К вес

ПС • • • • ПС

Рис.г.З.Упрощенная функциональная схема системы сотовой связи: БС - базовая станция; ПС - подвижная станция (абонентский радиотелефонный аппарат)

ными, так как рубеж передачи обслуживания подвижной станции из одной ячейки в соседнюю может в некоторых пределах смещаться с изменением условий распространения радиоволн и в зависимости от направления движения подвижной станции. Точно так же и положение базовой станции лишь приближенно совпадает с центром ячейки, который к тому же не так просто определить однозначно, если ячейка имеет неправильную форму. Если же на базовых станциях используются направленные (не изотропные в горизонтальной плоскости) антенны, то базовые станции фактически оказываются на границах ячеек.

Далее, система сотовой связи может включать более одного центра коммутации, что может быть обусловлено, в частности, эволюцией развития системы или ограниченностью емкости коммутатора. Возможна, например, структура системы типа показанной на рис.2.4 - с несколькими центрами коммутации, один из которых условно можно назвать «головным» или «ведущим».

В такой ситуации может возникнуть вопрос: что же такое система сотовой связи, чем определяются ее границы? Иначе говоря, как понять, где заканчивается одна система и начинается другая? Ответ такой: система - это то, что замыкается на один общий домашний регистр (см. разд. 2.2.4 и 2.3.4, 2.3.5). В простейшей ситуации система содержит один центр коммутации (рис.2.3), при котором имеется домашний регистр, и она обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию («небольшой город»), с которой не граничат территории, обслуживаемые другими системами. Если, условно говоря, «город побольше», то система может содержать два или более центров коммутации (рис.2.4), из которых только при «головном» имеется домашний регистр, но обслуживаемая системой территория по-прежнему не граничит с терри-

К вес

Центр коммутации -X-

L Л

Центр коммутации

Рис.2.4. Система сотовой связи с двумя центрами коммугации

ториями других систем. В обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой системы - роминг. Наконец, если «город совсем большой», на его площади может оказаться несколько систем с граничащими территориями, каждая система -- со своим домашним регистром. В таком случае при перемещении абонента из одной системы в другую может иметь место и так называемая межсистемная передача обслуживания. Как для роминга, так и для межсистемной передачи обслуживания необходима аппаратурная совместимость систем (принадлежность их к одному и тому же стандарту сотовой связи), а также наличие соответствующих соглашений между компаниями-операторами.

Еще одна особенность связана с построением базовой станции. В стандарте GSM используется понятие система базовой станции (ОБО), в которую входит контроллер базовой станции (КБС) и несколько, например до шестнадцати, базовых приемопередающих станций (БППС) - рис.2.5. В частности, три БППС, расположенные в одном месте и замыкающиеся на общий КБС, могут обслуживать каждая свой 120-градусный азимутальный сектор в пределах ячейки (соты) или шесть БППС с одним КБС - шесть 60-

. К центру коммутации

Рис.2.5. Система базовой станции стандарта GSM:

СБС - система базовой станции; КБС - контроллер базовой станции; БППС - базовая приемо-передающая станция; ПС - подвижная станция

в одном месте и работающих каждая на свою секторную антенну; для обозначения такой «строенной» или «ушестеренной» конфигурации иногда употребляется термин позиция ячейки, или позиция соты {cell site), хотя чаще наименование cell site является синонимом базовой станции.

Число примеров такого рода схематизма и упрощений на самом деле гораздо больше, но мы ограничимся пока приведенными пояснениями к функциональной схеме и, имея их в виду, перейдем к рассмотрению отдельных элементов системы. При этом, если не оговаривается иное, будем адресоваться к простейшей схеме рис.2.3, чтобы не потерять за деталями основной логической нити рассуждений.

2.2.2. Подвижная станция

Рассмотрение элементов системы сотовой связи начнем с подвижной станции - наиболее простого по функциональному назначению устройства, и к тому же единственного элемента системы, который не только реально доступен пользователю, но и находится у него в руках в буквальном смысле этого слова.

Блок-схема подвижной станции приведена на рис.2.6. В ее состав входят;

- блок управления;

- приемопередающий блок;

- антенный блок.

Блок управления

Антежьм блок

Приемо-передаюший блок

Рис.2.6. Блок-схема поодижной станции (абонентского радиотелефонного аппарата)

Приемопередающий блок, в свою очередь, включает передатчик, приемник, синтезатор частот и логический блок.

Наиболее прост по составу антенный блок: он включает собственно антенну - в простейшем случае четвертьволновой штырь - и коммутатор прием-передача. Последний для цифровой станции может представлять собой электронный коммутатор, подключающий антенну либо на выход передатчика, либо на вход приемника, поскольку, как будет ясно из дальнейшего, подвижная станция цифровой системы никогда не работает на прием и передачу одновременно.

Функционально несложен и блок управления. Он включает микротелефонную трубку - микрофон и динамик, клавиатуру и дисплей. Клавиатура (наборное поле с цифровыми и функциональными клавишами) служит для набора номера телефона вызываемого абонента, а также команд, определяющих режим работы подвижной станции. Дисплей служит для отображения различной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции. Некоторое представление как о типах команд, так и о характере отображаемой информации дает содержание разд. 3.2.

Приемопередающий блок значительно сложнее.

В состав передатчика входят: - аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - преобразует в

цисЬповую форму сигнал с выхода микрофона и вся последу-

ющая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме, вплоть до обратного цифро-аналогового преобразования;

- кодер речи осуществляет кодирование сигнала речи - преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам с целью сокращения его избыточности, т.е. с целью сокращения объема информации, передаваемой по каналу связи;

- кодер канала - добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи; с той же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемежению); кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока;

- модулятор - осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала на несущую частоту.

Приемник по составу в основном соответствует передатчику, но с обратными функциями входящих в него блоков:

- демодулятор выделяет из модулированного радиосигнала кодированный видеосигнал, несущий информацию;

- декодер канала выделяет из входного потока управляющук информацию и направляет ее на логический блок; принятая информация проверяется на наличие ошибок, и выявленные ошибки по возможности исправляются; до последующей обработки принятая информация подвергается обратной (по отношению к кодеру) переупаковке;

- декодер речи восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде;

- цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует принятый сигнал речи в аналоговую форму и подает его на вход динамика;

- эквалайзер служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу, он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящей в состав передаваемой информации; блок эквалайзера не является, вообще говоря, функционально необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать.

Заметим, что для сочетания кодера и декодера иногда употребляют наименование кодек (например, канальный кодек , речевой кодек).

В разд. 2.4.4 мы вернемся к методам кодирования и модуляции, используемым в сотовой связи, и рассмотрим их подробнее, а в разд. 2.4.5 познакомимся с принципом работы эквалайзера.

Помимо собственно передатчика и приемника, в приемопередающий блок входят логический блок и синтезатор частот. Логи-

ческий блок - это по сути микрокомпьютер со своей оперативной и постоянной памятью, осуществляющий управление работой подвижной станции. Характер выполняемых им функций будет примерно понятен после знакомства с разд. 2.3. Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой для передачи информации по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема используются различные участки спектра (так называемое дуплексное разделение по частоте). Конкретные значения частот и полосы каналов, используемые в различных стандартах, мы приведем в разд. 2.3.1 и 5.1..

В заключение раздела отметим еще несколько моментов. Блок-схема рис.2.6 является существенно упрощенной. На ней не показаны усилители, селектирующие цепи, генераторы сигналов синхрочастот и цепи их разводки, схемы контроля мощности на передачу и прием и управления ею, схема управления частотой генератора для работы на определенном частотном канале и т.п. Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможно использование режима шифрования; в этих случаях передатчик и приемник подвижной станции включают соответственно блоки шифрования и дешифровки сообщений. В подвижной станции системы GSM предусмотрен специальный съемный модуль идентификации абонента (Subscriber Identity Module - SIM). Некоторая дополнительная информация по режиму шифрования и использованию модуля SIM будет приведена в разд. 2.3.3 и 3.4.

Подвижная станция системы GSM включает также так называемый детектор речевой активности (Voice Activity Detector), который в интересах экономного расходования энергии источника питания (уменьшения средней мощности излучения), а также снижения уровня помех, неизбежно создаваемых для других станций при работающем передатчике, включает работу передатчика на излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в приемный тракт дополнительно вводится так называемый комфортный шум . В необходимых случаях в подвижную станцию могут входить отдельные терминальные устройства, например факсимильный аппарат, в том числе подключаемые через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов.

Если представить блок-схему аналоговой подвижной станции, то она будет проще рассмотренной цифровой за счет отсутствия блоков АЦП/ЦАП и кодеков, но сложнее за счет более громоздкого дуплексного антенного переключателя, поскольку аналоговой станции приходится одновременно работать на передачу и на прием.