Глава 2 - Концепция беспроводной связи

Частотная концепция

 

В таблице 1 сведены частотные данные для различных систем GSM.

Таблица 1 - частотные данные на различные GSM системы

Система	P-GSM 900	E-GSM 900	GSM 1800	GSM 1900
Частоты, МГц Uplink Downlink	890-915 935-960	880-915 925-960	1710-1785 1805-1885	1850-1910 1930-1990
Длина волны, cм.	~33	~33	~17	~16
Полоса пропускания
Дуплексный разнос
Канальное разделение
Количество радиоканалов[2]
Скорость передачи данных, Кбит/сек.

 

Частота

 

Мобильная станция связывается с базовыми станциями посредством передачи и приёма радиоволн, которые являются переносчиками электромагнитной энергии. Частота – это количество колебаний в секунду. Частота измеряется в Гц. 1 Гц – одно колебание в секунду. Радиоволны используются повсюду:

· Телевидение

· Медицина

· Военная промышленность

· Космос и т.д.

Каждый оператор мобильной связи имеет разрешение на определённое количество частот в определённом территориальном районе. Разрешение на частоты выдаётся ГКРЧ (Государственным комитетом по радиочастотам). В Америке, например, частоты покупаются на аукционах.

 

На рис. 2.1 приведено распределение частотных диапазонов, используемых для мобильной связи.

 

 

Рис. 2.1 Распределение частотных диапазонов для мобильных стандартов

 

Длина волны

 

Существует несколько типов электромагнитных волн. Эти электромагнитные волны могут быть описаны синусоидальной функцией, которая характеризуется длинной волны. Длина волны l - это длина одного колебания. l измеряется в метрах. Частота колебаний и длина волны соотносятся между собой через скорость распространения света в вакууме ( м/сек.).

Длина волны может быть определена по формуле 1.1.

(2.1)

 

 

Таким образом, для диапазона GSM 900 длина волны равна:

Из формулы 2.1 видно, что чем больше частота, тем меньше длина волны. Более низкие частоты, с большой длинной волны лучше распространяются на большие расстояния, чем волны с большой частотой. Это связанно с тем, что такие волны могут распространяться, огибая поверхность земли за счёт тропосферного распространения. Телевизионное и FM вещание является представителями низких частот.

Высокие частоты, с маленькой длинной волны лучше распространяются на короткие расстояния. Это связанно с большой чувствительностью к различного рода препятствиям, стоящим на пути распространения волны.

Большие частоты применяются либо на дистанциях прямой видимости, либо в областях с малой зоной охвата, где приёмник располагается относительно близко к базовой станции.

 

 

Полоса пропускания

 

Термин ширина полосы пропускания введён для определения диапазона частот, используемого, например, для передачи сигналов в направлении uplink – от MS к BTS. Ширина полосы пропускания зависит о количества доступных частот в частотном спектре. Ширина полосы пропускания является одним из определяющих параметров, от которого зависит емкость мобильной системы, то есть то количество соединений, которые могут быть установлены одновременно.

 

Каналы

 

Еще одним параметром, определяющим ёмкость системы, является канал. Канал – это частота, или набор частот, которые могут быть использованы для передачи речи/данных.

Каналы связи могут быт различного типа. В таблице 2 приводятся данные по существующим типам каналов.

 

Таблица 2 –Существующие типы каналов

Тип	Описание	Применение
Симплекс	Передача в одну сторону	Телевидение, FM радио
Полудуплекс	Возможная передача в обе стороны, не одновременно	Милиция
Полный дуплекс	Возможная передача в обе стороны одновременно	Мобильные системы

Симплексный канал, например такой, как музыкальный радиоканал FM, использует одну частоту только в одном направлении. Дуплексный канал, например такой, как в мобильных системах, использует две частоты: одна используется для установления соединения по направлению к мобильной станции, другая - по направлению к базовой станции.

Передача радиосигнала по направлению к базовой станции называется uplink, а передача по направлению к мобильной станции – downlink.

 

На рис. 2.2 схематически представлены направления передачи радиосигналов.

 

Рис. 2.2 - Направления передачи радиосигналов

 

Дуплексный разнос

 

Для передачи сигналов в двух направлениях (uplink, downlink), необходим дуплексный разнос данных диапазонов. Расстояние между направлениями передачи сигналов называется дуплексным разносом частот.

Без дуплексного разноса частот передаваемые в обоих направлениях сигналы интерферировали бы между собой. На рис. 2.3, схематически представлен дуплексный разнос частот в системе GSM 900.

 

Рис. 2.3 – Дуплексный разнос частот

Канальное разделение

 

Вдобавок к дуплексному разносу частот, каждая мобильная система включает ещё и канальное разделение[3]. Канальное разделение – это расстояние между каналами в частотном диапазоне, используемое для передачи сигналов только в одном направлении.

Канальное разделение требуется для избежания наложения информации предаваемой на соседних каналах.

Межканальное расстояние между двумя каналами зависит от количества передаваемой информации внутри канала. Чем больше количество передаваемой информации, тем шире должно быть межканальное разделение. На рис. 2.4 приведён пример канального разделения.

Рис. 2.4 – Канальное разделение

 

Из рис. 2.4 видно, что несущие частоты 895.4 и 895.6 МГц модулируются и образуют определённый частотный спектр. Чтобы избежать наложения частотных спектров этих несущих вводится межканальное расстояние в 200 кГц. Более узкий межканальный интервал может привести к перекрёстным искажениям или приведёт к зашумлённости каналов.