Принципи побудови систем та мереж стільникового зв'язку та її елементи

Система стільникового зв'язку будується у вигляді сукупності комірок, що покривають обслуговувану територію, які схематично зображують у вигляді рівновеликих правильних шестикутників (рис. 2.1).

Така коміркова структура системи пов'язана з принципом повторного використання частот (про що йдеться далі) – основним принципом стільникової системи, який дає можливість ефективно використовувати виділений частотний діапазон.

У центрі кожної комірки розміщується базова станція (БС), що обслуговує всі рухомі станції (РС) (абонентські радіотелефонні апарати) у межах своєї комірки (рис. 2.2). При переміщенні абонента з одної комірки в другу комірку відбувається передача його обслуговування від однієї БС до іншої. Усі базові станції системи, у свою чергу, замикаються на центр комутації (ЦК), з якого є вихід у так звану Взаємопов'язану мережу зв'язку (ВМЗ) країни. У місті – це вихід у звичайну міську мережу провідного телефонного зв'язку.

На рис. 2.3 наведена функціональна схема, що відповідає описаній структурі системи.

Рис.2.1. Комірки (стільники) системи, що покривають усю територію, що обслуговується	Рис.2.2. Одна комірка з базовою станцією в центрі, що обслуговує всі рухомі станції в комірці

Далі, система стільникового зв'язку може включати в себе більш ніж одиш центр комутації. Можлива, наприклад, структура системи типу показаної на рис.2.4 – з декількома центрами комутації, один із яких умовно можна назвати головним чи ведучим.

Рис.2.3. Спрощена функціональна схема системи стільникового зв'язку: БС – базова станція; РС – рухома станція	Рис.2.4. Система стільникового зв'язку з двома центрами комутації

Визначимо тепер поняття системи стільникового зв'язку та її границі. Система – це те, що замикається на один загальний домашній регістр(він буде визначений надалі). Найпростіша система містить один ЦК (рис. 2.3), при якому є домашній регістр, і вона обслуговує відносно невелику замкнуту територію (невелике місто), з яким не межують території, що обслуговуються іншими системами.

Система може містити два чи більше центри комутації (рис.2.4), з яких тільки при «головному» є домашній регістр, але територія, що обслуговується системою, як і раніше не межує з територіями інших систем. В обох цих випадках при переміщенні абонента між комірками однієї системи відбувається передача обслуговування, а при переміщенні на територію іншої системи – роумінг.

Роумінг (від англ. roat – бродити, мандрувати) – це функція, чи процедура надання послуг стільникового зв'язку абоненту одного оператора в системі іншого оператора. Абонент, що використовує послуги роумінгу, називається ромером (від англ. roamer).

Для реалізації роумінгу необхідно технічне забезпечення його здійснення (у найпростішому випадку – використання в обох системах єдиного стандарту стільникового зв'язку). В наш час у міру розвитку мобільного зв'язку поняття роумінгу помітно розширюється – з'являється можливість застосування роумінгу між системами стільникового і мобільного супутникового зв'язку.

На великих територіях може бути декілька систем, що межують, кожна з яких зі своїм домашнім регістром. У такому випадку при переміщенні абонента з однієї системи в іншу може мати місце і так звана міжсистемна передача обслуговування.

Ще одна особливість пов'язана з побудовою базової станції. У стандарті GSM використовується поняття система базової станції (СБС), до складу якої входить контролер базової станції (КБС) і декілька (до 16) базових приймально-передавальних станцій (БППС) – рис.2.5. Зокрема, 3 БППС, що розташовані в одному місці і замикаються на загальний КБС, можуть обслуговувати кожна свій 120º азимутальний сектор у межах комірки, а 6 БППС з одним КБС –60º сектор.

Рис.2.5. Система базової станції стандарту GSM: СБС – система базової станції; КБС – контролер базової станції; БППС – базова приймально-передавальна станція; РС – рухома станція

Перейдемо тепер до розгляду окремих елементів системи, показаної на рис. 2.3.

2.4.2. Рухома станція (РС)

Розгляд елементів системи стільникового зв'язку почнемо з РС, спрощена блок-схема якої наведена на рис. 2.6і складається з таких блоків: 1. блок керування; 2. приймально-передавальний блок; 3. антенний блок.

Рис.2.6. Спрощена блок-схема рухомої станції

Приймально-передавальний блок.До складу цього блоку входять: передавач, приймач, синтезатор частот і логічний блок.

Антенний блок.До складу цього блоку входять: антена (у найпростішому випадку чвертьхвильовий штир) та комутатор прийом-передача (для цифрової станції це електронний комутатор, який підключає антену або на вихід передавача, або на вхід приймача)

Блок керування включає в себе: мікротелефонну трубку – мікрофон і динамік, клавіатуру і дисплей. Клавіатура (складальне поле з цифровими і функціональними клавішами) служить для набору номера телефону викликуваного абонента, а також команд, що визначають режим роботи рухомої станції. Дисплей служить для відображення різної інформації, що передбачається пристроєм і режимом роботи станції.

Приймально-передавальний блок, до складу якого входять передавач, приймач, синтезатор частот і логічний блок, є найскладнішим з усіх блоків. Розглянемо його детальніше.

До складу передавача входять:

– аналого-цифровий перетворювач (АЦП) – перетворює сигнал з виходу мікрофона у цифрову форму і вся наступна обробка і передача сигнала мови здійснюється в цифровій формі – аж до зворотного цифро-аналогового перетворення;

– кодер мови – здійснює кодування сигналу мови – перетворення, сигналу, що має цифрову форму, по визначених законах з метою скорочення його надмірності, тобто з метою скорочення обсягу інформації, що передається по каналові зв'язку;

– кодер каналу – додає в цифровий сигнал, одержуваний з виходу кодера мови, додаткову (надлишкову) інформацію, призначену для захисту від помилок при передачі сигналу по лінії зв'язку; з тією ж самою метою інформація переупаковується (переміжується); крім того, кодер каналу вводить до складу переданого сигналу інформацію управління, що надходить від логічного блоку;

– модулятор – переносить інформацію кодованого відеосигналу на несущу частоту.

Приймач по своєму складу в основному відповідає передавачу, але зі зворотними функціями блоків, що входять до нього:

– демодулятор виділяє з модульованого радіосигналу кодований відеосигнал, що несе інформацію;

– декодер каналу виділяє з вхідного потоку керуючу інформацію і направляє її на логічний блок, де вона перевіряється на наявність помилок, які по можливості виправляються; до наступної обробки прийнята інформація піддається зворотній (стосовно кодера) переупаковці;

– декодер мови – відновлює сигнал мови, який поступає з кодера каналу сигнал мови, переводячи його в природну форму, із властивої йому надмірністю, але в цифровому виді;

– цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) перетворює прийнятий сигнал мови в аналогову форму і подає його на вхід динаміка;

– еквалайзер служить для часткової компенсації спотворень сигналу внаслідок багатопроменевого поширення, тобто він є адаптивним фільтром, що настроюється по навчальній послідовності символів, які входить до складу переданої інформації. Блок еквалайзера не є функціонально необхідним і в деяких випадках може бути відсутнім.

Крім передавача і приймача, до складу приймально-передавальногоблока входять також логічний блок (це по суті мікрокомп'ютер зі своєю оперативною і постійною пам'яттю, що здійснює управління роботою рухомої станції) та синтезатор частот (це джерело коливань несущої частоти, використовуваної для передачі інформації з радіоканалу).

2.4.3. Базова станція (БС)

У цілому базова станція, блок-схема якої наведена на рис.2.7, набагато більша і складніша за рухому станцію, що зумовлено її місцем в системі стільникового зв'язку.

Основні особливості БС: застосування двох приймальних антен (на рис.2.7 вони не показані), тобто застосування так званого рознесеного прийому (про нього буде сказано далі); застосування роздільних антен на передачу і на прийом; наявність декількох приймачів і такого ж числа передавачів, що дозволяють вести одночасну роботу на декількох каналах з різними частотами.

Для забезпечення одночасної роботи N приймачів на одну приймальню і N передавачів на одну передавальну антену між прийомною антеною і приймачами встановлюється дільник потужності на N виходів, а між передавачами і передавальною антеною – підсумовувач потужності на N входів.

Приймач і передавач мають ту ж саму структуру, що й у РС (рис. 2.6), за винятком того, що тут у них відсутні відповідно ЦАП і АЦП, оскільки і вхідний сигнал передавача, і вихідний сигнал приймача мають цифрову форму. Можливі варіанти, коли кодеки (або тільки кодек мови, або і кодек мови, і канальний кодек) конструктивно реалізуються в складі центра комутації, а не в складі приймально-передавальної БС, хоча функціонально вони залишаються елементами прийомопередавачів.

Рис.2.7. Блок-схема базової станції

Блок сполучення з лінією зв'язку здійснює упакування інформації, переданої по лінії зв'язку на центр комутації, і розпакування прийнятої від нього інформації. В якості лінії зв'язку БС із центром комутації використовується радіорелейна чи волоконно-оптична лінія.

Контролер базової станції, який є потужним комп'ютером, забезпечує керування роботою станції, а також контроль працездатності усіх вхідних у неї блоків і вузлів.

Для забезпечення надійності БС більшість її блоків і вузлів (дублюються).