セルラー。発明と生産の歴史

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セルラー。発明と生産の歴史

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セルラー通信、移動通信ネットワークは、セルラーネットワークに基づく移動無線通信のタイプの XNUMX つです。主な特徴は、総カバーエリアが個々の基地局 (BS) のカバーエリアによって決定されるセル (セル) に分割されていることです。細胞は部分的に重なり合い、ネットワークを形成します。理想的な（平らで未開発の）表面では、XNUMX つの BS のカバーエリアは円であるため、それらで構成されるネットワークは六角形のセル（ハニカム）のように見えます。

このネットワークは、同じ周波数範囲で動作する空間的に分離されたトランシーバーと、モバイル加入者の現在位置を特定し、加入者が XNUMX つのトランシーバーのカバーエリアから別のトランシーバーのカバーエリアに移動したときに通信の継続性を確保できるスイッチング装置で構成されます。

モバイルネットワークには多数の基地局が含まれており、送信電力が限られているため、それらのサービスエリアは部分的に重複しています。したがって、計画上、携帯電話と対象の基地局との接続が理論的に保証されているエリアは多面体、つまり蜂の巣に似たセルとなります。このタイプの移動無線通信が「セルラー」と呼ばれるようになったのはここからです。

セルラースキーム（クリックして拡大）

電話が何歳かという質問に答えるのはそれほど簡単ではないことがわかりました。自分で判断してください。膜の振動を音波から電気信号に変換する原理は、1854年にフランスの研究者CharlesBoursolによって発見されました。その後、ドイツの自然主義者ヨハン・レイスは、音楽の音をワイヤーで伝達する方法を学びました。しかし、スピーチを伝えることはできませんでした。最後に、1876年に、運がアメリカの発明家アレクサンダーベルに微笑んだ。彼は、音声を送信するために直流が必要であると推測し、原始的な（しかし機能する）電話を開発した。

それはひどいように見えました。「静物」の中心には、馬蹄形の磁石があり、その周りにワイヤーが巻かれていました。美学はありませんでした。ベルの優先順位は歴史のアメリカ版であることを予約しましょう、しかし何人かの研究者はそれを論争し、発明の「ロシアの痕跡」を見つけます。しかし、この技術の特許を取得したのはベルであり、私たちは彼に「電話」という言葉を借りています。それ以来、電話は外部と内部の両方で急速に変化し始めました。 1920年代には、取り外し可能なスピーカーを備えた「ベル」でした。 1937年に、電話は今ではおなじみの受話器とダイヤル用の回転ダイヤルを取得しました。そして彼は1980年代の終わりまでソ連と東ヨーロッパの国々にこの形で住んでいました。ソビエト産業はコードレス電話を製造したことがありません。自分のアパートの範囲内での移動性は、XNUMXメートルを超える長いツイストコードを設置することで解決され、電話を隣の部屋に運ぶことが可能になりました。

1990年代初頭、コードレスプッシュホンが登場しました。徐々に、数十メートルの範囲で50 MHz帯域で動作する家庭用およびオフィス用デバイスは、900MHzデバイスに置き換えられました。後者は、より高いノイズ耐性、ツインデバイスからのある程度の保護、および基地局から最大数百メートルの範囲を提供しました。実際の範囲は、部屋のタイプ、コンクリート隔壁の数、その他の障害物に大きく依存していました。ただし、最新の900 MHzデバイスを使用すると、大規模なオフィスや高層ビルで快適に作業できます。

実際、携帯電話の移動通信の祖先は、無線電話の延長コードとさまざまな自律無線ネットワークでした。ちなみに、当時の州のエリートによって使用されていた、ソビエト時代に広く知られているアルタイの放射状ゾーンの特別な通信ネットワークは、何百もの印象的なサイズ内のモビリティを提供しました。このネットワークには加入者が少なかったので、当時は無線周波数リソースを節約することに疑問の余地はありませんでした。同様の通信システムが他の国でも利用可能でしたが、これはセルラー通信の将来への前置きにすぎませんでした。真のセルラーネットワークの導入は、無線周波数スペクトルの保存の問題が解決され、モバイル加入者の現在の場所を特定する方法が見つかった後にのみ始まりました。これは、通話を最適にルーティングし、加入者がXNUMXつのセルから別のセルに移動するときに通信の継続性を確保するために必要でした。

セルラー通信の誕生は1971年にさかのぼります。その後、ベルシステム社が米国連邦通信委員会（FCC）に無線電話通信のアーキテクチャの説明を提出しました。これは、後にセルラーとして知られるようになりました。しかし、アイデアから実際のプロジェクトへの道のりにはかなり長い時間がかかりました。商用セルラーネットワークはわずかXNUMX年後に機能し始めました。

1970 年代のセルラーシステムの開発とその後の 1980 年代の実装では、さまざまな困難な技術的問題が提示されました。最も深刻なものの 1970 つは、サイズと重量が小さいポータブル加入者端末の作成でした。 15 年代の変わり目には、車載端末向けの高度な技術ソリューションでさえ、重さは XNUMX キログラム弱でした。また、同じ目的のデバイスは、耳の近くで片手で保持できるサイズと重量で実装する必要がありました。 Motorola（USA）のスペシャリストは、最初の成功を披露しました。

電気通信の新しい分野の創設者の1970人は、1973年代初頭にモトローラの副社長を務めたマーティンクーパーです。彼は、無線電話のサイズを根本的に縮小する方法を最初に提案しました。そしてXNUMX年に、最初の比較的小さな無線電話が登場し、実験室でのテストに合格しました。マーティン・クーパーは、ベル研究所の競合他社に最初の電話をかけました。クーパー自身が証言しているように、彼は次の言葉を発しました。「ジョエル、世界初の携帯電話からあなたに電話することを想像してみてください。私はそれを手に持っており、ニューヨークの通りを歩いています。」

携帯電話通信
マーティンクーパーとモトローラDynaTAC8000X電話

1980年代半ば、マーティン・クーパーの名前がワイヤレスの殿堂入りしました。

最初のセルラー通信システムはアナログであり、XNUMXつの重大な欠点がありました。それは、異なるメーカーのシステムの非互換性です。これにより、さまざまなタイプのシステムが導入されている国や都市間で加入者を移動する機能が大幅に制限されていました。

現代のユーザーに非常に馴染みのあるアナログセルラーネットワークは、1980年代初頭に、MMT-450規格の統合機器に基づいてヨーロッパの多くの国で、AMPS規格に基づいて米国で作成され始めました。当時、世界中のモバイル加入者の大部分を引き継ぐ運命にあったのは彼らでした。

1982年のヨーロッパのイニシアチブの結果として、17のヨーロッパの通信管理のGSMモバイル通信専門家のグループ（Group Special Mobile）が生まれ、セルラー通信の新しいデジタル標準の開発を開始しました。 GSMの長年の努力は報われ、今日、GSMのさらに別の広く受け入れられている略語があります。移動体通信のためのグローバルシステム（移動体通信のためのグローバルシステム）。

1987年に新規格の実施と運用の問題を解決するために、欧州作業部会MoUが設立されました。これは、使用に関する共同協定の本質についての覚書です。このパートナーのコミュニティには、現在、世界のほぼ100か国からの900を超えるオペレーターが含まれています。新しい標準の作成に対するヨーロッパ人の真剣なアプローチは成功につながりました-ヨーロッパのセルラー通信の現在のリーダーの出現-XNUMXMHz帯域で動作するGSM標準。

「1988 年に、主要な文書が採用され、この規格のサービスシステム用の機器の製造の開発が始まりました。」A. Golyshev は Radio 誌に書いています。 GSM の枠組みの中で開発されたシステムと技術的ソリューションは、現在、有望なデジタルセルラー通信システムの作成に広く使用されています。ソリューションには、インテリジェントネットワークの原理に基づく GSM ネットワークの構築、オープンシステムモデルの使用、周波数再利用の新しい効率的なモデルの導入などが含まれます。」

この規格は時分割多元接続（TDMA）を使用し、周波数範囲890 ... 915 MHz（アップリンク）および935 ... 960 MHz（ダウンリンク）で動作し、チャネル帯域幅は200kHzです。トラフィックチャネルに加えて、制御チャネルもあります。したがって、GSMのXNUMXつの物理無線チャネルには、XNUMXつの論理通信チャネルが実装されており、それぞれを個別の加入者が使用できます。

16つの基地局は最大20〜9,6の無線チャネルをサポートできます。システムの最大データ転送速度はXNUMXKbpsです。

GSM規格は、最小の周波数シフトで、いわゆるスペクトル効率の高いガウス周波数シフトキーイングを使用します。 GSMシステムの無線チャネルのエラーから保護するために、インターリーブを使用した畳み込みおよびブロックコーディングが使用されます。

畳み込み符号化は単一のエラーを処理し、インターリーブはグループエラーを単一のエラーに変換することを可能にし、ブロック符号化は残りの未修正のエラーを取り除きます。加入者端末の低速移動でのコーディングおよびインターリーブの効率の向上は、通信セッション中に217ホップ/秒の速度で動作周波数をゆっくりと切り替えることによって達成されます。

メッセージ送信の高度なセキュリティのために、それらは公開鍵アルゴリズムを使用してさらに暗号化されます。

「システムの機能構成は非常に伝統的です。A.Golyshev氏は、スイッチングセンター、制御および保守センター、基地局、加入者端末で構成されています。

交換センターは、セル (セル) のグループにサービスを提供し、各セルには基地局 (基地局の個別のグループは専用のコントローラーによって制御されます) が含まれ、加入者の移動局が必要とするすべてのタイプの接続と、「ハンドオーバー加入者が（セルセルから）移動し、干渉や誤動作が発生したときに無線チャネルを切り替えるとき。スイッチングセンターは移動局の位置を継続的に監視し、この情報を特別な安全なデータベースに保存します。これにより、この標準の他のネットワークのユーザー（他のオペレーターが所有）のサービス（ローミング）が可能になります...

...開発者は、GSMシステムが、接続されている特定の電話網とは関係なく、加入者の場所を決定し、通話をルーティングするための独自の内部メカニズムを備えていることを確認しました。各国の一部。これらすべてにより、現在世界中で広く使用されている自動ローミングの編成が容易になります。」

GSMネットワークへの不正アクセスを排除するために、加入者は認証されます。同時に、ネットワークを使用している間、誰もが標準の加入者認証モジュールを受け取ります。このモジュールには、国際識別番号、独自の個別のキー、および認証アルゴリズムが含まれています。カードを端末に挿入すると、加入者は端末を自分の個別のデバイスに変えます。端末に追加の保護を提供するために、加入者は、キーボードでピンコードを追加で入力する必要があるような動作モードを設定できます。

その信頼性に責任があるGSMネットワークのもうXNUMXつの重要なノードは、運用保守センター（OMC）です。すべてのネットワークコンポーネントの制御と管理を提供し、作業の品質も制御します。障害の性質に応じて、OMCを使用すると、自動的に、または技術担当者による緊急介入の助けを借りて、障害を修正できます。

GSMネットワークには、ネットワーク全体の運用と保守に特化したコントロールセンターがあり、複数の地域OMCが含まれている場合があります。

このシステムは、加入者に幅広い通話転送サービス、料金の通知、クローズドユーザーグループへの参加を提供します。ネットワークでさまざまな機器を使用すると、音声通信に加えて、データ、ショートメッセージ、緊急情報を含む緊急サービス、アパートのセキュリティ信号、遭難信号を送信できます。

著者：Musskiy S.A.

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