 |
Аналоговые системы сотовой связи
|
|
|
|
Аналоговые системы сотовой подвижной связи принадлежат к первому поколению сотовых систем. Эти системы обеспечивают вхождение в связь и регистрацию стоимости разговора, организацию связи между подвижными абонентами и абонентами стационарной телефонной сети общего пользования и т. п. Сравнительные характеристики систем сотовой связи основных используемых стандартов представлены в табл.1.
Таблица 1. Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи
| Характеристика | AMPS | TACS (ETACS) | NMT-450 | NMT-900 | Radlocom-2000 | NTT |
| Диапазон частот, МГц | 825-845 870-890 | 935-950 (917-933) 890-905 (872-888) | 453-457.5 463-467,5 | 935-960 890-915 | 424,8-427,9 418,8-421,9 | 925-940 870-885 |
| Радиус ячейки, км | 2-20 | 2-20 | 2-45 | 0,5-20,0 | 5-20 | 5-10 |
| Число каналов подвижной станции | 666 | 600 (640) | 180 | 1000/1999 | 256 | До 1000 |
| Число каналов базовой станции | 96 | 144 | 30 | 30 | - | 120 |
| Мощность передатчика базовой станции, Вт | 45 | 50 | 50 | - | - | 25 |
| Ширина полосы частот канала, кГц | 30 | 25 | 25 | 25,0/12,5 | 12,5 | 25 |
| Время переключения канала на границе ячейки, мс | 250 | 290 | 1250 | 270 | - | 800 |
| Максимальная девиация частоты в канале управления,кГц | 8 | 6,4 | 3,5 | 3,5 | - | 4,5 |
| Максимальная девиация частоты в речевом канале,кГц | 12 | 9,5 | 5 | 5 | 2,5 | 5 |
| Минимальное отношение сигнал/шум, дБ | 10 | 10 | 15 | 15 | - | 15 |
Таблица 2.Характеристики систем сотовой связи
| Система сотовой | Коэфициэнт повторения частоты | Число каналов управления | Число каналов передачи речи | Среднее число занятых | Средняя загрузка, Эрл/ячейка | Число вызовов на ячейку в ЧНН |
| AMPS | 7 | 21 | 279 | 39.86 | 30,80 | 1208 |
| TACS | 7 | 21 | 279 | 39,86 | 30,80 | 1208 |
| NMT | 9-12 | 0 | 300 | 33,33-25,00 | 24,93-17,50 | 937-657 |
Эффективность использования аналоговых систем сотовой подвижной связи характеризуется такими параметрами, как число вызовов на ячейку в часы наибольшей нагрузки (ЧНН), средняя загрузка на ячейку и др. (табл.2).
|
|
|
Цифровые системы сотовой подвижной связи
Цифровые системы сотовой подвижной связи представляют собой системы второго поколения. По сравнению с аналоговыми системами они предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают повышенное качество связи, а также взаимодействие с цифровыми сетями с интеграцией служб (ISDN) и пакетной передачи данных (PDN). Среди этих систем широкое распространение получили те, которые базируются на стандартах GSM (DCS 1800), D-AMPS (ADC), JDC, CDMA.. Сравнительные характеристики стандартов представлены в таблице.
| Характеристика | GSM | |||
| (DCS1800) | D-AMPS (ADC) | JDC | CDMA | |
| Метод доступа | ТDМА | TDMA | TDMA | CDMA |
| Количество речевых каналов несущую | 8 | 3 | 3 | 32 |
| Рабочий диапазон частот, МГц | 935-960; | |||
| 890-915 | 824-840 | |||
| 869-894 | 810-826;940-956 1429-1441;1447-1489 1501-1513 | 824-840 869-894 | ||
| Разнос каналов, кГц | 200 | 30 | 25 | 1250 |
| Эквивалентная полоса частот на один разговорный канал, кГц | 25 | 10 | 8,3 | - |
| Вид модуляции | 0,3 GMSK | n/4 DQPSK | n/4 DQPSK | QPSK |
| Скорость передачи информации, Кбит/с | 270 | 48 | 42 | |
| Скорость преобразования речи, Кбит/с | 13 | 8 | 11,2(5,6) | |
| Алгоритм преобразования речи | RPE-LTR | VSELP | VSELP | |
| Радиус соты, км | 0,5-35,0 | 0,5-20,0 | 0,5-20,0 | 0,5-25,0 |
Сотовые телефоны
С тех пор, как системы сотовой подвижной связи начали свое победоносное шествие по странам мира, прошло совсем немного времени. Однако были разработаны различные стандарты и системы связи, а вместе с ними развивалось и оборудование этих систем. Привычные для нас сотовые радиотелефоны имели в начале своего развития огромные размеры и были похожи скорее на радиостанции, чем на телефоны. Но с каждым годом они все более развивались: уменьшались их размер и вес, улучшался дизайн, снижалась стоимость, перед пользователями открывались все новые и новые возможности подвижной связи. На рисунке по казано, как изменялись некоторые пара метры абонентских радиотелефонов и их внешний вид в последние годы. Выбор стандарта сотовой связи однозначно определяет и выбор класса модели радиотелефона. При этом, несмотря на наличие общих черт, модели различаются не только функциональными возможностями, определяемыми стандартом, но и некими устоявшимися традициями их конструирования и внешнего оформления. В пределах каждого класса модели радиотелефоны различаются между собой не только объемом сервисных функций, но часто и параметрами приемопередающих трактов. По этой причине при выборе радиотелефона полезно не только руководствоваться внешним видом, но и иметь некоторое представление о конструкции аппарата и его возможностях. Поэтому перейдем к рассмотрению устройства аналоговых и цифровых радиотелефонов, проанализируем их основные возможности и функции.
|
|
|
Несмотря на многообразие представленных на мировом рынке моделей сотовых радиотелефонов, все они имеют сходную конструкцию. Каждый радиотелефон имеет передающее и приемное устройства, устройства преобразования и воспроизведения речи, устройство контроля и управления, антенну, звонок (зуммер), клавиатуру и дисплей. В зависимости от модели они могут различаться размерами, составом комплектующих элементов, функциональными характеристиками и другими показателями.
В последнее время все фирмы-производители стараются снизить стоимость, улучшить дизайн, уменьшить размеры и повысить эксплуатационные показатели своей продукции. Это достигается за счет более высокой степени интеграции логических и радиотехнических блоков радиотелефонов, внедрения поточных линий их производства (снижение доли ручной сборки), использования последних достижений науки и техники в области связи и приборостроения.
В качестве примера рассмотрим конструкцию радиотелефона ЕН237 фирмы Ericsson. Этот радиотелефон предназначен для работы в аналоговой сотовой системе стандарта ETACS. Он состоит из передней крышки, на которой располагаются клавиатура, дисплей, микрофон и громкоговоритель;
задней крышки, на которой закреплена антенна, и четырехслойной печатной платы, на которой размещены все основные узлы.
|
|
|
Антенна аппарата выполнена в виде спирали, а задняя крышка корпуса используется в качестве противовеса и служит для улучшения излучательной способности антенны. Характеристики такой антенны, несмотря на ее малые геометрические размеры, соответствуют аналогичным характеристикам традиционной полуволновой антенне и не зависят от ее ориентации в пространстве.
На четырехслойной печатной плате (в цифровом радиотелефоне их может быть две) собраны основные узлы. В приемном и передающем блоках полностью исключены намоточные контуры. В приемнике фильтрация сигналов производится с помощью фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ), которые имеют предельно малые размеры и высокие фильтрующие характеристики по сравнению с традиционными фильтрами, использующими LC-контуры. В передатчике для уменьшения внеполосных излучений используются высокодобротные керамические фильтры. Выходные каскады передатчика выполнены на арсенид-галиевых транзисторах. Для получения необходимых частот передатчика и гетеродинных частот приемника используется синтезатор частот, работой которого управляет блок контроля и управления. Основой последнего является центральный процессор. Все блоки выполнены, главным образом, на микросхемах с низким потреблением энергии и высокими функциональными возможностями. Они включают в себя звуковые фильтры, избирательные усилители для микрофона и громкоговорителя, фазовый модулятор и демодулятор, генератор DTMF-сигналов, блоки автоматического тестирования и управления. На плате установлены разъемы для подключения антенны, внешних устройств, клавиатуры и дисплея. Плата устанавливается на рамку и закрепляется на передней крышке корпуса. Малые размеры платы достигаются за счет использования плотного монтажа, применения бескорпусных радиоэлементов и функциональных узлов - чипов.
Структурная схема радиотелефона аналогового стандарта ETACS представлена на рисунке.
Передающий и приемный блоки выполнены по классической схеме. Приемное устройство представляет собой супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты. Входной сигнал поступает в полосовой фильтр на ПАВ, выделяющий принимаемый сигнал и ослабляющий помехи. Отфильтрованный сигнал поступает в малошумящий усилитель (МШУ) и после усиления подается в смеситель. На второй вход последнего с синтезатора частот поступает сигнал гетеродина. Полученный сигнал первой промежуточной частоты (45 МГц) поступает в усилитель первой промежуточной частоты УПЧ1 и после усиления фильтруется полосовым фильтром на ПАВ. Отфильтрованный сигнал поступает во второй смеситель. В него же с гетеродина Г поступает сигнал. Полученный в результате гетеродинирования сигнал второй промежуточной частоты c частотой 450 кГц фильтруется полосовым фильтром на ПАВ и усиливается усилителем УПЧ2. Усиленный до необходимого уровня сигнал поступает в фазовый демодулятор, где выделяются сигналы управления и речевой сигнал. Последний поступает в усилитель УНЧ и далее — на громкоговоритель. Сигналы управления обрабатываются процессором CPU.
|
|
|
Аналоговый сигнал, поступающий с микрофона, усиливается усилителем УНЧ до необходимого уровня и поступает в фазовый модулятор. Промодулированный сигнал частотой 90 МГц через полосовой фильтр на ПАВ поступает в смеситель. С выхода смесителя сигнал через полосовой керамический фильтр поступает в усилитель мощности класса С, обеспечивающий максимальный КПД передатчика. Усиленный сигнал через регулятор мощности УМ и полосовой керамический фильтр поступает к антенне. Обработка сигналов управления, опрос клавиатуры, формирование необходимых частот и вывод информации на дисплей происходит под управлением центрального процессора. Синтезатор частоты позволяет получать высокостабильные сигналы частот всего используемого диапазона.
Структурная схема радиотелефона, работающего в стандарте GSM, представлена на рисунке.
Обычно в таких радиотелефонах имеется аналоговая и цифровая части, которые могут выполняться на отдельных платах. Аналоговая часть включает в себя приемное и передающее устройства, которые по своим характеристикам и построению напоминают описанные выше.
Антенна А выполняет одновременно функции передающей и приемной. Она представляет собой спиральную укороченную антенну, по характеристикам аналогичную стандартной полуволновой антенне. В системах стандарта GSM передатчик и приемник работают не одновременно, и передача осуществляется только в течение 1/8 длительности кадра. Это значительно уменьшает расход энергии аккумуляторной батареи и увеличивает время функционирования как в режиме передачи (разговора), так и в режиме приема (ожидания). Кроме того, снижаются требования к ВЧ-фильтру приемника, выполненному на ПАВ, и делает возможным интеграцию малошумящего входного усилителя МШУ со смесителем. Принимаемый сигнал после прохождения входного полосового фильтра усиливается МШУ и поступает на первый вход смесителя. На второй вход поступает сигнал гетеродина с синтезатора частот. Сигнал первой промежуточной частоты проходит через полосовой фильтр на ПАВ и усиливается усилителем первой промежуточной частоты УПЧ1, после чего поступает на первый вход второго смесителя. На второй его вход поступает сигнал гетеродина, с генератора частот. Полученный сигнал второй промежуточной частоты фильтруется полосовым фильтром на ПАВ, усиливается усилителем УПЧ2 и поступает на аналого-цифровой преобразователь АЦП, где преобразуется в сигнал, необходимый для работы сигнального процессора CPU.
|
|
|
В режиме передачи информационный цифровой сигнал, сформированный в CPU, поступает на I/0-генератор, где происходит формирование модулирующего сигнала. Последний поступает в фазовый модулятор, с которого сигнал поступает в смеситель. На второй вход смесителя поступает сигнал с синтезатора частот. Полученный сигнал через полоссовой фильтр поступает в усилитель мощности УМ, управляемый с помощью CPU-Усиленный до необходимого уровня сигнал через полосовой керамический фильтр поступает к антенне А и излучается в пространство.
Цифровая логическая часть радиотелефона обеспечивает формирование, и обработку всех необходимых сигналов. Она состоит из цифрового сигнального процессора CPU, памяти MEM, канального эквалайзера, канального кодера/декодера, SIM-карты, преобразователей АЦП и ЦАП, клавиатуры и дисплея.
Логическая часть выполняет задачи, заключающиеся в демодуляции, кодировании, сжатии и восстановлении речевого сигнала, уменьшении шумов, в обработке информации, вводимой с клавиатуры. Она выводит необходимую информацию на экран дисплея, производит обмен информацией с SIM-картой, обеспечивающей аутентификацию абонента и шифрование данных.
Глоссарий
МДЧР - метод частотного разделения каналов
МЛА - многолучевая антенна
AFN - Absolute Frame Number - абсолютный номер кадра
BCCH- Broadcast Control Chanel - канал управления передачей
BS- Bfise Station Number - код базовой станции
CDMA- Code Division Multiple Access - кодовое разделение каналов
DCA- Dinamic Chanel Allocation - Динамическое разделение каналов
DCS - Digital Cellular Sistem - цифровая сотовая система
FDMA - Frequency Division Multiple Access - частотное разделение для смежных сот
FN- Frame Number -номер кадра
GSM - Groupe Special Mobile - Группа экспертов подвижной связи
HS - HandSet - ручной телефон
ISDN - Integrated Services Digital Network - цифровая сеть с интеграцией услуг
MAP - Mobile Application Part - подсистема мобильной связи
MS - Mobile Station - мобильная станция
PCM - Pulse Code Modulation - импульсно кодовая модуляция
PMR - Professional Mobile Radio - профессиональные системы подвижной связи
RACH - Random Access Channel - канал произвольного доступа
Список используемой литературы
1. Ратынский М. Телефон в кармане. - М:"Радио и связь", 2000.
2. Громаков Ю. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М:"Радио и связь", 1996.
|
|
|
