gsm - 1.pdf - Literatura Informatyczna - sliwak

JakkorzystaćztejksiąŜki?

KsiąŜka przeznaczona jest dla szerokiego kręgu Czytelników, a szczególnie dla tych,

którzy nie posiadają przygotowania z zakresu telekomunikacji. Konsekwencją tego jest

opisywaniewksiąŜcezjawiskiprocedurwystępującychwtelefoniikomórkowejGSMw

maksymalnie przystępny sposób, a takŜe umieszczenie rozdziału 2, w którym wyjaśniono

podstawowepojęciauŜywanewksiąŜcem.in.:sposobycyfrowegokodowaniaiprzesyłania

sygnałów mowy, pojecie widma częstotliwości i zasad gospodarowania częstotliwościami

orazregułstosowaniadecybelidowyraŜaniapoziomusygnału.Oprócztego,nakońcuksiąŜki

umieszczono słowniczek, w których wyjaśniono najwaŜniejsze terminy występujące w

ksiąŜce: od modulacji i skakania po częstotliwościach do terminala z kartą SIM, stacji

bazowej i centrali. Dla zwiększenia czytelności tekstu, w ksiąŜce zrezygnowano z

tłumaczeniaskrótówangielskich,awszystkieskrótywyjaśniononakońcuksiąŜki.Autorzy

zdecydowali się takŜe ograniczyć w tekście do minimum liczbę odnośników do innych

rozdziałów,nawetkosztemkilkakrotnegopowtarzaniawaŜniejszychinformacjiwróŜnych

rozdziałachksiąŜki.

ZksiąŜkimoŜnakorzystaćdwojako.Czytelnikom,którzychcąwsystematycznysposób

poznać działanie telefonii komórkowej GSM sugerujemy czytanie ksiąŜki od początku.

KsiąŜkapodzielonajestnaczteryczęści.CzęśćIdotyczyzagadnieńogólnychzwiązanychz

radiokomunikacją, sieciami komórkowymi oraz zawiera wyjaśnienie podstawowych

terminówwymaganychdozrozumieniapozostałejczęściksiąŜki.CzęśćIIpoświęconajest

wyłączniestandardowiGSM,wroŜnychjegoaspektach:odogólnychzasaddziałaniasieci

GSMprzezorganizacjętransmisjiwkanaleradiowym,dosposobukodowaniasygnałumowy.

PrzedstawionotakŜesposobyzabezpieczaniasieciprzednaduŜyciamiorazróŜnicemiędzy

sieciamiGSM900iGSM1800.ZagadnieniazwiązaneztelefoniąkomórkowąGSM,ale

wykraczającepozastandardGSM,omówionowCzęściIIIksiąŜki.Opisanotamm.in.proces

planowania sieci komórkowej, organizację działań operatora, przedstawiono przyszłość

telefonii komórkowej GSM oraz współpracę sieci GSM z sieciami satelitarnymi.

ZaprezentowanotakŜeaktualnystanwiedzynatematoddziaływaniatelefoniikomórkowejna

organizmczłowieka.CzęśćIVksiąŜki,zatytułowana"VademecumuŜytkownikaGSM",w

sposób systematyczny odpowiada na większość pytań uŜytkowników telefonów GSM,

zarównotychpoczątkującychjakibardziejzaawansowanych,atakŜeposłuŜyimpomocą

przy określaniu własnego profilu korzystania z telefonii komórkowej. Ta część ksiąŜki

rozczaruje jednak tych Czytelników, którzy szukać w niej będą "sekwencji naciskania

klawiszy"wdanymmodeluterminala.Modeleterminalizmieniająsięcokilkamiesięcyi

takich odpowiedzi szukać naleŜy w instrukcjach obsługi. Pomimo, Ŝe część tematów

omawianychwCzęściIVjestpodobnadotematówomawianychwCzęściII(np.terminale,

usługi),zastosowanewCzęściIIsystemowepodejściedomateriałujestzasadniczoinneod

uŜytkowychaspektówopisanychwCzęściIV.

DrugisposóbkorzystaniazksiąŜkipolecamytymCzytelnikom,którzysięgnąpoksiąŜkę

dlatego, Ŝe będąc abonentami jednej z sieci GSM odczuwają potrzebę lepszego poznania

moŜliwościkorzystaniazniej,zaletiwadokreślonychusługczywyjaśnieniakonkretnych

problemów praktycznych. Czytelnikom szukającym konkretnej porady i wyjaśnienia

frapującegoichproblemuradzimysięgaćbezpośredniodoCzęściIVksiąŜki,azCzęściIII

korzystaćjedyniewmiarępotrzebyizainteresowania.

Nazakończenieautorzychcielibyzastrzecsię,ŜechoćdołoŜonowszelkichstarań,aby

informacjepodanewksiąŜcebyłyściśleiaktualne,wedługstanuichwiedzywmarcu1999

roku, nie mogą oni ponosić odpowiedzialności za ewentualne pomyłki powstałe w czasie

drukulubwynikłezezmianwprowadzonychpowydaniuksiąŜkiprzezproducentówsprzętu

luboperatorówsieciGSM.

1.Wprowadzenie

1.1KrótkahistoriastandarduGSM

Oszałamiająca kariera, jaką robią na całym świecie systemy telefonii komórkowej

rozpoczęła się stosunkowo niedawno, bo w latach osiemdziesiątych. W okresie

wcześniejszym, bo juŜ od lat sześćdziesiątych w eksploatacji były jedynie tzw. systemy

dyspozytorskie. W systemie takim firma wykupuje prawo do wyłącznego uŜytkowania

pewnego kanału częstotliwościowego, w ramach którego łączność jest utrzymywana za

pomocąradiotelefonów.Niejesttojednaktelefonia,dojakiejjesteśmyprzyzwyczajeni,gdyŜ

kaŜdyuŜytkowniksłyszywszystkierozmowyodbywającesięwdanympaśmie.Systemytesą

w powszechnym uŜytku do dziś, m.in. w przedsiębiorstwach taksówkowych, na wielkich

budowachiwinnychfirmachdziałającychnarozległymterenie.

Choć koncepcja tworzenia sieci komórkowych znana była juŜ w latach 40tych, na

praktyczne jej wykorzystanie na szerszą skałę trzeba było poczekać do lat 80 tych.

Wystarczy powiedzieć, Ŝe jeszcze w 1976 roku w Nowym Jorku działał jeden system

komórkowy umoŜliwiający równoczesne prowadzenie tylko 12 rozmów, zarejestrowanych

byłownimokoło500abonentów,analiścieoczekującychznajdowałosiędalszych3700

osób!Pierwszymznaczącym wydarzeniem byłowprowadzeniena początkulat80tychw

Skandynawii, a potem takŜe w innych krajach świata pierwszego standardu telefonii

komórkowej, który działał wówczas oczywiście w technologii analogowej. Standard ten,

niecotylkozmodernizowany,jestwykorzystywanydodziśm.in.wdziałającymwPolsce

analogowymsystemieCentertel.AnalogowesiecikomórkoweumoŜliwiłydostępdousług

telefonii komórkowej setkom tysięcy abonentów. Kraje najbardziej zaawansowane we

wprowadzaniu łączności bezprzewodowej, takie jak Finlandia czy Szwecja, osiągnęły w

początku lat 90tych poziom gęstości abonentów systemów komórkowych sięgający 5%

(parametrtenobliczanyjestjakośrednialiczbaabonentówtelefoniikomórkowejwdanym

krajuwprzeliczeniuna100mieszkańców).Wpozostałychnajbardziejrozwiniętychkrajach

światagęstośćtanapoczątkulat90tychnieprzekraczałapoziomu12%.

W latach 80tych pojemność analogowych systemów komórkowych, początkowo

projektowanych na całe dziesięciolecia, zaczęła się wyczerpywać. Stopniowo wzrastała

popularnośćtelefoniianalogowejwrozległychistosunkowozamoŜnychrejonach,takichjak

StanyZjednoczone,AustraliaczySkandynawia.ByłytooznakizbliŜającegosięprzełomu.

Wśród niektórych ekspertów zaczęła narastać świadomość, Ŝe w dziedzinie łączności

bezprzewodowej istnieje prawdopodobnie większy rynek niŜ początkowo sądzono. U

kaŜdego z dwóch najpowaŜniejszych konkurentów w dziedzinie zaawansowanych

technologii:wEuropieiwUSAzastosowanoinnepodejściewkwestiiregulacjirozwoju

telefonii komórkowej. W Ameryce Północnej, tradycyjnie, postawiono na wolny rynek

pozostawiającinicjatywęposzczególnymfirmom.WEuropieprzezcałelataosiemdziesiąte

trwałypracenadstworzeniemwspólnego,jakwtedysądzonoogólnoeuropejskiego,standardu

telefonii komórkowej. Od połowy lat osiemdziesiątych było juŜ wiadomo, Ŝe będzie to

standardcyfrowy.

ProcesprzygotowywaniastandarduGSMrozpocząłsięwewczesnychlatach80tych.W

1982rokuwramacheuropejskiegoporozumieniaCEPTutworzonozespółroboczynazwany

GroupeSpécialeMobile,cowjęzykufrancuskimoznacza"zespółdosprawradiokomunikacji

ruchomej",wskrócie:GSM.Zadaniemzespołumiałobyćopracowaniestandardusystemu

komórkowego,którymiałbyćwspólnydlacałejEuropyZachodniej.Natymetapiepracnie

było jeszcze wiadomo, w jakiej technologii system ten będzie zaprojektowany. Pierwsze

spotkaniegrupyGSModbyłosięwgrudniu1982rokuwSztokholmie.Wzięliwnimudział

przedstawiciele11krajów.

PracezespołuGSMnabrałyrozmachuwpołowielatosiemdziesiątych,kiedyokazałosię,

ŜeczęśćanalogowychsystemówkomórkowychdziałającychwEuropiewciągukilkulat

zbliŜysiędogranicyswojejpojemności.Sprawanabrałanatylerozgłosu,Ŝestałasięjednąz

kwestii omawianych na spotkaniu przywódców krajów członkowskich Wspólnoty

Europejskiej w grudniu 1986 roku. Wynikiem spotkania było zarezerwowanie dwóch

przedziałów częstotliwości w paśmie 900 MHz do wyłącznego wykorzystania przez

przyszłościowyogólnoeuropejskisystemradiokomunikacjiruchomej,któregouruchomienie

przewidzianona1991rok.

Do1986rokuwramachzespołuGSMpoczynionoznaczącepostępywtworzeniuzałoŜeń

specyfikacjinowegosystemu.Zdecydowanosięnarealizacjęsystemucałkowiciecyfrowego,

copodyktowanezostałomoŜliwościąosiągnięcialepszejefektywnościwykorzystaniapasma

radiowegoorazwyŜszejjakościtransmisji.SystemcyfrowydawałtakŜemoŜliwośćrealizacji

nowychusługorazznacznegorozbudowanianiektórychinnychcech,np.zabezpieczeń,w

porównaniu do rozwiązań analogowych. Przewidziano wykorzystanie układów scalonych

wielkiejskaliintegracjiumoŜliwiającychkonstrukcjemniejszychitańszychterminali,wtym

terminalikieszonkowych.Wewrześniu1987rokupowołanodoŜyciaorganizacjeskupiającą

operatorów przyszłych systemów GSM pod nazwa GSM Memorandum of Understanding

(GSMMoU).Początkowoprzystąpilidoniejoperatorzyz13krajówzachodnioeuropejskich.

Celem działania GSM MoU stała się koordynacja prac standaryzacyjnych, planowanie

wprowadzania usług oraz opracowanie zasad taryfikacji i wzajemnych rozliczeń miedzy

operatorami.SiedzibaorganizacjiGSMMoUzostałDublinwIrlandii.

W1988rokurozpoczętointensywnetesty,dotyczącezwłaszczatransmisjisygnałóww

kanaleradiowym.Testywykazały,zesystemGSMdziałapoprawnie.Począwszyodroku

1988,popowołaniudoŜyciaEuropejskiegoInstytutuStandardówTelekomunikacyjnych(w

skrócieETSI),pracestandaryzacyjnenadsystememGSMkontynuowanowramachETSI,a

samzespólGSMstalsięjednymzzespołówroboczychETSI.SkrótGSMotrzymałwówczas

noweznaczenie:GlobalSystemforMobilecommunications,cooznacza"ogólnoświatowy

system łączności bezprzewodowej", które miało odzwierciedlać zdecydowanie

ponadeuropejskizasięgsystemu.PierwszypilotaŜowysystemGSMzostałzaprezentowanyw

październiku1991rokunatargachTELECOM'91wGenewie.

Sukces standardu GSM stalsię oczywisty juŜ w końcu lat osiemdziesiątych, na wiele

miesięcyprzedzarejestrowaniempierwszegoabonenta.Zapowiedźogłoszeniawniedługim

czasie standardu zdolnego zaspokoić potrzeby dziesiątków, a nawet setek milionów

abonentówuruchomiłaprawdziwielawinowyefekt.Wciągumiesięcyzaledwie,naprzełomie

lat 80tych i 90tych, system GSM został przyjęty w kilkudziesięciu krajach na czterech

kontynentachstającsięnajbardziejpopularnymsystememkomórkowymnaświecie.Wciągu

trzechpierwszychlatpowprowadzeniustandarduGSMłącznaliczbaabonentówsystemów

komórkowych w Europie (zarówno analogowych jak i cyfrowych) potroiła się. Dzięki

sukcesowisystemuGSMnabrałopopularnościpojeciełącznościosobistejipowstałyprojekty

systemównastępnejgeneracji.

W1990roku,podkoniecpracnadpodstawowawersjastandarduGSMprzewidzianego

douŜytkuwpaśmie900MHz,nawniosekWielkiejBrytaniiopracowanozaleceniadlawersji

systemu GSM pracującej w paśmie częstotliwości 1800 MHz, przeznaczonej dla gęsto

zaludnionychobszarówmiejskich.WarianttennazwanopoczątkowoDCS1800,aod1997

rokuznanyonjestpodnazwaGSM1800.

Wedługstanunapoczątek1999rokunaświeciedziałałoponad250sieciGSMwponad

140krajachnasześciukontynentach,zarównowpasmach900MHzjaki1800MHzoraz

1900 MHz. łącznie w sieciach tych zarejestrowanych było ponad 130 mln abonentów, a

przewidywanianakoniec2000rokumówiłyoliczbierzędu300mlnabonentów.Wkrajach

skandynawskich gęstość telefonów komórkowych, tj. liczba telefonów komórkowych

przypadającana100mieszkańców,przekroczyłajuŜ50%,awwiększościkrajówEuropy

ZachodniejpoziomtenprzekroczyłjuŜ10%.WPolscewchwilipisaniategotekstudziałały

trzysiecitelefoniikomórkowejGSM,ałącznaliczbaichabonentówprzekroczyła2mln.

1.2EwolucjastandarduGSM

Pierwsza wersja standardu GSM, która powstała w 1990 roku, zawierała jedynie

podstawowy zakres usług i odzwierciedlała stan rozwoju technologii z końca lat 80tych.

Tymczasem w latach 90tych na świecie nadal utrzymywało się bardzo wysokie tempo

rozwoju technologii elektronicznych czego wymiernym efektem jest fakt, ze co około 18

miesięcypodwajasięliczbatranzystorówjakiemoŜnaumieścićwjednymukładziescalonym.

W efekcie, po upływie pięciu lat to, co wcześniej wymagało zastosowania całej karty

elektronicznejzawierającejdziesięćukładówscalonychisporejwielkościźródłozasilania

moŜe być zrealizowane przy pomocy jednego układu scalonego pobierającego minimalna

ilośćprądu.OtwieratoprzedprojektantamizupełnienowemoŜliwościisprawia,zeustalenia

sprzedkilkulatystajasiępowoliprzestarzale.

Standard GSM został zdefiniowany w taki sposób, aby wraz z rozwojem technologii

moŜliwebyłostosunkowołatwejegomodyfikowanieizwiększaniemoŜliwościsieciGSM.

Początkowawersjastandarduzroku1991otrzymałanazwę"GSMFaza1",aw1995roku

zakończonopracenadstandaryzacjatzw.Fazy2standarduGSM.RoŜnisięonaodFazy1

pod dwoma głównymi względami. Po pierwsze, w Fazie 2 standardu GSM zakres

oferowanych usług został znacznie wzbogacony, wprowadzono takŜe pewne usprawnienia

związane z obsługa karty identyfikacji abonenta SIM. Po drugie, w Fazie 2 specyfikacji

zdefiniowano bardziej wydajny algorytm kodowania sygnałów mowy, co pozwoli w

przyszłościdwukrotniezwiększyćefektywnośćwykorzystaniapasmaradiowego.

W drugiej połowie lat 90tych zespoły standaryzacyjne skupione w Europejskim

InstytucieStandardówTelekomunikacyjnychETSIzaangaŜowanezostaływtworzenietzw.

Fazy2+standarduGSM.CelowonieuŜytowtymprzypadkunazwy"Faza3GSM"poto,

aby podkreślić dąŜenie do dokonywania w przyszłości raczej stopniowej i selektywnej

ewolucjistandardu,anie"skokowej"wymianykolejnychwersjioprogramowaniaisprzętu.

Selektywnośćtegoprocesumapolegaćnatym,zespośródszerokiejopcjiusługimodyfikacji

opisanych w Fazie 2+ standardu GSM, kaŜdy z operatorów będzie mógł indywidualnie

dobrać zestaw spełniający w najlepszym stopniu jego wymogi. Takie podejście sprzyjać

będzie wzrostowi zróŜnicowania ofert (nie tylko cenowych!) pomiędzy poszczególnymi

operatorami,cowzmocniaspektkonkurencyjnościsieciGSMposzczególnychoperatorów.

kieszonkowymi,alewrazzwprowadzeniemnajnowszejgeneracjisatelitówniskoorbitowychi

tabarierazostałapokonana.

Podstawowa usługa realizowana w sieciach GSM, podobnie jak i w innych sieciach

telefoniikomórkowej,jesttransmisjasygnałówrozmownych.WodróŜnieniuodtakichsieci,

istnieją takŜe systemy zaprojektowane wyłącznie do transmisji danych. Wśród sieci o

niewielkich przepływnościach i moŜliwościach wymienić naleŜy systemy przywoławcze

(odbiorniki sygnałów przywoławczych zwane są popularnie pagerami). Do tej kategorii

naleŜą takŜe wyspecjalizowane systemy transmisji danych, jakimi dysponują np. słuŜby

policyjnewwielukrajach,którepozwalająwkrótkimczasieprzesyłaćdrogaradiowaznaczne

ilościdanych,calepliki,zdjęciaitp.,atakŜebezprzewodowelokalnesiecikomputerowe.

Rys.1GSMainnesystemyłącznościbezprzewodowej

SystemyłącznościbezprzewodowejróŜniąsiętakŜezastosowanatechnologia.Zjednej

strony,odpoczątkulat80tychnaświecie(wPolsceodroku1992)sąwuŜyciuanalogowe

siecitelefoniikomórkowej.PowprowadzeniustandarduGSMznaczenieanalogowychsieci

komórkowychulegasystematycznemuzmniejszeniu,awniektórychkrajachpodjętezostały

decyzjeostopniowymzamykaniutychsieci.Wpołowielat90tychwniektórychkrajach

świata wprowadzono do eksploatacji cyfrowe sieci komórkowe wykorzystujące tzw.

zwielokrotnianiekodowe,oznaczaneangielskimskrótem:CDMA.Sątosystemystosunkowo

zaawansowanetechnologicznie,którychprzewagawlatach90tychniebyłajednakwidoczna

zuwaginabrakdoświadczeniaweksploatacjisystemówcywilnychtegotypu(technologia

CDMAwykorzystywanabyłaodlat60tychm.in.wsystemachwojskowychikosmicznych).

Od roku 1998 wiadomo juŜ, ze przyszłościowe standardy telefonii komórkowej, które

stopniowowdraŜanebędąnacałymświecieporoku2002,będąopartenatechnologiiCDMA.

Wreszcie, sieci telefonii komórkowej GSM to systemy publiczne, których abonentem

moŜezostaćpraktyczniekaŜdy.Istniejejednakwielesystemówprywatnych,którespełniają

podobnefunkcjenaskalepojedynczegozakładu,czysieciprzedsiębiorstw.Własnesystemy

łączności maja zarówno zakłady energetyczne jak i firmy transportowe, obsługa lotnisk i

dworcówkolejowych,atakŜeniektórezakładypracującenarozległychobszarach.Niekiedy

moŜna spotkać się takŜe z systemami specjalnymi, np. systemem łączności telefonicznej

udostępnianympasaŜeromsamolotów.Jesttowyspecjalizowanysystem,któregooperatorem

sąlinielotnicze,aktórypozwalapasaŜerompodczaslotunapołączeniaznaziemnasiecią

telefoniczna.Oniektórychzsystemówradiowychwspomnianychwtymrozdzialemówić

będziemyjeszczewinnychrozdziałachksiąŜki.

1.3KonkurencitelefoniikomórkowejGSM

Standard telefonii komórkowej GSM to najpopularniejszy obecnie standard

radiokomunikacyjny na świecie, ale przecieŜ nie jedyny. Obok niego istnieje cały szereg

innych standardów, a takŜe wiele systemów niestandardowych oferowanych przez

poszczególnych producentów. Poszczególne systemy mogą róŜnic się od GSM wieloma

cechami, spośród których najwaŜniejsze to: zasięg, rodzaj głównej usługi, zastosowana

technologiaorazsposóborganizacjidostępudosystemu(rys.1).

StandardGSMprzewidujestosowaniekomórekGSMopromieniumaksymalnym35km.

Najmniejszerozmiarykomórekniesąokreślonewstandardzie,alenajczęściejminimalne

komórki maja rozmiary kilkuset metrów, a niekiedy kilkudziesięciu metrów. Na rynku

oferowanesątakŜeurządzeniaspełniającepodobnafunkcjejaktelefonyGSM,aleprzyinnym

zasięgu. Z jednej strony są to bardzo obecnie rozpowszechnione urządzenia telefonii

bezprzewodowej,którepozwalająabonentomkorzystającymzusługsiecistałejnaswobodne

poruszanie się w promieniu kilkudziesięciu metrów od "stacji bazowej". Z drugiej strony

istniejąsystemysatelitarne,wktórychrozmiarykomóreksięgająkilkutysięcykilometrów.

Doniedawnanieistniałycywilnesystemysatelitarnemogącewspółpracowaćzterminalami

2.Bity,faleradioweidecybele

2.1Oszczędneoglądanie

Telekomunikacja w ogóle, a zatem takŜe i telefonia komórkowa, to dziedzina wiedzy

zajmująca się przesyłaniem sygnałów na odległość. Zanim sygnał mowy, obraz lub dane

mogąbyćjednakprzesłanedoodbiorcy,nadawanajestimwnadajnikuformaodpowiednia

doprzesyłania.Wtymrozdzialepokazanezostanie,wjakisposóbsygnałmowyzamieniany

jestnaciągbitów,dogodnydotransmisjiwcyfrowymsystemietelekomunikacyjnym,np.w

sieciGSM.

PosłuŜmysięnajpierwprzykładem.Zdarzasięniekiedysytuacja,zepodczasoglądania

filmuwtelewizjimusimywyjśćnachwiledoinnegopomieszczenia.Jeśliprzerwanietrwa

zbytdługo,wówczaspopowrociejesteśmyzwyklewstaniedalejśledzićfabulefilmu.Taka

przerwa,azwłaszczakilkakolejnychprzerw,jesttymbardziejuciąŜliwa,imjestonadłuŜsza

oraz...imbardziejwartkajestakcjafilmu.TensposóboglądaniafilmumoŜnabynazwać

"oszczędnymoglądaniem".

Na podobnej zasadzie oparta jest tzw. reguła próbkowania, będąca podstawa całej

telekomunikacjicyfrowej.Zasadatamówi,zedoprzesłaniasygnałunaodległośćwystarczy

wzupełnościprzesyłanieokresowopobieranychpróbeksygnału(rys.2).

CzęstotliwośćpobieraniapróbekzaleŜyod"bogactwa"danegosygnałumowyiszybkości

jegozmian.Regułapróbkowaniamówi,Ŝekoniecznejestprzesyłanieconajmniej2fpróbek

nasekundę,gdziefjestnajwyŜszączęstotliwościąskładowaobecnąwsygnalemowy.Dla

sygnałów mowy moŜna przyjąć, Ŝe f=4000 Hz, zatem w systemie telekomunikacyjnym

konieczne jest przesyłanie 8000 próbek sygnału na sekundę. Gdybyśmy chcieli przesyłać

wysokiej jakości sygnał audio, o jakości dźwięku porównywalnej z płyta kompaktową,

wówczastrzebabyprzyjąćf=20000Hz,azatemkoniecznebyłobyprzesyłanieconajmniej

40000 próbek na sekundę. Obecność wysokich częstotliwości, tj. wysokich tonów, w

nagraniachmuzycznych,jestoczywiściewyraźnieodczuwalna.

Zarówno w telefonii stacjonarnej jak i komórkowej przesyłane są jedynie sygnały o

częstotliwościachnieprzekraczających4000Hz.Gdybyśmydomikrofonuznajdującegosię

wsłuchawcetelefonicznejpodaliwyŜszedźwięki,wówczaszanimdoszłobydotransmisji,

specjalny filtr wewnątrz urządzeń telefonicznych usunąłby z sygnału częstotliwości

przekraczające4000Hzisygnałdotarłbydoodbiorcyzniekształcony.

Rys.2Zasadapróbkowaniasygnałumowy

2.2Bezbitówanirusz

KoniecXXwiekutoepokakomputerów.Jakkolwiekbyoneniebyłyskomplikowaneiw

jakiejkolwiekniepracowałybysytuacji,wszystkiekomputerysąurządzeniamiumiejącymi

przetwarzać wyłącznie bity, czyli "zera" i "jedynki". Współczesna telekomunikacja jest

praktycznie w całości cyfrowa i wykorzystuje komputery na kaŜdym kroku, nie tylko w

centralachtelefonicznychiurządzeniachtransmisyjnych,aletakŜewterminalachGSM,w

nowoczesnychaparatachtelefonicznych,telefaksachimodemach.Takwiec,zanimsygnał

mowypodanyzostaniena"wejście"takichurządzeń,trzebagozamienićnaciągbitów,tzn.

"zer"i"jedynek".Awłaściwie,takiejkonwersjinaleŜypoddaćciąg8000próbeksygnału,

jakiegenerowanesąwkaŜdejsekundzie.

Najprostszym sposobem zamiany jest konwersja kaŜdej próbki sygnału na ciąg ośmiu

bitów.JeślizakresmoŜliwychwartościpróbekpodzielimyna256przedziałówinajmniejszej

wartości próbki przyporządkujemy liczbę 0, a największej przyporządkujemy liczbę 255,

wówczas wyraŜając te liczby w sposób binarny otrzymamy 8bitowe ciągi, z zakresu od

00000000 do 11111111 (rys. 3). Efektem tej konwersji, zwanej w tym przypadku

kwantyzacja,jestzamianawkaŜdejkolejnejsekundzie8000próbeksygnałuna8000 8bitów,

tzn.64000bit/s,czyliwskrócie64kbit/s.Tensposóbkodowaniasygnałumowy(oznaczany

skrótemPCM)stosowanyjestwtelefoniistałejjuŜodlat60tych.Wedługtegosystemu,

jednemusygnałowimowyodpowiadaciągbinarnyoprzepływności64kbit/s.

Rys.3Zamianapróbeksygnałumowynaciągbitów

Rys.4WydajnośćkodowaniasygnałówwróŜnychsystemachtelekomunikacyjnych

Na rys. 4 pokazano takŜe, dla porównania, dwa inne przykłady koderów mowy. Do

uzyskaniajakościdźwiękuporównywalnegozpłytakompaktowąCDtrzebabyponad700

kbit/s (44000 próbek/s przy 16 bitach/próbkę). Z kolei kodery mowy w systemach

wojskowych,gdziewaŜnajestwyłączniezrozumiałośćsygnału,aniewraŜenia"estetyczne",

potrafiązakodowaćsygnałmowyprzypomocystrumieniabitówoprzepływnościzaledwie

1200bit/s.

TerozwaŜaniamoŜnarozszerzyćnakodowanieobrazów.Intuicyjniejestoczywiste,ze

zawartośćinformacyjnaobrazów,zarównonieruchomychjakiruchomych(czylifilmów),

jest większa niz. zawartość informacyjna sygnału mowy. Istnieje nawet powiedzenie, ze

"jedenobrazjestwarttysiącasłow.".Rzeczywistośćjestniecobardziejskomplikowana.Na

rys.4zaznaczono,zenatoabywsposóbcyfrowyprzesłaćsygnałtelewizyjnypotrzebaokoło

6,5 Mbit/s. Tak więc jeden sygnał telewizyjny to równowaŜnik około 500 rozmów

telefonicznychprzesyłanychwstandardowejsieciGSM.

ImwiększajestprzepływnośćstrumieniabinarnegotymdroŜszejestprzesyłaniesygnału.

Jest to szczególnie waŜne w systemach radiowych, gdzie roŜne urządzenia słuŜące do

transmisjiposzczególnychsygnałówkorzystająnatymsamymterenieztejsamej"przestrzeni

radiowej",podobniejakroŜnestacjeradiofonicznepoprzezodpowiednidobórczęstotliwości

nośnej mogą współistnieć obok siebie bez wzajemnego zakłócania się. W systemach

przewodowychto"współistnienie"dotyczyosobnokaŜdegoprzewodu,takwiecwprzypadku

zbytniego zagęszczenia sygnałów rozwiązaniem jest połoŜenie dodatkowego kabla. W

przypadku systemów radiowych taka moŜliwość jest wykluczona. Z tego powodu w

cyfrowychsystemachtelefoniikomórkowejkoniecznejeststosowaniebardziejwydajnych,

aleibardziejskomplikowanychsposobówkodowaniasygnałumowy.

W standardzie GSM pojedynczemu sygnałowi mowy odpowiada strumień binarny o

przepływnościzaledwie13kbit/s,awstandardzieGSMdrugiejgeneracjijuŜtylkostrumieńo

przepływnościokoło6,5kbit/s.Jesttowięc5krotnie,anawet10krotniewyŜszawydajność

kodowaniamowyaniŜeliwprzypadkuklasycznejtelefoniiprzewodowej(rys.4).Cenąjakąw

tym przypadku naleŜy zapłacić jest duŜo bardziej skomplikowany układ kodera mowy

(komercyjnakonstrukcjatakichminiaturowychkoderówstałasięmoŜliwadopieroodkońca

lat 80tych), a takŜe pojawiające się od czasu do czasu zniekształcenia sygnału, które w

zasadzieniewystępująwtelefoniistałej.Gdybyjednakwtelefoniikomórkowejstosować

kodery mowy znane z telefonii stałej, zamieniające sygnał mowy na strumień binarny o

przepływności 64 kbit/s, wówczas koszt rozmów w sieci GSM wzrósłby co najmniej 5

krotnie.

2.3Widmoradioweiczęstotliwości

Wszystkie systemy radiowe pracujące na danym obszarze współuŜytkują te samą

"przestrzeń radiową", tak wiec kwestia o fundamentalnym znaczeniu jest odpowiednia

koordynacja przydziału częstotliwości tak, aby poszczególne urządzenia nie zakłócały się

wzajemnie.ZagadnienietojesttakwaŜne,zewkaŜdymkrajuistniejespecjalniepowołana

instytucja zajmująca się przydzielaniem częstotliwości dla poszczególnych systemów

radiowych, czyli tzw. administracja zasobów radiowych, a takŜe nadzorowaniem

przestrzegania przez nadawców ustalonych zasad korzystania z widma. W Polsce role te

spełniaPaństwowaAgencjaRadiokomunikacyjna.

WidmoradiowerozciągasięodczęstotliwościpojedynczychHertzów,czylifalbardzo

długich (częstotliwości 1 Hz odpowiada fala o długości 300 000 km) do typowych fal

stosowanychwradiofoniiUKF,oczęstotliwościachokoło100MHz(długośćfali3m),a

dalejpoprzezfalestosowanewsystemachsatelitarnych,tj.około10GHz(długośćfali3cm)

aŜ do zakresu światła widzialnego, o częstotliwościach rzędu 500000 GHz (długość fali

równa 0,0005 mm) i wyŜej. Ten bardzo szeroki zakres częstotliwości nie jest w chwili

obecnejwcałościwykorzystywany.WłasnościfalradiowychwbardzosilnymstopniuzaleŜą

gsm - 1.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: