В этой главе речь пойдет о различных вариантах беспроводной связи, которые перечислены и кратко описаны в таблице 9.1. В число беспроводных технологий входят пейджинговая связь, услуги персональной связи, низкоорбитальная спутниковая связь, мобильная связь, специализированная мобильная радиосвязь и технологии высокоскоростного доступа в Интернет третьего поколения. Некоторые из этих технологий, в частности пейджинговая связь, существуют уже более 10 лет. Другие, например низкоорбитальная спутниковая связь, еще находятся в стадии становления.
Аналоговая сотовая связь, известная также как расширенная служба мобильной телефонии, широко распространилась в конце 1980-х годов. Разработанные стандарты позволили добиться того, что каждый сотовый телефон может функционировать в любой сети сотовой связи.
Однако аналоговая сотовая связь стала настолько популярной, что пропускная способность соответствующих сетей оказалась недостаточной для дальнейшего развития. Особенно это заметно в больших городах. В результате были разработаны технологии цифрового сотового мультиплексирования, позволившие увеличить пропускную способность и внедрить новые услуги. Цифровая сотовая связь, называемая также цифровой расширенной службой мобильной телефонии, обеспечивает идентификацию абонента, перенаправление вызовов и трехсторонние звонки. Кроме того, многие мобильные телефоны имеют встроенные жидкокристаллические экраны, предназначенные для чтения коротких сообщений и пейджинговой связи. Распространение цифровой сотовой связи и услуг персональной связи (PCS) способствовало снижению цен, и мобильная телефония стала доступной для частных пользователей. В 1998 г. объем продаж цифровых сотовых телефонов превысил объем продаж аналоговых сотовых телефонов. Технологии цифрового мультиплексирования работают как в собственном, зарегистрированном в FCC частотном диапазоне, так и в частотном диапазоне аналоговой телефонии.
Во всех системах цифровой сотовой связи для обеспечения совместного использования каналов связи несколькими устройствами применяется мультиплексирование. Системы цифровой сотовой связи в США и в Европе основаны на разных стандартах. В1987 г. Европейский союз
выбрал для реализации беспроводной цифровой телефонии стандарт GSM. В США Ассоциация телекоммуникационной индустрии (Telecommunication Industry Association, TIA) установила аналогичный стандарт, использующий метод множественного доступа с разделением по времени (time division multiple access, TDMA). Однако через некоторое время многие местные телефонные компании выбрали другой метод мультиплексирования — множественный доступ с кодовым разделением (code division multiple access, CDMA). Стандарт CDMA обеспечивает большую пропускную способность, чем TDMA.
Таким образом, в США применяются два разных стандарта, причем оба отличаются от принятого в Европе. Кроме того, компания Nextel предоставляет службу TDMA в ином диапазоне частот, нежели другие операторы связи. Интересно, что перед принятием в Европе стандарта GSM там существовало семь несовместимых типов аналоговой сотовой связи. Как следствие, цифровые сотовые телефоны не могли использоваться в районах с несовместимой системой сотовой связи.
В настоящее время в США распространены два основных типа цифровых беспроводных сетей:
• служба персональной связи (PCS);
• цифровая расширенная служба мобильной телефонии (D-AMPS).
Эти разновидности сетей используются для передачи сигналов в различных частотных диапазонах. Сетям типа PCS требуются передающие антенны меньшего размера, которые должны располагаться ближе друг к другу, чем антенны D AMPS. Некоторые сходства и различия стандартов PCS и D AMPS перечислены ниже.
• В сетях обоих типов можно применять как множественный доступ с разделением по времени, так и множественный доступ с кодовым разделением.
• Сети обоих типов предлагают один и тот же набор услуг.
• Телефонные переговоры в том и в другом случае трудно подслушать, так как мультиплексирование «скремблирует» сигнал.
• Передающие антенны PCS меньше по размеру и расположены ближе
друг другу.
Основной проблемой цифровой сотовой связи является то, что ни один из операторов не имеет полноценной сети, охватывающей всю территорию США. Поставщики услуг PCS, например AT&T Wireless и Sprint PCS, только разворачивают собственные сети. Местные телефонные компании охватывают исключительно свои регионы, многие из них владеют несколькими несвязанными сетями в разных районах США. Владельцы цифровых мобильных телефонов не могут воспользоваться некоторыми услугами, например идентификатором абонента, в местах, не охваченных цифровой связью. Наконец, самые большие неприятности связаны с существованием зон плохого приема, особенно в малонаселенных районах.
И профессиональные, и домашние пользователи применяют также пейджинговую связь. Чаще всего пейджерами пользуются молодые люди до 30лет. В настоящее время пейджеры обеспечивают передачу голосовой почты и двухсторонний обмен сообщениями. Кроме того, охват сети пейджинговой связи шире, чем у большинства цифровых сетей PCS.
Тем не менее продажи услуг пейджинговой связи замедляются из-за перехода потребителей на цифровые сотовые телефоны, обладающие функциями пейджинга, цена на которые постоянно снижается. Чтобы противостоять сокращению объема продаж и воспользоваться существующими большими сетями двухсторонней пейджинговой связи, производители разрабатывают микросхемы, позволяющие применять ее связь для удаленного мониторинга и телеметрии. Примерами подобных приложений служат считывание показаний домашних электрических счетчиков, доступ в Интернет, соединение с системами сигнализации и автоматическое обновление ассортимента торговых автоматов.
Доступность для удаленных регионов и применение единой нумерации сотовых телефонов по всему миру — таковы две основные причины разработки сети с использованием низкоорбитальных спутников (LEOs). Компании Motorola, Loral, Hughes, TRW и Teledesic Corporation выделили миллиарды долларов на покупку диапазонов частот и на разработку технологии спутников, вращающихся вокруг Земли на более низких орбитах, чем ныне существующие спутники. Целью проекта является обеспечение мобильной и пейджинговой связи, передачи данных и видеоинформации вещательного качества, а также предоставление высокоскоростного доступа в Интернет в любой точке мира. Окупятся ли эти затраты, пока неизвестно.
В данной главе также обсуждается технология специализированной мобильной радиосвязи (SMR), которая изначально применялась курьерскими службами. Позднее диапазоны частот, задействованные этими службами, использовались для передачи данных транспортными компаниями и фирмами, занимающимися доставкой грузов. Компании ARDIS (в настоящее время входит в American Mobile Satellite Company) и RAM (сейчас BellSouth Wireless Data) разработали специализированную беспроводную сеть передачи данных. Qualcomm предлагает услуги спутниковой связи для фирм, занимающихся грузовыми автоперевозками на большие расстояния. Наконец, корпорация Nextel, также пользующаяся этими частотами, модифицировала свою аналоговую сеть, способную передавать только данные, и в настоящее время предоставляет услуги передачи как голоса, так и данных по цифровой сети. Компания Nextel продает услуги по передаче голоса, обеспечивающие ту же функциональность, что и сотовая связь PCS.
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ УСЛУГ МОБИЛЬНОЙ И СОТОВОЙ СВЯЗИ
До появления в 1984г, аналоговых сотовых автомобильных телефонов потребители, желающие позвонить из своей машины, пользовались мобильным телефоном. Первая система мобильной телефонии появилась в 1946 г. в Сент-Льюисе (штат Миссури). Пропускная способность этих телефонов была низкой, а их стоимость составляла 2000 — 2500дол. Местная телефонная компания управляла единственным на весь город приемником и передатчиком. Таким образом, весь район покрывался одной станцией-передатчиком, и все звонки передавались по одним и тем же каналам. Это означало, что в пределах городской системы мобильной связи одновременно можно было обслужить только ограниченное число звонков (от 25 до 35). Кроме ограничений по пропускной способности, наблюдались неравномерное качество услуг, высокий уровень помех и частые разрывы соединений.
До середины 1980-х годов услуги специализированной мобильной радиосвязи были распространены шире, чем описанная выше мобильная связь. Мобильная радиосвязь является «закрытой» услугой. Это означает, что хотя операторы такой связи могут связываться друг с другом, они не имеют доступа к обычной телефонной сети и к иным сетям радиосвязи. Переговоры могут происходить только в пределах одной и той же системы мобильной радиосвязи. Например, пользователи системы связи одной таксомоторной компании не могут соединяться с пользователями системы другой таксомоторной компании. Первыми потребителями автомобильных радиостанций были департаменты полиции. В частности, полиция Детройта внедрила систему специализированной мобильной радиосвязи в 1921 г. С 1930-х годов подобные системы стали применяться и другими службами, требующими оперативной реакции, например пожарными. В настоящее время системы мобильной радиосвязи используются в авиации, на морских судах, грузовиках и в такси.
Системы мобильной радиосвязи являются полудуплексными. Это значит, что хотя передача информации может происходить в двух направлениях, в действительности в каждый момент она осуществляется только в одном направлении. Так, когда абонент закончил говорить, он произносит: «Прием», — чтобы информировать собеседника о конце сообщения. Для этой же цели на радиостанции присутствует специальная кнопка, после нажатия которой можно говорить. В качестве примера мобильных систем радиосвязи, не связанных с общедоступной телефонной сетью, можно привести системы связи таксомоторных компаний.
Авиация, морской флот, компании по перевозке грузов, пожарные, полиция и другие службы пользуются разными полосами спектра частот для организации беспроводной мобильной связи. Термин голоса спектра частот означает частотный диапазон электромагнитных волн, используемый для передачи голоса или данных. Напомним, что частота — это число колебаний, совершаемых электромагнитной волной за одну секунду. Как описано в главе 1, колебание по форме похоже на лежащую на боку латинскую букву «S». Оно начинается и завершается, когда электромагнитная волна доходит до своего максимального значения. Один герц: соответствует одному колебанию в секунду.
Весь спектр электромагнитных волн разбивается на части (полосы), которые распределяются Федеральной комиссией по связи (FCC). Например, в США домашние радиотелефоны работают в диапазоне 46 и 49 млн колебаний в секунду, или 46 и 49 МГц. Обычному радио отведены диапазоны 27, 462 и 467 МГц. Телевизионные каналы, начиная со второго и кончая двенадцатым, а также мобильная связь полицейских и пожарных служб работают в полосе от 30 до 300 МГц (30 МГц означает, что каждая волна за секунду проходит 30 миллионов циклов).
Чем выше частота, тем меньше длина электромагнитной волны (длиной волны называется расстояние между двумя максимумами амплитуды волны). Например, длина волны, имеющей частоту 3000 Гц, больше длины волны с частотой 3 млн. Гц. Сигналы с меньшей длиной волны гораздо восприимчивее к помехам, вносимым дождем и другими погодными условиями. Капля дождя с большей вероятностью может повлиять на короткую волну, нежели на длинную. По этой причине высокочастотные системы связи менее устойчивы к погодным условиям, чем низкочастотные. Высокочастотные сигналы, такие как сигналы PCS, распространяются на меньшее расстояние, чем низкочастотные. Именно поэтому антенны сети PCS располагаются ближе друг к другу, чем антенны традиционной сотовой связи.
Поскольку спектр возможных частот ограничен, во избежание перекрытия при передаче данных его распределением занимается Федеральная комиссия по связи. Если бы такого распределения не происходило, то было бы возможно наложение одного переданного сигнала на другой. Например, при передаче двух телефонных разговоров с близко расположенных телефонных аппаратов и на одной частоте абоненты могли бы слышать разговор друг друга. Такие помехи называются интерференцией.
Из-за ограниченности спектра частот разработчики новых технологий беспроводной связи стремятся к улучшению качества услуг без расширения требуемой полосы частот. Другими словами, новые технологии обеспечивают увеличение числа пользователей определенной полосы частот без ухудшения качества связи. Появившаяся в 1980-х годах технология аналоговой сотовой связи рационально распределяет доступный спектр частот. Это достигается повторным использованием одной и той же частоты. Территория, на которой предоставляются услуги сотовой связи, разбивается на шестиугольные ячейки. В соседних ячейках используются разные частоты, а в ячейках, не имеющих общих границ, возможна связь на одинаковых частотах.
Дальнейшее совершенствование технологии совместного использования спектра частот произошло в цифровой расширенной службе мобильной телефонии и в системах персональной связи (PCS). Повышение пропускной способности достигается за счет применяемых в цифровой сотовой связи технологий мультиплексирования с разделением по времени или с кодовым разделением.
СОТОВАЯ ТЕЛЕФОНИЯ— РАСШИРЕННАЯ СЛУЖБА
МОБИЛЬНОЙ ТЕЛЕФОНИИ
Расширенная служба мобильной телефонии (AMPS) — это аналоговая служба, доступная в городских и сельских районах США и представляющая собой плод дальнейшего развития систем мобильной связи. (Все мобильные телефоны являются на самом деле радиопередатчиками.) Служба мобильной телефонии имеет ограничения по пропускной способности и качеству связи. Служба сотовой телефонии повторно использует одни и те же частоты в разных шестиугольных ячейках и таким образом предоставляет большую пропускную способность (см. рис. 9.1). В каждой ячейке одновременно допускается до 57 телефонных звонков. Если этого количества не хватает, то оператор связи может разбить ячейки на меньшие. Большее число ячеек ведет к повышению пропускной способности.
Концепция сотовой связи разработана в 147 г. в лаборатории Bell Laboratories компании AT&T. Первые системы сотовой связи были испытаны в конце 1983 г. в Чикаго и Балтиморе. Федеральная комиссия по
связи выделила для аналоговой сотовой связи диапазон частот 825— 890 МГц. Комиссия также решила, что в каждом из 306 районов-метрополий (Metropolitan Statistical Area) и 428 сельских регионов (Rural Service Area) должно быть по два поставщика сотовой связи. Местной проводной телефонной компании выделялся блок частот В, а конкурирующей компании — блок частот А. Существование в каждом районе двух различных операторов сотовой связи помогало поддерживать конкуренцию. Действительно, стоимость сотовых телефонов быстро снизилась, а размеры телефонов уменьшились. В целях привлечения новых клиентов телефоны часто предоставляют бесплатно или по минимальной стоимости.
За пределами 30 крупнейших метрополий частоты, выделенные для сотовой связи, были разыграны FCC между поставщиками. К 1987г. в 127 городах были развернуты 200 систем сотовой телефонии. Первыми пользователями услуг сотовой связи стали бизнесмены, для которых высокая стоимость звонков оправдывалась тем, что они более эффективно расходовали свое время. Стоимость звонка по сотовому телефону была примерно такой же, как и звонка по обычному телефону при помощи служащего-оператора. В среднем корпорации тратили по 200 дол. ежемесячно на каждого пользователя сотового телефона. Автомобильные сотовые телефоны чаще всего приобретали коммивояжеры.
Поставщики услуг сотовой связи столкнулись с двумя основными проблемами — недостатком стандартных сетей сотовой связи масштаба страны и различием качества связи в разных областях. Существующие сети сотовой связи построены на основе разных стандартов мультиплексирования; сети службы персональной связи еще не полностью
развернуты, а услуги, соответствующие стандарту D-AMPS, не охватывают всю территорию США. Качество сотовой связи неустойчиво. Многие потребители жалуются на неожиданные разрывы телефонных переговоров и существование зон, где телефон вообще не работает. Трудности связаны с расположением антенн, пропускной способностью, интерференцией и наличием мест, недосягаемых для связи, например транспортных туннелей. Для борьбы с «мертвыми зонами» поставщики услуг сотовой связи вынуждены производить тонкую настройку своих передатчиков. Кроме того, существование различных технологий мультиплексирования означает, что один и тот же телефон будет работать не во всякой сети.
Несмотря на вышеперечисленные проблемы, конкуренция на рынке сотовой связи привела к снижению цен и увеличению числа клиентов. Данные, приведенные в таблице 9.2, показывают, что только в 1998г. число пользователей услуг сотовой связи возросло с 48,7 млн. до 60,8 млн., т.е. на 12,1 млн. Статистика, опубликованная 15 мая 1999 г. Ассоциацией индустрии сотовой связи (Cellular Telecommunications Industry Association, CTIA), свидетельствует, что число потребителей услуг сотовой связи превысило 69 млн. В то же время цены постоянно снижаются. Согласно сообщению председателя FCC У. Е. Кеннарда от 9 февраля 1999 г., за последние три года цены на услуги сотовой связи упали на 40%.
В 1998 г. доходы индустрии сотовой связи в США достигали 30 млрд. дол. Несмотря на большое число клиентов, сумма среднего месячного счета составляет всего 39,88дол. В США сотовые телефоны распространены
меньше, чем в Европе. В статье «Беспроводное чудо», подготовленной Стефани Н. Мета и Анн Граймс на основании отчетов сотрудников и опубликованной в «Wall Street Journal» утверждается, что в США каждый четвертый человек имеет сотовый телефон. В Финляндии сотовых телефонов больше, чем обычных ТА. Тот факт, что большинство жителей США не имеет сотовых телефонов, а те, у кого они есть, не используют их интенсивно, можно объяснить следующими причинами:
1. В США, в отличие от других стран, потребители платят не только за исходящие звонки, но и за входящие. Поэтому люди стараются ограничить круг лиц, знающих номер их мобильного телефона.
2. Потребители в США более чувствительны к ценам и покупают сотовые телефоны не для повседневных звонков, а скорее для экстренных случаев.
3. Большинство домашних пользователей в США имеют обычные телефоны, по которым делают неограниченное число местных звонков. В других странах за местные звонки взимается поминутная оплата.
Поставщики услуг сотовой связи формируют цены таким образом, чтобы с ними было трудно конкурировать, а покупателям было выгодно прибегать к услугам цифровой сотовой связи (см. врезку «Предоплата сотовой связи»). Первым поставщиком, снизившим в январе 1997 г. цены на роуминг, стала компания Nextel. Роуминг позволяет использовать один и тот же телефонный аппарат в нескольких разных регионах. За Nextel последовали компании Sprint PCS и AT&T Wireless. В ответ на это местные телефонные компании, также предоставляющие услуги сотовой связи, предложили тарифные планы, не включающие плату за роуминг. Такие компании за определенную сумму продают некоторое число минут разговора. Например, за 89 дол. в месяц можно купить 600 минут связи без услуг роуминга, но с низкой стоимостью минуты междугородного разговора.
Цифровая расширенная служба мобильной телефонии
Цифровая сотовая связь, способная обслуживать большое число звонков в пределах одной ячейки, разрабатывалась в основном для повышения пропускной способности сетей сотовой связи. При возрастании числа пользователей в 1990-х годах (об отрицательном влиянии этого см. во врезке «Соблюдайте меры предосторожности») поставщики услуг сотовой связи столкнулись с необходимостью повышения пропускной способности своих сетей. Сначала эта проблема решалась разбиением ячеек связи на ячейки меньшего размера. Увеличение числа ячеек, с одной стороны, ведет к повышению пропускной способности, так как каждая новая ячейка может обслужить дополнительное число одновременных звонков, а с другой — создает определенные трудности. В частности, при меньшем размере ячейки возрастает число разрывов связи и возникают новые «мертвые зоны». Это происходит из-за сложностей с обработкой вызова на границах соседних ячеек. В итоге операторы сотовой связи сталкиваются с большими проблемами, поскольку недовольные качеством услуг потребители могут разорвать контракты и перейти к другим поставщикам.
Переход на цифровые технологии был обусловлен также стремлением поставщиков услуг сотовой, связи конкурировать с сетями PCS. Цифровые сотовые телефоны обеспечивают тот же сервис, что и PCS, а именно идентификацию абонента, ожидание звонка, пейджинговую связь, передачу коротких сообщений, долгий срок работы от. батарей и другие возможности, например усовершенствованную передачу данных. Операторы связи надеются получить дополнительные доходы от продажи новых услуг.
Помимо улучшения пропускной способности, внедрение цифровой сотовой связи позволяет повысить уровень безопасности переговоров. Используя специальные сканеры, можно легко прослушать разговоры, осуществляемые по аналоговой сотовой связи. Перехватить передачу цифровой сотовой сети гораздо сложнее из-за перемешивания битов разных сообщений при мультиплексировании сигналов согласно стандартам TDMA и CDMA. Тем не менее, несмотря на сложность прослушивания переговоров в цифровом формате, полная безопасность не гарантирована. Специальные сложные цифровые сканеры способны перехватывать телефонные переговоры в цифровых сетях сотовой связи. Однако такие сканеры намного дороже аналоговых и не столь доступны. Большинство
поставщиков цифровых сканеров утверждают, что продают их только правительственным службам.
Цифровые процессоры сигналов, встроенные в мобильные телефоны, декодируют биты информации, представляющие идентификатор абонента или пейджинговые сообщения, и выводят их на жидкокристаллические экраны. Цифровые процессоры сигналов — это специализированные высокопроизводительные микросхемы (подробнее они описаны в главе 8). Телефоны, предназначенные для цифровой сотовой связи, имеют два режима цифровой и аналоговый. Если осуществляется роуминг звонка в район, располагающийся вне досягаемости цифровой сотовой сети, то звонок автоматически переводится в аналоговый режим. Новые сотовые телефоны могут работать в трех режимах — аналоговом, GSM и TDMA. В районах с аналоговой связью теряется возможность идентификации абонента, а также другие функции, присущие только цифровой сотовой связи.
Поставщики услуг сотовой связи, например Bell Atlantic Mobile и CellularOne, используют для цифровой связи те же частоты, что и для аналоговой. В зависимости от технологии пропускная способность цифровой сотовой связи в 3 — 10 раз превышает пропускную способность аналоговой. Операторы сотовой связи применяют технологии множественного доступа с разделением по времени (TDMA) либо с кодовым разделением CDMA их детальное описание приводится ниже в этой главе). Технология ТDМА позволяет использовать существующие антенны и коммутаторы сотовой связи совместно с новыми цифровыми приемниками и передатчиками для пересылки цифровых сигналов. Операторы связи выделяют часть своих каналов для передачи звонков в цифровом формате. Технология CDMA, напротив, требует существенного обновления инфраструктуры сети сотовой связи.
Система сигнализации № 7 (SS7) позволяет осуществлять пейджинговую связь, передачу коротких сообщений и реализует некоторые дополнительные функции, например идентификацию абонента. Как описано в главе 4, для выполнения таких дополнительных функций SS7 использует специальные сигнальные каналы. Система SS7 работает поверх отдельной сети с пакетной передачей данных, которая соединена с сетью сотовой связи, и способна получать информацию из баз данных сотовой сети для реализации таких возможностей, как повторный звонок, ожидание и возврат вызовов. Поставщики услуг сотовой связи также используют SS7 для организации платежных систем и упрощения обслуживания оборудования.
СЛУЖБА ПЕРСОНАЛЬНОЙ СВЯЗИ (PCS)
Служба PCS рассматривалась как способ организации дешевой многофункциональной беспроводной телефонной связи. Предполагалось установить цены на услуги PCS на таком низком уровне, чтобы они были приемлемыми для широких слоев населения (см. также врезку «Служба 911 для абонентов сотовой связи»). Мобильные телефоны обладают возможностями двухстороннего пейджинга, передачи коротких сообщений и голосовой почты и оснащены жидкокристаллическими экранами. Встроенные цифровые процессоры сигналов переводят передаваемые по сети биты в отображаемые на экране телефона символы. Эти же процессоры кодируют и декодируют речевые сигналы, преобразуют их в цифровую форму при передаче и обратно в аналоговую при приеме.
Служба персональной связи работает в диапазоне частот 1,8 — 1,9 ГГц, отличающемся от диапазонов D-AMPS и AMPS. В 1993 г. Федеральная комиссия по связи объявила о предстоящем аукционе по продаже частей спектра службы персональной связи в интервале 1,8 — 1,9 ГГц. Шесть частей предлагаемого на продажу спектрального диапазона были названы блоками А, В, С, D, Е и F. Частоты из блоков А и В предназначались для 50 основных торговых районов (major trading area, МТА), каждый из которых объединял несколько городов или штатов. Блоки С — F предлагались на продажу в каждом из 450 первичных торговых районов (basic trading area, ВТА), включающих по одной метрополии. Диапазоны А — С имеют размер 30 МГц, а диапазоны D — F — 10 МГц. Правила аукциона запрещают покупку этих диапазонов поставщиками сотовой связи, владеющими сетью в данном районе. Покупка не разрешается, если имеющаяся сеть хотя бы на 20% перекрывается с уже существующей сетью PCS.
Целью федерального правительства при выставлении на продажу нового диапазона частот было поощрение конкуренции и увеличение доходов Казначейства. Поскольку весь диапазон разделен на шесть блоков частот, в каждом регионе может присутствовать до шести поставщиков услуг персональной связи и два уже существующих поставщика сотовой телефонии. Конкуренция со стороны систем PCS привела к снижению цен на все услуги сотовой связи и к развитию новых беспроводных технологий.
В частности, операторы сетей PCS не взимают плату за первую минуту входящего звонка. Их примеру последовали и поставщики традиционной сотовой связи. Отмена оплаты первой минуты входящего разговора в некоторой степени побуждает пользователей распространять номера своих мобильных телефонов. Более того, поскольку в набор услуг PCS входит идентификация вызывающего абонента, пользователь всегда имеет возможность заблокировать входящие звонки на основе такого идентификатора, поэтому он может спокойно давать номер своего телефона.
Другая стратегия ценообразования включает упрощение структур тарифных планов и отмену платы за роуминг. Некоторые операторы PCS, когда их клиенты пользуются сотовыми телефонами в других городах, предлагают бесплатный роуминг и оплату междугородного разговора из расчета 10 центов за минуту. Другие поставщики предоставляют услуги роуминга в районы, обслуживаемые иными операторами связи, по цене 50 центов за один звонок. Зачастую операторы предлагают пакет, включающий
сотовую, междугородную и местную связь, по специальным сниженным ценам. Для потребителей цифровых сотовых услуг сложные схемы оплаты роуминга отходят в прошлое. Таким образом, пользователи услуг D-AMPS и PCS выигрывают от конкуренции между поставщиками.
PCS: недостаток совместимости с другими
системами и требования к антеннам
Поскольку сети PCS работают на более высоких частотах по сравнению с D-AMPS и аналоговой сотовой связью, антенны должны располагаться ближе друг к другу. Это обусловлено тем, что высокочастотные электромагнитные волны — это короткие волны, распространяющиеся на меньшие расстояния, чем низкочастотные. Однако производство и установка антенн системы PCS стоят недорого. Эти антенны компактнее и обладают меньшей мощностью, чем антенны службы D-AMPS или низкочастотной сети Nextel.
В противоположность стандартизованным методам реализации услуг аналоговой сотовой связи, в системах PCS применяются разнообразные несовместимые схемы мультиплексирования. Компания AT&T Wireless пользуется стандартом TDMA, а Sprint PCS — CDMA. Мобильные телефоны, передающие цифровые телефонные звонки по определенной технологии, не могут использоваться на тех территориях, где операторы связи применяют другую технологию. Некоторые операторы сетей PCS закупают оборудование, переводящее звонки в цифровую форму одним методом, в то время как другие приобретают оборудование другого производителя, реализующее иные технологии. Дополнительная сложность возникает из-за того, что, например, в Европе и других регионах используются различные несовместимые методы оцифровки и передачи звонков.
Все это создает большие проблемы для пользователей, желающих говорить по одному и тому же мобильному телефону по разные стороны океана. Компания AT&T предлагает SIM-карту (subscriber identity module — модуль идентификации подписчика), называемую также смарт-картой, которая вставляется в сотовый телефон. Такая SIM-карта после инициализации в другой стране позволяет абонентам пользоваться одним и тем же сотовым телефоном и телефонным номером в разных странах.
К началу 1999 г. ни один из операторов PCS не завершил создания собственной сотовой сети. Такие компании, как AT&T Wireless и Sprint PCS, стремятся распространить свои сети на всю территорию США. Приобретение частотных диапазонов для услуг PCS, маркетинг этих услуг, установка антенн, базовых станций и коммутаторов требуют значительных инвестиций. Компании кабельного телевидения, операторы междугородной и международной связи, а также местные телефонные компании формируют совместные предприятия по оказанию услуг персональной связи. Фирма Sprint PCS была образована как совместное предприятие тремя компаниями кабельного телевидения: TCI, Comcast, Сох Communications и компанией Sprint Communications. Эта фирма создавалась для совместного предоставления услуг телефонной и беспроводной связи. В настоящее время кабельные компании лишаются своей доли в Sprint PCS.
Пытаясь распространить свои услуги на всю страну, консорциумы беспроводной связи GSM Alliance и Universal Wireless Communications Consortium согласились совместно разрабатывать устройства, способные функционировать как в сетях GSM, так и в сетях TDMA. Таким образом операторы связи надеются предоставлять услуги роуминга по всей стране. Такие поставщики, как Omnipoint и Powertel Inc., владеют сетями GSM на территории США. Их клиенты хотят получать услуги роуминга с сетью AT&T, построенной на основе TDMA. (Несмотря на то что стандарт GSM принят в Европе, компании Omnipoint и Powertel Inc. применяют его в США.)
В течение следующего десятилетия рынок сотовой связи станет интернациональным. Компания Vodafone Group PLC, крупнейший поставщик услуг мобильной связи в Великобритании, покупает фирму Air Touch в основном для того, чтобы воспользоваться ее зарубежными офисами. Компании British Telecom и АТ&Т образуют международное совместное предприятие Concert по оказанию услуг сотовой связи.
На аукционах, проведенных Федеральной комиссией по связи, самые большие сегменты частотного спектра выкупили три организации.
• PrimeCo Personal Communications — компания, изначально являвшаяся консорциумом, который поддерживали местные телефонные компании, а в настоящее время принадлежащая Bell Atlantic и AirTouch Communications. В марте 1999 г. PrimeCo насчитывала 900 тыс. клиентов своей сотовой сети стандарта CDMA, охватывающей 28 городов, в том числе Чикаго, Майами и Хьюстон.
В апреле 1999 г. Bell Atlantic сообщила о своем желании выйти из состава владельцев PrimeCo как по причине покупки компании AirTouch фирмой Vodafone, так и из-за покупки самой компанией Bell Atlantic фирмы GTE. Зоны, охваченные сетью компании PrimeCo, частично перекрываются сотовой сетью GTE. PrimeCo Personal Communications заплатила 1,1 млрд. дол. за лицензии на право предоставления услуг PCS в 11 основных торговых районах США (МТА). Эти районы охватывают 19 штатов и 58 млн потенциальных клиентов. PrimeCo начала оказывать услуги в ноябре 1996 г. и продает телефоны и услуги как в собственных фирменных магазинах, так и через реселлеров.
• Sprint PCS владеет лицензиями на частотные диапазоны PCS в 35 основных торговых районах, в состав которых входят 65 городов. Эта компания собирается купить лицензии во всех 50 штатах. Sprint PCS рассчитана как на деловой рынок, так и на частных клиентов. Тем не менее Sprint PCS в большей степени, чем PrimeCo, ориентируется на деловых пользователей. Частные клиенты обслуживаются через компанию Tandy Corporation's Radio Shack. Сеть компании Sprint PCS построена по технологии CDMA.
• AT& T Wireless в 1993 г. купила фирму McCaw Cellular Communications Inc. за 12,6 млрд. дол. На момент покупки McCaw Cellular была крупнейшим оператором сотовой связи в США. Интересно, однако, что тогда McCaw Cellular еще не приносила прибыли.
AT&T Wireless придерживается стратегии покупки уже существующих сотовых сетей, формируя альянсы с поставщиками услуг сотовой связи и развертывая новые сети PCS с нуля. В 1998 г. AT&T Wireless приобрела независимого поставщика услуг сотовой связи — компанию Vanguard Cellular. Также были заключены соглашения с другими партнерами, цель которых заключалась в том, чтобы избежать процедуры получения прав на установку новых антенн и оборудования. AT&T приобрела частотный спектр PCS на аукционе FCC для районов, еще не охваченных сетью McCawCellular. AT&T пользуется собственной версией цифровой сотовой беспроводной связи в 40районах, ранее обслуживаемых компанией McCawCellular. Сеть основана на стандарте TDMA. В остальных районах США компания оказывает услуги PCS в диапазоне 1,8 — 1,9ГГц. Компания продает телефоны, способные работать в трех разных режимах — аналоговая сотовая сеть AMPS, D-AMPS стандарта TDMA и PCS в частотном диапазоне 1,8— 1,9 ГГц.
• AirTouch Communications Inc. — второй по величине поставщик услуг сотовой связи в США после AT&T Wireless. В 1999 г. фирма Vodafone Group PLC, крупнейший оператор мобильной связи в Великобритании, сообщила о своем желании приобрести AirTouch. Целью слияния было создание международной компании сотовой связи, которую планировали назвать Vodafone AirTouch. Обе компании до этого уже являлись партнерами по спутниковой системе Globalstar и осуществляли инвестиции в европейскую, африканскую и тихоокеанскую сотовую связь. В апреле 1994 г. А1гТоисЬ купила провайдера сотовой связи в Тихоокеанском регионе — фирму Pacific Telesis. В 1998 г. была приобретена сотовая сеть компании US West Media Group, а также ее доля в компании PrimeCo.
• Местные телефонные компании, Bell Atlantic и SBC владеют крупней душей в США цифровой сотовой сетью стандарта D-AMPS после AirTouch. Если состоится слияние SBC и Ameritech, то кроме собственной сети, SBC будут принадлежать сотовые сети Ameritech, Pacific Bell, а также Southern New England Telephone в Коннектикуте и CellularOne. Сеть компании Ameritech построена на стандарте CDMA и несовместима с сетью TDMA компании SBC.
Министерство юстиции США в качестве условия слияния SBC и Ameritech обязало последнюю продать свои сотовые сети в тех регионах, где они перекрываются с сетями SBC, в частности в Чикаго и Сент-Льюисе. Перекрывающиеся сети составляют половину сети Ameritech и будут проданы компании GTE в том случае, если Федеральная комиссия по связи разрешит слияние SBC и Ameritech. Если к GTE перейдут клиенты компании Ameritech и состоится слияние Bell Atlantic с GTE, то крупнейшими поставщиками услуг беспроводной связи в США станут Bell Atlantic, SBC и AT&T Wireless.
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СВЯЗИ С ИНТЕРНЕТОМ И УДАЛЕННОГО ДОСТУПА
Интеллектуальные устройства (smart devices) — это комбинация мобильного телефона и компьютера. Такие устройства позволяют потребителям пользоваться компьютерными данными и Интернетом, находясь в любом месте. Эти возможности реализуются программным обеспечением перечисленных ниже фирм. К числу интеллектуальных устройств можно отнести продукцию подразделения Palm Computing компании 3Com и телефоны Nokia, оснащенные программами Geowork. Возможности Palm Pilot также встроены в некоторые сотовые телефоны компании Qualcomm.
1. Компания UnWired Planet предлагает ПО для доступа в Интернет с целью увеличения возможностей карманных и ручных сотовых устройств. Это ПО отфильтровывает графику с Web-страниц таким образом, чтобы страницы лучше смотрелись на экранах компактных устройств.
2. Корпорации Qualcomm Inc. и Microsoft Corporation сформировали новую компанию WirelessKnowledge для разработки Интернет-ориентированного программного обеспечения для сотовых устройств. Это ПО позволит им работать со всеми цифровыми схемами мультиплексирования, однако работа с аналоговой сотовой связью будет невозможна. Программы обеспечат безопасный доступ в Интернет.
3. Компании Motorola Inc., Nokia оу АВ и Ericsson АВ сформировали альянс Symbian для продвижения операционной системы программной компании Psiоn PLC. Целью альянса является использование этой операционной системы в карманных компьютерных устройствах и в мобильных телефонах для доступа к Интернету.
Мошенничество в сетях сотовой связи
Согласно информации Ассоциации индустрии сотовой связи (CTIA), убытки от мошенничества в сотовых сетях снизились с 650 млн. дол. в 1997 г. до 175 млн. дол. в 1998 г. Это обусловлено применением технологий шифрования мобильных идентификационных номеров и аутентификации. Мобильные идентификационные номера представляют собой электронные номера, передаваемые сотовым телефонам для выставления счетов и маршрутизации вызовов. Кроме того, технологии аутентификации позволяют проверить, не украден ли данный идентификационный номер.
Несмотря на снижение стоимости мошенничества в долларовом эквиваленте, эта проблема остается одной из серьезнейших в индустрии сотовой связи. Конечные пользователи не должны платить за украденное у них время телефонных разговоров. Потери несут операторы связи. Снижение стоимости мошенничества может ввести в заблуждение, так как за этот же период произошло сильное падение цены за минуту разговора. До 1998 г. услуги роуминга и междугородной связи оплачивались из расчета 1 дол. за минуту. Сейчас в результате конкурентной борьбы многие потребители платят 10 центов за минуту. Таким образом, несмотря на снижение стоимости мошенничества, объем полученных незаконно услуг остается высоким.
После того как клонирование (кража мобильных идентификационных номеров) стало затруднительным, взломщики переключились на кражу подписок. Кража подписки происходит, когда услуги сотовой связи оплачиваются посредством украденной кредитной карты или кредитной карты, зарегистрированной на вымышленное имя. Нелегальную подписку на услуги сотовой связи также иногда получают путем шантажа сотрудников оператора связи. По данным Тома Макклура (Wireless Security, CTIA), преступники распространяют через Интернет информацию о способах мошенничества для получения услуг сотовой связи. Незаконные клиенты пользуются крадеными мобильными идентификационными номерами в течение короткого времени, что затрудняет определение их местонахождения. Макклур ожидает, что мошенничество и в будущем останется проблемой, так как воры находят все новые и новые способы незаконного
4. Bluetooth — это микросхема со встроенным ПО, позволяющим устройствам «общаться» друг с другом по радиоканалу. Эта связь может осуществляться на расстоянии до 30 м и позволяет взаимодействовать таким устройствам, как принтеры, компьютеры, пейджеры и факсы. Микросхема Bluetooth избавляет путешественников от необходимости перевозить разнообразные кабели для связи с внешними устройствами, например для связи мобильного компьютера с сотовым телефоном. Эта микросхема разработана инициативной группой, созданной компаниями Ericsson, Toshiba, IBM, Intel и Nokia.
5. Протокол WAP (Wireless Application Protocol — беспроводной протокол для приложений) создан для доступа в Интернет с устройств беспроводной связи и работает со всеми цифровыми сотовыми сетями. Для продвижения этого стандарта компаниями Motorola Inc., Nokia оу АВ, Ericsson АВ и UnWired Planet создан некоммерческий форум. Протокол WAP предоставляет для сотовых телефонов основанный на меню метод доступа к информации типа расписания полетов и балансов банковских счетов. При этом доступ осуществляется через Интернет.
ОПЛАТА ВХОДЯЩИХ ЗВОНКОВ— ПРЕПЯТСТВИЕ
РАСПРОСТРАНЕНИЮ СОТОВОЙ СВЯЗИ
В большинстве стран мира пользователи сотовой связи не оплачивают входящие звонки. Многие эксперты полагают, что именно оплата входящих звонков сдерживает распространение сотовой связи в США в качестве альтернативы обычным проводным телефонам, поскольку она существенно повышает стоимость услуг сотовой связи. Другие эксперты считают эту плату одним из факторов, замедляющих развитие сотовой связи. Из таблицы 9.2 видно, что, несмотря на рост объема услуг беспроводной связи, средняя ежемесячная плата достаточно низка. Многие потребители приобретают сотовый телефон на всякий случай и пользуются им только при экстренной необходимости. В то же время люди неохотно дают другим лицам номер своего мобильного телефона из-за того, что им приходится оплачивать входящие звонки. Федеральная комиссия по связи намеревается провести исследования, чтобы определить вклад различных причин в решение пользователей об оплате услуг сотовой связи.
Шагом к внедрению системы оплаты вызывающим абонентом может стать предоставление потребителю стандартного способа отличать звонки по сотовому телефону от звонков по обычному проводному телефону. Цель состоит в формировании механизма предупреждения пользователей о том, что их звонок является платным. Возможными способами предупреждения потребителей о необходимости оплаты звонка являются:
• введение специальных префиксов или кодов перед сотовыми телефонными номерами, например кода 500 (в Канаде для сотовых телефонов применяется код 600);
• использование явных предупреждений, сообщающих абонентам о том, что они набирают номер сотового телефона;
• применение звуковых сигналов для уведомления пользователей о нестандартности звонка.
Если будет внедрена система оплаты звонков вызывающим абонентом, то возникнет вопрос финансовых взаимоотношений между операторами беспроводной и обычной телефонной связи. Например, кто должен посылать счет абоненту, совершившему звонок, — «проводная» или «беспроводная» компания? Если счет посылает компания проводной связи, то сколько должна платить за это компания беспроводной связи? Организации, посылающей счета, придется иметь дело с разгневанными потребителями, не привыкшими оплачивать местные звонки. Другой проблемой являются так называемые утечки, т.е. звонки, за которые невозможно выслать счет. Такие звонки могут исходить с телефонов-автоматов, из гостиниц или из других городов. Все это указывает на важность введения стандартного и простого способа обслуживания оплаты вызывающим абонентом. В странах, внедривших такую систему оплаты, например в Израиле, сотовая телефония пользуется большим спросом, чем в США.
УСЛУГ МЕСТНОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
Беспроводная технология организации связи между конечным пользователем и телефонной станцией становится привлекательной во всем мире, особенно в районах, где отсутствует развитая инфраструктура волоконно-оптических или медных кабельных сетей. Компании, подобные Advanced Radiо Technologies (ART), Nextlink Communications, Teligent Inc. и WinStar Communications Inc., продают системы беспроводной связи для местной телефонии по всему миру. Поставщики спутниковой связи, например Skybridge, также предлагают услуги местной беспроводной телефонной связи. Компания Skybridge использует средневысотные спутники (middle earth orbiting, МЕО), которые располагаются ниже, чем геостационарные, но выше, чем низкоорбитальные спутники (подробнее услуги спутниковой связи обсуждаются в конце главы).
Местные операторы связи применяют беспроводные технологии для нужд телефонии и высокоскоростной передачи данных. Таким образом преодолевается основная сложность в развертывании сети для оказания местных услуг связи — необходимость прокладывания медных или волоконно-оптических линий к каждому абоненту. За счет беспроводной связи поставщики избегают трудоемких кабелеукладочных работ. Не нужно также копать канавы и получать права для прокладки кабелей под улицами.
Поставщики неподвижной беспроводной связи часто пользуются высокими частотами в диапазоне 24 — 38 ГГц. Федеральная комиссия по связи продала эти частоты с аукционов в 1990-х годах. Служба LMDS (local multipoint distribution service — местная многоточечная служба распределения) использует частоту 28 ГГц, проданную с аукциона FCC в 1998 г. LMDS поддерживает широкополосную передачу данных и голоса. В США основными поставщиками услуг неподвижной беспроводной связи являются компании Advanced Radio Technologies, Nextlink Communications, Teligent Inc. и WinStar Communications Inc. Корпорация АТ&Т заявила о своем желании использовать неподвижную беспроводную связь для предоставления услуг по высокоскоростной передаче данных и голоса домашним пользователям в труднодоступных районах.
Компании MCI WorldCom и Sprint также основывают свои местные телекоммуникационные стратегии на применении неподвижной беспроводной связи. Эти компании собираются использовать службу MMDS (multipoint multichannel distribution service — многоточечная: многоканальная служба распределения). Служба MMDS работает на более низких частотах, чем LMDS. Это означает, что антенны могут располагаться дальше друг от друга (подробнее использование беспроводных технологий для организации абонентских каналов обсуждается в главе 3).
Использование одного и того же телефонного номера
для сотовой и проводной связи
Некоторые эксперты в области беспроводной связи предсказывают, что в будущем люди станут пользоваться услугами сотовой связи для всех телефонных звонков, вместо того чтобы иметь один телефонный номер для домашнего, а другой — для «дорожного» применения. Компания Qualcomm производит настольные телефонные аппараты для потребителей, желающих всегда звонить через принадлежащую ей сеть PCS стандарта CDMA. Телефон получает питание от обычной сети переменного тока и поддерживает такие дополнительные функции, как скоростной набор, дозвон, организация конференция связи и уведомление о сообщениях.
Некоторые службы позволяют потребителям пользоваться одним и тем же телефонным номером как для обычных, так и для беспроводных звонков. Они упрощают жизнь своим абонентам, которым больше не нужно включать и отключать переадресацию звонков, приходя (или уходя) домой и в офис. Такие службы работают только в цифровых сотовых сетях. Если вызываемый абонент находится в районе, обслуживаемом аналоговой сетью, то звонок поступает в систему обработки голосовой почты.
Предложения для домашних пользователей
Местная телефонная компания US West Inc., региональный оператор Bell — поставщик телефонных услуг в 14 восточных штатах США, представила 3 декабря 1998 г. свою новую службу под названием вездесущая дополнительная линия (everywhere additional line) в Фениксе (штат Аризона). Служба нацелена на домашних пользователей и
работников домашних офисов, которые хотят иметь дополнительную телефонную линию и одновременно пользоваться сотовым телефоном торами беспроводной и обычной телефонной связи. Например, кто должен посылать счет абоненту, совершившему звонок, — «проводная» или «беспроводная» компания? Если счет посылает компания проводной связи, то сколько должна платить за это компания беспроводной связи? Организации, посылающей счета, придется иметь дело с разгневанными потребителями, не привыкшими оплачивать местные звонки. Другой проблемой являются так называемые утечки, т.е. звонки, за которые невозможно выслать счет. Такие звонки могут исходить с телефонов-автоматов, из гостиниц или из других городов. Все это указывает на важность введения стандартного и простого способа обслуживания оплаты вызывающим абонентом. В странах, внедривших такую систему оплаты, например в Израиле, сотовая телефония пользуется большим спросом, чем в США.
БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ УСЛУГ
МЕСТНОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
Беспроводная технология организации связи между конечным пользователем и телефонной станцией становится привлекательной во всем мире, особенно в районах, где отсутствует развитая инфраструктура волоконно-оптических или медных кабельных сетей. Компании, подобные Advanced Radio Technologies (ART), Nextlink Communications, Teligent Inc. и WinStar Communications Inc., продают системы беспроводной связи для местной телефонии по всему миру. Поставщики спутниковой связи, например Skybridge, также предлагают услуги местной беспроводной телефонной связи. Компания Skybridge использует средневысотные спутники (middle earth orbiting, МЕО), которые располагаются ниже, чем геостационарные, но выше, чем низкоорбитальные спутники (подробнее услуги спутниковой связи обсуждаются в конце главы).
Местные операторы связи применяют беспроводные технологии для нужд телефонии и высокоскоростной передачи данных. Таким образом преодолевается основная сложность в развертывании сети для оказания местных услуг связи — необходимость прокладывания медных или волоконно-оптических линий к каждому абоненту. За счет беспроводной связи поставщики избегают трудоемких кабелеукладочных работ. Не нужно также копать канавы и получать права для прокладки кабелей под улицами.
Поставщики неподвижной беспроводной связи часто пользуются высокими частотами в диапазоне 24 — 38 ГГц. Федеральная комиссия по связи продала эти частоты с аукционов в 1990-х годах. Служба LMDS (local multipoint distribution service — местная многоточечная служба распределения) использует частоту 28 ГГц, проданную с аукциона FCC в 1998 г. LMDS поддерживает широкополосную передачу данных и голоса. В США основными поставщиками услуг неподвижной беспроводной связи являются компании Advanced Radio Technologies, Nextlink Communications, Teligent Inc. и WinStar Communications Inc. Корпорация AT&T заявила о своем желании использовать неподвижную беспроводную связь для предоставления услуг по высокоскоростной передаче данных и голоса домашним пользователям в труднодоступных районах.
Компании MCI WorldCom и Sprint также основывают свои местные телекоммуникационные стратегии на применении неподвижной беспроводной связи. Эти компании собираются использовать службу MMDS (multipoint multichannel distribution service — многоточечная: многоканальная служба распределения). Служба MMDS работает на более низких частотах, чем LMDS. Это означает, что антенны могут располагаться дальше друг от друга (подробнее использование беспроводных технологий для организации абонентских каналов обсуждается в главе 3).
Использование одного и того же телефонного номера
для сотовой и проводной связи
Некоторые эксперты в области беспроводной связи предсказывают, что в будущем люди станут пользоваться услугами сотовой связи для всех телефонных звонков, вместо того чтобы иметь один телефонный номер для домашнего, а другой — для «дорожного» применения. Компания Qualcomm производит настольные телефонные аппараты для потребителей, желающих всегда звонить через принадлежащую ей сеть PCS стандарта CDMA. Телефон получает питание от обычной сети переменного тока и поддерживает такие дополнительные функции, как скоростной набор, дозвон, организация конференц-
связи и уведомление о сообщениях.
Некоторые службы позволяют потребителям пользоваться одним и тем же телефонным номером как для обычных, так и для беспроводных звонков. Они упрощают жизнь своим абонентам, которым больше не нужно включать и отключать переадресацию звонков, приходя (или уходя) домой и в офис. Такие службы работают только в цифровых сотовых сетях. Если вызываемый абонент находится в районе, обслуживаемом аналоговой сетью, то звонок поступает в систему обработки голосовой
почты.
Предложения для домашних пользователей
Местная телефонная компания US West Inc., региональный оператор Bell — поставщик телефонных услуг в 14 восточных штатах США, представила 3 декабря 1998 г. свою новую службу под названием вездесущая дополнительная линия (everywhere additional line) в Фениксе (штат Аризона). Служба нацелена на домашних пользователей и работников домашних офисов, которые хотят иметь дополнительную телефонную линию и одновременно пользоваться сотовым телефоном.
Потребители, подписывающиеся на эти услуги, получают одну домашнюю или офисную телефонную линию, сотовый телефон PCS стандарта CDMA и один ящик голосовой почты, работающий как с телефонной линией, так и с мобильным телефоном. Пользователи системы раздают телефонный номер, ассоциированный со службой «вездесущая дополнительная линия». Когда поступает телефонный звонок, телефонная станция компании US West с помощью сигнальной системы SS7 просматривает базу данных сети мобильной связи. При включенном сотовом телефоне PCS звонок поступает на него. Если этот телефон отключен или не отвечает, то звонок посылается по обычной телефонной линии на домашний или офисный телефон. Наконец, если и этот телефон недоступен, звонок направляется системе голосовой почты.
В статье Квентина Харди «Беспроводной мир» в «The Wall Street Journal Interactive Edition» приводится следующее высказывание президента и генерального директора фирмы US West:
Люди не нуждаются в путах... Они живут в мобильном мире. Люди используют наши провода для связи с Интернетом и для телекоммуникаций, но мы должны предоставлять разнообразные возможности, основанные на цифровых сетях.
«Один номер» для деловых пользователей
Компании Hughes Network System, Inc. и AT&T Wireless предлагают систему, которая позволяет сотрудникам предприятий получать звонки от офисной АТС на сотовый цифровой телефон стандарта TDMA. Эта услуга распространяется на телефоны, находящиеся на рабочем месте, в здании (но не на рабочем месте) и, наконец, вне здания. Для связи вне здания компания АТЛЕТ Wireless использует свою местную сеть беспроводной связи или осуществляет роуминг для связи в других регионах. Для уведомления сети сотовой связи о том, что потребитель является сотрудником определенной организации, система пользуется сигнальными битами в цифровом контрольном канале TDMA. Внутри здания, где находится организация, звонки осуществляются с помощью системы SS7 сети оператора связи и оплачиваются по сниженному тарифу. (Напомним, что SS7 — это протокол сигнализации, данные которого передаются по отдельным каналам, незадействованным для передачи голоса и данных; см. главу 4.)
Внутри здания система состоит из следующих устройств:
• Каждая базовая станция включает приемник и передатчик. Такие станции располагаются внутри здания и подключаются к офисной АТС посредством интерфейса PRI ISDN. Соединение PRI ISDN содержит 23 канала передачи голоса и данных и один канал для служебных сигналов. (Подробнее о PRI ISDN см. в главе 5.) Каждая базовая станция способна обслужить одновременно 12 звонков.
• К офисной АТС подключается (или встраивается в нее) специальный контроллер. Подключение контроллера к АТС происходит через последовательный порт. Контроллер управляет конфигурацией сети, осуществляет мониторинг работы базовых станций и используется для обслуживания и отслеживания оплат.
С помощью подобных систем звонки доходят до сотовых или обычных телефонов конечных пользователей. При этом для связи с конкретным абонентом можно набирать четырех- или пятизначные дополнительные номера. Пользователь системы доступен по своему дополнительному номеру, даже если он находится вне здания. В этом случае связь осуществляется через сотовую сеть. Компании Ericsson и ADC также производят беспроводные системы для связи внутри зданий, которые предоставляют сотрудникам организации возможность пользоваться одним номером для звонков внутри и вне здания.
Ограниченные возможности сотовых сетей
с коммутацией каналов при передаче данных
Аналоговая сеть сотовой связи была разработана в 1970-х годах компанией AT&T для предоставления услуг по передаче голоса. Основными препятствиями при применении модемов в аналоговой сотовой сети являются искажения и ошибки, возникающие при передаче сигнала между базовыми станциями или между беспроводной и проводной частями сети.
Из-за задержек и постоянных повторных передач данных вследствие ошибок сотовые модемы редко работают на своей максимальной скорости 14,4 кбит/с. Чаще всего их скорость составляет 9,6 кбит/с, что в несколько раз ниже обычных скоростей при передаче данных по проводам.
Когда аналоговые сотовые сети используются для передачи факсов, в получаемых сообщениях часто пропадают строки текста, а рисунки выглядят как черные линии. Это происходит из-за того, что факсы передаются в полудуплексном режиме, т.е. только в одном направлении в каждый момент. Во время этого процесса принимающая сторона не может отправить передающей сообщение об обнаружении ошибок. Таким образом, не зная о возникновении ошибок, факс-модем продолжает отсылку документа.
Протокол цифровой сотовой передачи пакетов данных,
беспроводной протокол IP
Протокол цифровой сотовой передачи пакетов данных (cellular digital packet data, CDPD), также называемый беспроводным протоколом IP, был разработан фирмой IBM как способ беспроводной передачи данных с использованием избыточной пропускной способности сотовых аналоговых сетей. Впервые этот протокол был реализован в 1995 г. Он позволяет передавать короткие сообщения, например сообщения электронной почты, сведения о проверке кредитных карт, информацию систем мониторинга и данные диспетчерских служб. Протокол использует избыточную пропускную способность сотовых сетей и по замыслу должен предоставить дешевое решение для клиентов, которым требуется посылать короткие сообщения из многих мест. Услуги протокола CDPD предлагают компании AT&T Wireless, Bell Atlantic Mobile, CellularOne, Alltel, Ameritech и GTE Mobilnet.
Протокол CDPD перед внедрением был широко разрекламирован в средствах массовой информации. Тем не менее, опровергая ожидания, подавляющее большинство пользователей сотовой связи не прибегает к этому протоколу. Все дело здесь в низкой скорости, составляющей не более 19,2 кбит/с. Однако реальная скорость передачи данных пользователя еще ниже — 14,4 кбит/с. Избыточные биты нужны для адресации, системы выставления счетов, коррекции ошибок и шифрования. Другим фактором, сдерживающим распространение протокола CDPD, является недостаточное число поддерживающих его сетей. Некоторые сферы применения протокола CDPD — это:
• просмотр ресурсов WWW с мобильных устройств, например, для получения информации о курсах акций и результатах спортивных соревнований;
• просмотр с устройств, находящихся в полицейских машинах, баз данных о преступниках и о регистрации автомобилей;
• службы доставки;
• удаленный ввод заказов;
• доступ к электронной почте;
• считывание данных измерительных приборов.
Сети CDPD работают поверх стандартных сотовых сетей. Поставщики .. резервируют каналы (обычно от одного до трех на одну ячейку сети) для передачи беспроводного IP-трафика. Другим вариантом является переключение каналов. Для передачи данных по протоколу CDPD применяются избыточные каналы. Каждому устройству, использующему беспроводной протокол IP, назначается свой IP-адрес. При этом он дается на временной основе. При перемещении устройства из одной ячейки сети в другую ему присваивается новый IP-адрес, с этого момента начинается новый сеанс связи. CDPD-модемы шифруют данные перед отправкой их в сеть. В частности, такие модемы доступны для устройств PalmPilot фирмы 3Com. Качество передачи данных меняется в зависимости от местонахождения абонента и практически совпадает с качеством передачи голоса.
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ МОБИЛЬНАЯ РАДИОСВЯЗЬ:
ПЕРЕДАЧА ГОЛОСА И ДАННЫХ
Изначально диапазон частот 806 — 900 МГц, выделенный для специализированной мобильной радиосвязи (SMR), использовали для передачи голоса. Примером потребителей таких услуг могут служить компании по доставке грузов. Для разговора необходимо нажать специальную кнопку на микрофоне. Переговоры мобильных пользователей друг с другом и с центральным офисом недоступны остальному миру. Системы специализированной мобильной радиосвязи не имеют соединений с общедоступной коммутируемой телефонной сетью. Позднее данная полоса спектра частот была использована компаниями ARDIS и RAM для аналоговой передачи данных. Компания ARDIS впоследствии слилась с AMSC (American Mobile Satellite Company), а фирма RAM вошла в BellSouth Mobile. Иногда такие компании, как Nextel Communications, используют названную полосу частот для оказания услуг по цифровой передаче данных, голоса, по пейджинговой связи или передаче коротких сообщений (SMS).
Фирмы, предоставляющие услуги по доставке, транспортные компании и оперативные службы нуждаются в организации передачи данных для своих мобильных пользователей. Предположим, некоторая компания посылает работников для починки телефонных систем. Число часов, проведенных работником у клиента, необходимо ввести в компьютер для последующей посылки счета. Сходные требования предъявляют и другие типы оперативных служб, например перевозка грузов, поставка офисного оборудования и компьютеров. Предоставление техническому персоналу возможности введения числа часов работы, количества использованных материалов и причин неполадок способствует снижению потребления бумаги и более точному расчету стоимости работы и материалов.
Организация частных сетей на частотах мобильной радиосвязи
В конце 1970-хгодов компании начали использовать радиосети для передачи данных от сотрудников, работающих с клиентами вне офисных помещений. Первым примером компании, применившей беспроводные технологии для организации частной сети, является Federal Express, которая развернула собственную частную сеть передачи данных для получения преимущества в конкурентной борьбе. Сеть позволяет отслеживать местоположение пакетов, подлежащих доставке. Каждый пакет снабжается штрих кодом, который сканируется и вводится в компьютерную систему компании
Federal Express при приеме или в ближайшем офисе. Сканирование производится специальным ручным устройством, имеющимся у водителя или в офисе. Такое устройство передает штрих-код в компьютеры Federal Express. Затем сканирование повторяется в каждой узловой точке системы доставки и передается в компьютеры через сеть, работающую в радиодиапазоне. Таким образом, компания Federal Express знает о положении каждого пакета на всем пути его следования.
Распространению радиосетей для мобильных пользователей способствует развитие технологии портативных компьютеров и ручных устройств, в частности портативных сканеров для ввода информации. Усовершенствованная технология флеш-памяти, разработанная фирмой Intel, позволила сохранять информацию в памяти при выключении компьютера. Кроме того, благодаря снижению веса батарей и развитию производства специализированных полупроводников портативные компьютеры и сканеры стали легче и меньше в размерах, что упростило их переноску.
Пакетная передача на частотах специализированной мобильной радиосвязи, организованная компаниями
BellSouth Mobile и American Mobile Satellite Company
Вместо организации собственной частной радиосети компании часто арендуют сети специализированной мобильной радиосвязи у таких поставщиков, как BellSouth Mobile Data (ранее RAM Communications) и ARDIS. Радиосети пакетной передачи данных доступны с 1984 г. Они в основном используются компаниями по перевозке грузов и диспетчерскими службами для связи с удаленными работниками.
Компания ARDIS была совместно организована корпорациями IBM и Motorola Inc. Первая сеть компании ARDIS построена фирмой Motorola по заказу IBM в начале 1980-хгодов для связи технического персонала с офисами IBM. Первая широкомасштабная сеть компании RAM применялась для передачи электронной почты между пользователями портативных компьютеров.
Специализированная мобильная радиосвязь (SMR) работает в диапазоне частот 800 — 900 МГц, выделенном для этой цели Федеральной комиссией по связи. Эта полоса спектра радиочастот непосредственно примыкает к части спектра, принадлежащей сотовой телефонии. Раньше специализированная мобильная радиосвязь была аналоговой, однако операторы SMR постепенно переходят на цифровые технологии. Компания Nextel Communications, находящаяся в Маклине (штат Вирджиния), являет собой интересный пример оператора специализированной мобильной радиосвязи, который начинает использовать цифровые технологии и переходит от передачи данных по аналоговым каналам к цифровой передаче голоса.
Передача голоса при помощи специализированной
мобильной радиосвязи: компания Nextel
Компания Nextel была основана в 1987 г. и изначально предлагала услуги по передаче данных через аналоговые радиоканалы. Новая система беспроводной телефонии компании обеспечивает цифровую передачу голоса на частотах от 800 до 900 МГц. В системе, услуги которой предназначены для малого и среднего бизнеса, применяются телефоны корпорации Motorola. В начале 1999 г. компания Nextel заявила о намерении обновить сеть для поддержки телефонов Motorola со встроенным браузером. Эта акция не направлена на домашних пользователей. Каждая из компаний Motorola Corporation и McCaw владеет 20% акций Nextel. (Компания McCaw занимается сотовой связью и в 1993 г. была куплена AT&T.)
Телефоны фирмы Nextel оснащены жидкокристаллическими дисплеями, пригодными для отображения текстовых и цифровых пейджинговых сообщений. Как и сети PCS, сеть компании Nextel имеет «дыры» в покрытии и охватывает только 70% территории США, в основном большие города. Ее услуги доступны в 92-х крупнейших городских районах. Однако в отдаленных регионах, где располагается малое число компаний, например в Северной Дакоте и Монтане, компания Nextel вообще не предоставляет своих услуг. Сеть компании расширится после планируемого приобретения полосы спектра, принадлежавшего фирме Geotek, которая владела беспроводной сетью передачи данных и обанкротилась в 1998 г. Nextel рассчитывает закупить 191лицензию, принадлежащую Geotek. Кроме того, Nextel оказывает услуги в десяти крупнейших городах мира, например в Шанхае, Ванкувере и Мехико.
Эта компания не взимает платы за роуминг и округляет оплату посекундно после первой минуты разговора. Если бы округление осуществлялось не посекундно, а поминутно, то за разговор длительностью 2,5 мин пришлось бы платить как за трехминутный. Кроме того, компания предлагает воспользоваться службой Nextel Direct Connect, позволяющей сотрудникам одной и той же организации устанавливать соединение друг с другом нажатием одной кнопки на своем телефоне. И наконец, для полноты спектра предоставляемых услуг Nextel осуществляет междугородную и международную связь через волоконно-оптическую сеть компании Qwest Communications.
Компания Nextel не пользуется диапазоном частот 1800 — 1900 МГц, отведенным для PCS. В отличие от операторов сетей PCS, Nextel не участвует в дорогостоящих аукционах новых частот. Услуги беспроводной телефонии предоставляются на основе уже существующей полосы спектра. Компания предлагает тот же набор услуг, что и система PCS, например передачу коротких сообщений и голосовую почту. Поскольку сеть является фирменной, потребители не могут использовать свои телефоны в районах, не охваченных сетью Nextel. Компания заявляет о превосходстве своих услуг над услугами PCS, поскольку сеть работает на более низких частотах, что обеспечивает лучшее качество приема внутри зданий, а также позволяет располагать антенны на большем расстоянии друг от друга, потому что длинные волны распространяются дальше, чем короткие (высокочастотные).
Компания Motorola Corporation представила первые тоновые пейджеры в 1956 г. Тоновые пейджеры принимали звуковой тон. Человек, получивший такое «сообщение», перезванивал оператору пейджинговой связи для выяснения телефонного номера отправителя и, возможно, причины вызова. Первыми пользователями тоновых пейджеров были врачи, водопроводчики и сотрудники служб экстренной помощи.
Продажи пейджеров быстро увеличивались с момента их создания в 1956 г. и вплоть до 1998 г., когда темп их роста замедлился. После появления в конце 1980-хгодов сотовой связи многие эксперты ожидали исчезновения пейджеров, так как мобильные телефоны обеспечивают двухстороннюю передачу. Но продажи пейджеров продолжали расти еще некоторое время, пока под действием конкуренции не началось снижение цен на сотовую связь. Однако на уменьшение объемов продаж повлияло не только падение цен на сотовую телефонию, но и встраивание возможностей пейджинговой связи в сотовые телефоны. Потребители осознали, что они могут пользоваться одним устройством для пейджинга, передачи коротких сообщений и двухсторонней телефонной связи. В 1997 г. число проданных сотовых телефонов превысило число проданных пейджеров.
Пейджинговая связь и беспроводная телефонная связь
Многие потребители, особенно из деловой сферы, пользуются сотовыми телефонами и для пейджинговой связи, и для телефонных разговоров. Телефоны как системы PCS, так и предназначенные для традиционной цифровой сотовой связи, поддерживают пейджинг и передачу коротких сообщений в форме электронных писем. Таким образом, разрыв между возможностями пейджеров и сотовых телефонов сузился.
Уменьшился и разрыв между ценами на услуги пейджинга и сотовой связи. Однако пейджинговая связь все еще дешевле, чем сотовая телефония: ежемесячная оплата составляет от 8 до 13дол. и часто включает плату за пользование. Кроме того, пейджеры удобны, компактны (размещаются на ремне) и просты в применении. Другим важным достоинством пейджера является долгий срок работы от батарей. Одного комплекта батарей типа АА хватает на один или два месяца, тогда как батареи телефона сети PCS работают всего две недели. Цифровые пейджеры оснащены системой энергосбережения. Такие пейджеры принимают сигналы только через некоторый интервал времени и отключаются в промежутках. Эта технология, разработанная компанией Motorola Corporation, еще более увеличивает срок работы пейджера от батарей.
Сразу после появления пейджеров их основными пользователями стали бизнесмены. Сейчас положение изменилось. Объем продаж пользователям из сферы бизнеса снижается, зато возрастает число более молодых и менее обеспеченных потребителей. Статья «Использование пейджеров растет среди потребителей с низким доходом» в «The Boston Globe»3 приводит статистику компании Yankee Group, занимающейся исследованиями рынка. Так, число пользователей пейджеров моложе тридцати лет возросло с 27% в 1997 г. до 41% в 1998 г. Кроме того, в 1998 г. по сравнению с 1997 г. удвоилось число пользователей с годовым доходом от 35 тыс. до 50 тыс. дол. Пейджеры для подростков стали раскрашивать в яркие цвета и продавать в розничных магазинах.
Доступность пейджинговой связи в США и во всем мире
Основным преимуществом пейджинговой связи является ее повсеместное распространение. Подходящим примером может служить компания SkyTel Communications Inc. (В 1999 г. компания MCI WorldCom объявила о намерении приобрести SkyTel. До 1998 г. компания SkyTel называлась Mobile Telecommunications Technologies Corporation.) Компания SkyTel владеет сетью пейджинговой связи, состоящей из передающих наземных антенн и спутниковых каналов для передачи информации между штатами. Ее услуги особенно популярны среди больших компаний, сотрудники которых часто бывают в отдаленных районах. Например, телекоммуникационный и компьютерный технический персонал может оставить на автоответчике сообщение, указывающее номер пейджера. Таким образом, человек становится доступен даже в удаленных местах.
Покрытие сетью пейджинговой связи всей территории страны облегчает управление компаниями, сотрудники которых разбросаны по различным городам. Пользователь, обслуживающий оборудование в тысяче разных мест, стремится иметь один способ для связи, получать один счет и пользоваться оптовой скидкой. Для крупных клиентов покрытие пейджинговой сетью всей территории страны означает наличие единственного абонентского номера и одного договора на обслуживание.
Поскольку некоторые организации являются многонациональными, желательно также международное распространение сети пейджинговой связи. Компании Iridium и Orbcomm предлагают услуги международного пейджинга через низкоорбитальные спутники (см. в конце главы). Orbcomm и Iridium не продают свои услуги напрямую конечным пользователям, а распространяют их через провайдеров. Однако компания Iridium обеспечивает прямую поддержку пользователей.
Двухсторонняя пейджинговая связь через узкополосную сеть PCS
Пейджинговая связь использует полосу частот, отведенную для PCS, для организации новых услуг, таких как двухсторонний расширенный обмен сообщениями (two-way advanced messaging service). Двухсторонние пейджеры позволяют получать информацию и отвечать короткими, заранее запрограммированными сообщениями (например, «застрял в автомобильной пробке»). Двухсторонние пейджеры второго поколения оснащаются клавиатурой и могут передавать любой ответ. Такие устройства можно использовать для приема и отправки электронной почты. Услуги двухстороннего пейджинга предоставляются компаниями SkyTel, Arch Communications, Page Network и BellSouth Wireless Data LP.
Двухсторонняя пейджинговая связь пользуется двумя узкими полосами спектра, отведенного для PCS. Эти части спектра были выставлены в 1994 г. на аукцион Федеральной комиссией по связи. Одна часть спектра используется для приема информации, а другая — для отправки ответа. Пейджинговые компании заинтересованы в узкополосной пейджиговой связи не только ввиду возможности двухстороннего обмена, но и ради обеспечения дополнительной пропускной способности. Пейджинговая связь вне диапазона PCS применяет для отправки сообщений технологию Simulcast, согласно которой сообщение посылается через все антенны в сети оператора связи. Пропускная способность при этом расходуется неэффективно. Узкополосная PCS-система посылает сообщение только по месту последней передачи. В 90% случаев этого достаточно. Если пейджер не найден с первой попытки, то передача повторяется с использованием всех антенн в сети оператора связи. Таким образом, для отправки одного сообщения не задействуется вся пропускная способность.
Некоторые поставщики, купившие узкополосный диапазон, применяют его для организации односторонней передачи голосовых сообщений. Другие используют частоты из PCS-диапазона для доставки информации (например, курсов акций и результатов соревнований) из сети Интернет. Кроме того, Motorola и другие компании пейджинговой связи занимаются разработкой наборов микросхем для удаленного мониторинга и считывания показаний счетчиков с использованием частот пейджинговой связи. Разрабатываемый ими стандарт называется ReFLEX.
НИЗКООРБИТАЛЬНЫЕ И СРЕДНЕВЫСОТНЫЕ
СПУТНИКОВЫЕ СЕТИ
Низкоорбитальные и средневысотные спутники предназначены для
выполнения следующих задач:
• обеспечения услуг сотовой связи по всему миру и предоставления единого телефонного номера;
• предоставления высокоскоростного доступа в Интернет на всей территории планеты;
• отслеживания мобильных объектов;
• организации всемирной пейджинговой связи;
• телекоммуникационных услуг «последней мили» для труднодоступных мест;
• считывания показаний измерительных приборов.
Организации выделяют большие суммы денег на постройку спутниковых систем для обслуживания труднодоступных мест, слаборазвитых стран и районов с несовместимыми сотовыми сетями.
Одной из технологий, позволяющих предоставлять услуги во всем мире, является технология низкоорбитальных спутников. Традиционные спутники, называемые геостационарными, располагаются на орбите, на высоте 35 тыс. км над уровнем моря. Из-за столь большой удаленности сигналы, посылаемые с этих спутников, способны охватить значительную часть земной поверхности. Это аналогично распространению лучей света от маяка: чем выше маяк, тем большую площадь он освещает, а чем он ниже, тем эта площадь меньше. Поскольку низкоорбитальные спутники располагаются ниже, чем геостационарные, они охватывают меньшую часть земной поверхности. Следовательно, для покрытия всей земной поверхности требуется большее число спутников.
Однако при передаче данных и голоса через геостационарные спутники, располагающиеся на высоте 35тыс. км, возникают задержки. Орбита спутников столь высока, что время между моментами передачи и приема данных становится заметным. Рассмотрим телефонный звонок в район, где не существует кабельной волоконно-оптической сети. В 1970— 1980-хгодах при международных телефонных звонках часто возникали задержки и перерывы в разговоре. Если два человека начинали одновременно говорить, часть слов пропадала. Качество передачи голоса заметно ухудшалось из-за задержек при спутниковой связи. Та же проблема возникает при интерактивной двухсторонней передаче данных.
Низкоорбитальные спутники решают проблему задержек, поскольку они располагаются на высоте 700 — 2500 км над уровнем моря. Однако из-за размещения спутников на низких орбитах охватываемая каждым спутником территория уменьшается, а необходимость запуска большего числа спутников повышает стоимость системы.
Геостационарные спутники все время находятся над одной и той же точкой земной поверхности. Напротив, низкоорбитальные спутники постоянно меняют свое положение на небосводе. Поэтому обслуживание телефонного звонка должно сравнительно быстро передаваться от одного спутника другому. Преимуществом низкоорбитальных спутников является их меньшая удаленность от земной поверхности, и, как следствие, менее высокая мощность используемых устройств связи. Соответственно, они являются не такими дорогостоящими, как геостационарные спутники. Среднее время жизни спутника независимо от его типа колеблется от 7 до 15 лет. После этого спутник необходимо заменить.
Третий тип спутников — это средневысотные спутники. Их орбита располагается на высоте 10 — 20 тыс. км над уровнем моря.
Для организации одной из спутниковых служб — Teledesic, созданной Крейгом Маккау и поддержанной фирмой McCaw и основателем Microsoft Биллом Гейтсом, изначально планировалось запустить 840спутников, однако было решено ограничиться 288. По проекту Iridium компании Motorola было запущено 66 спутников стоимостью 15 млн. дол. каждый. Цена такого спутника существенно ниже стоимости традиционного геостационарного спутника, которая составляет 200 млн. дол. В число компаний, планирующих оказывать услуги спутниковой связи, входят Motorola Corporation, Teledesic Corporation, Orbcomm и Globalstar.
и средневысотных спутниковых сетей
Служба Iridium через систему низкоорбитальных спутников предоставляет услуги беспроводной телефонии, низкоскоростной передачи данных, факсимильной и пейджинговой связи. Служба позволяет потребителям пользоваться единственным телефонным номером по всему миру. Также предлагаются услуги всемирной пейджинговой связи через систему Paging Network. Мобильный телефон Iridium стоит более 3000 дол. а минута разговора — от 2 до 7 дол. Система поддерживает голосовую почту, идентификацию абонента и переадресацию вызовов. Служба Iridium может работать совместно с телефонами фирм Motorola и Kyocera, предназначенными для районов с аналоговой сотовой связью и сотовой связью стандартов GSM и CDMA. Наземное оборудование, выполняющее функции шлюза, преобразует радиосигналы в сигналы, пригодные для передачи через общедоступную наземную коммутируемую сеть. Такими шлюзами, подключенными к общедоступной телефонной сети, владеют инвесторы проекта Iridium. Служба Iridium была задумана компанией Motorola в 1985 г. и начала действовать в ноябре 1998 г. В мае 1997 г. Motorola провела первичное размещение акций проекта Iridium, при этом в руках корпорации осталось 20% акций. Фирмы Sprint Corporation и Bell Canada также осуществили инвестиции в проект Iridium. Компания Sprint PCS заключила соглашение, согласно которому она будет продавать услуги Iridium
Основной целью системы Teledesic, базирующейся на 288 низкоорбитальных спутниках, является предоставление доступа в Интернет из любой точки планеты. Оказание услуг планируется начать в 2003 г. Проект Teledesic был основан компанией McCaw Cellular. Когда McCaw Cellular была продана компании AT&T Wireless, небольшая часть Teledesic перешла к AT&T Wireless. После продажи финансированием проекта занялся Крейг Маккау. Билл Гейтс, владелец Microsoft, также вложил 10 млн. дол. В число инвесторов входили компании Boeing Company, Matra Маrсоni Брасе и Saudi Prince Alwaleed Talal. клиенты оплачивают только использованное время. Для связи со спутниками системы Teledesic пользователям необходимо установить антенну и подключить декодер к компьютеру или телефону.
Служба Globalstar, главный конкурент Iridium, предполагала начать работу в конце 1999 г. Услуги предоставляются через 64низкоорбитальных спутника. В системе Globalstar пейджинговая связь осуществляется не через отдельные пейджеры, а через мобильные телефоны. Служба планирует в основном предоставлять услуги по передаче голоса и направлена на расширение зоны покрытия сетей поставщиков услуг PCS. Телефоны работают в аналоговых сотовых сетях и в сетях GSM и CDMA. Система Globarstar передает звонки от наземного оборудования сотовых сетей компаний-партнеров к спутникам и обратно. В то же время она не рассчитана на передачу звонков между спутниками, что удешевляет развертывание системы по сравнению с проектом Iridium. Услуги предназначены для людей, путешествующих в пределах одной страны. Телефоны системы Globalstar планируется установить в телефонных будках и на бензоколонках. Globalstar является совместным предприятием компаний Loral Space & Communications и Qualcomm. Существуют и другие стратегические партнеры. Кроме того, с поставщиками более чем из ста стран заключены соглашения на подсоединение к системе Globalstar.
Система Orbcomm включает 28 спутников и, в отличие от Globalstar и Iridium, в основном нацелена на оказание услуг пейджинговой связи, передачу коротких сообщений и слежение за транспортными средствами. Спутники способны осуществлять двухстороннюю передачу пакетных данных. Службы мониторинга предназначены для обслуживания нефтепроводов и газовых компаний, а также для удаленного считывания показаний измерительных приборов. Системой Orbcomm совместно владеют компании Orbital Sciences Corporation и Teleglobe Inc. of Canada.
Служба ICO Global Communications собирается предоставлять услуги наземной и спутниковой связи с 2002 г. В районах, где отсутствует наземная сеть GSM, телефоны должны обслуживаться 12средневысотными спутниками. В районах, уже охваченных сетью GSM, связь происходит через наземные антенны. Орбиты средневысотных спутников располагаются на высоте 9970 км над землей — т.е. выше, чем орбиты низкоорбитальных спутников, но ниже, чем геостационарных. Каждый спутник может обслуживать 4500 каналов и работать по технологии TDMA. Компания ICO является частной компанией, она привлекла 2 млрд дол. от 60 инвесторов.
Кроме перечисленных компаний, планирующих обслуживать мобильных пользователей, компании Ellipso и Skybridge намереваются запустить собственные спутники для предоставления услуг как сотовым, так и стационарным клиентам. (Услуги по беспроводному доступу к ближайшему узлу связи описаны в главе 3.)
Все цифровые беспроводные службы применяют ту или иную технологию мультиплексирования для передачи большего числа звонков в том же диапазоне радиочастотного спектра, в котором работают аналоговые сотовые службы. Как уже говорилось, мультиплексоры — это специальные устройства, передающие по одному каналу сигналы от двух и более источников. Таким образом, хотя все цифровые службы обладают большей пропускной способностью по сравнению с аналоговой сотовой связью, наличие разных технологий мультиплексирования приводит к не совместимости этих служб друг с другом. Абонент не всегда может пользоваться своим мобильным телефоном на протяжении всего путешествия. Службы PCS и операторы цифровых сотовых сетей применяют три метода мультиплексирования. Эти методы работают на частотах, выделенных для PCS (1,8 ГГц) и для цифровой сотовой связи (800 МГц).
• CDMA используется компаниями Sprint PCS, PrimeCo, Bell Atlantic, Ameritech, а также в Корее и других странах Азии. В США и Канаде 30% сотовых телефонов работает по методу CDMA.
• TDMA применяется такими поставщиками услуг цифровой сотовой связи, как Southwestern Bell Mobility и AT&T Wireless.
• GSM (изначально расшифровывалась как Groupe Speciale Mobile— специальная группа мобильной связи, а сейчас как Global system for mobile communications — глобальная система мобильных коммуникаций). Стандарт был принят Европейским союзом и применяется в Европе, на Дальнем Востоке, на большей части территории Южной Америки, в Новой Зеландии и Австралии. Технология TDMA компании АТ&Т Wireless похожа на технологию TDMA стандарта GSM. В США стандарт GSM используется компанией Omnipoint
Множественный доступ с кодовым разделением (CDMA)
Технология CDMA была изобретена Ирвином Якобсом и развита компанией Qualcomm, основанной им же. Qualcomm начала свою деятельность в 1985 г. и предложила стандарт CDMA в 1989 г. Сторонники CDMA обещали повышение пропускной способности и снижение числа необходимых базовых станций, чем привлекли многие американские компании, предоставляющие услуги цифровой беспроводной связи. В их число попали местные телефонные компании и Sprint Communications. При этом они отказались от стандарта TDMA, принятого в 1989 г. Ассоциацией телекоммуникационной индустрии (TIA). Оказание услуг с использованием CDMA планировалось начать с 1992 г., однако технические проблемы задержали внедрение до 1996 г.
Множественный доступ с кодовым разделением — это технология, основанная на так называемом расширении спектра. Каждый звонок передается с использованием сразу нескольких частот. Это осуществляется при помощи уникальных 40-разрядных кодов, назначаемых каждому сеансу передачи, которые называются кодами Уолша. Уникальный код, приписанный каждому сеансу передачи голоса или данных, позволяет не скольким потребителям совместно использовать одну полосу спектра. Сторонники CDMA сначала обещали повысить пропускную способность в 20 раз по сравнению с аналоговой сотовой связью. Компания Motorola заявила о восьмикратном повышении. В то же время технология TDMA обеспечивает по сравнению с аналоговой сотовой связью повышение всего в 3 — 5 раз.
Кроме выигрыша в пропускной способности, сотовые телефоны стандарта CDMA потребляют меньше энергии. Это может быть важно для потребителей, опасающихся, что сотовые телефоны вызывают раковые опухоли. Меньшая мощность излучения снижает угрозу заболевания раком для пользователей беспроводных технологий. Наконец, передача обслуживания звонка от одной ячейки к другой осуществляется при помощи «мягкого» (soft) метода, превосходящего соответствующие методы в аналоговых системах и в системах TDMA. Этот метод обеспечивает меньшее количество разрывов связи при переходе из ячейки в ячейку. На короткий период времени, в течение которого происходит передача обслуживания, звонок задерживается. К сожалению, решение о внедрении лучшего метода мультиплексирования заставляет многих американских операторов связи платить за это высокую цену — жертвовать совместимостью.
Множественный доступ с разделением по времени (TDMA)
Множественный доступ с разделением по времени — это стандарт, принятый Ассоциацией телекоммуникационной индустрий в то время, когда технология CDMA была только обнародована. В соответствии со стандартом TDMA канал передачи данных разбивается на несколько, например шесть, временных фрагментов. Из них три фрагмента задействуются для передачи трафика от трех устройств, а три оставшихся не используются. Эти три незанятых временных фрагмента необходимы, чтобы избежать интерференцию трех несущих информацию фрагментов. Множественный доступ с разделением по времени обеспечивает повышение пропускной способности в 3 — 5 раз по сравнению с аналоговой сотовой связью.
Несмотря на то, что метод TDMA применяется и в США, и в других странах, соответствующие стандарты несовместимы. Стандарт, используемый в Европе и в большей части остального мира, называется GSM. В США принят стандарт IS-136.
3G — новые стандарты высокоскоростной передачи данных
Для формирования стандартов беспроводной связи третьего поколения 3G предлагается много разных идей и создается большое число альянсов. Стандарты ЗG нацелены на поддержку высокоскоростной передачи данных, мультимедиа-услуг и повышение пропускной способности при сохранении той же полосы спектра. Лидеры индустрии ожидают увеличения потребности в доступе к Интернету и роста числа пользователей электронной коммерции, применяющих портативные и ручные устройства. Кроме того, для поддержки этих тенденций разрабатываются новые операционные системы.
Аналоговая расширенная служба мобильной телефонии (AMPS) — это система сотовой связи первого поколения, цифровая расширенная служба мобильной телефонии (D-AMPS) независимо от стандарта (TDMA, GSM, CDMA) — система второго поколения. Пока ни одно фирменное решение не утверждено в качестве стандарта третьего поколения. Вероятно, организации, занимающиеся стандартизацией, примут несколько существенно различающихся вариантов 3G-стандартов. Одной из проблем в разработке стандартов следующего поколения является стремление операторов связи обеспечить работу 3 G-технологий с существующей инфраструктурой и таким образом снизить расходы на совершенствование сервиса.
Кроме рассмотренных ниже проектов стандартов третьего поколения, компании Qualcomm и US West тестируют высокоскоростной интерфейс третьего поколения. Этот интерфейс называется HDR CDMA (high data га1е — высокоскоростной), он обеспечивает скорости передачи до 1,8 Мбит/с.
В настоящее время рассматриваются два проекта — CDMA2000 и Wideband СЩ4А, также называемый W-CDMA. Доступные усовершенствованные варианты CDMA позволяют увеличить скорость передачи данных с 14,4 до 56 кбит/с. Новые стандарты также поддерживают улучшенные механизмы контроля ошибок, и благодаря этому можно избегать повторной передачи пакетов в случае возникновения ошибок.
Доступная в данный момент версия 1 стандарта CDMA2000 может быть использована для передачи пакетов данных со скоростью 14,4 кбит/с. Кроме того, обеспечивается большее время работы от батарей. Согласно стандарту сотовый телефон передает данные, необходимые для определения службой 911 местонахождения абонента.
Версия 2 стандарта CDMA2000 позволит передавать мультимедийные данные со скоростью 2 Мбит/с. Предусматривается возможность передачи голоса по пакетным сетям (подробнее вопросы конвергенции рассматриваются в главе 8).
Проект стандарта Wideband CDMA, или W-CDMA, предлагает применять более быстродействующие микросхемы, чем стандарт CDMA2000. Однако полоса спектра используется менее эффективно. Wideband CDMA несовместим с ранними версиями CDMA и CDMA2000.
Группы North American GSM Alliance (Североамериканский альянс GSM) и Universal Wireless Communications Corporation (Корпорация универсальных беспроводных коммуникаций) согласились совместно продвигать на рынок 3О-стандарты, позволяющие обеспечить взаимодействие в сотовых сетях TDMA, GSM и AMPS. Эти группы собираются разработать общую пакетную магистральную сеть, обеспечивающую скорость 384 кбит/с в собственных сетях и в сетях стандарта W-CDMA. Потребителям будут предоставлены также услуги роуминга в этих сетях.
Кроме того, указанные группы продолжат независимую разработку интерфейсов третьего поколения, обеспечивающих передачу данных со скоростью 2 Мбит/с.