Сотовая структура организации связи

Сотовая структура организации связи предполагает наличие значительного количества локальных базовых радиостанций (сот), работающих в структуре рис.1.1, связанных между собой в сеть по выделенным линиям связи и управляемых единым центральным процессором. Каждая из сот рис.1.1 накрывает относительно небольшой участок территории, от нескольких сотен метров в населенной части города до нескольких километров в пригородной зоне. Каждая сота работает на частоте (или группе частот), не совпадающих с частотами соседних сот.

Подчеркнем, что транкинговая структура сети связи является полностью замкнутой самодостаточной радиосистемой, которая может иметь или не иметь выход в другие сети связи или телефонные линии. Транкинговая система связи может быть развернута на любой территории вне зависимости от величины и количества населенных пунктов. И наоборот, сотовая система связи принципиально основана на использовании фиксированных линий связи, телефонных или оптоволоконных, которые соединяют между собой отдельные соты в единую сеть. Радиостанция сотовой связи фактически является радио удлинителем, позволяющим абоненту работать на некотором удалении от ближайшего многоканального телефонного аппарата. Другими словами, сотовая организация связи является радиотелефонной организацией связи, которая может быть развернута только в крупном населенном пункте с развитой инфраструктурой телефонных или оптоволоконных линий связи.

В сотовой сети связи установление всех вызовов uplink и downlink производятся только по выделенному каналу управления. Абонентская станция непрерывно прослушивает канал управления и периодически выходит на связь с базовым передатчиком ближайших сот. Этим абонентская радиостанция отмечает свое текущее положение и устанавливает связь с той сотой, сигнал от которой в точке нахождения абонента имеет максимальную величину. При ухудшении качества связи абонентская станция переходит в режим поиска другой соты, в которой связь может быть лучше. В памяти центрального процессора хранятся адреса всех активных абонентов. При вызове подвижного абонента из телефонной сети общего пользования вызов происходит только в той соте, где последний раз отметилась абонентская радиостанция.

Очевидно, что наличие большого количества многоканальных сот и обслуживание абонента только в той соте, где он реально присутствует, позволяет поднять пропускную способность системы связи на несколько порядков по сравнению с типичной транкинговой системой.

Частотное и временное разделение каналов

В сотовой системе связи используется как частотное FDMA, так и временное TDMA (Time Division Multiply Access) разделение физических каналов связи. Например, в системе связи GSM одновременно четыре абонента могут работать на одной и той же частоте. Каждому абоненту выделяется свой временной интервал, в течение которого передается часть сообщения. Центральным процессором локальной базовой радиостанции осуществляется синхронизация работы одновременно работающих абонентов.

Цифровая модуляция несущей частоты

Во всех сотовых системах связи используется цифровой модулирующий сигнал, который формируется из исходного аналогового речевого сигнала с помощью специального речепреобразующего устройства: вокодера или дельта-кодека.

Вокодер анализирует речевой сигнал в частотной области и функционально представляет собой гребенку фильтров в полосе частот речевого сигнала. Амплитуда сигнала на выходе каждого фильтра представляется в цифровом виде и передается по радиоканалу; на приемном конце несколько генераторов с частотами, совпадающими с центральной частотой каждого фильтра, воспроизводят тональные сигналы соответствующей амплитуды. Дельта-кодек анализирует речевой сигнал во временной области, периодически измеряя текущую амплитуду аналогового сигнала. Цифровое значение текущей амплитуды сигнала передается по радиоканалу и воспроизводится на приемном конце с помощью управляемого по амплитуде звукового генератора.

После преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую форму в передатчике осуществляется избыточное кодирование цифровой информации с целью повышения помехозащищенности и интерливинг (псевдослучайное распределение передаваемых битов информации по длине передаваемого сообщения) с целью уменьшения влияния быстрого фединга при распространении радиоволн. Обязательным компонентом передающего тракта является сглаживающий ФНЧ (фильтр обкатки), который уменьшает полосу частот цифрового сигнала, удаляя не несущие информацию высокочастотные компоненты.

После фильтра обкатки цифровой сигнал поступает на модулятор для изменения одного из параметров несущей частоты. В большинстве систем связи второго поколения используется частотная модуляция, хотя ряд стандартов предусматривает и параллельное применение фазовой модуляции.

Таким образом, применение цифровой модуляции позволяет:

• использовать спектрально эффективные методы модуляции, повышающие объем передаваемой информации в выделенной полосе частот

• осуществить формирование модулирующего сигнала и эффективную последетекторную обработку в baseband процессоре

• осуществить эффективное закрытие передаваемой информации

• применить специальные методы борьбы с федингом

• использовать радиоприемник как мультимедийное устройство, способное осуществлять работу с факсимильными аппаратами и компьютером.