Автоматизированные системы обработки информации и управления

разрешение обычного факсимильного аппарата – 8 точек на 1 мм. Этого

достаточно, чтобы точно воспроизводить рукописные тексты и рисунки.

Считыватель изображения построен на основе устройства с зарядовой

связью. Подобная технология использована, на пример, в динамических ОЗУ и

ПЗУ. В отличие от обычного оперативного запоминающего устройства, кристалл

кремния с нанесенной на него регулярной структурой светочувствительных

ячеек памяти открыт для восприятия изображений. С помощью оптической

системы оно «построчно» переносится на кристалл. Микроконтроллер

синхронизирует перемещение оригинала и построечное считывание изображения

на светочувствительный элемент. Освещенные и затемненные участки оригинала

формируют в соответствующих ячейках кристалла значения «0» и «1». Таким

образом, изображение «оцифровывается» как это показано на Ошибка! Источник

ссылки не найден.. Оцифрованное изображение переносится в оперативную

память микроконтроллера. Для обеспечения высокого качества изображения,

зашиты от помех и уплотнения считанные в память цифровые коды

обрабатываются микроконтроллером.

Из оперативной памяти обработанный цифровой код поступает в

модем–модулятор/демодулятор электрических сигналов. Модем преобразует

цифровой код изображения в низкочастотный сигнал, передаваемый далее по

обычной телефонной линии. Встроенный в факсимильный аппарат модем построен

на основе цифровых процессоров сигналов, формирующих и обрабатывающих

электрические сигналы. От способа модуляции (протокола), используемого в

модеме, зависит скорость передачи изображения. Данные протоколы в

соответствии с рекомендациями Международного консультативного комитета по

телефонии и телеграфии (МККТТ) классифицируются по четырем группам.

В современных факсимильных аппаратах используют протоколы третьей и

четвертой групп МККТТ (G3 и G4). Они позволяют передавать по телефонным

каналам оцифрованные изображения. Время передачи изображения формата А4

составляет менее одной минуты при использовании скорости передачи по

телефонной линии 9600 Вод. Протоколы G3 приведены в Табл. 7.2.2.

Протоколы группы G3

Таблица 7.1.1

|Скорость |Способ модуляции |Скорость |Частота несу |Протокол|

|передачи бит/сек| |модуляции, |щей, Гц | |

| | |Вод | |МККТТ |

|9600 |Шестнадцатимет-рич|2400 |1700 |V.29 |

| |ная QAM | | | |

|7200 |Восьмиричная AM |2400 |1700 |V.29 |

|4800 |8-фаз PSK |Д600 |1800 |V.27 |

|2400 |4-фаз PSK |1200 |1800 |V.27 |

|300 |FSK |300 |1650/1850 |V.21 |

Наименьшую скорость передачи характеризует наиболее простой протокол

V21 с частотной модуляцией (FSK). Большие скорости передачи достигаются при

применения более сложных протоколов V.27 и V.29, использующих фазовую

модуляцию (PSK) и ее модификацию – квадратурную амплитудную модуляцию

(QAM).

Важным элементом протоколов является кодирование (сжатие данных)

оцифрованных факсимильных изображений.

Оно не только приводит к сокращению объема передаваемой информации и

экономит время передачи изображений, но и обеспечивает совместимость

протоколов этой группы. Поэтому способы кодирования, как и способы

модуляции, входят в область стандартизации МККТТ.

Способы кодирование сигнала

Рекомендация этого комитета – Т.4 для факсимильной аппаратуры третьей

группы – устанавливает так называемую одномерную схему кодирования, в

которой кодируются длины белых и черных серий элементов изображений с

помощью кода Хаффмена, Строка развертки содержит 1728 белых или черных

элементов, каждый из которых отображается в оцифрованном изображении «0»

или «1». Таким образом, строчная развертка отображается в виде массива

строк двоичных цифр, которые образуют случайную последовательность. Код

Хаффмена учитывает статистические свойства черно-белых изображений и

представляет собой код длин серий «0» и «1», в котором длина кодовой

комбинации связана с вероятностью появления кодируемой серии в оцифрованном

массиве данного изображения. Чем больше вероятность (частота) появления

серии, тем меньше длина кодовой комбинации для такой серии. Для кодовых

комбинаций составляется специальная таблица, позволяющая восстановить

оригинальное содержание оцифрованного массива.

В общем случае полное кодовое описание строки изображения состоит из

трех частей:

«данные», «заполнение», «конец строки» (Рис. 7.1.4).

[pic]

Рис. 7.1.4. Кодовое описание строки

«Данные» – это последовательность кодовых комбинаций «черных» и

«белых» серий одной строки изображения, расположенная в последовательности

развертки строки. Код «конец строки» сопровождает комбинацию каждой строки,

а также предшествует первой строке развертки. Последовательность

«заполнение» (последовательность «0…0») передается между

последовательностями «данные» и «конец строки» для того, чтобы время

передачи строки было не менее установленного стандартом процедуры передачи.

Окончание передачи страницы документа обозначается серией из шести

последовательностей «конец строки».

Использование кодирования Хаффмена позволяет сократить объем

передаваемой информации от 3 до 5 раз, что значительно повышает

эффективность систем факсимильной передачи.

При приеме изображения модем демодулирует электрические сигналы,

поступающие по телефонному каналу. Микроконтроллер восстанавливает из

сжатого цифрового кода оригинальный код оцифрованного изображения, а затем

принятая факсимильная копия оригинального изображения распечатывается на

бумаге.

В факсимильном аппарате используются, как правило, недорогие и простые

устройства термопечати, обеспечивающие достаточно высокое разрешение.

Для выбора режимов управления факсимильным аппаратом (Рис. 7.1.5.) и ввода

команд служит специальная клавиатура, похожая на клавиатуру телефонного

аппарата с кнопочным управлением. Пользуясь ею, можно ввести в память

аппарата телефонные номера корреспондентов, извлекать из памяти номера для

соединения по телефону, производить набор телефонного номера, переключить

аппарат на режим обычного телефонного разговора.

[pic]

Рис. 7.1.5. Факсимильный аппарат

Всем этим управляет микроконтроллер аппарата. Кроме того, он

осуществляет и дополнительный сервис, полезный при оценке общего времени

работы аппарата, суммы оплаты телефонных счетов. В памяти аппарата ведется

и по команде с клавиатуры распечатывается на бумаге журнал работы аппарата.

В нем регистрируются, как правило, время всех сеансов приема и передачи

изображений, номера телефонов вызывавших или вызванных корреспондентов,

протокол сеанса, суммарная длительность сеанса передачи.

В настоящее время в мире эксплуатируются миллионы факсимильных

аппаратов, постепенно заменяющих в учреждениях телекс и телетайп. Это

объясняется важным преимуществом факсимильной связи по сравнению со

средствами буквопечатания. Для нее не требуется специальной сети для связи

с корреспондентами, используется обычная телефонная линия, причем наряду с

обычным телефоном. Факсимильный аппарат (как и обычный телефон) постоянно

подключен к сети и готов для приема или передачи документов.

Перспектива развития факсимильной связи

В последнее время факсимильная связь все шире внедряется в средства

передачи информации, построенные на основе персональных компьютеров и

систем электронной почты. Так как современный персональный компьютер часто

оснащается совершенными средствами для ввода/вывода графических

изображений. Естественно использовать подобные устройства и сам компьютер

для обмена изображениями, используя факсимильные протоколы.

Например, современный лазерный принтер имеет разрешение порядка 12

точек на 1 мм, что даже больше, чем при воспроизведении факсимильных

изображений. Подобное же разрешение имеют и сканеры – что делает возможным

их использование для считывания изображений. Компьютер лишь дополняется

специальным факсимильным модемом, реализующим стандартные протоколы

передачи оцифрованных и закодированных изображений. Факсимильный модем

часто позволяет не только передавать изображения, но и обычную информацию с

помощью протоколов V.22 или V.22 BIS, а также пользоваться информационными

системами и электронной почтой.

Практически все системы электронной почты имеют возможность передачи

сообщений (писем) на факсимильные аппараты. Для этого в сеть электронной

почты включаются факсимильные серверы, которые устанавливаются в различных

регионах страны. Это специальные компьютеры, оснащенные факсимильными

модемами и подключенными как к сети электронной почты, так и к местной

(региональной) телефонной сети. При необходимости передать сообщение на

факсимильный аппарат корреспондента информация сначала отправляется на

ближайший к корреспонденту факсимильный сервер, там коды текстового

сообщения преобразуются в графическое изображение текста, которое и

передает по местной телефонной линии на факсимильный аппарат. Таким

образом, текстовое сообщение, введенное в компьютер, скажем, в Москве, как

на удаленном принтере распечатывается на факсимильном аппарате,

установленном, например, во Владивостоке. В большинстве случаев доставка

сообщения средствами электронной почты через удаленный факсимильный сервер

более надежна и выгодна, чем по междугородному или международному телефону.

2 Сотовые телефоны

Принятые сокращения

AT&T - американской компании AT&T

ГУН - генератор управляющего напряжения

ДПКД - делитель с переменным коэффициентом деления

ЖКИ - жидкокристаллический индикатор

ИС - интегральная микросхема

МП - микропроцессор

ОАТС - общенациональная автоматическая телефонная сеть

ПБ - переносная батарея

ПЧ - промежуточная частота

РЧ - радиочастота

СБ - стационарная батарея

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты

ФКС - федеральная комиссия связи

2 Принципы построения сотовой сети

Введение

Возможность беседовать по телефону "на ходу" для большинства людей

всегда считалась недостижимой роскошью. Но согласитесь, что мобильная связь

– это удобно, а иногда и жизненно необходимо – можно позвонить из любого

места в любое время. Для многих абонентов именно последнее качество

оказывается определяющим – возможность позвонить в экстремальных ситуациях.

Мобильная связь с помощью переносных радиостанций существует уже почти

шестьдесят лет. Любительские и служебные системы радиосвязи хорошо известны

и широко используются. Однако они не обеспечивают непосредственного доступа

к Общенациональной автоматической телефонной сети (ОАТС). Некоторые

радиолюбительские радиостанции могут подключаться к ОАТС, но процедура

вхождения в телефонную сеть весьма сложна и длительна, а, кроме того, в

каждый конкретный момент ею может воспользоваться только один оператор и

только на короткое время.

Некоторое время назад было разработано такое радиотелефонное

оборудование, которое позволяет подключаться к ОАТС с помощью установленной

на автомобиле радиостанции. Такое построение сети позволяет вести

переговоры сразу многим абонентам одновременно – связь осуществляется на

различных частотах (каналах). Вся сеть подключается к ОАТС на центральной

станции системы.

Возможности радиотелефонной связи ограничены двумя факторами:

* Во-первых, в частотном диапазоне, выделенном для радиотелефонии

Федеральной комиссией связи (ФКС), можно разместить лишь

ограниченное количество каналов. Всего их может быть около 2000. На

первый взгляд это довольно много, но такого количества явно

недостаточно, чтобы обеспечить всех желающих, – очередь на

установку радиотелефонов огромная.

* Во-вторых, радиотелефонная сеть обязана быть централизованной, –

поэтому вас обслуживает одна-единственная компания. Территория, где

вы можете пользоваться радиотелефоном, ограничивается зоной

действия ее приемопередатчиков.

Система сотовой телефонной связи разрабатывалась с расчетом на

массового потребителя, поэтому охватываемые ею территории постоянно

расширяются, а стоимость услуг весьма невысока. В этой главе

рассматриваются принципы сотовой связи, и описывается устройство типичного

сотового телефона (Рис. 7.2.1).

[pic]

Рис. 7.2.1. Карманный сотовый телефон.

В традиционных радиотелефонных системах для расширения зоны

обслуживания и увеличения числа абонентов использовался чисто силовой

подход. Региональные станции увеличивали число радиоканалов и мощности

передатчиков до максимумов, которые еще допускала ФКС. Это привело к тому,

что зоны обслуживания располагались небольшими островкам, отделенными друг

от друга существенными расстояниями, поскольку в противном случае, из-за

использования одних и тех же частотных каналов, между соседними зонами

могли возникнуть недопустимые помехи. Увеличение мощности станций и

выделение ФКС более широкой полосы частот не решало проблемы. Поэтому

пришлось переосмыслить заново сам подход к мобильной телефонной связи.

Компания AT&T стала первой, кто занялся реконструкцией радиотелефонной

связи, и разработала новую систему AMPS (Advanced Mobile Phone Service),

известную сегодня просто как сотовая связь.

Истории развития сотовой связи

Первые радиотелефоны использовали обычные фиксированные каналы, и если

один из них был занят, абонент вручную переключался на другой. В 1946 г, в

городе Сант-Луис (США) впервые заработала подобная система радиотелефонной

связи.

С развитием техники системы радиотелефонии совершенствовались:

o уменьшались габариты устройств

o осваивались новые частотные диапазоны

o улучшалось базовое и коммутационное оборудование

o появилась функция автоматического выбора свободного канала.

Оставалась главная проблема: - ограниченность частотного ресурса при

огромной потребности в предоставлении услуг.

В середине 40-х годов исследовательский центр Bell Laboratories

американской компании AT&T предложил идею разбиения территории на небольшие

участки (Рис. 7.2.2), называемые сотами (от английского слова cell –

ячейка, сота). В основу был положен следующий принципы:

- Каждая из ячеек обслуживается передатчиком с ограниченным радиусом

действия и числом каналов. Это без помех позволило бы повторно

использовать те же самые частоты в другой ячейке.

Теоретически их можно использовать в соседней ячейке. Но на практике

зоны обслуживания сот могут перекрываться из-за различных факторов,

например, изменения условий распространения радиоволн. В результате

появляются взаимные помехи, что недопустимо. Поэтому в соседних ячейках

используются отличные от первой частоты. Группа ячеек с различными наборами

частот называется кластером. На (Рис. 7.2.2) размерность кластера равна

трем, но на практике это число может достигать пятнадцати.

[pic]

Рис. 7.2.2.

Этот принцип организации связи был реализован в 70 годы.

В Америке в 1983 году вступила в коммерческую эксплуатацию сеть

стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service).

В 1981 г., началась эксплуатация первых систем сотовой связи стандарта

NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) диапазона 450 МГц.

Несколько позже, в 1985 г., на базе NMT-450 был разработан стандарт

NMT диапазона 900 МГц, позволивший значительно увеличить емкость системы за

счет использования большего, частотного ресурса и расширить ее

функциональные возможности.

В 1985 г. Великобритания приняла в качестве национального стандарт

TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе AMPS.

Все названные здесь стандарты являются аналоговыми и относятся к

первому поколению систем сотовой связи. Их основные характеристики

приведены в (Табл. 7.2.1.).

Аналоговые стандарты сотовой связи

Табл. 7.2.1

|Характерист|AMPS (США) |NMT-450 |NMT-900 |TACS |Radiocom-20|

|ики системы| |(Скандинавс|(Скандинавс|(Великобрит|00 |

| | |кие страны)|кие страны)|ания) |(Франция) |

|Год ввода в|1983 |1981 |1986 |1985 |1985 |

|эксплуатаци| | | | | |

|ю | | | | | |

|Полосы | | | | | |

|частот на | | | | | |

|передачу, |870-890 |463-467,5 |935-960 |935-950 |424,8-427,9|

|МГц | | | |(917-933 | |

|- базовая |825-845 |453-457,5 |890-915 |ETACS) | |

|станция | | | |890-905 |418,8-421,9|

|-подвижная | | | |(872-888 | |

|станция | | | |ETACS) | |

|Разнос |30 |25 |25/12,5 |25 |12,5 |

|речевых | | | | | |

|каналов, | | | | | |

|кГц | | | | | |

|Общее число|666 |180 |1000/1999 |600 (640 |256 |

|каналов | | | |ETACS) | |

|Характерист|ФМ |ФМ |ФМ |ФМ |ФМ |

|ики |+/- 12 |+/-5 |+/- 5 |+/- 9,5 |+/-2.5 |

|телефонного| | | | | |

|сигнала: - | | | | | |

|тип | | | | | |

|модуляции –| | | | | |

|пиковая | | | | | |

|девиация, | | | | | |

|кГц | | | | | |

|Тип |FSK |FFSK |FFSK |FSK |FFSK |

|модуляции | | | | | |

|сигналов | | | | | |

|управления | | | | | |

|Типичный |2-20 |2-45 |0,5-20 |2-20 |5-20 |

|радиус | | | | | |

|ячейки, км | | | | | |

|Время |250 |1250 |270 |290 | |

|переключени| | | | |- |

|я на | | | | | |

|границе | | | | | |

|ячеек, мс | | | | | |

Примечание:

* AMPS - Advanced Mobile Phone Service (Передовые Услуга Подвижной

Связи)

* CDMA - Code Division Multiple Access (Много - станционный Доступ с

Кодовым Разделением каналов)

* СЕРТ - Conference of European Postal and Telecommunications

Administrations (Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи)

* DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying (Дифференциальная

квадратурная Фазовая Манипуляция)

* FSK - Frequency Shift Keying (Частотная Манипуляция)

* FFSK • Fast Frequency Shift Keying (Частотная Манипуляция с

минимальным сдвигом)

* GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying (Гауссовская Манипуляция с

Минимальным Сдвигом)

* GSM - Global System for Mobile Communications (Глобальная Система

Подвижной Связи)

* IS - Interim Standard (Внутренний Стандарт)

* JDC - Japan Digital Cellular (Цифровая Сотовая Связь Японии)

* NMT - Nordic Mobile Telephone (Скандинавский Сотовый Телефон)

* QPSK - Quadrature Phase Shift Keying (Квадратурная Фазовая

Манипуляция)

* TACS - Total Access Communications System (Система Связи Общего

Доступа)

* ПА - Telecommunications Industry Association (Промышленная

Ассоциация в области Связи)

Недостатки аналогового способа передачи информации

Аналоговый способ передачи информации с помощью обычной угловой

модуляции (ЧМ или ФМ), кроме простоты, имеет ряд существенных недостатков:

o возможность прослушивания разговоров;

o отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием

окружающего ландшафта и зданий или при движении абонентов.

Использование различных стандартов сотовой связи существенно мешало ее

широкому применению.

Увеличивать число абонентов можно было лишь двумя способами:

* Расширением частотного ресурса

* Переходом к рациональному частотному планированию, позволяющему

гораздо чаще использовать одни и те же частоты.

К концу прошлого десятилетия сотовая связь подошла к новому этапу

своего развития – созданию систем второго поколения на основе цифровых

методов обработки сигнала.

В 1982 г. была создала специальная группа Groupe Special Mobile с

целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для

выделенного в этих целях диапазона 900 МГц. Ее аббревиатура GSM и дала

название новому стандарту.

Первые технические требования к GSM были опубликованы в 1990 г. В 1992

г. в Германии вступила в коммерческую эксплуатацию. Позже, в связи с

широким распространением стандарта во всем мире, GSM стали расшифровывать

как Global System for Mobile Communications.

В GSM использовались самые современные разработки. К ним относятся:

o Применение временного разделения каналов

o Шифрование сообщений и защита данных пользователя

o Использование блочного и сверточного кодирования

o Новый вид модуляции – GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) и ряд

других.

Примечание:

Самая первая система сотовой связи стандарта NMT-450 вступила в

эксплуатацию в Саудовской Аравии, на месяц раньше, чем у себя на родине в

Скандинавии.

Цифровые стандарты сотовой связи

В 1991 г. он был утвержден цифровой стандарт сотовой связи. Табл.

7.2.2.

Табл. 7.2.2

|Характеристики |GSM |ADC (США) |JDC |CDMA (США) |

|Стандарта |(Западная | |(Япония) | |

| |Европа) | | | |

|Год ввода в |1992 |1992 |1991 |1994 |

|эксплуатацию | | | | |

|Рабочий |935-965 |824-840 |810-826 |824-840 |

|диапазон |890-915 |869-894 |910-956 |869-894 |

|частот, МГц | | | | |

|Метод доступа |Временное |Временное |Временное |Кодовое |

| |разделение |разделение |разделение |разделение |

| |каналов |каналов |каналов |каналов |

|Разнос каналов,|200 |30 |25 |1250 |

|кГц | | | | |

|Количество |8 |3 |3(6) |32 |

|речевых каналов| | | | |

|на несущую | | | | |

|Эквивалентная |25 |10 |8,3 (4,15) | |

|полоса на | | | | |

|речевой канал, | | | | |

|Гц | | | | |

|Вид модуляции |GMSK |тс /4 DQPSK |тс/4 DQPSK |QPSK |

|Возможный |0,5-35 |0,5-20 |0,5-20 |0,5-25 |

|радиус соты, км| | | | |

Структура сотовой системы

Сотовая связь коренным образом отличается от традиционной радиосвязи

(Рис. 7.2.3.). В ней не предусматривается создание отдельных, требующих

больших затрат энергии, каналов связи между каждой парой абонентов. Вместо

этого обслуживаемая территория делится на относительно небольшие ячейки

(соты). Станции, расположенные в каждой ячейке, имеют небольшую мощность,

полностью автоматизированы, и каждая из них соединена с центральной сотовой

станцией. Абоненты связываются не непосредственно с центральной, а только с

ближайшей станцией. Таким образом, на большом пространстве может быть

создана сеть из множества взаимосвязанных радиостанций.

[pic]

Рис. 7.2.3. Структура сотовой сети.

Принципиальным является то, что ячейки делаются небольшими: – радиус

действия каждой станции не превышает нескольких километров. В условиях

ограниченного диапазона частот тот же самый частотный канал можно

использовать снова, но, правда, не в соседней ячейке. Таким способом можно,

не расширяя полосу занимаемых частот, обеспечить сотовой связью весь земной

шар. Небольшая мощность передатчиков позволяет делать аппаратуру весьма

компактной и недорогой.

В Соединенных Штатах для сотовой связи выделен диапазон частот, в

котором можно разместить 666 телефонных каналов. Оборудование каждой ячейки

обеспечивает 45 двусторонних телефонных разговоров одновременно. Каждая

дуплексная связь ведется на двух частотах, следовательно, в каждой ячейке

используются 90 из 666 выделенных каналов. В соседних ячейках используются

другие каналы. В более удаленных ячейках, те же самые каналы могут

использоваться снова.

[pic]

Рис. 7.2.4. Распределение каналов между ячейками.

Предположим (Рис. 7.2.4.), что в центральной ячейке области 1

используются каналы с 1 по 90. Ни в одной из соседних с ней ячеек на этих

каналах вести переговоры уже нельзя из-за возможных взаимных помех, поэтому

в соседних ячейках будут использоваться другие из 666 частотных каналов.

Часть ячеек области 2 уже достаточно удалена, поэтому в них снова можно

использовать те же частоты, что и в области 1. Центральная сотовая станция

принимает сигналы от каждой из ячеек своей области и направляет их в ОАТС.

Когда абонент сотовой связи "снимает трубку" своего телефона,

ближайшая станция принимает передаваемые телефоном сигналы и выделяет два

свободных канала, по которым и осуществляется связь. Выбор каналов

полностью автоматизирован, – абонент не имеет отношения к этой процедуре.

После установки дуплексной связи центральная сотовая станция передает

обработку вызова обычной телефонной станции. После подключения к телефонной

линии вы услышите сигнал готовности.

Поскольку мобильный телефон перемещается в пространстве, уровень

принимаемого сигнала постоянно изменяется. Когда абонент приближается к

границе ячейки, центральная сотовая станция определяет, какая из соседних

ячеек оказывается в "лучшем положении". После этого связь с абонентом

передается аппаратуре следующей ячейки; такая процедура называется

перебросом вызова. Процесс переброса незаметен для абонента, его разговор

не прерывается.

У сотовой системы есть еще одно преимущество. Если различные

территории обслуживаются разными компаниями, они могут вступить в

соглашение и создать единую сеть. Многие компании так и поступили,

договорившись о взаимном обслуживании клиентов. Всякий раз, когда вы

выезжаете за пределы "своего" района, другая сотовая сеть автоматически

примет переброс вызова и продолжит вас обслуживать. Там, где две местности,

обслуживаемые различными компаниями, соседствуют одна с другой, сотовая

сеть может быть непрерывной.

Сотовая сеть расширяема как вширь, так и "вглубь". Можно не только

добавить новые ячейки к существующей сети, но и разделить существующие на

более мелкие, что позволит обслуживать большее количество абонентов.

3 Сотовые телефоны

Несомненно, сотовый телефон является наиболее совершенным и

эффективным из доступных для рядового потребителя средством связи. Условно

схему сотового телефона можно разделить на три модуля (Рис. 7.2.5.):

радиочастотный модуль, низкочастотный модуль и модуль управления.

Радиочастотный модуль

Радиочастотный модуль, показанный на Рис. 7.2.6, обрабатывает все

радиосигналы, принимаемые или передаваемые сотовым телефоном. Антенна

подключается к входному устройству (обычно это ферритовый вентиль,

дополненный селективными фильтрами), которое предотвращает попадание

сигналов передатчика на вход приемной схемы. Эффективность его такова, что

вход приемника не перегружается даже при мощности передатчика сотового

телефона в несколько ватт – это необходимо для обеспечения дуплексной

связи.

[pic]

Рис. 7.2.5. Устройство сотового телефона.

Принимаемые сигналы РЧ фильтруются и преобразуются в ПЧ схемой

приемника. Выходной сигнал ПЧ с радиочастотного модуля поступает на

низкочастотный модуль. Однако если в обыкновенных радиоприемниках

используется ручная настройка для установки частоты приема, то в сотовом

телефоне используется синтезатор частот, с помощью которого можно выбрать

любой из 666 выделенных каналов сотовой связи. Частоты канала, выбранного в

каждый конкретный момент времени, определяются модулем управления. Когда

сотовый телефон перемещается в пространстве от ячейки к ячейке, частоты

приема и передачи переключаются таким образом, чтобы соответствовать

доступным каналам связи в новой ячейке. Инструкции, предписывающие, на

какую частоту переключиться, поступают на телефон вместе с другими

сигналами управления со станции сотовой связи и декодируются модемом,

входящим в состав модуля управления телефона.

[pic]

Рис. 7.2.6. Радиочастотный модуль сотового телефона.

Речевые сигналы и служебные коды с низкочастотного модуля поступают на

схему передатчика, где ими модулируется несущая частота. Усиленный

модулированный РЧ сигнал подается на антенну. Несущая частота передатчика

устанавливается синтезатором и определяется управляющим кодом, переданным

на телефон приемопередатчиком той ячейки, в которой вы находитесь.

Синтезатор частот обычно строится на основе систем фазовой

автоподстройки частоты (ФАПЧ) и включает в себя опорные генераторы (обычно

два), частоты которых стабилизируются кварцевыми резонаторами, и два

генератора, управляемых напряжением (ГУН), вырабатывающих сигнал гетеродина

приемника и несущую передатчика. Сигналы обоих ГУН смешиваются в отдельных

смесителях с сигналом одного из опорных генераторов, в результате чего на

выходах смесителей выделяются сигналы разностных частот (между опорной

частоты и частотами ГУН). Частота сигнала второго опорного генератора

делится в определенное число раз двумя – один для несущей, другой для

гетеродина – делителями с переменными коэффициентами деления (ДПКД).

Коэффициент деления каждого ДПКД определяется управляющим кодом,

передаваемым сотовой станцией. Схема ФАПЧ сравнивает разностные частоты на

выходах смесителей с частотами на выходах ДПКД и подстраивает оба ГУН таким

образом, чтобы вышеуказанные частоты оказались равны. Таким образом,

частоты сигналов гетеродина и генератора несущей определяются, с одной

стороны, образцовыми частотами двух опорных генераторов, а с другой –

управляющими кодами сотовой станции, что гарантирует их высокую

стабильность.

[pic]

Рис. 7.2.7. Низкочастотный модуль сотового телефона.

Низкочастотный модуль

В низкочастотном модуле (Рис. 7.2.7.) происходит преобразование

сигналов ПЧ, поступающих с радиочастотного модуля, в звуковые сигналы,

которые можно услышать в громкоговорителе сотового телефона. Довольно часто

в сотовых телефонах устанавливается второй звукоизлучатель, он используется

для подачи сигнала "звонка". Тональные DTMF-сигналы набора и речевой сигнал

от микрофона проходят через фильтры, усилители, суммируются и подаются на

радиочастотный модуль (вместе с сигналами из модуля управления), где ими

модулируется несущая частота передатчика. Часть передаваемого речевого

сигнала возвращается в громкоговоритель для получения местного эффекта.

Работа приемника и передатчика звуковых сигналов координируется модулем

управления.

Модуль управления

Модуль управления (Рис. 7.2.8.) координирует работу всех узлов

сотового телефона. По своей архитектуре он похож персональный компьютер.

Функционирование микропроцессора (МП) осуществляется на основе инструкций

(программ), хранящихся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для временного

хранения данных, например, номера текущего канала связи, установленной

мощности передатчика и т.д., а также результатов логических или

математических операций, которые производятся при выполнении программы.

[pic]

Рис. 7.2.8. Модуль управления сотового телефона.

В ре-программируемом постоянном запоминающем устройстве (РПЗУ)

хранится информация, специфическая для каждого конкретного телефона:

например, назначенный сотовый телефонный номер. Радиочастотный и

низкочастотный модули и DTMF-генератор управляются сигналами, поступающими

непосредственно с МП.

Поскольку сотовые телефоны являются активными элементами сети, они

должны находиться с ней в постоянном контакте. Помимо речевых сигналов и

тональных DTMF-сигналов набора номера, сотовые телефоны должны передавать и

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10