Бесшнуровые та
Бесшнуровые (беспроводные) ТА (БТА) – это домашние или офисные ТА, обеспечивающие абонентам свободу перемещения в зоне покрытия, т.е. области устойчивой радиосвязи телефонной трубки (мобильного блока, МБ) и базового блока (ББ). Связь между базовыми блоками абонентов осуществляется через телефонную сеть общего пользования.
Основными функциональными узлами БТА являются радиоприемное и радиопередающее устройства, электронный номеронабиратель, вызывное устройство, система управления, блок питания.
Устранение искажений речевого сигнала
Проходя через цепь преобразований в высокочастотных трактах радиотелефона, речевой сигнал претерпевает изменения, ухудшающие его разборчивость (искажения). Эти искажения обусловлены широким динамическим диапазоном и большой величиной пиковых значений речевого сигнала. Для компенсации таких влияний в речевой сигнал на стадии обработки вводят так называемые предыскажения.
АЧХ нормального речевого сигнала имеет спад на верхнем участке полосы частот. Подъем АЧХ на этом участке перед подачей речевого сигнала на вход модулятора обеспечивает увеличение соотношения сигнал/шум. Это происходит, т.к. при подъеме верхнего участка АЧХ до модулятора в спектре речевого сигнала помехи отсутствуют, а при приеме присутствуют, и оказывают наиболее сильное влияние именно на верхнем участке спектра сигнала. После демодулятора осуществляют завал верхнего участка АЧХ речевого сигнала до нормального уровня и, тем самым, увеличивают соотношение сигнал/шум принятого сигнала.
Динамический диапазон (ДД) речевых сигналов, принятых из ТЛ в ББ, и полученных от микрофона в НБ, сжимается перед модуляцией передатчика и расширяется после приема. Устройство, осуществляющее сжатие ДД, называется компрессором, а расширение — экспандером.
Сжатие ДД — это снижение максимальных уровней сильных сигналов, приводящих к перегрузкам усилительного и передающего трактов, и одновременное повышение уровня слабых сигналов, которые могут быть заглушены шумами и помехами. Таким образом, компрессор уменьшает разность уровней громких и тихих звуков (слогов), улучшая разборчивость речи.
Инерционность компрессора в РТ должна быть малой (tсp = 0,5...1 мс), а время восстановления значительно большим (tвос = 50..100 мс). Такое время восстановления соответствует длительности слогов, а сам авторегулятор носит название “слогового компрессора”. При этом нелинейные искажения сигнала невелики в широких пределах изменения входных напряжений.
Обратное преобразование сигнала — расширение ДД — требует регулятора с амплитудной характеристикой, противоположной характеристике компрессора. В экспандере уровень громких сигналов повышается, а тихих — понижается. Для улучшения разборчивости речи в экспандере может применяться частотная коррекция.
Стандарт CT1
В 1985 году был разработан первый стандарт CT1 (аналоговый) на системы беспроводных телефонов. В диапазоне частот около 900 МГц организовывались 40 дуплексных каналов с частотным разделением, разнос – 10 кГц. Связь осуществлялась только через индивидуальную базовую станцию с помощью идентификационного кода (ID). Модуляция – ЧМн. Дальность связи по радиоканалу – 100..300 м. Секретность передачи речи не обеспечивалась.
Стандарт CT2
Следующий стандарт CT2 (цифровой) был введен в эксплуатацию в 1990 году. Он обеспечивал конфиденциальность переговоров, более высокое качество связи и более эффективное использование полосы частот. Используется комбинация частотного и временного разделения каналов. В Европе в 1989 году был принят единый радиоинтерфейс на основе CT2, получивший название CAI (Common Air Interface) – общий радиоинтерфейс.
Беспроводные телефоны стандарта CT2/CAI обеспечивают передачу данных и взаимодействие с цифровыми сетями с интеграцией служб (ISDN). Возможно построение систем связи с «эстафетной передачей» абонента от одной базовой станции к другой.
Ширина полосы частот, выделенной для системы СТ2, составляет 4 МГц, разнос соседних каналов - 100 кГц. Номинальное значение частоты первого канала равно 864,150 МГц, последнего -868,050 МГц.
На рисунке показан протокол приема-передачи в режиме временного дуплекса.
Полный цикл обмена пакетами сообщений продолжается 2 мс, что соответствует 144 битам.
В стандарте СТ2 используются три типа каналов:
- D - канал сигнализации;
- В - информационный канал для передачи речи и данных;
- SYN - канал синхронизации.
Общий процесс передачи/приема предусматривает формирование объединенного (уплотненного) канала, который обозначается как MUX. Применяются три формата уплотненных сигналов.
MUX 1. Этот формат используется для двухсторонней передачи по установленной линии сигнальной информации, а также речи и данных (каналы D и В). Для передачи сигнальной информации по каналам D могут быть выделены 2 (MUX 1.2) или 4 (MUX 1.4) бита, при этом скорости передачи по каналу D соответственно равны 1 кбит/с (MUX 1.2) и 2 кбит/с (MUX 1.4), а скорость передачи по информационному каналу В составляет 32 кбит/с.
MUX 2. Этот формат используется для передачи сигнальной информации и информации для синхронизации по битам, которая необходима только для установления или повторного установления канала связи. В уплотненном сигнале этого формата канал D рассчитан на скорость 16 кбит/с, а канал синхронизации SYN - на скорость 17 кбит/с.
MUX 3. Этот формат аналогичен MUX 2, так как здесь предусмотрены каналы D и SYN. Различия заключаются в том, что MUX 3 используется только для передачи сигнальной информации от СРР (абонентского оборудования) к CFP (стационарному оборудованию).
В стандарте CT2/CAI определена стратегия динамического распределения каналов (DCA).
Входящие вызовы.
Когда оборудование CFP (cordless fixed part, стационарное беспроводное оборудование) обнаруживает входящий вызов, оно выбирает свободный канал и передает по нему к СРР (cordless portable part, персональному беспроводному оборудованию) специальную последовательность сигналов, требующую подтверждения. СРР после приема и распознавания этой последовательности в ответ передает по выбранному каналу свою последовательность сигналов. CFP принимает эту последовательность, распознает ее и совместно с СРР устанавливает линию связи. Если такую линию между СРР и CFP установить не удается, CFP может сделать повторные попытки, последовательно используя при этом максимум до пяти свободных каналов.
Исходящие вызовы.
Если оборудование СРР должно послать исходящий вызов, оно выбирает свободный канал, по которому максимум в течение 5 с будет передавать требующую подтверждения последовательность сигналов для вхождения в связь с CFP. Приняв эту последовательность, CFP в ответ передаст по выбранному каналу свою цепочку сигналов. Если СРР примет этот сигнальный код от CFP, то линия связи между СРР и CFP будет установлена.
CFP и СРР работают в режиме ведущей и ведомой станции. После того как установлена линия между СРР и CFP, персональное оборудование СРР должно отслеживать тактовую частоту, передаваемую от CFP.
В соответствии со стандартом СТ2 рассмотренные протоколы и форматы передачи/приема сообщений относятся к первому из трех уровней сигнализации.
Второй уровень сигнализации определяет порядок передачи информации через стык по эфиру, процедуру обнаружения ошибок и идентификации линии, установленной между конечными пунктами, а также функции удержания (обслуживания) линии.
На третьем уровне сигнализации передаются сигнальные сообщения, предназначенные для коммутируемой телефонной сети общего пользования (ТФОП), и сигналы управления вызовами в пределах сети СТ2. Помимо таких функций, как информирование абонента о состоянии вызова (номер занят, вызов стоит на удержании, поступает входящий вызов или к номеру выйти нельзя), сообщения третьего уровня содержат также коды для идентификации и аутентификации СРР и CFP. Процедура аутентификации - одна из самых сложных, ей посвящена большая часть спецификаций третьего уровня сигнализации.
СТ2 рассматривается как стандарт для национальных систем радиотелефонной связи. В деловом секторе СТ2 сталкивается с конкуренцией со стороны стандарта DECT. Оба эти стандарта приняты Европейским институтом стандартов в области связи (ETSI), охватывают разные частотные диапазоны и ориентированы на разные секторы рынка.
Система цифрового беспроводного телефона DCT-900 Ericsson
Популярность систем беспроводных телефонов побудила концерн Ericsson (Швеция) провести самостоятельную разработку и внедрить систему беспроводных телефонов DCT‑900, близкую по своим параметрам с проектом стандарта DECT. Коммерческая эксплуатация системы связи DCT-900 началась с октября 1990 г., почти за два года до принятия ETSI стандарта DECT.
Разнос каналов – 1 МГц, количество каналов – 8. Используется модуляция GMSK.
В системе DCT-900 обеспечивается передача цифровых речевых сообщений со скоростью 32 кбит/с в 16-миллисекундном временном интервале. Для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой используется АДИКМ - адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция, соответствующая стандарту. Передача сообщений по радиоканалу между базовой станцией и абонентским терминалом осуществляется GMSK модуляцией (ВТ = 0,5). Используется временное разделение каналов (TDMA) совместно с временным дуплексным разделением режимов приема/передачи (TDD). При осуществлении доступа и управлении речевыми каналами применяется динамическое распределение каналов. На рисунке представлена структура кадра стандарта DCT-900.
Полоса частот, занимаемая информационными пакетами в 16 временных интервалах (8 дуплексных каналов), составляет 1 МГц. В целом DCT-900 предусматривает доступ к 64 полным дуплексным каналам на соту в полосе 8 МГц. При переходе абонента в процессе разговора из одной соты в другую время «эстафетной передачи» составляет 16 мс - один временной TDD интервал.
DCT-900 включает встроенную систему персонального вызова для обеспечения входящих вызовов. В состав аппаратных средств входит шифратор речи, что обеспечивает секретность переговоров, при этом предусматривается возможность соединения с абонентами открытых и закрытых фиксированных сетей связи. В Швеции для DCT-900 были выделены 4 частотных канала полосой 1 МГц в интервале частот 862...866 МГц. Одновременно два, четыре или восемь временных интервалов могут использоваться для передачи данных на одной частоте со скоростью 256 кбит/с.
Мощность передатчика для абонентского терминала – 5 мВт, для базовой станции – 80 мВт.
DECT. Digital European Cordless Telecommunications (DECT) - это технология радиодоступа с малой мощностью излучения, предназначенная для обеспечения высококачественной связи в СВЧ диапазоне, цифровая сотовая технология с высокой канальной емкостью. Одна базовая станция DECT может одновременно обеспечивать 120 каналов передачи речи или данных. Системы DECT наилучшим образом подходят для обслуживания большого количества сосредоточенных на относительно малой площади абонентов. Стандарт DECT обеспечивает передачу телефонных сообщений, а также широкий диапазон услуг для передачи данных, включая ISDN. По желанию речь и данные могут быть зашифрованы.
В отличие от систем подвижной радиосвязи, таких как GSM, оборудование DECT может быть подключено к различным локальным и глобальным сетям, не являющимся частью системы DECT. При этом все услуги сетей остаются доступными.
Оборудование DECT может быть реализовано в виде портативного переносного телефона, а также целой системы, обеспечивающей полный набор телефонных услуг для большого города.
Стандарт DECT основан на технологии TDMA, дуплексная связь обеспечивается за счет временного дуплексирования TDD.
Диапазон частот: 1880-1900 МГц. Данный диапазон разделен на 10 частотных каналов шириной 1,728 МГц.
Канальную структуру стандарта DECT составляют мультикадр, кадр и временные интервалы. Мультикадр длительностью 160 мс образуется за счет объединения 16 кадров. В одном кадре длиной 10 мс может быть передано 11 520 бит. Кадр разделен на 24 временных интервала, каждый длительностью около 417 мкс.
Структура кадра DECT
Функционально интервалы кадра разбиты на две группы длительностью по 5 мс: линия «вниз» (интервалы 0-11) для организации связи в направлении от базовой станции к абонентской и линия «вверх» (интервалы 12-23) для связи в обратном направлении.
Между интервалами приема и передачи существует жесткая взаимосвязь: при использовании k-го интервала (k=0..11) для организации линии «вверх» для организации линии «вниз» будет использован (k+12)-ый интервал на той же рабочей частоте. Такой принцип организации связи соблюдается на каждой из 10 несущих частот.
Передача речи в стандарте DECT осуществляется в пакетном режиме. В каждом кадре передается один пакет длиной 320 бит. При этом существует множество вариантов формирования пакетов, передаваемых по DECT-каналам. Результирующая информационная скорость в канале составляет 32 кбит/с (320 бит/10 мс). Кроме информационного пакета полный кадр, состоящий из 480 бит, включает в себя синхрокод (32 бита), код сигнализации (48 бит), код защиты от ошибок (16 бит), проверочные символы (4 бита) и защитный интервал (60 бит).
Важную роль в кадре играет защитный интервал, позволяющий исключить перекрытие пакетов в соседних каналах, которое может происходить из-за значительного разброса по времени задержки при плохих условиях распространения радиоволн. Кроме того, определенный запас по времени необходим для включения/выключения передатчика, смены рабочей частоты и т.п.
Гибкая канальная структура стандарта DECT позволяет разделять полный временной интервал на два интервала половинной длины (по 240 бит). И наоборот, можно объединять два полных интервала (960 бит), увеличивая скорость передачи до 64 кбит/с, т.е. в 2 раза.
Для передачи разных типов трафика используются различные типы физических пакетов, которые обозначаются в DECT как Рk, где k-число, идентифицирующее тип пакета. Так, короткий физический пакет Р00 используется базовой станцией при передаче в режиме радиомаяка, т.е. при транспортировке коротких широковещательных сообщений. В этом случае задействуются только 96 бит из 480, а остальные позиции остаются пустыми. Cтоль большой защитный интервал необходим на начальной фазе установления соединения, когда абонентская станция еще не синхронизирована и возможно появление помех от других станций.
Существуют и так называемые половинные пакеты, для передачи которых требуется только половина кадра (240 бит). Примером может служить пакет Р08j, где j=1 или 2.
В случае использования сдвоенных интервалов для обмена информацией применяется пакет Р80, состоящий из синхропакета (32 бита), поля данных (872 бита) и защитного интервала длительностью 60 бит.
Типовым для системы DECT является пакет Р32, который служит для передачи данных и речи. Структура пакета Р32 представлена на рисунке.
Длина поля данных D зависит от вида передаваемой информации и для разных типов пакетов различна.
D-поле в пакете Р32 подразделяется на две части: пакет служебной информации в А-поле и полезная информация вместе с проверочными символами в В-поле. За счет использования избыточного циклического кода R-CRC (16 бит) могут быть обнаружены пакеты ошибок длиной до 16 бит и исправлены до пяти случайных ошибок.
Если при передаче в канале данных задействован помехозащищенный режим, то поток данных из 324 бит разделяется в В-поле на четыре пакета по 80 бит, каждый из которых содержит 64 бита данных и 16 символов кода R-CRC (аналогичного тому, который используется в заголовке). При этом скорость передачи снижается с 32 до 25,6 кбит/с. Если помехозащищенный режим не используется, обнаружение ошибок обеспечивает простейший код CRC из 4 бит, размещенных в Х-поле.
Базовая станция (БС) DECT постоянно передает сигнал, по крайней мере, по одному каналу, таким образом выступая в качестве маяка для соединения с мобильными DECT-трубками (абонентскими блоками – АБ). Передача может быть частью активной связи, а может быть холостой. Передача маяка БС содержит служебную информацию об идентификации базовой станции, возможностях системы, статусе БС и пейджинговую информацию для установления входящей связи. АБ, подключенные к передаче маяка, проанализируют передаваемую информацию и определят, есть ли у АБ права доступа к системе (только те АБ, у которых есть права доступа, могут установить связь), соответствуют ли возможности системы услугам, требующимся АБ, и - в том случае, если связь необходима - есть ли у БС свободная емкость для установления радиосвязи с АБ.
Динамический выбор и динамическое выделение канала DECT определяют постоянный динамический выбор канала и динамическое выделение канала. Все оборудование DECT обязано регулярно сканировать свое локальное радиоокружение, по крайней мере, один раз каждые 30 секунд. Сканирование означает получение и измерение силы местного радиочастотного сигнала по всем свободным каналам. Сканирование осуществляется как фоновый процесс и представляет список свободных и занятых каналов (список RSSI: Received Signal Strength Indication - Индикация мощности полученного сигналах один для каждой комбинации "временной слот/'несущая", который будет использоваться в процессе выбора канала. Свободный временной слот не используется (временно) для передачи или приема. В списке RSSI низкие значения мощности сигнала означают свободные каналы без помех, а высокие значения означают занятые каналы или каналы с помехами. С помощью информации RSSI АБ или БС может выбрать оптимальный (с наименьшими помехами) канал для установления новой линии связи.
Каналы с самыми высокими значениями RSSI постоянно анализируются в АБ для того, чтобы проверить, что передача исходит от базовой станции, к которой у носимой части есть права доступа. АБ засинхронизируется с БС, имеющей самый мощный сигнал, как определено стандартом DECT. Каналы с самыми низкими значениями RSSI используются для установления радиосвязи с БС, если пользователь АБ решит установить связь, или в случае, когда мобильной трубке передается сигнал о входящем звонке через прием пейджингового сообщения. В БС каналы с низкими значениями RSSI используются при выборе канала для установления передачи маяку (холостой передачи). Механизм динамического выбора и выделения канала гарантирует, что связь всегда устанавливается на самом чистом из доступных каналов.