Краткие теоретические сведения. В стандартах GSM 05.05 и 3GPP-ETSI TS 45.005 предусмотрены несколько классов мобильных терминалов

В стандартах GSM 05.05 и 3GPP-ETSI TS 45.005 предусмотрены несколько классов мобильных терминалов с разной максимальной выходной мощностью (рис 4.1)

Рисунок 4.1 – Таблица выходных мощностей мобильных терминалов GSM

 

Однако на практике, в настоящее время мобильные терминалы выпускаются только с выходной мощностью до 2 Вт в диапазоне GSM 900, и до 1 Вт в диапазоне GSM 1800 (который по старой памяти называют еще и DCS 1800).

В сетях GSM используется частотно временной принцип разделения каналов (FDMA/TDMA). Передатчик мобильного терминала излучает в определенной полосе частот, но излучает не непрерывно, а лишь в течение определенных интервалов времени (таймслотов). В режиме разговора, излучение происходит лишь в один интервал из 8 (или из 16, если используется режим Half Rate), а значит усредненная выходная мощность терминала, для наиболее распространенных устройств не будет превышать 250 (125 для HR) и 125 мВт (63 для HR) в диапазонах GSM 900 и GSM1800 соответственно

Терминалы с более высокими значениями выходной мощности (до 8 Вт) раньше ставили на автомобили, где проблема с запасом энергии и длительностью автономной работы от батареи не столь остры, как для носимых устройств, зато можно обеспечить связь на большем удалении от базовых станций, что важно в сельской местности. Но по мере улучшения покрытия территории сотовыми операторами необходимость в более мощных передатчиках начала уменьшаться, а носимые телефоны отвоёвывали всё большую долю рынка. К тому же, сотовые операторы с помощью параметров настройки в сети ограничивали максимальную выходную мощность, с которой может работать мобильный терминал, на уровне носимых устройств, что делало бессмысленным использование телефонов с более мощными передатчиками. В результате в последнее время новых устройств с большими выходными мощностями на рынке практически не наблюдается. Устройства с меньшей выходной мощностью (0,8 Вт и 0,25 Вт соответственно) на рынке тоже практически отсутствуют, хотя иногда производители GSM-трекеров (устройств для отслеживания местоположения объектов) заявляют о такой выходной мощности, что в принципе должно увеличить длительность их автономной работы при малых габаритах. Однако на практике такие выходные мощности не всегда подтверждаются

Кроме ограничения на максимальную выходную мощность, стандарты предусматривают возможность регулирования выходной мощности передатчика терминала GSM по командам базовой станции с шагом 2 дБ.

Управление выходной мощностью передатчика мобильного терминала со стороны базовой станции имеет несколько сторон.

Прежде всего, каждая базовая станция GSM на канале управления передает «системную информацию», в состав которой входит параметр MS_TXPWR_MAX_CCH, указывающий телефону максимальную выходную мощность, которую мобильный терминал может использовать в начале сеанса связи до тех пор, пока БС не примет на себя управление выходной мощностью передатчика терминала. Настройка именно этого параметра сотовыми операторами сделала бессмысленным изготовление телефонов с мощными передатчиками.

После начала обмена информацией, базовая станция начинает измерять уровень сигнала, принимаемого ею от конкретного терминала и, стараясь поддерживать уровень сигнала в оптимальном диапазоне, специальными командами регулирует выходную мощность передатчика терминала. Тем самым достигаются сразу несколько положительных эффектов:

-за счет снижения выходной мощности передатчика терминала экономится энергия его батареи и увеличивается время автономной работы;

- уменьшается воздействие излучения терминала на владельца или другие биологические объекты, расположенные поблизости.

- создаются условия для оптимального режима работы приемника базовой станции, исключается перегрузка входных цепей при нахождении терминала вблизи базовой станции

На практике, в случае расположения мобильного терминала вблизи базовой станции GSM картина регулирования выходной мощности по командам базовой станции выглядит следующим образом (Рис 4.2)

Рисунок 4.2 – Регулирование выходной мощности передатчика телефона GSM в хороших условиях связи

 

Из графика видно, что после непродолжительной работы на максимальной выходной мощности в самом начале сеанса связи, мобильный терминал, работающий в диапазоне GSM 900, по командам базовой станции достаточно быстро снизил максимальную выходную мощность с 33 дБм (2 Вт) до 7 дБм (5 мВт).

В случае ухудшения сигнала в приемнике БС скорректирует выходную мощность телефона, и далее будет регулировать ее так, чтобы поддерживать оптимальные условия передачи информации (рис 4.3).

Рисунок 4.3. – Регулирование выходной мощности передатчика телефона GSM, перемещаемого из места с хорошими условиями связи в место с плохими условиями связи

 

Выходные мощности мобильных терминалов UMTS регламентируются в TS 25.101 (рис 4.4)

Рисунок 4.4 – Выходные мощности передатчиков мобильных терминалов UMTS

Наиболее распространены сейчас мобильные терминалы UMTS, соответствующие по выходной мощности 3-му классу. В переводе на более привычные единицы, выходная их мощность составляет 250 мВт (1/4 Ватта)

Однако в сетях UMTS управление выходной мощностью мобильных терминалов происходит иначе, чем в сетях GSM. Мобильные терминалы UMTS, обслуживаемые в пределах одного и того же сектора, принимают и передают информацию в одной и той же полосе частот. Если бы мобильный терминал UMTS действовал так же, как и в сети GSM, то в начальный момент он создавал бы очень сильные помехи, мешающие БС принимать сигналы других терминалов, обслуживаемых в той же полосе частот. Чтобы поддерживать наименьший уровень помех на входе приемников БС, в UMTS предусмотрены более строгие требования к управлению выходной мощностью терминалов. Это касается и точности регулирования выходной мощности (шаг изменения может достигать 1 дБ по сравнению с 2 дБ в GSM), так и частоты регулировки – в UMTS она равна 1500 раз в секунду.

Чтобы не создавать помехи на начальной стадии установления соединения, передача начинается с небольшого уровня, который рассчитывается мобильным терминалом исходя из уровня принимаемого сигнала базовой станции – чем выше уровень принимаемого сигнала, тем меньше выходная мощность терминала при начале сеанса. Если базовая станция не ответила, то мобильный терминал повторяет запрос с чуть более высоким уровнем сигнала, пока не получит отклик БС или не исчерпает максимальное число попыток, предписанное базовой станцией в системной информации. После установления соединения уже БС своими командами тщательно регулирует выходную мощность передатчика терминала UMTS, поддерживая ее на минимально необходимом уровне (рис 4.5).

 

Рисунок 4.5 – Регулирование выходной мощности передатчика телефона UMTS

 

В ситуации, когда записан этот график, выходная мощность передатчика поддерживалась на уровнях между – 20 и -40 дБм (от 0,01 до 0,0001 мВт).

Также приведем график со статистикой выходной мощности работающих терминалов UMTS в условиях города с достаточно высокой плотностью БС. (рис 4.6)

Рисунок 4.6. – Статистика выходных мощностей передатчиков телефонов UMTS в условиях городской застройки

 

Видно, что выходная мощность большинства терминалов не превышает -10 дБм (0,1 мВт), а максимальная оказалась равной 14 дБм (~25 мВт).

 

Практическая часть

 

Перечень некоторых специальных команд модуля представлен в таблице 4.1

Таблица 4. 1– Описание некоторых специальных команд радиомодуля

Команда	Описание команды	Пример команды	Параметры команды
AT+CPOWD	Отключение питания	AT+CPOWD= <n>	<n>  0 – Срочное выключение питания 1 – Нормальное отключение питание
AT+CMIC	Сменить уровень усиления микрофона	Тестовая команда AT+CMIC=? Ответ +CMIC: (<channel0>,<gainlevel0>),…,(<channeln>,<gainleveln>)   OK   Команда записи AT+CMIC= <channel>,<gainlevel>	<channel>  0 – главный аудио канал  1 – внешний звуковой канал 2 –главный аудио «handfree» канал 3 – внешний аудио «handfree» канал <gainlevel> диапазон: 0 – 15 0 – 0dB 1 – +1.5dB 2 – +3.0 dB 3 – +4.5 dB 4 – +6.0 dB 5 – +7.5 dB 6 – +9.0 dB 7 – +10.5 dB 8 – +12.0 dB 9 – +13.5 dB 10 – +15.0 dB 11 – +16.5 dB 12 – +18.0 dB 13 – +19.5 dB 14 – +21.0 dB 15 – +22.5 dB
AT+CALA	Установка времени сигнала «Будильник»	AT+CALA?  Ответ: +CALA: ("yy/mm/dd,hh:mm:ss","hh:mm:ss"),(1-5),(0-7)   OK При ошибке: +CME ERROR: <err>   Тестовая команда AT+CALA=? Ответ: +CALA: <time>,<n1>[,<recurr>] [<CR><LF> +CALA: <time>,<n2>[,<recurr>] …]	<time> Параметр строкового типа, указывает на время, когда звучит сигнал. Формат команды:"yy/MM/dd,hh:mm:ss" (вводятся две последние цифры) <n> – Индекс сигнала (диапазон 1-5). <recurr> "0", "1" – "7" строковой тип, указывает день недели для включения сигнала: "<1..7>[,<1..7>[…]]" – установка сигнала для одного или нескольких дней в неделю, "0" – все дни
AT+CALD	Удалить сигнал «Будильник»	Тестовая команда AT+CALD=? Ответ:  +CALD   OK Команда записи AT+CALD=<n>	<n> – целое число, показывает индеек сигнала на удаление (от 1 до 5)
AT+CENG	Включение и выключение инженерного режима	AT+CENG=? Ответ Модуль показывает список поддерживаемых режимов +CENG: (<mode>s),(<Ncell>s)   Команда чтения AT+CENG? Ответ   +CENG: <mode>,<Ncell> [+CENG: <cell>,"<arfcn>,<rxl>,<rxq>,<mcc>,<mnc>,<bsic>,<cellid>,<rla>, <txp>, <lac>, <TA>"  <CR><LF>+CENG: <cell>,"<arfcn>,<rxl>,<bsic>[,<cellid>,]<mcc>,<mnc>,<lac>"…]   OK   Если <mode>=3 +CENG: <mode>,<Ncell>   AT+CENG =<mode>[,<Ncell>]   [+CENG: <cell>,<mcc>,<mnc>,<lac>,<cellid>,<bsic>,<rxl> <CR><LF>+CENG: <cell>,<mcc>,<mnc>,<lac>,<cellid>, <bsic>,<rxl>…]   OK	<mode>  0 – выключить инженерный режим    1– включить инженерный режим  2 – включить инженерный режим и активировать URC отчеты сети 3 – включить инженерный режим и активировать ограниченные URC отчеты <Ncell>  0 – не показывать соседние соты 1 – показывать соседние соты Если <mode> =3,эти параметры игнорируются. <cell> 0 – сота, оказывающая услуги 1-6 – Индекс соседних сот  <arfcn> – Номер радиоканала <rxl> – уровень приема <rxq> – качество приема <mcc> – Мобильный код страны <mnc> – Мобильный код сети <bsic> – Код базовой станции <cellid> –идентификатор соты <lac> – Расположение участка <rla> – Минимальный уровень доступа передачи <txp> – Максимальная мощность передачи <TA> – параметр расширенной синхронизации
AT+CSDT	Включение или выключение определения SIM-карты	+CSDT: (0-1) Ответ   OK Тестовая команда AT+CSDT =? Ответ +CSDT: <mode>   OK Команда чтения AT+CSDT? Ответ OK Команда записи AT+CSDT=<mode>	<mode>  0 – выключить определение SIM-карты 1 – включить определение SIM-карты
AT+CBAND	Определение и установка диапазона частот мобильного оператора	+CBAND: (список поддерживаемых диапазонов <op_band>s)   OK Тестовая команда AT+CBAND=?   Команда чтения   AT+CBAND? Ответ +CBAND: <op_band>[,<ALL_BAND>]   OK   Команда записи AT+CBAND=<op_band>	<op_band> Строковой параметр показывает диапазон (в кавычках) PGSM_MODE  DCS_MODE  PCS_MODE EGSM_DCS_MODE GSM850_PCS_MODE ALL_BAND
AT+CSPN	Определение оператора с SIM-карты	+CSPN: <spn>,<display mode>   OK   Команда чтения AT+CSPN?	<spn> строковой тип, имя поставщика услуг <display mode> 0 – не показывает PLMN. 1 – показывать PLMN
AT+CSMINS	Отчет об установки SIM-карты	Тестовая команда AT+CSMINS=? Ответ +CSMINS: <n>,<SIM inserted>   OK   Команда чтения AT+CSMINS? Ответ   OK   Команда записи AT+CSMINS= <n>	<n> Числовой параметр показывающий включение параметра 0 – Отключено 1 – Включено <SIM inserted> Числовой параметр, показывающий состояние SIM-карты 0 – Не вставлена 1 – Вставлена