Основни характеристики на радиовълни
При мобилните телефонни системи, за разлика от фиксираните, за предаване на информационните и служебните сигнали се използват не съобщителни кабели, а електромагнитни (радио) вълни. Радиовълните се характеризират с амплитуда, фаза, честота и дължина на вълната, скорост и посока на разпространение и т.н.
Честота - Честотата на една радиовълна се определя от броя на колебанията за единица време (1 секунда - s) и се измерва в херци (Hz), където 1 Hz посочва едно колебание за секунда. Означава се с f. В практиката много често радиовълните се описват, вместо с честота, с дължина на вълната.
Дължина на вълната - Дължина на вълната е най-малкото разстояние между две еднакви фазови състояния на вълната. Означава се с l и се измерва в метри (m).
Връзката между честотата f и дължината на вълната l във въздуха се дава със скоростта на светлината във вакуум (с = 3.108 m/s) чрез следната зависимост:
l = c / f
Например за GSM 900, дължината на вълната l е: l = 3 х 108 / 900 MHz = 0.33 m (или 33 сантиметра)
Широчина на честотната лента - според честотата си елекромагнитните вълни се разделят на честотни обхвати. Широчина на честотната лента (честотен обхват, диапазон) е терминът, използван за описание на обхват от честоти, намиращи се в определени граници. Международното разделяне, използвано в радиотехниката, е представено на табл.3.1.
На фиг.3.2 е показано използването на съответните честотни обхвати от различни приложения.
Най-често в мобилните комуникации се използват радиовълни с честоти от 400 до 2 000 MHz. При тях се постига компромис между количеството на предаваната информация и големината на зоната на покритие.
Радиоканал - в зависимост от начина на предаване на информацията комуникационните канали биват: симплексен (с една посока на предаване) - радио, телевизия; полудуплексен (възможни две посоки на предаване, но разделени по време) - радиостанции за говорна връзка; дуплексен (с осигурени две посоки на предаване по всяко време) - мобилни системи за телефония и интернет достъп
Фиг.3.2 Използване на различни честотни обхвати
Дуплексно отместване - ползването на дуплексни канали изисква между предаването в права и обратна посока да бъде осигурено минимално честотно отстояние. То се нарича дуплексно отместване. Липсата на дуплексно отместване води до взаимни негативни влияния (смущения) между сигналите, предавани в противоположни посоки. На фиг.3.3 се вижда дуплексното отместване за стандарта GSM 900.
Фиг.3.3 Дуплексно отместване
Отделяне между носещите честоти и широчина на канала - освен дуплексното отместване всяка мобилна система включва и отделяне между носещите честоти. Това е разстоянието в честотната лента между каналите, използвани за предаване в една и съща посока. То е необходимо, за да се избегне припокриването на информация, предавана по два съседни канала. Честотният обхват, в който се разпределя електромагнитната енергия при предаване на информация по един канал, се нарича широчина на канала. На фиг.3.4 е показана връзката между широчината на канала в GSM и съответното отделяне на носещите от 200 kHz.
Фиг.3.4 Широчина на канала и отделяне между носещите честоти в GSM 900
Основни проблеми при предаване в клетъчни системи - проблемите, които могат да възникнат при разпространение на радиовълните, обикновено са: загуби от разсейване при разпространение на радиовълните, което представлява естественото затихване с увеличаване на разстоянието от предавателната антена; фадинг (засенчване) или фадинг на Релей (наричан още многопътен фадинг), който представлява затихване на радиосигнала, поради наличието на прегради между приемника и предавателя; дисперсия (отместване) във времето, възникващо поради многопътното разпространение и причиняващо междусимволна интерференция (само в цифрови системи); закъснение във времето на приетата информация (само в цифровите системи).
Дълготрайно затихване на сигнала. Загуби при разпространение.
Поради разсейването на енергията на радиовълните, затихването на излъчените сигнали в свободно пространство теоретично е обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от предавателната антена. За мобилните системи това затихване е обратно пропорционално приблизително на разстоянието на четвърта степен (фиг.3.8).
Фиг.3.8 Загуби при разпространение на радиовълните
Проблемът със загубите на мощността на сигналите по радиотрасето трябва да се вземе предвид, когато се проектира мрежата и се определят броят на базовите станции в областта и необходимата излъчвана мощност в клетките.
Загуби от засенчване - Мобилните телефони, използвани в мобилните клетъчни мрежи, обикновено се движат през области с препятствия с различен размер като планини, сгради и тунели. Понякога тези пречки засенчват или напълно отсичат радиосигнала. Въпреки че последствията от такива засенчващи ефекти зависят от размера на препятствието и от разстоянието до него, мощността на приетия сигнал неизбежно варира. Този тип фадинг се нарича фадинг от засенчване (фиг.3.9).
Фиг.3.9 Фадинг от засенчване
С цел минимизиране на ефекта от фадинга при засенчване базовите станции се разполагат колкото се може по-високо или близко една до друга, така че мобилните телефони да могат да комуникират около големите препятствия чрез смяна на базовата станция.
Краткотрайно затихване - нарича се фадинг на Релей или многопътен фадинг възниква поради приемане на няколко сигнала в приемника – отразени от близки обекти. Тези сигнали, пристигащи от различни посоки, се различават по фаза, когато достигнат до приемната антена, тъй като са изминали различни разстояния. При придвижването на предавателя или приемника разликата във фазите се променя и понякога причинява усилване на сигнала, а понякога - отслабване. Това води фадинг, който в много случаи причинява силно затихване на сигнала (спадове на фадинга).
Фиг.3.10 Многопътно разпространение на радиосигналите
Фиг.3.11 Фадинг на Релей
За да се минимизира негативния ефект от фадинга на Релей, нерядко базовите станции имат по две приемни антени, монтирани на дадено разстояние една от друга, за да се намали влиянието на смущенията, възникващи като резултат от фадинга на Релей. Тази организация се нарича пространствено разнесено приемане (фиг.3.12)
Фиг.3.12 Пространствено разнесено приемане
Като алтернатива или допълнение на пространственото разнесено приемане, което може да се използва в цифровите системи, е въвеждането на скачане на носещата (честотно разнесено приемане). Тъй като разстоянието между спадовете в нивото на сигнала зависи от използваната честота, спадовете ще се появяват на различно разстояние за различни честоти. Вероятността да се приеме добър сигнал се увеличава, ако се прилага метод на смяна на честотните канали в кратки интервали. На фиг.3.13 е илюстрирано скачането на носещата в GSM. По време на TDMA цикъл с номер N се използва честота f1, а по време на TDMA цикъл с номер N+1 се използва друга честота f2. Повикването използва един и същи времеинтервал, но сменя честотата съгласно предварително определен образец.
Фиг.3.13 Скачане на носещата в GSM
Параметри на времевата дисперсия и вариантност - друг проблем, причинен от отражението на радиосигналите, е отместването (дисперсия) във времето. На фиг.3.14 е илюстрирано предаването и приемането на последователност от битове (в случая единица, последвана от нули). Мобилният телефон приема два сигнала: единият от тях е отразен от обект на разстояние няколко километра от него. Ако разликата в разстоянието, пропътувано от двата сигнала, е близо 2 километра, мобилният телефон ще приеме 0 от директния сигнал (третия бит) и единица от отразения сигнал (първия бит). Това явление се нарича междусимволна интерференция. Ако отразеният сигнал е с достатъчно голяма мощност, такава интерференция ще причини затруднения при определяне на това, какво е прието: 1 или 0.
Фиг.3.14 Отместване във времето
Описание на обвивката на сигнала
Няма коментари:
Публикуване на коментар