3.3.Функції стільникового зв'язку
Крім звичайного двостороннього радіотелефонного зв'язку з рухомими абонентами
стільникової мережі і нерухомими абонентами стаціонарних телефонних мереж, системи
стільникового зв'язку можуть запропонувати абонентам ще цілий ряд послуг, зокрема
передачу факсимільних повідомлень і комп'ютерних даних, переадресацію виклику і
автовиклик, автоматичну реєстрацію тривалості телефонних розмов, голосову пошту і
багато чого іншого.
Функції стільникового зв'язку складаються з основних і додаткових. Перші з них можуть
існувати самі по собі і вони розділяються на два великі класи – функції передачі (bearer
services) і телефункції (teleservices). Додаткові функції (supplementary services) можуть
надаватися тільки одночасно з основними.
Функції передачі включають чотири категорії:
1.Асинхронний обмін даними з комутуючими телефонними мережами загального
користування (ТМЗК) зі швидкістю 300...9600 біт/с.
2.Синхронний обмін даними з комутуючими ТМЗК, комутуючими мережами передачі
даних загального користування (МпдЗК) і цифровими мережами з інтеграцією функцій з
швидкостями 300...9600 біт/с.
3.Асинхронний пакетний обмін даними із МпдЗК з пакетною комутацією (доступ через
асемблер/дисасемблер) зі швидкостями 300...9600 біт/с.
4.Синхронний пакетний обмін даними із МпдЗК з пакетною комутацією зі швидкостями
2400...9600 біт/с.
Телефункції включають наступні категорії:
1.Передача мовної інформації і тональної сигналізації в мовній смузі.
2.Передача коротких повідомлень (буквено-цифрових повідомлень – до 180 символів - у
бік рухомого абонента).
3.Доступ до системи обробки повідомлень (наприклад, передача повідомлень від
системи персонального радіовиклику на рухому станцію стільникового зв'язку).
4.Передача факсимільних повідомлень.
Додаткові функції включають категорії:
1. Ідентифікація і відображення викликаючого або підключення номера і обмеження
ідентифікації і відображення викликаючого або підключеного номера (викликаючій
стороні надається право обмежити можливість ідентифікації її номера).
2. Переадресація виклику на інший номер (безумовна переадресація у випадках, коли
абонент зайнятий або не відповідає) і передача виклику (переключення встановленої лінії
зв'язку на іншого абонента).
3. Очікування виклику (при зайнятому терміналі абонент отримує сповіщення про
виклик, що поступив, і може відповісти на нього, відмовитися від прийому виклику або
проігнорувати його надходження) і збереження виклику (абонент має можливість
перервати сеанс зв'язку, що проводиться, відповівши на інший виклик, а потім
повернутися до продовження перерваної розмови).
4. Конференц-зв'язок – одночасна розмова трьох або більше абонентів.
5. Закрита група користувачів – ця функція дозволяє групі користувачів спілкуватися
тільки між собою; при необхідності один або більше членів групи можуть мати доступ
входу/виходу до абонентів, що не входять до групи.
6. Оперативна інформація про вартість наданих послуг або послуг, що надаються
( порада про оплату ).
7. Заборона певних функцій, наприклад, вхідних викликів, міжнародних викликів або
вихідних викликів для ромерів.
8. Надання відкритої лінії зв'язку мережа/користувач для реалізації функцій,
визначених оператором.
Методи множинного доступу.
Поняття множинного доступу (англійський еквівалент multiple access) пов'язане з
організацією сумісного використання обмеженої ділянки спектру багатьма
користувачами. Широке застосування знайшли три варіанти множинного доступу.
1. Множинний доступ з частотним розділенням (англійською FDMA – Frequency
Division Multiple Access), або множинний доступ з розділенням каналів зв'язку по частоті
– найбільш простий з методів множинного доступу як по своїй ідеї, так і по можливостях
реалізації. У цьому методі кожному користувачеві на час сеансу зв'язку виділяється своя
смуга частот f (частотний канал), яким він володіє повністю (рис. 6).
Рис. 6. Метод FDMA в координатах час-частота
Метод FDMA використовується у всіх аналогових системах стільникового зв'язку
(системах першого покоління) – це єдиний метод, який доцільно використовувати в
аналогових системах, при цьому смуга f складає 10...30 кГц. Основне слабке місце
методу FDMA – недостатньо ефективне використання смуги частот. Ця ефективність
помітно підвищується при переході до більш довершеного методу часового розділення
каналів.
2. Множинний доступ з часовим розділенням каналів зв'язку (англійською Time
Division Multiple Access – TDMA) досить простий по ідеї, але значно складніший в
реалізації, ніж FDMA. Суть методу TDMA полягає в тому, що кожний частотний канал
розділяється в часі між декількома користувачами, тобто частотний канал по черзі
надається декільком користувачам на певний проміжок часу (рис. 7).
Насправді приведена на рис. 7 схема відповідає не чистому методу TDMA, а поєднанню
FDMA з TDMA, оскільки ми розглядаємо тут випадок не одного, а декілька частотних
каналів, кожний з яких розділяється в часі між декількома користувачами. Проте саме така
схема знаходить практичне застосування в системах стільникового зв'язку, і саме її
зазвичай називають схемою TDMA.
Практична реалізація методу TDMA вимагає перетворення сигналів в цифрову форму і
характерного стиснення інформації в часі. Відзначимо, що розділення у часі може
використовуватися і для реалізації прямих і зворотних каналів дуплексного зв'язку в одній
і тій же смузі частот (англійською Time Division Duplex – TDD). Таке технічне рішення
знаходить застосування у бездротовому телефоні. У стільниковому зв'язку зазвичай
використовується дуплексне розділення по частоті (англійською Frequency Division
Duplex – FDD), тобто прямі і зворотні канали займають різні смуги частот, зміщені одна
відносно іншої.
Рис. 7. Метод TDMA в координатах час-частота
Однак, метод TDMA сам по собі не реалізує всіх потенційних можливостей по
ефективності використання спектру. Додаткові резерви відкриваються при використанні
ієрархічних структур і адаптивного розподілу каналів. Певні переваги в цьому плані має
метод множинного доступу з кодовим розділенням.
Множинний доступ з кодовим розділенням (англійською Code Division Multiple Access –
CDMA) надає групі користувачів (від 30 до 50) загальну смугу частот шириною не менше
1 Мгц (рис. 8).
Основна особливість методу CDMA – це робота в широкій смузі частот, що значно
перевищує смугу сигналу мови, в поєднанні з таким кодуванням інформації кожного з
фізичних каналів, яке дозволяє виділяти її із загальної широкої смуги, що одночасно
використовується всіма фізичними каналами.
Рис. 8. Метод CDMA в координатах час-частота
Система зв'язку, що реалізує CDMA, є системою з розширеним спектром (англійською
spread spectrum) – спектр інформаційного повідомлення штучно розширюється за
допомогою модуляції (кодування) періодичної псевдовипадкової послідовності імпульсів
з достатньо малими дискретами (англійський термін chip – буквально тріска, уламок,
фрагмент), частота проходження яких для практичних систем складає 1,2288 МГц. Отже,
при швидкості інформаційної послідовності 9,6 кбіт/с тривалості одного біта відповідає
128 дискрет модулюючої псевдовипадкової послідовності (ПВП). Смуга сигналу з
розширеним спектром при цьому на рівні 3 дБ складає 1,23 МГц, при цьому за допомогою
цифрового фільтру формується спектр, близький до прямокутного.
Для модуляції сигналу використовуються три види функцій: коротка та довга ПВП і
функції Уолша порядків від 0 до 63. Довжина короткої ПВП складає 2151 32767
знаків, довгої ПВП –
42
2 1
4,4 10
12
знаків. Тривалість дискрети для всіх трьох
модулюючих функцій однакова (для функцій Уолша мається на уваз і дискрета функцій
вищого порядку) і відповідає частоті проходження дискрет 1,2288 МГц.
У прямому каналі [від базової станції до рухомої (рис. 9)] модуляція сигналу функціями
Уолша (бінарна фазова маніпуляція) використовується для розрізнення фізичних кан алів
даної базової станції; модуляція довгої ПВП (бінарна фазова модуляція) – з метою
шифрування повідомлень; модуляція короткої ПВП (квадратурна фазова маніпуляція
двома ПВП однакового періоду) – для розширення смуги і розрізнення сигналів різних
базових станцій.
Рішення останньої задачі забезпечується тим, що всі базові станції використовують одну
і ту ж пару коротких ПВП, але із зсувом на 64 дискрети між різними станціями; при цьому
всі фізичні канали однієї базової станції мають одну і ту ж фазу послідовності.
У зворотному каналі [від рухомої станції до базової, рис. 10)] модуляція сигналу
короткої ПВП (квадратурна фазова маніпуляція двома ПВП однакового періоду)
використовується для розширення спектру, при цьому всі рухомі станції використовують
одну і ту ж пару ПВП з однаковим (нульовим) зсувом. Модуляція сигналу довгою ПВП
(бінарна фазова маніпуляція), крім шифрування повідомлень, несе інформацію про
рухому станцію у вигляді її закодованого індивідуального номера і забезпечує розрізнення
сигналів від різних рухомих станцій однієї комірки за рахунок індивідуального для кожної
станції зсуву послідовності.
Рис. 9. Спрощена схема обробки сигналів в передаючому
тракті базової станції методом CDMA
Рис. 10. Спрощена структурна схема обробки сигналів в
передаючому тракті рухомої станції методом CDMA
Метод CDMA володіє порівняно високою перешкодостійкістю і добре працює в умовах
багатопроменевого розповсюдження. Крім того, він характеризується високою
прихованістю, не використовує частотного планування, допускає м'яку передачу
обслуговування , але все це вимагає обов'язкового використання досить складних
технічних рішень: точного регулювання рівня сигналів, використання секторних антен і
обробки мовної активності , точної синхронізації базових станцій. Останнє може бути
реалізоване за допомогою супутникової геодезичної системи GPS (Global Positioning
System – Глобальна система визначення місцеположення), але в результаті така система
стільникового зв'язку виявляється неавтономною.
Метод CDMA в даний час розглядається як метод доступу для третього покоління
систем стільникового рухомого зв'язку.
