Основные функциональные узлы систем сотовой связи

Базовая станция. Структурная схема базовой станции приве­дена на рисунке 14.7. Первая особенность станции, которую следует отметить, – это использование разнесенного приема, для чего станция должна иметь две приемные антенны (на рисунке 14.7 не отраже­на). Кроме того, базовая станция может иметь раздельные антенны на передачу и прием. Вторая особенность – наличие нескольких приемников и такого числа передатчиков, позволяющих вести одно­временную работу на нескольких каналах с различными частотами.

Одноименные приемники и передатчики имеют общие пере­страиваемые опорные генераторы (не показанные на рисунке 14.7), обес­печивающие их согласованную перестройку при переходе с одного канала на другой; конкретное число n приемопередатчиков зависит от конструкции и комплектации базовой станции. Для обеспечения одновременной работы n приемников на одну приемную и n пере­датчиков на одну передающие антенны между приемной антенной и приемниками устанавливается делитель мощности на выходах, а между передатчиками и передающей антенной – сумматор мощ­ности на n входов.

Рисунок 14.7 - Структурная схема базовой станции

Блок сопряжения с линией связи осуществляет упаковку инфор­мации, передаваемой по линии связи к центру коммутации, и распа­ковку принимаемой от него информации. В качестве линии связи базовой станции с центром коммутации обычно используются радио­релейные или волоконно-оптические линии, если базовая станция и центр коммутации не располагаются территориально в одном месте.

Контроллер базовой станции, представляющий собой достаточ­но мощный и совершенный компьютер, обеспечивает управление работой станции, а также контроль работоспособности всех входя­щих в нее блоков и узлов.

Для обеспечения остаточной степени надежности многие блоки и узлы базовой станции резервируются (дублируются).

Подвижная станция. Структурная схема подвижной станции приведена на рисунке 14.8, где приняты следующие обозначения: Т – телефон; ДСП – дисплей; КЛВ – клавиатура; М – микрофон; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь; ДКР – декодер речи; ДКК –декодер канала; ЭКЛ – эквалайзер; АЦП – аналого-цифровой пре­образователь; КР – кодер речи; КК– кодер канала.

Подвижная станция включает в себя следующие блоки: блок управления, приемопередающий блок и антенный блок. Приемо­передающий блок в свою очередь включает передатчик, приемник, синтезатор частот и логический блок.

Наиболее прост по составу антенный блок: он включает собст­венно антенну – в простейшем случае четвертьволновый штырь – и коммутатор прием-передача. Последний для цифровой станции может представлять собой электронный коммутатор, подключаю­щий антенну либо на выход передатчика, либо на вход приемника, поскольку подвижная станция цифровой системы никогда не рабо­тает на прием и передачу одновременно.

Рисунок 14.8 - Структурная схема подвижной станции

Функционально несложен и блок управления. Он включает мик­ротелефонную трубку – микрофон и телефон (динамик), клавиатуру и дисплей. Клавиатура (наборное поле с цифровыми и функцио­нальными клавишами) служит для набора номера телефона вызы­ваемого абонента, а также команд, определяющих режим работы подвижной станции. Дисплей служит для отображения различной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции.

Приемопередающий блок значительно сложнее и включает в се­бя передатчик, приемник, синтезатор и логический блок.

В состав передатчика входят:

§ аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий ана­логовый речевой сигнал, поступающий с выхода микрофона, в цифровую форму; вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме, вплоть до обратного цифро-аналогового преобразования в приемнике;

§ кодер речи (КР) осуществляет кодирование сигнала речи – пре­образование сигнала, имеющего цифровую форму, по определен­ным законам с целью сокращения его избыточности и объема информации, передаваемой по радиоканалу;

§ кодер канала (КК) – добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную информацию, предназна­ченную для защиты от ошибок при передаче сигнала по радиоли­нии; с той же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемножению): кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, посту­пающую от логического блока;

§ модулятор – осуществляет перенос цифрового сигнала, пред­ставляющего случайную последовательность импульсов постоянно­го тока (видеоимпульсов), с помощью несущей частоты в диапазон частот мобильной радиосвязи.

§ Приемник по составу в основном соответствует передатчику, но с обратными функциями входящих в него блоков:

§ демодулятор – выделяет из модулированного радиосигнала цифровой кодированный видеосигнал (случайную последователь­ность импульсов постоянного тока);

§ декодер канала (ДКК) – выделяет из входного потока управляю­щую информацию и направляет ее в логический блок; принятая информация проверяется на наличие ошибок и выявленные ошибки по возможности исправляются; для последующих преобразований принятая информация подвергается обратной переупаковке;

§ декодер речи (ДКР) – восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде;

§ цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – преобразует при­нятый от декодера речи сигнал в аналоговую форму и подает его на вход динамика (телефона);

§ эквалайзер (ЭКЛ) – служит для частичной компенсации искаже­ний сигнала вследствие многолучевого распространения; по суще­ству, он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящей в состав передаваемой информации; блок ЭКЛ не является, вообще говоря, функционально необходимым и в некоторых случаях может отсут­ствовать.

Напомним, что для сочетания кодера и декодера употребляют названия кодек (например, канальный кодек, речевой кодек).

Помимо вышеназванных блоков, в состав приемопередатчика входят логический блок и синтезатор частот. Логический блок – это, по сути, микрокомпьютер со своей оперативной и постоянной памя­тью, осуществляющий управление работой подвижной станции. Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой для передачи сигналов по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема используются различные участки спектра (так называемое дуплексное разделение по частоте).

Отметим, что схема (рисунок 14.8) является существенно упрощенной. На ней не показаны усилители, селективные цепи, генераторы сигналов синхрочастот и цепи разводки, схемы контроля мощности на передачу и прием и управления ею, схема управления частотой генератора для работы на определенном частотном канале и т. п.

Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможно использование режима шифрова­ния. В этих случаях передатчик и приемник подвижной станции включают соответственно блоки шифрования и дешифровки сооб­щений. В подвижной станции, например, системы GSM предусмот­рен специальный съемный модуль идентификации абонента (Subscriber Identity Mobile – SIM).

Подвижная станция системы GSM включает в себя детектор речевой активности (Voice Activity Detector), который в интересах экономного расходования энергии источника питания (уменьшения средней мощности излучения), а также снижения уровня помех, неизбежно создаваемых для других станций при работающем пере­датчике, включает работу передатчика на излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в приемный тракт дополнительно вводится так называемый комфортный шум. В необходимых случаях в подвиж­ную станцию могут входить отдельные терминальные устройства, например факсимильный аппарат, включаемый через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов.

Если представить структурную схему аналоговой подвижной стан­ции, то она будет проще рассмотренной цифровой за счет отсутствия блоков АЦП/ЦАП и кодека, но сложнее за счет более громоздкого дуплексного антенного переключателя, поскольку аналоговой станции приходится одновременно работать на передачу и прием.

Центр коммутации (ЦК) является мозгом и одновременно дис­петчерским пунктом системы сотовой связи, на который замыкаются потоки информации со всех базовых станций и через который осу­ществляется выход на другие сети – стационарную телефонную сеть, сети междугородной связи, спутниковой связи, другие сотовые сети. В состав центра коммутации входит несколько процессоров (контроллеров) и он является типичным примером многопроцессор­ной системы.

Структурная схема ЦК представлена на рисунке 14.9. Собственно ком­мутатор осуществляет переключение потоков информации между соответствующими линиями связи. Он может, в частности, напра­вить поток информации от одной базовой станции к другой или от базовой станции к стационарной сети связи, или, наоборот, от стационарной сети связи к нужной базовой станции.

Рисунок 14.9 - Структурная схема центра коммутации

Коммутатор подключается к линиям связи через соответствую­щие контроллеры связи, осуществляющие промежуточную обработ­ку (упаковку/распаковку, буферное хранение) потока информации. Общее управление работой ЦК и системы в целом производится от центрального контроллера, который имеет мощное математическое обеспечение, включающее перепрограммируемую часть (software). Работа ЦК предполагает активное участие операторов, поэтому в состав ЦК входят соответствующие терминалы, а также средства отображения и регистрации (документирования) информации. В частности, оператором вводятся данные об абонентах и условиях их обслуживания, исходные данные по режимам работы системы, в необходимых случаях оператор выдает требующиеся по ходу работы команды.

Важными элементами системы являются базы данных – домаш­ний регистр, гостевой регистр, центр аутентификации, регистр аппа­ратуры (последний имеется не во всех системах). Домашний регистр (домашний регистр местоположения – Home Locatio Register – HLR) содержит сведения о всех абонентах, зарегистрированных в данной системе, и о видах услуг, которые могут быть им оказаны (при заклю­чении договора на обслуживание для разных абонентов может быть предусмотрено, вообще говоря, оказание различных наборов услуг). Здесь же фиксируется местоположение абонента для организации его вызова и регистрируются фактически оказанные услуги. Гостевой регистр (гостевой регистр местоположения – Visitor Location Register – VLR) содержит примерно такие же сведения об абонентах-гостях (ромерах), т.е. об абонентах, зарегистрированных в другой системе, но пользующихся в настоящее время услугами сотовой связи в дан­ной системе. Центр аутентификации (Authentication Center) обеспе­чивает процедуры аутентификации абонентов, т.е. подтверждения подлинности (действительности, законности, наличия прав на пользование услугами сотовой связи) абонента системы подвижной связи и шифрования сообщений. Регистр аппаратуры (регистр идентифи­кации аппаратуры – Equipment Identity Register; идентификация – процедура отождествления подвижной станции – абонентского ра­диотелефонного аппарата, т.е. процедура установления принадлеж­ности к одной из групп, обладающих определенными свойствами или признаками), если он существует, содержит сведения об эксплуати­руемых подвижных станциях на предмет их исправности и санкцио­нированного использования. В частности, в нем могут отмечаться украденные абонентские аппараты, а также аппараты, имеющие технические дефекты, например, являющиеся источниками помех недопустимо высокого уровня.

Как и в базовой станции, в ЦК предусматривается резервирова­ние основных элементов аппаратуры, включая источник питания, процессоры и базы данных.

Дата добавления: 2014-01-07