Od lat sześćdziesiątych satelity zaczęły być wykorzystywane do zadań telekomunikacyjnych i dzięki temu zaczęła się m.in. era telewizji satelitarnej, no i oczywiście telefonii. Do połowy lat dziewięćdziesiątych większość systemów telekomunikacyjnych korzystała z satelitów znajdujących się na orbicie geostacjonarnej – na wysokości 36000km nad powierzchnią Ziemi. Największą zaletą tych satelitów jest to, że obracają się równolegle z orbitą ziemską, oznacza to że dla mieszkańców planety tak właściwie stoją one w miejscu. W efekcie tego można satelity geostacjonarne są używane od dawna do transmisji telewizji satelitarnej. Ogromnym minusem takich satelit jest ich odległość – sygnał jest opóźniony, co wpływa na jakość transmisji. Również przez taką odległość spada siła sygnału, przez co nie można było początkowo projektować telefonów zminiaturyzowanych, gdyż nie dawały sobie rady. Dodatkowym problemem był fakt, że satelitów geostacjonarnych jest już sporo i wszystkie „najlepsze” miejsca na orbitach były już pozajmowane.

W latach dziewięćdziesiątych dzięki rozwojowi technologicznemu można było komercyjnie użytkować satelity nie geostacjonarne. Do tych działań wykorzystano dwa rodzaje orbit: orbity niskie znajdujące się na wysokości 500-2000km i orbity pośrednie na wysokości 8000-12000km.

źródło: gsm.edu.pl

Oto funkcje, które są wykonywane przez stacje ruchome:

  • Obróbka sygnału nadawanego i odbieranego
  • Funkcje pomocnicze związane z transmisja – dobór częstotliwości, regulacja mocy, pomiary jakości sygnału
  • Funkcje interfejsu z użytkownikiem – pozwala na komunikowanie się z systemem za pomocą telefonu
  • Funkcje związane z transmisją danych – retransmitowanie bloków błędów

Telefony GSM zostały zestandaryzowane częściowo, oznacza to że tylko części wewnątrz telefonu muszą trzymać się pewnych standardów. Zewnętrzny wygląd zależy już tylko i wyłącznie od „widzimisię” twórców. Twórcy maja pewną dowolność w projektowaniu, jednak telefony nie mogą powodować zakłóceń w stosunku do innych urządzeń i spełniać określone wymogi.

Stacje ruchome są wyposażone w funkcje lokalne, do których wykonania nie jest potrzebna sieć telefoniczna. Tylko część z tych funkcji jest wpisana do standardów telefonów GSM – większość z nich jest dodawana dowolnie przez firmy, które projektują aparaty telefoniczne.

Zbiór funkcji podstawowych pozwala na ujednolicenie i uproszczenie obsługi aparatu niezależnie od wizji producenta. Chociażby podstawowym standardem w każdym aparacie jest karta SIM, niezbędna do identyfikacji abonenta i prawidłowego funkcjonowania telefonu. Wszystkie telefony komórkowe są mają obowiązek posiadania slotu na takową kartę, w przeciwnym razie nie będą one działać.

Do podstawowych funkcji należą również m.in.:

  • Wyświetlanie wybieranego numeru
  • Wyświetlanie informacji o przebiegu połączenia
  • Wyświetlanie informacji o rozpoznawanym systemie GSM
  • Możliwość wyboru operatora w danym kraju
  • Zapis numeru IMEI

źródło: gsm.edu.pl

Standardy sieci telefonii komórkowej (analogowe i cyfrowe) zostały zaprojektowane do pracy w trybie nakładkowym. Oznacza to że mają możliwość współpracy ze sobą. Jest to istotna cecha, gdyż pozwala na realizowanie połączeń pomiędzy użytkownikami różnorodnych sieci.

Jest kilka różnych sposobów kodowania sygnału dźwiękowego, by była możliwość przesłania go między użytkownikami. Do kodowania są wykorzystywane zapisy analogowe lub cyfrowe, w zależności od sprzętu. I jeden i drugi format jest powszechnie używany do kodowania na całym świecie. Dzięki zróżnicowaniu kodowania, osoby w różnych krajach mogą się ze sobą komunikować, gdyż nawet jeśli w jednym kraju używa się jednej formy kodowania, jest on automatycznie transformowany na system używany w danym miejscu.

Sytuacja w sieciach GSM jest bardziej skomplikowana. Na świecie używanych jest kilkadziesiąt standardów sieci komórkowych i cały czas pojawiają się nowe możliwości i rozwiązania technologiczne. Dotychczasowo realizowano połączenia GSM za pomocą sieci stacjonarnych. Sygnał z telefonu GSM był kierowany do centrali stacjonarnej, następnie połączenie szło po kablach stacjonarnych i dopiero przy „wychodzącej” stacji, łączono się z odbiorcą połączenia. Dzisiaj połączenie jest realizowane za pomocą satelity. Pozwala to na przyspieszenie połączenie i lepsze zorganizowanie sieci telefonicznej. Dzięki temu koszty połączeń stale maleją, a użytkowników przybywa. Nie trzeba już dobudowywać kolejnych stacji centralnych, tylko kolejne satelity.

źródło: gsm.edu.pl

Rozwój technologii pozwolił na rozpowszechnienie się różnego rodzaju standardów GSM, gdzie transmisja danych odbywa się na różnych częstotliwościach. Jednym z najpopularniejszych standardów jest GSM 1800.

Czym jest GSM 1800?

Jest to standard transmisji danych, w którym może się ona odbywać w paśmie częstotliwości 1710-1880 MHz. Używany jest on w większości państw europejskich, azjatyckich, afrykańskich, Australii, a także w niektórych krajach Ameryki Środkowej i Południowej.

Historia powstania GSM 1800?

GSM 1800 powstał w wyniku rozwoju między innymi GSM 900 w roku 1990. Zaczęto wtedy opracowywać technologię DSC1800 przeznaczoną dla gęsto zaludnionych obszarów miejskich. Celem była bezproblemowe prowadzenie licznych rozmów na małym terenie. W roku 1997 nazwa DSC1800 została zmieniona na GSM1800. W 1999 r. na świecie działało ponad 250 sieci telefonicznych które obsługiwały ponad 130 milionów zarejestrowanych abonentów. Działały one w pasmach 900MHz, 1800MHz i 1900MHz. Liczba ta miała się potroić na początku drugiego tysiąclecia.

W latach 90 nastąpił ogromny rozwój technologii. Zgodnie z prawem Moora co osiemnaście miesięcy podwajała się liczba używanych tranzystorów w układach scalonych. Dzięki temu sprzęt komórkowy można było zminiaturyzować. Zobrazowało to kierunek, w którym rozwijała się branża telefoniczna i już było wiadomym, że za kilka lat miał nastąpić kolejny przełom w branży telekomunikacyjnej. Stworzony standard GSM był tak przemyślany aby można było go modyfikować i zwiększać z czasem jego możliwości. Wprowadzenie sieci podzielono na dwa etapy. Pierwszy polegał na wprowadzeniu nowego standardu. Drugim etapem był jego rozwój. Został on poprawiony i wzbogacony o nowoczesne rozwiązania poprawiające komunikację. Dwukrotnie poprawiono efektywność wykorzystywania pasam radiowego.

W drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych zespoły ESTI zostały zaangażowane w tworzenie nowego standardu. Nazwano go: Faza druga + GSM. Nie został on nazwany fazą trzecią, gdyż chciano podkreślić stopniowe zmiany i modyfikacje, a nie ogromny przeskok w sposobie rozmów, który miał nastąpić kilka lat później.

Jak to wygląda od strony technicznej?

W tym standardzie przesyłanie danych odbywa się na aż 374 częstotliwościach, które są rozłożone co 200 kHz. Maksymalny zasięg komórki, jaki można osiągnąć, to 8 kilometrów. Jest to idealne rozwiązanie do tworzenia sieci na bardziej zaludnionych obszarach o dużym natężeniu ruchu telekomunikacyjnego.

Wiele sieci wykorzystuje kilka standardów. Przykładowo w Polsce GSM 1800 i 900 wykorzystuje się jednocześnie, przy zapewnieniu braku utraty połączenia. Łączenie standardów jest dobrym rozwiązaniem aby obsługiwać połączenia na większych obszarach. Łączenie standardów działa na zasadzie sieci szkieletowej.

Dzięki współpracy wielu firm telekomunikacyjnych i używaniu tych samych standardów możliwa jest swobodna rozmowa praktycznie z każdego zakątka świata. Mimo rozwoju innych rozwiązań dla połączeń komórkowych, standardy GSM nadal mają się bardzo dobrze.

Dlaczego i kiedy stosuje się komórki sektorowe?

Komórki sektorowe są stosowane zamiast komórek dookólnych w celu polepszenia jakości sygnału na obszarach gęściej zaludnionych np. w miastach. Jest to popularny sposób, który wykorzystują operatorzy aby zwiększyć pojemność systemu. W ten sposób zmniejsza się obszar obsługiwany przez daną komórkę, a jednocześnie maksymalna odległość stacji bazowej od ruchomej nie ulega zmianie.

Innym sposobem uzyskania lepszej jakości sygnału na gęsto zaludnionych sygnałach jest dzielenie ich na mniejsze komórki. Porównując te dwa sposoby, za pomocą komórek sektorowych można uzyskać dobre efekty przy mniejszej liczbie masztów antenowych. To zmniejsza koszty infrastruktury. Jest to najczęściej stosowane rozwiązanie przez operatorów komórkowych na obszarach miejskich. Na obszarach wiejskich stosowane są komórki dookólne ponieważ przez niską gęstość obsługiwanego ruchu nie potrzebne są dodatkowe rozwiązania.

Sektoryzowanie komórek dookólnych jest bardzo użyteczne i stosuje się je często ponieważ dzięki tej technice można zwiększyć pojemność sieci bez zwiększania ilości stacji bazowych.

 

anteny dookólne

anteny dookólne

Budowa komórki sektorowej

Komórka sektorowa składa się z kilku anten kierunkowych. Zastępują one pojedynczą antenę dookólną. Najczęściej stosuje się komórki trzysektorowe z których każdy z sektorów promieniuje energię tylko w określonym kierunku o koncie rozwarcia równym 120 stopni. Czasami stosuje się również komórki sześciosektorowe z kontem rozwarcia 60 stopni. Zdarza się, żę wzdłuż ruchliwych dróg stosuje się komórki dwusektorowe, które wysyłają sygnał wzdłuż drogi w obu kierunkach.

 

Poniżej widać masz komórki trzysektorowej. Na maszcie znajduje się 6 kierunkowych anten skierowanych w 3 kierunkach. Dzięki temu, że w 1 kierunku umieszczone są po 2 anteny, po przesłaniu sygnału można wybrać sygnał lepszej jakości, w ten sposób zwiększając niezawodność transmisji. Widać tam również antenę kierunkową linii radiowej która doprowadza sygnał do stacji bazowej z centrali GSM.

stacja bazowa - komórka sektorowa

stacja bazowa