2.2. Диапазоны частот аналоговых систем радиосвязи с подвижными объектами

В 1974 г. Федеральная комиссия по связи (ФКС) США выделила полосу 40 МГц в диапа­зоне частот 800...900 МГц для службы наземной радиосвязи с подвижными объектами.

Для реализации сотового принципа построения сети эту полосу разделили на два под-диапазона по 20 МГц. Передатчики базовых станций работают в диапазоне 870...890 МГц, а

передатчики мобильных станций - в диапазоне 825...845 МГц. Таким образом, в общей поло­се 40 МГц удалось организовать 666 дуплексных каналов, причем каждый канал использует две несущие и две полосы по 30 кГц (рис.2.1). По такому частотному плану работает ССПР стандарта AMPS. Для удобства распределения каналов и уменьшения интерференционных помех все 666 каналов были упорядочены в соответствии с матрицей, изображенной на рис.2.2.

Рис.2.1

Эта матрица состоит из 21 столбца. Каждый столбец выделяет группу каналов. Первые 15 групп содержат по 32 канала, а оставшиеся 6 групп насчитывают по 31 каналу каждая.

Для удобства эта совокупность из 21 группы дополнительно разделяется на три множе­ства по 7 групп, которые обозначаются буквами А, В и С.

Подобное распределение каналов и канальных частот гарантирует использование в со­седних ячейках различных групп частот и, следовательно, отсутствие взаимных помех. В со­тах сети, удаленных друг от друга на расстояние, превышающее необходимый защитный ин­тервал, определяемый характеристиками распространения радиоволн, могут одновременно использоваться одинаковые группы частот без опасности создания взаимных помех.

На рис.2.2 представлено типичное разбиение обслуживаемой территории на идентично повторяющиеся кластеры размерности К=7 (i=2, j=l). В системе AMPS базовые станции ус-танавливаются в чередующихся углах каждой ячейки. Ширина угла антенны БС в горизон-тальной плоскости составляет 120°. Эта направленность излучения дает дополнительный выигрыш 4...5 дБ в отношении сигнал/помеха на входе приемника.

36

Если размерность кластера К=7, то все группы каналов можно разделить между семью базовыми станциями. На каждую БС приходится по три группы или 3х32=96 каналов и на каждую секторную антенну приходится 32 канала. Абонент, находящийся на МС внутри од­ной из ячеек, организует связь с одной из трех БС, обслуживающих эту ячейку, используя одну из свободных частот.

Ваналоговом стандартеNMT-450 количество дуплексных каналов достигает 180 при разносе частот соседних каналов 25 кГц. Для передатчиков МС выделен диапазон 453...457, 475 МГц, для передатчиков БС 463...467,475 МГц. Разнос между частотами одного дуплексного канала составляет 10 МГц (рис.2.3,а). Предусмотрен вариант организации 225

дуплексных каналов при разносе соседних каналов 20 кГц (рис.2.3,6). Если несущие частоты размещать через 12,5 кГц, то план распределения рабочих частот будет содержать 359 кана­лов. В этом случае к 180 каналам добавляется 179 чередующихся каналов (interleaved channels) (рис.2.3,в).

37

2.3. Принцип работы базовых и мобильных станций в аналоговых сетях радиотелефонной связи

Принцип работы и управления аналоговыми системами подвижной радиосвязи с сотовой структурой удобно рассмотреть на примере двух радиотелефонных систем общего пользова­ния AMPS и NMT-450 [13, 23, 25, 2б].

В стандарте AMPS применяется ЧМ при разносе частот 30 кГц. Для организации высо­конадежной системы управления и контроля, работающей в каналах с быстрыми замирания­ми, на линии МС - БС - ЦС были выделены каналы управления. По прямому каналу управле­ния (ПКУ) абоненты оповещаются входящим вызовом, по обратному каналу управления СОКУ) на БС поступают служебные сообщения и исходящие от МС вызовы.

38

В свободном состоянии МС настраивается на ПКУ с наиболее высоким уровнем сигнала (как правило, это сигналы от ближайшей БС). По этому ПКУ непрерывно передается синхронный поток цифровой информации, содержащий телефонные номера вызываемых абонентов. При отсутствии входящих вызовов канал заполняется произвольным текстом для поддержания синхронности передачи. Периодически (раз в минуту) в этом канале появляется заглавное сообщение, указывающее признаки области обслуживания и номера ПКУ. Такое построение делает систему универсальной с точки зрения возможности ее работы в других областях или городах, где распределение каналов и размерность кластера могут быть другими.

После обработки входящего вызова и идентификации номера каждая МС данной соты стремится занять ОКУ, что может привести к возникновению конфликтной ситуации между абонентами.

Для снижения вероятности появления конфликтной ситуации в 11-м разряде каждого цикла передаваемой последовательности в ПКУ периодически указывается состояние ОКУ (свободен/занят). После занятия ОКУ от абонента поступает его собственный номер, кото­рый через БС транслируется на ЦС, где выделяется свободный речевой канал для данного абонента. Сообщение об этом по ПКУ линии ЦС-БС-МС поступает на МС, где производится соответствующая перестройка синтезатора частот. Мобильная станция уведомляет об этом БС посредством передачи специального сигнала.

После обмена всеми необходимьми служебными сигналами от ЦС поступает команда на включение сигнального устройства абонентского комплекта. Для передачи служебных сиг­налов организовано три канала телеконтроля на поднесущих fi=5,97 кГц, f2=6,00 кГц и f3=6,03 кГц, которые соответствующим образом распределены между всеми БС. С целью снижения взаимных помех в каналах управления размерность кластера для них увеличена до К=21. Таким образом, защитное расстояние между совмещенными каналами управления уве­личено по сравнению с речевыми каналами (К=7) в раз.

При пересечении абонентом условной границы между сотами алгоритм работы управ­ляющей части ССПР обеспечивает перевод МС на другой радиоканал. В AMPS необходимая для этого информация собирается на всех БС, передается на ЦС и там хранится в запоми­нающем устройстве. Центральная станция инициирует предоставление МС нового радиока­нала, принимая решение о переключении в результате сравнения уровней принимаемых сиг­налов на различных БС. При этом информация о переключении передается по линии ЦС - БС - МС в речевом канале методом поочередного бланкирования, состоящего в том, что за время около 100 мс вместо речевого сигнала 11 раз передаются команды перестройки на новый частотный канал. Общее время переключения в сети составляет примерно 0,2 с, что практи­чески не влияет на качество связи [7].

Базовая станция, разработанная на основе блоков типовой конструкции, может содер­жать несколько стоек приемопередающего тракта (Прм/Прд). Каждая стойка рассчитана на 16 каналов. Сигналы на выходах передатчиков объединяются при помощи СВЧ фильтров сложения, выход которых через полосовой фильтр (870...890 МГц) соединен с передающей антенной. Полностью укомплектованная БС может обслуживать 16х9=144 радиоканала. Ка­ждый канал обеспечен передающим модулем с выходной мощностью 10... 100 Вт и собствен­ным синтезатором частоты.

В AMPS используется разнесенный прием сигналов, поэтому на БС применяются две ан­тенны и полосовые фильтры (825...845 МГц). В каждой ветви разнесения используется при­емник с двойным преобразованием частоты. Сигналы после детектора поступают на стойку управления и контроля каналов, подключенной к проводной магистрали передачи речевых сообщений по линии БС - ЦС.

Скандинавский стандарт NMT-450 позволяет создавать ССПР, построенные по двух­уровневому иерархическому принципу. Сеть базовых станций соединяется с коммутируемой телефонной сетью общего пользования (КТСОП) через центры коммутации подвижной свя­зи (ЦКПС). Часть ЦКПС является интерфейсом между подвижной и фиксированной теле-

39

фонными сетями. Базовые станции, соединенные с одним и тем же ЦКПС, образуют зону об­служивания ЦКПС. В зоне обслуживания данного ЦКПС параллельно по всем БС передается избирательный вызов к абоненту подвижной службы.

Соседние БС в пределах одного кластера работают на разных частотах. Один канал в каждой ячейке сотовой структуры, как правило, выделяется в качестве вызывного канала (ВК), а остальные каналы являются разговорными каналами. Тип канала маркируется соот­ветствующим кодом в формате сигнализации. Это означает, что вызывной канал может вре­менно использоваться в качестве разговорного, поскольку присвоение каналов является гиб­ким. Такая возможность способна принести особенно большую пользу в зонах с небольшой интенсивностью графика, где достаточно лишь нескольких каналов. Это также означает, что, в случае неисправности ВК, разговорный канал будет преобразован в ВК путем простой за­мены канального кода.

Вызов МС абонентом А фиксированной телефонной сети производится путем набора кода доступа к данной подвижной службе с последующим набором абонентского номера данной МС. Номер доступа обеспечивает соединение абонента А с соответствующим ЦКПС, который по принятому номеру МС устанавливает:

- присутствие или отсутствие МС в данной зоне;

- категорию абонента;

- правильность номера.

Если подвижный объект присутствует в зоне и соответствует правильному номеру, ЦКПС передает избирательный вызов для МС через БС всех ячеек в зоне обслуживания. При получении вызова МС автоматически передает подтверждение на дуплексной частоте ВК и тем самым указывает свое местоположение относительно БС. Теперь ЦКПС выбирает сво­бодный разговорный канал в данной соте и передает номер этого канала на МС по ВК дан­ной БС. Приняв номер, МС автоматически переключается на предоставленный канал пере­дачи и по этому каналу осуществляется обычная процедура вхождения в связь.

Передача соединений в процессе разговора с одной БС на другую при движении МС осуществляется по команде с ЦКПС. Для этого каждое соединение в процессе разговора кон­тролируется с помощью пилот-сигнала на частоте 4 кГц. Базовая станция непрерывно оцени­вает отношение пилот-сигнал/шум и при его уменьшении принимает решение о необходимо­сти передачи соединений, посылая соответствующее сообщение на ЦКПС. По команде ЦКПС ближайшие БС производят измерение уровня сигнала, передаваемого данной МС. Специальное устройство ЦКПС анализирует уровни сигналов в приемниках ближайших БС и выбирает ту БС, где уровень сигнала максимальный.

При наличии свободного канала ЦКПС сообщает МС номер канала, и на обеих сторонах производится переключение на этот новый канал.

Для обмена сообщениями между ЦКПС и МС используется сигнализация в двоичном коде. Эта же система применяется для дистанционного управления базовой станцией. Преду­смотрена предварительная передача сигналов посимвольной и кадровой синхронизации (11-разрядный код Баркера по аналогии с системой AMPS). Информационное поле каждого кад­ра начинается с идентифицирующего номера канала, по которому передается сообщение, за­тем следует префикс, определяющий тип сообщения, и, наконец, само сообщение. Общая длина кадра с учетом контрольных разрядов корректирующего кода и синхронизирующих последовательностей составляет 166 бит. Передача служебных сообщений осуществляется методом быстрой частотной манипуляции (FFSK) со скоростью 1200 бит/с, когда символам "1" и "О" соответствуют частоты 1200 и 1800 Гц. Для обеспечения требуемых характеристик в радиоканале с замираниями используется так называемый сверточный код Хагельбаргера, который исправляет пакеты ошибок до 6 бит, если расстояние между двумя пакетами оши­бок составляет не менее 20 бит [7].

Центр коммутации подвижной связи базируется на типовой электронной телефонной станции общего пользования с управлением по записанной программе АХЕ/10. Применение

40

коммутационной системы AXE/I 0 требует лишь одной дополнительной подсистемы, выпол­няющей характерные для подвижной системы функции (MTS).

Приемо-передающее оборудование БС обеспечивает передачу сигналов взаимодействия и речевых сигналов (рис.2.4). Устройство управления УУ обеспечивает дистанционное управление базовой станцией из ЦКПС и осуществляет сигнализацию между ЦКПС и БС. Блок фильтров сложения ФС обеспечивает возможность совместной работы нескольких пе­редатчиков на общую антенну. Разделительный фильтр РФ дает возможность подключить несколько приемников к общей приемной антенне. Приемник-измеритель уровня сигналов ПИУС (signal strength receiver) обеспечивает проведение измерений по различным каналам по команде устройства контроля УК (supervisory unit). Эта информация дает возможность переключать каналы в процессе движения МС без перерыва разговора.

Устройство контроля обеспечивает стык между логическими средствами в ЦКПС, с од­ной стороны, и ПИУС на БС, с другой. Оно выдает команды на проведение измерений и воз­вращает полученные данные в ЦКПС по запросу.

Мобильная станция состоит из пяти функциональных блоков:

- блока приемо-передатчика;

- блока логики и управления;

- операционного блока управления (панели управления);

- СВЧ фильтра для осуществления дуплексной связи (дуплексера);

- антенны.

Блок приемо-передатчика использует современную технику синтезаторов частот для управления 180 (225 или 359) частотами. Блок логики и управления БЛУ использует совре­менную микропроцессорную технику и, следовательно, основан на управлении по записан­ной программе. Данный блок обеспечивает весь процесс сигнализации между МС и ЦКПС.

41

Он также обрабатывает сигналы в направлении блока Прм/Прд и сигналы к панели управле­ния ПУ.

Панель управления обеспечивает стык между абонентом и МС, имеет клавиатуру, дис­плей, а также ряд индикаторов и кнопок управления.

Дуплексер служит для разделения передающей и приемной частей радиоканала.