Системы мобильной связи осуществляют передачу информации между пунктами, один из них или оба являются подвижными. Характерным признаком систем мобильной связи является применение радиоканала. Используются диапазоны метровых и дециметровых волн, что ограничивает расстояния прямой передачи пределами некоторой соты. В этом случае мобильная связь называется сотовой связью. К технологиям мобильной связи относятся пейджинг, твейджинг, сотовая телефония, транкинг, для мобильной связи используются также спутниковые каналы.
Пейджинг — система односторонней связи, при которой передаваемое сообщение поступает на пейджер пользователя, извещая его о необходимости предпринять то или действие или просто информируя его о тех или иных текущих событиях. Это наиболее дешевый вид мобильной связи.
Твейджинг — это двухсторонний пейджинг. В отличие от пейджинга возможно подтверждение получения сообщения и даже проведение некоторого подобия диалога.
Сотовые технологии обеспечивают телефонную связь между подвижными абонентами (ячейками). Связь осуществляется через посредство базовых (стационарных) станций, выполняющих коммутирующие функции.
Одна из первых систем сотовой связи NMT-450 появилась в Скандинавии (NMT — Nordic Mobile Telephone). В России она развивается c 1991 г., на ее базе создана федеральная сеть сотовой связи СОТЕЛ.
NMT-450 — система аналоговая, работающая в частотном диапазоне 453-468 МГц. Сравнительно низкие частоты обусловливают повышенную дальность прямой связи (несколько десятков километров до подвижного объекта от базовой станции) и потому в России с ее большой территорией эта система получила широкое распространение в районах с невысокой плотностью населения. Однако на этих частотах слабее помехоустойчивость, труднее выполнить защиту от подслушивания и, как уже сказано выше, остро ощущается дефицит числа каналов.
Поэтому в городах в настоящее время более распространены цифровые системы сотовой связи.
Диапазон скоростей в цифровых системах сотовой связи довольно широк — от 19,2 кбит/с (в американском стандарте CDPD — Cellular Digital Packet Data) до 1,23 Мбит/с (в другом стандарте CDMA — Code Division Multiple Access). Типичный радиус действия 10...12 км. Доступ к радиоканалу осуществляется одним из следующих способов.
  1. Случайный доступ (метод Алоха, назван так в связи с первым применением метода для связи между группой Гавайских островов). Применяется только при малых нагрузках. Его развитием стал метод МДКН/ОК , используемый в локальных и корпоративных сетях.
  2. Технология CDMA — выделение для каждого абонента своей кодовой комбинации, которой кодируются символы 1 и 0 передаваемых сообщений (фактически это метод DSSS). Это широкополосная технология с возможностью одновременной передачи в отведенной полосе частот нескольких сообщений с ортогональными кодами символов.
  3. Технология TDMA (Time Division Multiple Access) — временное мультиплексирование с выделением слота по требованию. Требования отсылаются в короткие интервалы времени (слоты запросов), при коллизиях запросы повторяются. Базовая станция выделяет свободные информационные слоты, сообщая их источнику и получателю.
Разработано несколько стандартов мобильной связи.
Одна из концепций передачи данных по сотовой технологии зафиксирована в стандарте CDPD, разработанном в 1993 г. В соответствии с ней по сотовой связи осуществляется передача телефонных разговоров с вставкой в паузы передаваемых пакетов данных. Оборудование ячейки — портативный компьютер с модемом. Для уменьшения потребления энергии от источника питания используется "спящий" режим, в котором включен только приемный блок, распознающий адрес. При передаче данные сжимаются (по протоколу V.42bis) и шифруются. Возможно использование клиентской программы электронной почты (например, RadioMail). Если ячейка имеет IP-адрес для связи с сетью Internet, то дополнительно можно использовать протокол FTP этой сети для пересылки файлов. Сигналы от ячеек принимаются стационарным узлом, имеющим приемопередающую аппаратуру и антенну.
В европейском стандарте цифровой беспроводной связи DECT применено временное мультиплексирование. Базовая станция (рис. 1) имеет 10 несущих частот с 24 ячейками (слотами) на каждой из них (т.е. одновременно используются и FDM, и TDM). Предусмотрены автоматический поиск свободного канала и переключение на новые каналы. Частоты в диапазоне 1,8...1,9 ГГц. Мощность передатчика базовой станции 10 мВт или выше.
Одной из наиболее широко распространенных технологий мобильной связи (в том числе и в России) является технология, соответствующая стандарту для цифровых сетей сотовой связи GSM (Global System for Mobile Communications), основанному на TDMA. GSM может поддерживать интенсивный трафик (270 кбит/с), обеспечивает роуминг (т.е. автоматическое отслеживание перехода мобильного пользователя из одной соты в другую), допускает интеграцию речи и данных и связь с сетями общего пользования. Используются разновидности: сотовая связь GSM-900 в частотном диапазоне 900 МГц (более точно 890...960 МГц), и микросотовая связь GSM-1800 (DCS-1800) в диапазоне 1800 МГц (1710...1880 МГц). Название микросотовая обусловлено большим затуханием и, следовательно, меньшей площадью соты. Однако увеличение числа каналов выгодно при высокой плотности абонентов. Мощность излучения мобильных телефонов — 1...2 Вт.
Рис. 1.  Схема сотовой телефонной связи
Архитектуру GSM-системы поясняет рис. 1. В каждой соте действует базовая станция БС (BTS — Base Transciever Station), обеспечивающая прием и передачу радиосигналов абонентам. БС имеет диапазон частот, отличный от диапазонов соседних сот. Мобильные ячейки (на рис. 1 показаны кружками) прослушивают соседние БС и сообщают диспетчеру (контроллеру базовых станций BSC — Base Station Controller) сведения о качестве приема с тем, чтобы диспетчер мог своевременно переключить ячейку на нужную БС. Коммутатор (MSC — Mobile services Switching Centre) осуществляет коммутацию и маршрутизацию, направляя вызовы нужному абоненту, в том числе во внешние сети общего пользования ТфОП. В базе данных коммутатора хранятся сведения о местоположении пользователей, технических характеристиках мобильных станций, данные для идентификации пользователей.
В настоящее время все шире применяется связь по технологии CDMA. В это технологии единица кодируется некоторой последовательностью элементарных сигналов (чипов), ноль представляется инверсным по отношению к единице кодом. Например, если единица есть код 10110100, то ноль есть 01001011. В одной и той же полосе частот могут одновременно передаваться несколько сообщений, но для их разделения нужно использовать ортогональное кодирование. Обычно используют ортогональное кодирование на основе кодов Уолша.
Коды Уолша формируются из строк матрицы Уолша. Каждая строка этой матрицы представляет двоичный код, Скалярное произведение любых двух строк этой матрицы равно нулю, если нули в строках заменить на -1. Примерами ортогональных кодов могут служить 11111111, 00001111, 01010101, 11001100. Если эти коды используются как последовательности чипов для представления единиц, то нули будут изображаться инверсными последовательностями 00000000, 11110000, 10101010, 00110011 00110011. Нетрудно видеть, что символы каждого из четырех одновременно передаваемых сообщений отличаются друг от друга в максимальной степени (в четырех позициях) именно благодаря ортогональности кодов и могут быть разделены в приемниках.
В стандарте IS-95 технологии CDMA используются матрица Уолша 64-го порядка. Диапазоны частот составляют 869-894 МГц для прямых каналов и 824-849 МГц для обратного направления с дуплексным разносом 45 МГц. Общая полоса частот, занимаемая в эфире, — 1,25 МГц. Передача речи и данных по стандарту IS-95 осуществляется кадрами длительностью 20 мс. При этом скорость передачи в пределах сеанса связи может изменяться от 1,2 до 9,6 кбит/с.
Мобильная связь для предприятий (т.е. ведомственная или профессиональная) может отличаться от сотовой связи индивидуальных пользователей. Такую ведомственную связь называют транкинговой (или транковой). Для транкинговой связи характерны следующие особенности:
В результате растет оперативность связи при уменьшенной цене.
Наиболее распространены два протокола транкинговой связи: аналоговый протокол MPT-1327 и цифровой протокол TETRA.
В иерархической структуре системы транкинговой связи используются базовые станции (BS) и центры коммутации (DXT). BS обслуживает одну зону и имеет от одной до нескольких несущих частот, отличных от частот соседних зон. В TETRA применяется метод TDMA с несколькими слотами на каждой из несущих. Размер соты — до 60 км. Так, в системе TETRA Nokia используется 64 несущих и 256 радиоканалов. В системах, работающих по протоколу MPT-1327, обычно используется несколько частотных поддиапазонов в пределах 80...800 МГц с выделением каналов шириной в 12,5 кГц. Очевидно, что чем меньше частота, тем больше площадь охватываемой зоны, но меньше число каналов.