Принцип работы сотовой связи

Как работает сотовая связь

Сотовая связь — разновидность радиосвязи. Между устройством, отправляющим сигнал, и устройством, принимающим его, находятся базовые станции, которые ретранслируют сигнал. Этих станций очень много, и они размещены так, чтобы их «круги охвата» краями накладывались друг на друга.

Как устроена сотовая связь 3G/4G - фото 2

Даже если мы не совершаем звонков, телефон постоянно поддерживает сигнал с базовыми станциями. Поймав сигнал, испускаемый станцией, телефон в ответ отправляет свой идентификационный код, уникальный для каждого.

Как устроена сотовая связь 3G/4G

 

Принцип работы сотовой связи (для чайников) - фотография 6

Система мобильной коммуникации с использованием концепции сотовой связи - фото 8

Мартин Купер - изобретатель прототипа портативного сотового телефона Motorola DynaTAC весом в 1,15 кг и размерами 22,5х12,5х3,75 см

Архитектура сотовой системы - фото 9

Препятствия в развитии сотовой связи - фотография 10

Для сотовой связи очень важно, чтобы была непрерывность соединения при перемещении. Это обеспечивается благодаря так называемому хэндовер (Handover), при котором соединение, установленное абонентом, как бы подхватывается соседними сотами по эстафете, а абонент продолжает разговаривать или копаться в соцсетях.

Вся сеть делится на две подсистемы: подсистема базовых станций и подсистема коммутации.

Схематически это выглядит так:

Компоненты сотовой системы - фотография 11

В середине "соты находится базовая станция, которая обычно обслуживает три "соты". Радиосигнал от базовой станции излучается через 3 секторные антенны, каждая из которых направлена на свою "соту". Бывает так, что на одну "соту" направлены сразу несколько антенн одной базовой станции. Это связано с тем, что сеть сотовой связи работает в нескольких диапазонах (900 и 1800 МГц). 

Вредоносность вышек сотовой связи - фото 12

Однако в условиях городской местности трудно найти место под размещение массивного сооружения. Поэтому в крупных городах базовые станции размещаются на зданиях. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 км.

Сотовая связь в России - изображение 13

Это антенны. Само оборудование БС находится на чердаке, или в контейнере на крыше, которое представляет из себя пару железных шкафов.

Принцип действия сотовой связи - фотография 14

Некоторые базовые станции расположены там, где вы даже не догадаетесь. Как например на крыше этой парковки.

Принцип работы мобильного телефона - изображение 15

Как работает мобильная связь: ликбез - фото 16

Антенна БС состоит из нескольких секторов, каждый из которых принимает/отправляет сигнал в свою сторону. Если вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, то круглая соединяет БС с контроллером.

Как работает сотовая связь - изображение 17

Ккаждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно. БС может состоять из 6 секторов, и обслуживать до 432 звонков, однако обычно на станциях устанавливают меньше передатчиков и секторов. Сотовые операторы предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи.

Базовые станции сотовой связи и их антенная часть 7 - фото 18

От подсистемы базовых станций сигнал передается в сторону подсистемы коммутации, где и происходит установление соединения с нужным абоненту направлением. В подсистеме коммутации есть ряд баз данных, в которых хранятся сведения об абонентах. Оборудование для этой базовой станции спрятано в этом железном шкафу.

<strong>Базовые станции. Общие сведения</strong> - изображение 19

Кроме обычных вышек есть также и мобильные варианты базовых станций, размещенные на грузовиках. Их очень удобно использовать во время стихийных бедствий или в местах массового скопления людей (футбольные стадионы, центральные площади) на время праздников, концертов и различных мероприятий. 

<strong>Зона обслуживания базовых станций</strong> - фото 20

Для обеспечения оптимального покрытия радиосигналом на уровне земли, базовые станции проектируются специальным образом. Несмотря на дальность в 35 км. сигнал не распространяется на высоту полета самолетов. Однако некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих бортах небольшие базовые станции, обеспечивающие сотовую связь внутри самолета. <strong>Антенны базовых станций. Заглянем внутрь</strong> - фото 21

Технологии со временем сильно развились и достаточно вот такой небольшой комнаты с несколькими специалистами, чтобы наблюдать за работой всей сети в Москве.

<strong>Многодиапазонные антенны</strong> - фотография 22

Сотовые операторы часто разрешают своим конкурентам использовать свои башенные сооружения для размещения антенн. Строительство башни или мачты - дорогое удовольствие, и такой обмен (взаимовыгодный) позволяет сэкономить немало средств.

Принцип работы сотовой связи - фото 28

Оборудование на самом деле выглядит необычно, по его виду можно предположить все что угодно.

 

Принцип работы сотовой связи - фото 31

Сотовая связь - это... 

Сотовая связь относится к усовершенствованной службе мобильной телефонной связи (AMPS).

Сотовая мобильная связь основана на географическом разделении зоны покрытия связи. Каждой ячейке выделяется определенное количество частот (или каналов), которые позволяют большому количеству абонентов одновременно вести разговоры.

Принцип работы мобильной коммуникации

Каждый мобильный телефон использует отдельный временный радиоканал для связи с сотовым сайтом. Этот сайт поддерживает коммуникацию со многими телефонами одновременно, используя один канал на один телефон. Каналы используют пару частот сотовой связи:

    1. Прямую линию для передачи с сотового узла.
    2. Обратную линию, чтобы сотовый узел мог принимать вызовы от пользователей.

      Принцип работы сотовой связи 

      Процесс начинается с активации чипа при введении ПИН-кода вставляемой SIM-карты. Затем осуществляется передача сигнала сотовой связи по управляющим каналам. Ответ вызываемого номера передается по свободному каналу управления на антенну базовой станции, откуда идет передача в центр коммутации подвижной связи.Принцип работы сотовой связи - фото 42

      Ранняя архитектура системы телефонной связи

      Традиционная мобильная служба была структурирована аналогично телевизионному радиовещанию: один очень мощный передатчик, расположенный в самой высокой точке области, будет транслировать в радиусе до пятидесяти километров.

      Концепция сотовой связи структурировала сеть телефонной связи по-другому. Вместо использования одного мощного передатчика многие маломощные передатчики были размещены по всей зоне покрытия сотовой связи.

      Система мобильной коммуникации с использованием концепции сотовой связи

      Проблемы с помехами, вызванные мобильными устройствами, использующими один и тот же канал в смежных областях, доказали, что все каналы не могут повторно использоваться в каждой соте. 

      Инженеры обнаружили, что влияние помех было связано не с расстоянием между зонами, а с отношением расстояния к мощности (радиусу) передатчиков зон. Сокращая радиус зоны на пятьдесят процентов, поставщики услуг могут увеличить число потенциальных клиентов в зоне в четыре раза.Принцип работы сотовой связи - фотография 43онцепция сотовой связи использует переменные уровни низкой мощности, что позволяет подбирать ячейки в соответствии с потребностями.

      Частоты сотовой связи, используемые в одном кластере ячеек, могут быть повторно использованы в других ячейках. Разговоры могут передаваться из ячейки в ячейку, чтобы поддерживать постоянную телефонную связь, когда пользователь перемещается между ними.

      Архитектура сотовой системы

      В современной сотовой телефонии сельские и городские районы делятся на районы в соответствии с конкретными правилами предоставления услуг. 

      Принцип работы сотовой связи - фотография 44Кластер - это группа ячеек. Ни один канал не используется повторно в кластере. Поскольку для мобильных систем было доступно лишь небольшое количество частот радиоканалов, инженерам пришлось искать способ повторного использования радиоканалов для одновременной передачи более одного разговора. 

      Препятствия в развитии сотовой связи

      Системные операторы разработали идею расщепления клеток. Когда зона обслуживания становится заполненной пользователями, этот подход используется для разделения одной зоны на более мелкие. Таким образом, городские центры могут быть разбиты на столько областей, сколько необходимо для обеспечения приемлемого уровня обслуживания.

      Принцип работы сотовой связи - фото 45

      Это препятствие связано с проблемой, возникшей, когда абонент сотовой связи во время вызова перемещался из одной ячейки в другую. Поскольку соседние зоны не используют одни и те же радиоканалы, вызов должен быть либо отброшен, либо переведен с одного радиоканала на другой, когда пользователь пересекает линию между соседними ячейками.

      Компоненты сотовой системы

      Система сотовой связи состоит из следующих четырех основных компонентов, которые работают совместно для предоставления абонентам услуг мобильной связи:

      1. Телефонная сеть общего пользования (PSTN).
      2. Мобильная телефонная станция (МТСО).
      3. Сотовый сайт с антенной системой.
      4. Мобильный абонентский пункт (MSU).

      Термин «сотовый сайт» используется для обозначения физического местоположения радиооборудования, которое обеспечивает покрытие в ячейке. Список аппаратного обеспечения, расположенного на сотовой станции, включает источники питания, интерфейсное оборудование, радиочастотные передатчики и приемники и антенные системы.

      Вредоносность вышек сотовой связи

      Принцип работы сотовой связи - изображение 46

      Вредны ли вышки сотовой связи? К сожалению, да. Микроволны могут влиять на электромагнитные поля вашего тела, вызывая множество потенциальных проблем со здоровьем:

      1. Головные боли.
      2. Потеря памяти.
      3. Сердечно-сосудистый стресс.
      4. Низкое количество сперматозоидов.
      5. Врожденные дефекты.
      6. Рак.

      Принцип действия сотовой связи

Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество радиосигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой.

Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

  1. Услуги сотовой связи

  2. Операторы сотовой связи предоставляют следующие услуги:

    • Голосовой звонок;
    • Автоответчик в сотовой связи (услуга);
    • Роуминг;
    • АОН (Автоматический определитель номера) и АнтиАОН;
    • Приём и передача коротких текстовых сообщений (SMS);
    • Приём и передача мультимедийных сообщений — изображений, мелодий, видео (MMS-сервис);
    • Мобильный банк (услуга);
    • Доступ в Интернет;
    • Видеозвонок и видеоконференция

    Принцип работы мобильного телефона

  3. Принцип работы сотовой связи - фото 50

    Рис.1 Принцип работы сотового телефона

    Сотовый телефон – это приёмо-передатчик, работающий на одной из частот в диапазоне 850МГц, 900МГц, 1800МГц, 1900МГц. Причём приём и передача разнесены по частотам.

    Все сигналы кодека обрабатываются очень полезным алгоритмом на основе принципа DTX (Discontinuous Transmission) – прерывистой передачи речи. Его полезность заключается в том, что он управляет передатчиком телефона, включая его только в том момент, когда начинается произношение речи и отключает в паузах между разговором. Всё это достигается с помощью включенного в кодек VAD (Voice Activated Detector) –детектор активности речи.

    У принимаемого абонента все преобразования происходят в обратном порядке.

    Устройство мобильного телефона и его основные функциональные узлы (модули).

    Любой мобильный телефон – это сложное техническое устройство, состоящее из множества функционально законченных модулей. Выход из строя хотя бы одного модуля влечёт за собой минимум – частичную неисправность аппарата, максимум – телефон полностью неработоспособен.

    Схематически мобильный телефон выглядит так:

    Принцип работы сотовой связи - фотография 51

    Рис.2 Устройство сотового телефона

    1. Аккумуляторная батарея (АКБ) – основной (первичный) источник питания телефона. В процессе эксплуатации имеет одно неприятное свойство – старение, т.е. потеря ёмкости, увеличение внутреннего сопротивления.

    Особого ухода АКБ не требуют. Главное, не допускать переохлаждения в зимнее время (до -10°С), т.к. ускоряется разряд и старение. А так же нагрев до 50-60°С и выше. Это опасно – АКБ может попросту вздуться и даже взорваться. Чаще всего это происходит в результате использования дешёвых зарядных устройств, при неисправностях схемы зарядки телефона, а также при выбранных производителем больших зарядных токов (для сокращения времени заряда АКБ)

    АКБ мобильного телефона состоит из 2-х частей: собственно батареи и маленькой платы электроники-автоматики.

    Принцип работы сотовой связи - фотография 52

    Рис.3 Устройство аккумуляторной батареи

    Плата электроники выполняет защитную функцию, защищая батарею и телефон от таких ситуаций, как:

    - короткое замыкание (КЗ) питающих клемм аккумулятора;

    - перегрев батареи в процессе зарядки и эксплуатации;

    - разряд батареи ниже установленной минимально допустимой нормы;

    - перезаряд батареи.

     

    Принцип работы сотовой связи - изображение 53

    Рис.4 Расположение контактов АКБ

    Расположение контактов у разных производителей может отличаться.

    Основные характеристики АКБ:

    - ёмкость – для современных телефонов примерно от 700мА до 2000мА и более.

    - внутреннее сопротивление - чем меньше - тем лучше (примерно до 200 миллиОм)

    2. Контроллер питания – служит для преобразования напряжения АКБ в несколько видов напряжений для питания отдельных узлов и устройств телефона, а также управляет процессом зарядки АКБ. Совместно с процессором активирует встроенные в него или же внешние усилители звука разговорного динамика, микрофона, буззера (полифонического громкоговорителя), обеспечивает обмен данными с SIM-картой.

    3. SIM-holder (sim – коннектор) – держатель SIM – карты. Служит для подключения SIM – карты к телефону.  Имеет в себе 6 (редко 8) подпружиненных контактов, с помощью которых осуществляется электрическая связь SIM – карты и контроллера питания либо процессора.

  4. Динамик (разговорный динамик) – служит для преобразования электрических сигналов в звуковые колебания. То есть работает в обратном порядке микрофона. Один абонент говорит в микрофон, который преобразовывает голос в эл. сигналы, далее эти сигналы преобразовываются (см. описание выше), излучаются в эфир. Второй абонент принимает эти сигналы телефоном и слышит их в динамике телефона.

  5. Спикер(буззер, звонок, полифонический динамик) – тот же динамик, предназначеный для воспроизведения мелодии звонка, СМС, MP3 и т.д. Но может использоваться и для разговора. 

  6. Центральный процессор (CPU) - предназначен для выполнения машинных команд, инструкций и операций, предусмотренных программным обеспечением (прошивкой –разг.) телефона, а также чёткого взаимодействия с остальными модулями и устройствами и последующего управления ими. 

  7.  

    RAM – память (ОЗУ ). Служит для временного хранения данных. В ней хранятся результаты вычислений и обработки информации в конкретный текущий момент (например, прослушивание музыки, воспроизведение видео, работа приложений, игр и т.д.) За ненадобностью память очищается от одних данных и загружает новые и так постоянно.

  8. Клавиатурный модуль – стандартная цифровая клавиатура для набора номера абонента, текста, смс + набор дополнительных кнопок, которые выполняют определённые программным обеспечением телефона функции, например регулировку уровня громкости, запуск программ, фотокамеры, диктофона и т.д.

  9. LCD –дисплей – экран телефона.

  10. Усилитель мощности – предназначен для усиления сигнала, вырабатываемого приёмопередатчиком, до уровня мощности, необходимого для излучения антенной в эфир.

  11. Антенна – предназначена для накопления энергии, излучаемой базовой станцией и последующей передачи её в цепи приёмного тракта. При передаче сигнала всё наоборот: с передатчика сигнал усиливается усилителем мощности и подаётся в антенну, которая излучает сигнал в эфир.

    Как работает мобильная связь: ликбез

     

    Принцип работы сотовой связи - фотография 56

    Обратите внимание на промышленные здания, городские высотки и специальные вышки. На них располагаются большие серые прямоугольные блоки с торчащими антеннами разных форм. Это приемо-передающие операторов сотовой связи. От антенны сигнал по кабелю передается непосредственно в управляющий блок станции. Вместе они и образуют базовую станцию [антенны и управляющий блок].

    Принцип работы сотовой связи - фото 57 Принцип работы сотовой связи - фотография 58

    В свою очередь, контроллеры кабелями подключены к «мозговому центру»  – коммутатору. Коммутатор обеспечивает выход и вход сигналов на городские телефонные линии, на других операторов сотовой связи, а также операторов междугородней и международной связи.

    Принцип работы сотовой связи - фото 59Когда человек передвигается по улице пешком или идет на автомобиле, поезде и т.д. и при этом еще и разговаривает по телефону, важно обеспечить непрерывность связи. Принцип работы сотовой связи - фотография 60Как работает сотовая связь

    Принцип работы сотовой связи - фото 61

     

    Принцип работы сотовой связи - фото 63

    Несмотря на своё название, пчёлы в функционировании сотовой связи никак не задействованы. Сотовой связь называется потому, что территория, на которой обеспечивается связь, разбивается на отдельные ячейки или соты.

    Принцип работы сотовой связи - изображение 64

    Соты формируют многочисленные базовые станции - это совокупности антенн, расположенные где-то на крышах зданий.

    Принцип работы сотовой связи - изображение 65

    Принцип работы сотовой связи - фотография 66

    Каждая такая станция способна поймать сигнал от сотового телефона на расстоянии до 35 километров.

    Принцип работы сотовой связи - фотография 67

    Антенна базовой станции разбита на несколько участков, каждый из которых направлен в свою сторону.

    Принцип работы сотовой связи - фотография 68

    Антенна может включать в себя до шести секторов, каждый из которых в состоянии обрабатывать до 72 звонков одновременно.

    Принцип работы сотовой связи - фотография 69

    То есть теоретически одна базовая станция может обрабатывать до 432 звонков, правда на практике используется меньшее количество секторов антенны.

    Принцип работы сотовой связи - фотография 70

    Принцип работы сотовой связи - изображение 71

    Принцип работы сотовой связи - фотография 72

    Провода от антенн тянутся в специальный домик, который по сути и является базовой станцией.

    Принцип работы сотовой связи - изображение 73

    Принцип работы сотовой связи - фотография 74

    Физически она выполнена в виде двух железных шкафов, установленных в помещениях с хорошей системой вентиляции.

    Принцип работы сотовой связи - изображение 75

    Как правило, базовые станции устанавливаются на чердаках или крышах в специальных контейнерах.

    Принцип работы сотовой связи - изображение 76

    Принцип работы сотовой связи - фото 77

    Принцип работы сотовой связи - изображение 78

    За городом антенны базовых станций как правило устанавливают на антенно-мачтовых сооружениях.

    Принцип работы сотовой связи - фотография 79

    Принцип работы сотовой связи - фотография 80

    Это наиболее эффективный способ обеспечить связью трассы и большие территории за пределами города.

    Принцип работы сотовой связи - изображение 81

    Принцип работы сотовой связи - фото 82

    В этом случае базовые станции располагаются в специализированных вагончиках около вышек.

    Принцип работы сотовой связи - фото 83

    Принцип работы сотовой связи - фотография 84

    Провода спускаются от антенн и проникают в помещение.

    Принцип работы сотовой связи - фотография 85

    Принцип работы сотовой связи - фото 86

    Принцип работы сотовой связи - изображение 87

    Принцип работы сотовой связи - изображение 88

    Принцип работы сотовой связи - фотография 89

    С базовых станций вызов переводится на центральный контроллер, где и происходит установление соединения с нужным абоненту направлением.

    Принцип работы сотовой связи - фото 90

    Контроллер и базовая станция связываются по оптическому или радиорелейному каналам. Один контроллер способен обслуживать до шестидесяти базовых станций.

    Принцип работы сотовой связи - фотография 91

    Ниже вы можете увидеть, что из себя представляет коммутатор:

    Принцип работы сотовой связи - фото 92

    Коммутаторы размещают в больших помещениях, заполненных металлическими шкафами с оборудованием.

    Принцип работы сотовой связи - фото 93

    Задача коммутатора состоит в управлении трафиком. Если раньше чтобы поговорить друг с другом, абонентам нужно было сначала связываться с телефонисткой, которая затем вручную переставляла нужные провода, то теперь с ее ролью отлично справляется коммутатор.

    Принцип работы сотовой связи - изображение 94

    Принцип работы сотовой связи - фотография 95

    Принцип работы сотовой связи - изображение 96

    Принцип работы сотовой связи - изображение 97

    Принцип работы сотовой связи - фотография 98

    Базовые станции сотовой связи и их антенная

    Принцип работы сотовой связи - фото 151

    Базовые станции. Общие сведения

    Принцип работы сотовой связи - фотография 152

    Так выглядят антенны сотовой связи, установленные на крышах зданий. Эти антенны являются элементом базовой станции (БС), а конкретно – устройством для приема и передачи радиосигнала от одного абонента к другому, и далее через усилитель к контроллеру базовой станции и другим устройствам. 

    Принцип работы сотовой связи - фото 153

    Подключение базовой станции к  сети оператора связи может производиться по радиорелейной связи, поэтому рядом с "прямоугольными" антеннами блоками БС можно увидеть радиорелейную тарелку.

    Принцип работы сотовой связи - фото 154

    С переходом на более современные стандарты четвертого и пятого поколений, для удовлетворения их требований, подключать станции нужно будет исключительно по волоконной оптике. В современных конструкциях БС оптоволокно становится неотъемлемой средой передачи информации даже между узлами и блоками самой БС. 

    Принцип работы сотовой связи - фото 155

    Оборудование базовой станции располагается в нежилых помещениях здания, либо устанавливается в специализированные контейнеры (закрепленные на стенах или столбах), ведь современное оборудования выполняется довольно компактно и может запросто поместиться в системный блок серверного компьютера. 

    Принцип работы сотовой связи - фото 156

    Зона обслуживания базовых станций

    Есть различные типы базовых станций: макро, микро, пико и фемтосоты. Фемтосота не является базовой станцией. Это, скорее, Access Point (точка доступа). Данное оборудование изначально ориентируется на домашнего или офисного пользователя. Фемтосота имеет габариты домашнего роутера:

  12. Принцип работы сотовой связи - фото 157

    Пикосота – это БС малой мощности, принадлежащая оператору и использующая в качестве транспортной сети IP/Ethernet. Обычно устанавливается в местах возможной локальной концентрации пользователей. Устройство по размерам сравнимо с небольшим ноутбуком:

    Принцип работы сотовой связи - изображение 158

    Микросота – это приближенный вариант реализации базовой станции в компактном виде. От "большой" базовой станции ее отличает урезанная емкость поддерживаемых абонентом и меньшая излучающая мощность. Масса, как правило, до 50 кг и радиус радиопокрытия - до 5 км. Такое решение используется там, где не нужны высокие емкости и мощности сети, или нет возможности установить большую станцию:

    Принцип работы сотовой связи - фото 159

    Макросота – стандартная базовая станция, на базе которой строятся мобильные сети. Она характеризуется мощностями порядка 50 W и радиусом покрытия до 100 км (в пределе).

    Антенны базовых станций. Заглянем внутрь

    В сотовой связи чаще всего используют секторные панельные антенны, которые имеют диаграмму направленности (ДН) шириной в 120, 90, 60 и 30 градусов. Соответственно, для организации связи во всех направлениях (от 0 до 360) может потребоваться 3 (ширина ДН 120 градусов) либо 6 (ширина ДН 60 градусов) антенных блоков. Принцип работы сотовой связи - фотография 161

    А ниже вид типовых диаграмм направленности в логарифмическом масштабе.

    Принцип работы сотовой связи - фотография 162

    Большинство антенн базовых станций широкополосные, позволяющие работать в одном, двух или трех диапазонах частот. Один из эффективных методов управления излучаемой мощностью – это управление углом наклона антенны, что позволяет изменить площадь облучения диаграммы направленности.

    Антенны могут иметь фиксированный угол наклона, либо имеют возможность дистанционной регулировки с помощью специального программного обеспечения, располагаемого в блоке управления БС, и встроенных фазовращателей. 

     

    Принцип работы сотовой связи - фото 163

    Принцип работы сотовой связи - изображение 164

    С учетом современных реалий развития беспроводных технологий, базовые станции должны поддерживать работу 2G, 3G и LTE сетей. И если блоки управления базовых станций сетей разных поколений удается вместить в один коммутационный шкаф без увеличения габаритного размера, то с антенной частью возникают значительные трудности.

    Например, в многодиапазонных антенных панелях количество коаксиальных соединительных линий достигает 100 метров! 

    Принцип работы сотовой связи - фотография 165

    С целью снижения электрических потерь и уменьшения точек пайки часто делают микрополосковые линии, это позволяет выполнить диполи и систему запитки всей антенны по единой печатной технологии. 

    Многодиапазонные антенны

    С развитием сетей связи третьего и четвертого поколений требуется модернизация антенной части как базовых станций, так и сотовых телефонов. Антенны должны работать в новых дополнительных диапазонах, превышающих 2.2 ГГц. 

    В качестве примера рассмотрим конструкцию излучателей двухдиапазонной антенны базовой станции сотовой связи Powerwave, работающей в диапазонах 824-960, МГц и 1710-2170, МГц. Ее внешний вид показан на рисунке ниже:

    Принцип работы сотовой связи - фотография 166

    Этот двухдиапазонный облучатель состоит из двух металлических пластин. Та, что большего размера работает в нижнем диапазоне 900 МГц, над ней расположена пластина с щелевым излучателем меньшего размера. Обе антенны возбуждаются щелевыми излучателями и таким образом имеют единую линию запитки.

    Если в качестве излучателей используются дипольные антенны, то необходимо ставить отдельный диполь для каждого диапазона волн. Отдельные диполи должны иметь свою линию запитки, что, конечно же, снижает общую надежность системы и увеличивает энергопотребление. Примером такой конструкции является антенна Kathrein. Проектирование многодиапазонной антенны производят поэтапно. 

    Принцип работы сотовой связи - изображение 168

    Широкополосная антенна типа "бабочка" может быть удачно использована как основа для трехдиапазонной печатной антенны. На рисунке ниже изображены четыре различных варианта ее конфигурации.

    Принцип работы сотовой связи - фото 169

    Приведенные конструкции антенн отличаются формой реактивного элемента, который применяется для расширения рабочей полосы частот по согласованию. Каждый слой такой трехдиапазонной антенны представляет собой микрополосковый излучатель заданных геометрических размеров. Чем ниже частоты – тем больше относительный размер такого излучателя. 

    Принцип работы сотовой связи - изображение 167

    Таким образом, диполи для нижнего диапазона частот находятся как бы внутри диполей верхнего диапазона.

    Для реализации трех- и более диапазонного режимов работы наибольшей технологичностью обладают печатные многослойные антенны. В таких антеннах каждый новый слой работает в довольно узком диапазоне частот. Такая "многоэтажная" конструкция изготавливается из печатных антенн с индивидуальными излучателями.

  13. Принцип работы сотовой связи

  14. Принцип работы сотовой связи - фотография 171

    Рис. 1 – Основные составляющие систем сотовой связи

    Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями сотовой системы связи по управляющим каналам передается сигнал вызова. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления. 

    По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведет к ухудшению качества связи. Улучшение качества разговора достигается путем автоматического переключения абонента на другой канал связи. Это происходит следующим образом. Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом или эстафетной передачей (в иностранной технической литературе — handover, или handoff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент. Принцип работы сотовой связи - фото 172

    Рис. 2 – Распределение частот в диапазонах 900 МГц и 1800 МГц

    Мобильная связь

    Принцип работы сотовой связи - фото 173

    Важное явление, которое приходится учитывать при создании сотовых систем подвижной радиосвязи - отражение радиоволн, и, как следствие, их многолучевое распространение. 

               "АНАТОМИЯ"

    Передача данных осуществляется по радиоканалам. Сеть GSM работает в диапазонах частот 900 или 1800 МГц. Например, при диапазоне 900МГц подвижной абонентский аппарат передает на одной из частот, лежащих в диапазоне 890-915 МГц, а принимает на частоте, лежащей в диапазоне 935-960 МГц. Для других частот принцип тот же, изменяются только численные характеристики.

    Принцип работы сотовой связи - фото 175

    Когда абонент получает канал, ему выделяется не только частотный канал, но и один из конкретных канальных интервалов, и он должен вести передачу в строго отведенном временном интервале, не выходя за его пределы - иначе будут создаваться помехи в других каналах. Работа передатчика происходит в виде отдельных импульсов, которые происходят в строго отведенном канальном интервале: продолжительность канального интервала составляет 577мкс, а всего цикла - 4616мкс. Выделение абоненту только одного из восьми канальных интервалов позволяет разделить во времени процесс передачи и приема путем сдвига канальных интервалов, выделяемых передатчикам подвижного аппарата и базовой станции. Базовая станция (BS) всегда передает на три канальных интервала раньше подвижного аппарата (HS).

    Кроме каналов, передающих полезную информацию, существует еще ряд каналов, передающих сигналы управления. Реализация таких каналов и их работа требуют четкого управления, которое реализуется программными средствами.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 764)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты