trên mái nhà cách họ vài mét. Thông thường, hàng chục điểm truy cập được lắp đặt trong các căn hộ của cư dân, cũng như lò vi sóng và điện thoại di động (ép vào đầu) có tác động đến bạn lớn hơn nhiều so với một trạm gốc được lắp đặt cách tòa nhà 100 mét bên ngoài.

kết nối di động- đây là liên lạc vô tuyến giữa các thuê bao, vị trí của một hoặc nhiều trong số đó thay đổi. Một loại thông tin di động là thông tin di động.

di động- một trong những loại thông tin vô tuyến dựa trên mạng di động. Tính năng chính: Tổng vùng phủ sóng được chia thành các ô được xác định theo vùng phủ sóng trạm cơ sở. Các tế bào chồng lên nhau và cùng nhau tạo thành một mạng lưới. Trên một bề mặt lý tưởng, vùng phủ sóng của một trạm gốc là một hình tròn, do đó mạng được tạo thành từ chúng trông giống như các ô có tế bào lục giác.

Nguyên lý hoạt động của thông tin di động

Vì vậy, trước tiên, hãy xem cách thực hiện cuộc gọi trên điện thoại di động. Ngay khi người dùng quay số, thiết bị cầm tay (HS - Hand Set) bắt đầu tìm kiếm trạm gốc gần nhất (BS - Base Station) - thiết bị thu phát, điều khiển và liên lạc tạo nên mạng. Nó bao gồm một bộ điều khiển trạm gốc (BSC - Bộ điều khiển trạm gốc) và một số bộ lặp (BTS - Trạm thu phát cơ sở). Các trạm gốc được điều khiển bởi một trung tâm chuyển mạch di động (MSC - Mobile Service Center). Nhờ cấu trúc tế bào, các bộ lặp bao phủ khu vực có vùng tiếp nhận đáng tin cậy trong một hoặc nhiều kênh vô tuyến bằng một kênh dịch vụ bổ sung qua đó xảy ra đồng bộ hóa. Chính xác hơn, giao thức trao đổi giữa thiết bị và trạm gốc được thỏa thuận tương tự với quy trình đồng bộ hóa modem (bắt tay), trong đó các thiết bị đồng ý về tốc độ truyền, kênh, v.v. Khi thiết bị di động tìm thấy trạm gốc và quá trình đồng bộ hóa xảy ra, bộ điều khiển trạm gốc sẽ tạo thành một liên kết song công hoàn toàn đến trung tâm chuyển mạch di động thông qua mạng cố định. Trung tâm truyền thông tin về thiết bị đầu cuối di động đến bốn thanh ghi: Thanh ghi lớp khách (VLR), Lớp đăng ký nhà (HRL), Đăng ký thuê bao hoặc xác thực (AUC) và thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Thanh ghi nhận dạng thiết bị). Thông tin này là duy nhất và nằm trong hộp đăng ký bằng nhựa. mô-đun hoặc thẻ viễn thông vi điện tử (SIM - Mô-đun nhận dạng thuê bao), được sử dụng để kiểm tra tính đủ điều kiện và mức thuế của người đăng ký. Không giống như điện thoại cố định, bạn sẽ bị tính phí khi sử dụng tùy thuộc vào tải trọng (số lượng kênh bận) truyền qua đường dây thuê bao cố định, phí sử dụng thông tin di động không được tính từ điện thoại được sử dụng mà từ thẻ SIM, có thể được chèn vào bất kỳ thiết bị nào.

Thẻ này không gì khác hơn là một chip flash thông thường, được chế tạo bằng công nghệ thông minh (SmartVoltage) và có giao diện bên ngoài cần thiết. Nó có thể được sử dụng trong bất kỳ thiết bị nào và điều chính là điện áp hoạt động phù hợp: các phiên bản đầu sử dụng giao diện 5,5V, trong khi thẻ hiện đại thường có 3,3V. Thông tin được lưu trữ theo tiêu chuẩn mã định danh thuê bao quốc tế duy nhất (IMSI - Nhận dạng thuê bao di động quốc tế), giúp loại bỏ khả năng "nhân đôi" - ngay cả khi mã thẻ vô tình được chọn, hệ thống sẽ tự động loại trừ SIM giả và sau đó bạn sẽ không phải trả tiền cho các cuộc gọi của người khác. Khi phát triển tiêu chuẩn giao thức liên lạc di động, điểm này ban đầu đã được tính đến và giờ đây, mỗi thuê bao đều có số nhận dạng duy nhất và duy nhất trên thế giới, được mã hóa trong quá trình truyền bằng khóa 64 bit. Ngoài ra, bằng cách tương tự với các bộ mã hóa được thiết kế để mã hóa/giải mã các cuộc hội thoại trong điện thoại tương tự, mã hóa 56-bit được sử dụng trong truyền thông di động.

Dựa trên dữ liệu này, ý tưởng của hệ thống về người dùng di động được hình thành (vị trí, trạng thái của anh ta trên mạng, v.v.) và kết nối xảy ra. Nếu trong cuộc trò chuyện, người dùng di động di chuyển từ vùng phủ sóng của bộ lặp này sang vùng phủ sóng của bộ lặp khác hoặc thậm chí giữa vùng phủ sóng của các bộ điều khiển khác nhau, kết nối sẽ không bị gián đoạn hoặc suy giảm do hệ thống tự động chọn trạm cơ sở có kết nối tốt hơn. Tùy thuộc vào tải kênh, điện thoại sẽ chọn giữa mạng 900 và 1800 MHz và có thể chuyển đổi ngay cả khi đang trò chuyện mà người nói hoàn toàn không chú ý.

Cuộc gọi từ mạng điện thoại thông thường đến người dùng di động được thực hiện theo thứ tự ngược lại: đầu tiên, vị trí và trạng thái của thuê bao được xác định dựa trên dữ liệu được cập nhật liên tục trong sổ đăng ký, sau đó kết nối và liên lạc được duy trì.

Hệ thống thông tin vô tuyến di động được xây dựng theo sơ đồ điểm-đa điểm, vì thuê bao có thể được định vị tại bất kỳ điểm nào trong ô do trạm gốc điều khiển. Trong trường hợp truyền vòng tròn đơn giản nhất, về mặt lý thuyết, công suất của tín hiệu vô tuyến trong không gian trống sẽ giảm theo tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Tuy nhiên, trong thực tế, tín hiệu suy giảm nhanh hơn nhiều - trong trường hợp tốt nhất, tỷ lệ thuận với lập phương khoảng cách, vì năng lượng tín hiệu có thể bị hấp thụ hoặc suy giảm bởi nhiều chướng ngại vật lý khác nhau và bản chất của các quá trình đó phụ thuộc rất nhiều vào tần số truyền. . Khi công suất giảm một bậc độ lớn, diện tích được bao phủ của tế bào sẽ giảm hai bậc độ lớn.

"Sinh lý học"

Lý do quan trọng nhất làm tăng độ suy giảm tín hiệu là các vùng bóng được tạo ra bởi các tòa nhà hoặc độ cao tự nhiên trong khu vực. Các nghiên cứu về điều kiện sử dụng thông tin vô tuyến di động ở các thành phố đã chỉ ra rằng ngay cả ở khoảng cách rất gần, vùng bóng vẫn có khả năng suy giảm lên tới 20 dB. Một nguyên nhân quan trọng khác gây suy giảm là tán cây. Ví dụ, ở tần số 836 MHz vào mùa hè, khi cây được che phủ bằng lá, mức tín hiệu thu được thấp hơn khoảng 10 dB so với ở cùng một nơi vào mùa đông, khi không có lá. Sự mờ dần của tín hiệu từ các vùng bóng tối đôi khi được gọi là chậm xét về các điều kiện để chúng tiếp nhận chuyển động khi đi qua vùng đó.

Một hiện tượng quan trọng phải được tính đến khi tạo ra các hệ thống thông tin vô tuyến di động tế bào là sự phản xạ của sóng vô tuyến và do đó dẫn đến sự lan truyền đa đường của chúng. Một mặt, hiện tượng này rất hữu ích vì nó cho phép sóng vô tuyến uốn cong xung quanh chướng ngại vật và lan truyền phía sau các tòa nhà, trong gara và đường hầm dưới lòng đất. Nhưng mặt khác, việc truyền sóng đa đường lại gây ra những vấn đề khó khăn cho thông tin vô tuyến như độ trễ tín hiệu kéo dài, sự suy giảm Rayleigh và làm xấu đi hiệu ứng Doppler.

Kéo dài độ trễ tín hiệu xảy ra do tín hiệu đi dọc theo một số đường độc lập có độ dài khác nhau được nhận nhiều lần. Do đó, một xung lặp lại có thể vượt quá khoảng thời gian được phân bổ cho nó và làm biến dạng ký tự tiếp theo. Biến dạng gây ra bởi độ trễ kéo dài được gọi là nhiễu liên ký hiệu. Ở khoảng cách ngắn, độ trễ kéo dài không nguy hiểm, nhưng nếu ô được bao quanh bởi các ngọn núi, độ trễ có thể kéo dài trong nhiều micro giây (đôi khi 50-100 μs).

Phaing Rayleigh được gây ra bởi các pha ngẫu nhiên mà tín hiệu phản xạ đến. Ví dụ, nếu tín hiệu trực tiếp và tín hiệu phản xạ được nhận ngược pha (với độ dịch pha là 180°), thì tổng tín hiệu có thể bị suy giảm gần như bằng 0. Sự suy giảm Rayleigh đối với một máy phát nhất định và một tần số nhất định giống như sự “giảm” biên độ có độ sâu khác nhau và được phân bổ ngẫu nhiên. Trong trường hợp này, với một máy thu cố định, có thể tránh được phading đơn giản bằng cách di chuyển ăng-ten. Khi một chiếc xe đang chuyển động, hàng ngàn lần “chặn” như vậy xảy ra mỗi giây, đó là lý do tại sao hiện tượng pha đinh được gọi là nhanh.

Hiệu ứng Doppler biểu hiện khi máy thu di chuyển so với máy phát và bao gồm sự thay đổi tần số dao động thu được. Giống như cường độ của một đoàn tàu hoặc ô tô đang di chuyển có vẻ cao hơn một chút đối với người quan sát đứng yên khi phương tiện đó đến gần và thấp hơn một chút khi nó di chuyển ra xa, tần số truyền sóng vô tuyến sẽ thay đổi khi máy thu phát di chuyển. Hơn nữa, với sự truyền tín hiệu đa đường, các tia riêng lẻ có thể tạo ra sự thay đổi tần số theo hướng này hoặc hướng khác cùng một lúc. Kết quả là, do hiệu ứng Doppler, thu được sự điều chế tần số ngẫu nhiên của tín hiệu truyền đi, giống như sự điều chế biên độ ngẫu nhiên xảy ra do pha đinh Rayleigh. Vì vậy, nhìn chung, việc truyền sóng đa đường tạo ra những khó khăn lớn trong việc tổ chức thông tin di động, đặc biệt là đối với các thuê bao di động, điều này có liên quan đến việc biên độ tín hiệu bị suy giảm nhanh và chậm trong một máy thu chuyển động. Những khó khăn này đã được khắc phục với sự trợ giúp của công nghệ kỹ thuật số, giúp tạo ra các phương pháp mã hóa, điều chế và cân bằng mới các đặc tính kênh.

"GIẢI PHẪU HỌC"

Việc truyền dữ liệu được thực hiện thông qua các kênh vô tuyến. Mạng GSM hoạt động ở dải tần 900 hoặc 1800 MHz. Cụ thể hơn, ví dụ, trong trường hợp xem xét băng tần 900 MHz, đơn vị thuê bao di động phát trên một trong các tần số nằm trong dải 890-915 MHz và nhận trên tần số nằm trong dải 935-960 MHz. Đối với các tần số khác, nguyên tắc là như nhau, chỉ có các đặc tính số thay đổi.

Bằng cách tương tự với các kênh vệ tinh, hướng truyền từ thiết bị thuê bao đến trạm gốc được gọi là hướng lên (Rise) và hướng từ trạm gốc đến thiết bị thuê bao được gọi là hướng xuống (Fall). Trong kênh song công bao gồm các hướng truyền ngược dòng và xuôi dòng, các tần số khác nhau chính xác 45 MHz được sử dụng cho mỗi hướng này. Trong mỗi dải tần số trên, 124 kênh vô tuyến được tạo ra (124 để nhận và 124 để truyền dữ liệu, cách nhau 45 MHz) với độ rộng mỗi kênh là 200 kHz. Các kênh này được gán số (N) từ 0 đến 123. Sau đó, tần số của hướng ngược dòng (F R) và xuôi dòng (FF F) của mỗi kênh có thể được tính bằng công thức: F R (N) = 890+0,2N (MHz) , F F(N) = F R(N) + 45 (MHz).

Mỗi trạm gốc có thể được cung cấp từ một đến 16 tần số, số lượng tần số và công suất truyền tải được xác định tùy thuộc vào điều kiện và tải trọng cục bộ.

Trong mỗi kênh tần số được ấn định một số (N) và chiếm băng tần 200 kHz, tám kênh phân chia thời gian (kênh thời gian có số từ 0 đến 7) hoặc tám khoảng kênh được tổ chức.

Hệ thống phân chia tần số (FDMA) cho phép bạn có được 8 kênh 25 kHz, lần lượt được chia theo nguyên tắc của hệ thống phân chia thời gian (TDMA) thành 8 kênh khác. GSM sử dụng điều chế GMSK và tần số sóng mang thay đổi 217 lần mỗi giây để bù đắp cho sự suy giảm chất lượng có thể xảy ra.

Khi một thuê bao nhận được một kênh, anh ta không chỉ được phân bổ một kênh tần số mà còn được phân bổ một trong các khe kênh cụ thể và anh ta phải truyền trong một khoảng thời gian được phân bổ nghiêm ngặt, không vượt quá khoảng thời gian đó - nếu không sẽ tạo ra nhiễu ở các kênh khác. Theo quy định trên, máy phát hoạt động ở dạng xung riêng lẻ, xảy ra trong khoảng thời gian kênh được chỉ định nghiêm ngặt: thời lượng của khoảng thời gian kênh là 577 μs và thời lượng của toàn bộ chu kỳ là 4616 μs. Việc phân bổ cho thuê bao chỉ một trong tám khoảng kênh cho phép quá trình truyền và nhận được phân chia theo thời gian bằng cách dịch chuyển các khoảng kênh được phân bổ cho các máy phát của thiết bị di động và trạm gốc. Trạm cơ sở (BS) luôn truyền ba khe thời gian trước thiết bị di động (HS).

Các yêu cầu về đặc tính của xung tiêu chuẩn được mô tả dưới dạng mô hình quy chuẩn về sự thay đổi công suất bức xạ theo thời gian. Các quá trình bật và tắt xung, đi kèm với sự thay đổi công suất 70 dB, phải phù hợp với khoảng thời gian chỉ 28 μs và thời gian làm việc trong đó 147 bit nhị phân được truyền đi là 542,8 μs. Các giá trị công suất truyền được chỉ ra trong bảng trước đó đề cập cụ thể đến công suất xung. Công suất trung bình của máy phát hóa ra ít hơn 8 lần vì máy phát không phát ra 7/8 thời gian.

Hãy xem xét dạng của xung tiêu chuẩn bình thường. Nó cho thấy rằng không phải tất cả các bit đều mang thông tin hữu ích: ở giữa xung có một chuỗi huấn luyện gồm 26 bit nhị phân để bảo vệ tín hiệu khỏi nhiễu đa đường. Đây là một trong tám chuỗi đặc biệt, dễ nhận biết trong đó các bit nhận được được định vị chính xác theo thời gian. Một chuỗi như vậy được rào chắn bằng các con trỏ bit đơn (PB - Point Bit) và trên cả hai mặt của chuỗi huấn luyện này có thông tin được mã hóa hữu ích dưới dạng hai khối gồm 57 bit nhị phân, lần lượt được rào lại bằng các bit biên ( BB - Border Bit) - 3 bit mỗi bên. Do đó, một xung mang 148 bit dữ liệu, chiếm khoảng thời gian 546,12 µs. Vào thời điểm này, một khoảng thời gian bằng 30,44 μs thời gian bảo vệ (ST - Shield Time) được thêm vào, trong thời gian đó máy phát ở trạng thái “im lặng”. Về mặt thời lượng, khoảng thời gian này tương ứng với thời gian truyền 8,25 bit, nhưng không có quá trình truyền nào xảy ra tại thời điểm này.

Chuỗi xung tạo thành một kênh truyền vật lý, được đặc trưng bởi số tần số và số khe kênh thời gian. Dựa trên chuỗi xung này, toàn bộ chuỗi kênh logic được tổ chức, khác nhau về chức năng. Ngoài các kênh truyền thông tin hữu ích còn có một số kênh truyền tín hiệu điều khiển. Việc triển khai các kênh như vậy và hoạt động của chúng đòi hỏi phải có sự quản lý chính xác, được thực hiện bằng phần mềm.

Truyền thông được gọi là di động nếu nguồn thông tin hoặc người nhận (hoặc cả hai) di chuyển trong không gian. Thông tin vô tuyến đã được di động kể từ khi thành lập. Ở trên, trong chương thứ ba, đã chỉ ra rằng các đài vô tuyến đầu tiên được thiết kế để liên lạc với các vật thể chuyển động—tàu thuyền. Rốt cuộc, một trong những thiết bị liên lạc vô tuyến đầu tiên A.S. Popov được lắp đặt trên chiến hạm Đô đốc Apraksin. Và chính nhờ liên lạc vô tuyến với ông mà vào mùa đông năm 1899–1900 người ta đã cứu được con tàu bị mất tích trong băng ở Biển Baltic này. Tuy nhiên, trong những năm đó, “thông tin liên lạc di động” này đòi hỏi các thiết bị thu phát vô tuyến cồng kềnh, điều này không góp phần vào sự phát triển của thông tin liên lạc vô tuyến cá nhân rất cần thiết ngay cả trong Lực lượng Vũ trang, chưa kể đến các khách hàng tư nhân.

Vào ngày 17 tháng 6 năm 1946, tại St. Louis, Hoa Kỳ, lãnh đạo doanh nghiệp điện thoại AT&T và Southwestern Bell đã khai trương mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên dành cho khách hàng cá nhân. Cơ sở cơ bản của thiết bị là các thiết bị điện tử dạng ống nên thiết bị rất cồng kềnh và chỉ nhằm mục đích lắp đặt trên ô tô. Trọng lượng của thiết bị không có nguồn điện là 40 kg. Mặc dù vậy, sự phổ biến của thông tin di động bắt đầu phát triển nhanh chóng. Điều này tạo ra một vấn đề mới, nghiêm trọng hơn các chỉ số về trọng lượng và kích thước. Sự gia tăng số lượng đài, với nguồn tần số hạn chế, đã dẫn đến nhiễu mạnh lẫn nhau đối với các đài phát thanh hoạt động trên các kênh có tần số gần nhau, khiến chất lượng liên lạc bị suy giảm đáng kể. Để loại bỏ nhiễu lẫn nhau ở tần số lặp lại, cần đảm bảo khoảng cách tối thiểu một trăm km trong không gian giữa hai nhóm hệ thống vô tuyến. Đó là lý do tại sao thông tin di động chủ yếu được sử dụng cho nhu cầu của các dịch vụ đặc biệt. Để triển khai đại trà, không chỉ cần thay đổi các chỉ số về trọng lượng, kích thước mà còn cả nguyên tắc tổ chức giao tiếp.

Như đã lưu ý ở trên, vào năm 1947, một bóng bán dẫn đã được phát minh, thực hiện các chức năng của ống chân không, nhưng có kích thước nhỏ hơn đáng kể. Sự ra đời của bóng bán dẫn có tầm quan trọng lớn đối với sự phát triển hơn nữa của truyền thông điện thoại vô tuyến. Việc thay thế đèn chân không bằng bóng bán dẫn đã tạo tiền đề cho sự ra đời rộng rãi của điện thoại di động. Yếu tố hạn chế chính là nguyên tắc tổ chức truyền thông, nguyên tắc này sẽ loại bỏ hoặc ít nhất là giảm bớt ảnh hưởng của sự can thiệp lẫn nhau.

Các nghiên cứu về dải sóng siêu ngắn, được thực hiện vào những năm 40 của thế kỷ trước, cho thấy ưu điểm chính của nó so với sóng ngắn - dải rộng, tức là dung lượng tần số lớn và nhược điểm chính - là sự hấp thụ mạnh sóng vô tuyến của môi trường truyền sóng. Sóng vô tuyến trong phạm vi này không có khả năng uốn quanh bề mặt trái đất, do đó phạm vi liên lạc chỉ được cung cấp trên đường ngắm và tùy thuộc vào công suất của máy phát, phạm vi tối đa được cung cấp là 40 km. Bất lợi này nhanh chóng trở thành một lợi thế, tạo động lực cho việc tích cực áp dụng rộng rãi thông tin liên lạc qua điện thoại di động.

Năm 1947, một nhân viên của công ty Bell Laboratories D. Ring của Mỹ đã đề xuất một ý tưởng mới để tổ chức truyền thông. Nó bao gồm việc phân chia không gian (lãnh thổ) thành các khu vực nhỏ - ô (hoặc ô) có bán kính 1–5 km và tách thông tin liên lạc vô tuyến trong một ô (bằng cách lặp lại hợp lý tần số liên lạc được sử dụng) khỏi liên lạc giữa các ô. Việc lặp lại tần số đã làm giảm đáng kể các vấn đề về sử dụng tài nguyên tần số. Điều này cho phép sử dụng cùng tần số trong các ô khác nhau được phân bổ trong không gian. Ở trung tâm của mỗi ô, người ta đề xuất bố trí một đài phát thanh thu và phát cơ bản, đài này sẽ cung cấp liên lạc vô tuyến trong ô với tất cả các thuê bao. Kích thước ô được xác định bởi phạm vi liên lạc tối đa của thiết bị điện thoại vô tuyến với trạm gốc. Phạm vi tối đa này được gọi là bán kính ô. Trong quá trình trò chuyện, điện thoại vô tuyến di động được kết nối với trạm gốc bằng kênh vô tuyến mà qua đó cuộc trò chuyện điện thoại được truyền đi. Mỗi thuê bao phải có đài microradio của riêng mình - “điện thoại di động” - sự kết hợp giữa điện thoại, bộ thu phát và máy tính mini. Các thuê bao liên lạc với nhau thông qua các trạm cơ sở được kết nối với nhau và với mạng điện thoại công cộng.

Để đảm bảo liên lạc không bị gián đoạn khi thuê bao di chuyển từ vùng này sang vùng khác, cần sử dụng máy tính điều khiển tín hiệu điện thoại do thuê bao phát ra. Chính sự điều khiển của máy tính đã giúp người ta có thể chuyển điện thoại di động từ bộ phát trung gian này sang bộ phát trung gian khác chỉ trong vòng một phần nghìn giây. Mọi thứ diễn ra nhanh đến mức người đăng ký không nhận thấy điều đó. Vì vậy, phần trung tâm của hệ thống thông tin di động là máy tính. Họ tìm thấy một thuê bao ở bất kỳ ô nào và kết nối anh ta với mạng điện thoại. Khi một thuê bao di chuyển từ ô (ô) này sang ô khác, máy tính dường như chuyển thuê bao từ trạm gốc này sang trạm gốc khác và kết nối thuê bao của mạng di động “nước ngoài” với mạng “của họ”. Điều này xảy ra vào thời điểm thuê bao “nước ngoài” thấy mình nằm trong vùng phủ sóng của trạm gốc mới. Như vậy, việc chuyển vùng được thực hiện (trong tiếng Anh có nghĩa là “lang thang” hoặc “lang thang”).

Như đã lưu ý ở trên, các nguyên tắc của truyền thông di động hiện đại đã là một thành tựu vào cuối những năm 40. Tuy nhiên, vào thời đó, công nghệ máy tính vẫn ở mức độ cao đến mức việc sử dụng nó trong các hệ thống liên lạc điện thoại mang tính thương mại còn gặp nhiều khó khăn. Do đó, việc sử dụng thông tin di động trong thực tế chỉ có thể thực hiện được sau khi phát minh ra bộ vi xử lý và chip bán dẫn tích hợp.

Chiếc điện thoại di động đầu tiên, nguyên mẫu của một thiết bị hiện đại, được thiết kế bởi Martin Cooper (Motorola, Mỹ).

Năm 1973, tại New York, trên đỉnh tòa nhà 50 tầng, Motorola đã lắp đặt trạm cơ sở liên lạc di động đầu tiên trên thế giới dưới sự lãnh đạo của ông. Nó có thể phục vụ không quá 30 thuê bao và kết nối họ với đường dây điện thoại cố định.

Vào ngày 3 tháng 4 năm 1973, Martin Cooper gọi cho sếp của mình và nói những lời sau: “Hãy tưởng tượng, Joel, tôi đang gọi cho bạn từ chiếc điện thoại di động đầu tiên trên thế giới. Tôi có nó trong tay và tôi đang đi bộ trên đường phố New York.”

Chiếc điện thoại mà Martin gọi đến có tên là Dyna-Tac. Kích thước của nó là 225x125x375 mm và trọng lượng không dưới 1,15 kg, tuy nhiên, nhỏ hơn nhiều so với các thiết bị 30 kg vào cuối những năm 40. Sử dụng thiết bị có thể thực hiện cuộc gọi, nhận tín hiệu và đàm phán với thuê bao. Chiếc điện thoại này có 12 phím, trong đó 10 phím số để quay số thuê bao, 2 phím còn lại đảm bảo bắt đầu cuộc trò chuyện và làm gián đoạn cuộc gọi. Pin Dyna-Tac cho phép đàm thoại trong khoảng nửa giờ và cần 10 giờ để sạc.

Mặc dù phần lớn sự phát triển diễn ra ở Hoa Kỳ, mạng di động thương mại đầu tiên đã được triển khai vào tháng 5 năm 1978 tại Bahrain. Hai ô có 20 kênh ở băng tần 400 MHz phục vụ 250 thuê bao.

Một lát sau, thông tin di động bắt đầu cuộc diễu hành khải hoàn trên khắp thế giới. Ngày càng có nhiều quốc gia nhận ra lợi ích và sự tiện lợi mà nó có thể mang lại. Tuy nhiên, việc thiếu một tiêu chuẩn quốc tế thống nhất về việc sử dụng dải tần cuối cùng đã dẫn đến việc chủ sở hữu điện thoại di động khi chuyển từ tiểu bang này sang tiểu bang khác không thể sử dụng điện thoại di động.

Để loại bỏ nhược điểm chính này, kể từ cuối những năm 1970, Thụy Điển, Phần Lan, Iceland, Đan Mạch và Na Uy đã bắt đầu nghiên cứu chung để phát triển một tiêu chuẩn duy nhất. Kết quả nghiên cứu là tiêu chuẩn truyền thông NMT-450 (Điện thoại di động Bắc Âu), được thiết kế để hoạt động ở dải tần 450 MHz. Tiêu chuẩn này lần đầu tiên bắt đầu được sử dụng vào năm 1981 ở Ả Rập Saudi và chỉ một tháng sau đó ở Châu Âu. Nhiều biến thể khác nhau của NMT-450 đã được áp dụng ở Áo, Thụy Sĩ, Hà Lan, Bỉ, Đông Nam Á và Trung Đông.

Năm 1983, một mạng lưới tiêu chuẩn AMPS (Dịch vụ điện thoại di động nâng cao), được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Bell, đã được ra mắt tại Chicago. Năm 1985, ở Anh, tiêu chuẩn TACS (Total Access Communications System) đã được thông qua, đây là một biến thể của AMPS của Mỹ. Hai năm sau, do số lượng thuê bao tăng mạnh nên chuẩn HTACS (TACS nâng cao) đã được áp dụng, bổ sung thêm các tần số mới và khắc phục một phần những khuyết điểm của phiên bản tiền nhiệm. Pháp đứng ngoài các nước khác và bắt đầu sử dụng tiêu chuẩn Radiocom-2000 của riêng mình vào năm 1985.

Tiêu chuẩn tiếp theo là NMT-900, sử dụng tần số trong dải 900 MHz. Phiên bản mới được đưa vào sử dụng vào năm 1986. Nó cho phép tăng số lượng thuê bao và cải thiện tính ổn định của hệ thống.

Tuy nhiên, tất cả các tiêu chuẩn này đều là tương tự và thuộc thế hệ hệ thống thông tin di động đầu tiên. Họ sử dụng phương pháp truyền thông tin tương tự bằng cách sử dụng điều chế tần số (FM) hoặc pha (FM) - như trong các đài phát thanh thông thường. Phương pháp này có một số nhược điểm đáng kể, trong đó chủ yếu là khả năng nghe cuộc trò chuyện của các thuê bao khác và không có khả năng chống lại hiện tượng mờ dần tín hiệu khi thuê bao di chuyển, cũng như chịu ảnh hưởng của địa hình và các tòa nhà. Dải tần quá tải gây nhiễu trong quá trình đàm thoại. Do đó, vào cuối những năm 1980, việc tạo ra hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai đã bắt đầu, dựa trên các phương pháp xử lý tín hiệu số.

Trước đó, vào năm 1982, Hội nghị Quản lý Bưu chính Viễn thông Châu Âu (CEPT), đoàn kết 26 quốc gia, đã quyết định thành lập một nhóm đặc biệt Groupe Special Mobile. Mục tiêu của nó là phát triển một tiêu chuẩn châu Âu duy nhất cho truyền thông di động kỹ thuật số. Tiêu chuẩn truyền thông mới được phát triển trong suốt 8 năm và chỉ được công bố lần đầu tiên vào năm 1990 - sau đó các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn được đề xuất. Nhóm đặc biệt ban đầu quyết định sử dụng băng tần 900 MHz làm tiêu chuẩn duy nhất, sau đó, tính đến triển vọng phát triển truyền thông di động ở châu Âu và trên toàn thế giới, nhóm đã quyết định phân bổ băng tần 1800 MHz cho tiêu chuẩn mới. .

Tiêu chuẩn mới được gọi là GSM - Hệ thống thông tin di động toàn cầu. GSM 1800 MHz còn được gọi là DCS-1800 (Hệ thống di động kỹ thuật số 1800). Chuẩn GSM là một chuẩn truyền thông di động kỹ thuật số. Nó thực hiện phân chia thời gian của các kênh (TDMA - đa truy cập phân chia thời gian, mã hóa tin nhắn, mã hóa khối, cũng như điều chế GMSK) (Khóa dịch chuyển tối thiểu Gaussian).

Quốc gia đầu tiên triển khai mạng GSM là Phần Lan, quốc gia này đã đưa tiêu chuẩn này vào vận hành thương mại vào năm 1992. Năm sau, mạng DCS-1800 One-2-One đầu tiên đi vào hoạt động ở Anh. Kể từ thời điểm này, tiêu chuẩn GSM bắt đầu được phổ biến rộng rãi trên toàn thế giới.

Bước tiếp theo sau GSM là tiêu chuẩn CDMA, cung cấp khả năng liên lạc nhanh hơn và đáng tin cậy hơn thông qua việc sử dụng các kênh phân chia mã. Tiêu chuẩn này bắt đầu xuất hiện ở Hoa Kỳ vào năm 1990. Năm 1993, CDMA (hoặc IS-95) bắt đầu được sử dụng ở Hoa Kỳ ở dải tần 800 MHz. Đồng thời, mạng DCS-1800 One-2-One bắt đầu hoạt động ở Anh.

Nhìn chung, có rất nhiều tiêu chuẩn truyền thông và đến giữa những năm 1990, hầu hết các nước văn minh đều chuyển đổi suôn sẻ sang thông số kỹ thuật số. Nếu các mạng thế hệ đầu tiên chỉ cho phép truyền giọng nói thì thế hệ hệ thống thông tin di động thứ hai, đó là GSM, cho phép cung cấp các dịch vụ phi giọng nói khác. Ngoài dịch vụ SMS, những chiếc điện thoại GSM đầu tiên còn có khả năng truyền tải những dữ liệu phi giọng nói khác. Với mục đích này, một giao thức truyền dữ liệu đã được phát triển, được gọi là CSD (Dữ liệu chuyển mạch mạch - truyền dữ liệu qua các đường chuyển mạch). Tuy nhiên, tiêu chuẩn này có những đặc điểm rất khiêm tốn - tốc độ truyền dữ liệu tối đa chỉ là 9600 bit mỗi giây và chỉ trong điều kiện liên lạc ổn định. Tuy nhiên, tốc độ như vậy là khá đủ để truyền một tin nhắn fax.

Sự phát triển nhanh chóng của Internet vào cuối những năm 90 đã dẫn đến việc nhiều người dùng di động muốn sử dụng thiết bị cầm tay của họ làm modem và tốc độ hiện tại rõ ràng là không đủ cho việc này.
Để phần nào thỏa mãn nhu cầu truy cập Internet của khách hàng, các kỹ sư đã phát minh ra giao thức WAP. WAP là tên viết tắt của Wireless Application Protocol, dịch ra là Giao thức ứng dụng không dây. Về nguyên tắc, WAP có thể được gọi là phiên bản đơn giản hóa của giao thức Internet tiêu chuẩn HTTP, chỉ thích ứng với nguồn tài nguyên hạn chế của điện thoại di động, chẳng hạn như kích thước màn hình nhỏ, hiệu suất bộ xử lý điện thoại thấp và tốc độ truyền dữ liệu thấp trong mạng di động. Tuy nhiên, giao thức này không cho phép xem các trang Internet tiêu chuẩn; chúng phải được viết bằng WML, được điều chỉnh cho điện thoại di động. Kết quả là, mặc dù những người đăng ký mạng di động đã nhận được quyền truy cập Internet nhưng hóa ra nó lại rất “lột xác” và không thú vị. Ngoài ra, để truy cập các trang WAP, kênh liên lạc tương tự đã được sử dụng như để truyền giọng nói, nghĩa là khi bạn đang tải hoặc xem một trang, kênh liên lạc đang bận và số tiền tương tự sẽ được ghi nợ từ tài khoản cá nhân của bạn như trong cuộc trò chuyện. . Kết quả là, một công nghệ khá thú vị trên thực tế đã bị chôn vùi trong một thời gian và rất hiếm khi được sử dụng bởi các thuê bao mạng di động của các nhà khai thác khác nhau.
Các nhà sản xuất thiết bị di động đã phải khẩn trương tìm cách tăng tốc độ truyền dữ liệu và kết quả là công nghệ HSCSD (Chuyển mạch dữ liệu tốc độ cao) ra đời, cung cấp tốc độ khá chấp nhận được lên tới 43 kilobit/giây. Công nghệ này đã phổ biến trong một nhóm người dùng nhất định. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn không làm mất đi nhược điểm chính của người tiền nhiệm - dữ liệu vẫn được truyền qua kênh thoại. Các nhà phát triển một lần nữa phải tham gia vào nghiên cứu siêng năng. Những nỗ lực của các kỹ sư đã không vô ích và gần đây, một công nghệ đã ra đời được gọi là GPRS (Dịch vụ vô tuyến đóng gói chung) - tên này có thể được dịch là hệ thống truyền dữ liệu vô tuyến gói. Công nghệ này sử dụng nguyên lý tách kênh để truyền thoại và dữ liệu. Do đó, thuê bao không phải trả tiền cho thời lượng kết nối mà chỉ trả cho lượng dữ liệu được truyền và nhận. Ngoài ra, GPRS còn có một ưu điểm khác so với các công nghệ dữ liệu di động trước đó - trong khi kết nối GPRS, điện thoại vẫn có thể nhận cuộc gọi và tin nhắn SMS. Hiện tại, các mẫu điện thoại hiện đại trên thị trường đều tạm dừng kết nối GPRS khi thực hiện cuộc trò chuyện, kết nối này sẽ tự động tiếp tục lại khi cuộc trò chuyện kết thúc. Các thiết bị như vậy được phân loại là thiết bị đầu cuối GPRS loại B. Nó được lên kế hoạch sản xuất thiết bị đầu cuối loại A cho phép bạn đồng thời tải xuống dữ liệu và thực hiện cuộc trò chuyện với người đối thoại. Ngoài ra còn có các thiết bị đặc biệt được thiết kế chỉ để truyền dữ liệu và chúng được gọi là modem GPRS hoặc thiết bị đầu cuối loại C. Về mặt lý thuyết, GPRS có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ 115 kilobit/giây, nhưng hiện tại hầu hết các nhà khai thác viễn thông đều cung cấp kênh liên lạc cho phép bạn đạt tốc độ này lên tới 48 kilobit mỗi giây. Điều này chủ yếu là do thiết bị của chính các nhà khai thác và do đó, thiếu điện thoại di động trên thị trường hỗ trợ tốc độ cao hơn.

Với sự ra đời của GPRS, giao thức WAP một lần nữa được ghi nhớ, vì giờ đây, thông qua công nghệ mới, việc truy cập vào các trang WAP dung lượng nhỏ trở nên rẻ hơn nhiều lần so với thời của CSD và HSCSD. Hơn nữa, nhiều nhà khai thác viễn thông cung cấp quyền truy cập không giới hạn vào tài nguyên mạng WAP với một khoản phí thuê bao nhỏ hàng tháng.
Với sự ra đời của GPRS, mạng di động không còn được gọi là mạng thế hệ thứ hai - 2G. Chúng ta hiện đang ở kỷ nguyên 2.5G. Các dịch vụ phi thoại ngày càng trở nên phổ biến khi điện thoại di động, máy tính và Internet đang hợp nhất. Các nhà phát triển và nhà điều hành đang cung cấp cho chúng tôi ngày càng nhiều dịch vụ bổ sung khác nhau.
Do đó, bằng cách sử dụng các khả năng của GPRS, một định dạng truyền tin nhắn mới đã được tạo ra, được gọi là MMS (Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện), không giống như SMS, cho phép bạn không chỉ gửi văn bản mà còn nhiều thông tin đa phương tiện khác nhau từ điện thoại di động, cho Ví dụ: bản ghi âm, hình ảnh và thậm chí cả video clip. Hơn nữa, tin nhắn MMS có thể được chuyển sang điện thoại khác hỗ trợ định dạng này hoặc tới tài khoản email.
Sức mạnh ngày càng tăng của bộ xử lý điện thoại giờ đây cho phép bạn tải xuống và chạy nhiều chương trình khác nhau trên đó. Ngôn ngữ Java2ME thường được sử dụng để viết chúng. Chủ sở hữu của hầu hết các điện thoại hiện đại giờ đây không gặp khó khăn gì khi kết nối với trang web của các nhà phát triển ứng dụng Java2ME và tải xuống, chẳng hạn như một trò chơi mới hoặc chương trình cần thiết khác về điện thoại của họ. Ngoài ra, sẽ không ai ngạc nhiên về khả năng kết nối điện thoại với máy tính cá nhân để sử dụng phần mềm đặc biệt, thường được cung cấp kèm theo điện thoại, lưu hoặc chỉnh sửa sổ địa chỉ hoặc trình sắp xếp trên PC; khi đang di chuyển, sử dụng kết hợp điện thoại di động + máy tính xách tay, truy cập Internet đầy đủ và xem email của bạn. Tuy nhiên, nhu cầu của chúng ta không ngừng tăng lên, khối lượng thông tin được truyền tải ngày càng tăng lên. Và ngày càng có nhiều nhu cầu được đặt ra đối với điện thoại di động, do đó nguồn lực của công nghệ hiện tại ngày càng không đủ để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của chúng ta.

Chính để giải quyết những yêu cầu này mà các mạng 3G thế hệ thứ ba mới được tạo ra gần đây đã được thiết kế, trong đó việc truyền dữ liệu chiếm ưu thế so với các dịch vụ thoại. 3G không phải là một tiêu chuẩn truyền thông mà là tên chung cho tất cả các mạng di động tốc độ cao sẽ phát triển và vượt xa các mạng hiện có. Tốc độ truyền dữ liệu khổng lồ cho phép bạn truyền trực tiếp hình ảnh video chất lượng cao sang điện thoại của mình và duy trì kết nối liên tục với Internet và mạng cục bộ. Việc sử dụng các hệ thống bảo mật mới, cải tiến giúp ngày nay người ta có thể sử dụng điện thoại cho nhiều giao dịch tài chính khác nhau - điện thoại di động hoàn toàn có khả năng thay thế thẻ tín dụng.

Điều khá tự nhiên là các mạng thế hệ thứ ba sẽ không trở thành giai đoạn cuối cùng trong quá trình phát triển truyền thông di động - như người ta nói, sự tiến bộ là không thể tránh khỏi. Sự tích hợp liên tục của nhiều loại hình truyền thông khác nhau (di động, vệ tinh, truyền hình, v.v.), sự xuất hiện của các thiết bị lai bao gồm điện thoại di động, PDA và máy quay video chắc chắn sẽ dẫn đến sự xuất hiện của mạng 4G và 5G. Và ngay cả các nhà văn khoa học viễn tưởng ngày nay cũng khó có thể biết được quá trình tiến hóa này sẽ kết thúc như thế nào.

Trên toàn cầu hiện có khoảng 2 tỷ điện thoại di động đang được sử dụng, trong đó hơn 2/3 được kết nối theo chuẩn GSM. Phổ biến thứ hai là CDMA, trong khi phần còn lại đại diện cho các tiêu chuẩn cụ thể được sử dụng chủ yếu ở châu Á. Hiện nay ở các nước phát triển đang xảy ra tình trạng “bão hòa”, khi nhu cầu ngừng tăng.