Реферат: Сотовая связь

Многоотводный ответвитель. Затем сигнал попадает в прибор, называемый многоотводным ответвителем (multicoupler). Назначение его состоит в том, чтобы разбивать два принятых сигйала на два выходящих коаксиальных кабеля для разделения между собой различных передач. Функция многоотводного ответвителя противоположна функции сумматора, но оба этих устройства позволяют отделять друг от друга радиочастоты различных телефонных звонков.

Вы помните, что каждый приемник (трансивер) имеет две приемные антенны RX0 и RX1. Поэтому многоотводный ответвитель и разделяет сигналы, пришедшие с этих двух антенн. Трансивер выбирает один из лучших сигналов, пришедших с антенн, и отправляет его на дальнейшую обработку. Как только трансивер выбрал лучший сигнал, тот отправляется на аудиовыходы, а затем в мобильный центр коммутации. Уменьшение стоимости оборудования является основной задачей при построении сети. Емкость беспроводной системы определяет количество радиоканалов, которое может обеспечить базовая станция. Существует несколько подходов к управлению емкостью системы. В данной главе мы рассмотрим основные методы, которые используются в беспроводных системах связи для регулирования емкости. Каждый конкретный метод зависит от самого оператора, а также от нескольких других факторов: от технической практики оператора, используемой технологии, а также от того, какие методы более выгодны экономически и какие методы могут быть легче внедрены при использовании цифровых технологий. В конечном счете, метод, с помощью которого операторы увеличивают емкость своей сети, зависит от самого оператора и типа используемой беспроводной технологии.

.Деление обслуживаемой территории на соты

Разделить обслуживаемую территорию на соты (Рис.1) можно двумя способами: 1) основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, 2) основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района.

При реализации первого способа всю обслуживаемую территорию делят на одинаковые по форме соты, а затем с помощью закона статистической радиофизики определяют их размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния.

Для оптимального (т. е. без перекрытия или пропусков участков) разделения территории на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как если антенну с круговой диаграммой направленности установить в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всей соте.

При использовании первого способа интервал между сотами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого для обеспечения допустимого уровня взаимных помех.

Более приемлем второй способ разделения на зоны обслуживания. В этом случае тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального количества базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов на всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

Рис.1. Деление на соты

.Функционирование систем сотовой связи

В системах радиальной или радиально-зоновой УКВ-связи, максимальная дальность действия зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума и ограничивается необходимостью прямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных) систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ограничено, поскольку разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).

В 1970-е годы был предложен новый принцип организации связи, который позволил увеличить количество абонентов и повысить качество связи. Было предложено разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами(Рис.2).

Рис.2. Принцип работы

7. Влияние Земли и атмосферы на распространение радиоволн

Атмосферой называется газообразная оболочка Земли, простирающаяся на высоту более 1000 км. С точки зрения распространения радиоволн атмосферу Земли разделяют на три области, обладающие определенными отражающими и поглощающими свойствами: тропосферу (простирающуюся от поверхности Земли до высоты 10...15 км); стратосферу (ограниченную снизу тропосферой, а сверху высотой примерно 60...80 км) и ионосферу (лежащую за пределами стратосферы вплоть до высот 15...20 тыс. км), представляющую собой ионизированный воздушный слой малой плотности над стратосферой, переходящий затем в радиационные пояса Земли.

Под влиянием лучей Солнца, космических лучей и других факторов воздух ионизируется, т.е. часть атомов газов, входящих в состав воздуха, распадается на свободные электроны и положительные ионы. Ионизированный воздух оказывает сильное влияние на распространение радиоволн.

Как известно, воздух не вызывает ослабления радиоволн практически во всех диапазонах частот и, казалось бы, поэтому земная волна должна распространяться без поглощения. Однако это верно лишь в том случае, если земная волна проходит высоко над поверхностью Земли. Если же радиоволны проходят вблизи от поверхности Земли, то часть энергии волны отклоняется в землю. Происходит это потому, что скорость распространения радиоволн в земле меньше, чем в воздухе, и при движении их вдоль поверхности Земли нижний край волны отстает от верхнего, фронт волны наклоняется и помимо движения вдоль поверхности Земли происходит ее распространение сверху вниз.

Если бы поверхностный слой Земли был идеально проводящим, радиоволны отражались бы от него без потерь, т.е. поверхностный слой Земли в этом случае был бы экраном, препятствующим прохождению волн в глубь почвы. В реальных условиях поверхностный слой Земли не является ни идеальным проводником, ни идеальным изолятором. Радиоволны, попавшие в этот слой, возбуждают в нем переменные электрические токи, которые часть своей энергии расходуют на нагрев почвы. Величина потерь энергии в поверхностном слое Земли сильно зависит от частоты радиоволн и сопротивления почвы электрическому току. В почве с увеличением частоты радиоволн величина индицируемой ЭДС возрастает и соответственно увеличиваются токи поверхностного слоя Земли, которые создают электромагнитное поле обратного направления. Поэтому дальность распространения поверхностных волн очень быстро уменьшается с увеличением частоты.

При уменьшении проводимости грунта радиоволны глубже проникают в почву и, следовательно, возрастает их поглощение. Кроме того, с ростом частоты ухудшаются условия огибания (дифракции) радиоволнами препятствий.

Для построения многоканальных радиосистем передачи и систем подвижной радиосвязи в основном используются ультракороткие волны (УКВ) или радиоволны очень высоких (ОВЧ) и ультравысоких (УВЧ) частот, а также радиоволны сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот

Этот диапазон радиоволн является наиболее широко используемым участком радиодиапазона. Большая частотная емкость этого диапазона и ограниченный пределами прямой видимости радиус действия позволяют разместить большое число одновременно работающих станций и осуществлять передачу информации в широкой полосе частот. Этот участок радиодиапазона позволяет одновременно передавать большое число телевизионных программ, организовать тысячи телефонных каналов аналоговых и цифровых систем передачи. Диапазон широко используется для радиолокации, радионавигации, связи с искусственными спутниками Земли. Диапазоны ОВЧ и УВЧ широко используются для телевидения, радиовещания и радиосвязи с подвижными объектами. Диапазоны СВЧ и КВЧ отведены для различных видов многоканальной связи.

Распространение ультракоротких волн.

К ультракоротким волнам (УКВ) в соответствии с Международным регламентом радиосвязи относятся волны короче 10 м, охватывающие два диапазона: от 30 до 300 МГц (10...1 м - метровые) и от 300 до 3000 МГц (1...0,1 м - дециметровые волны).

Радиоволны этого диапазона распространяются в основном по прямолинейным траекториям, и им практически не свойственна дифракция, они слабо отражаются от тропосферы, и не испытывают регулярных отражений от ионосферы, уходя в космическое пространство.

Радиус действия систем передачи, работающих в этих диапазонах, ограничен в основном пределами прямой (оптической) видимости между передающей и приемной антеннами (рис. 1.8).

Рис 1.8. К определению расстояния радиовидимости

Незначительная дифракция радиоволн (огибание сферической поверхности Земли у горизонта) и слабая рефракция (отклонение направления распространения радиоволн от прямолинейного) в нижних слоях тропосферы несколько увеличивают расстояние радиовидимости (примерно на 15%), которое рассчитывается по формуле

, (1.5)

где l0- расстояние радиовидимости, км; h1, и h2- высоты подвеса передающей и приемной антенн, м. Радиовидимость нельзя путать с прямой видимостью антенн.

Таким образом, если высота подвеса антенн h1 = h2= 25 м, то расстояние радиовидимости составит 41,2 км. Для осуществления связи на большие расстояния необходимо между пунктами А и Бустанавливать промежуточные станции (или ретрансляторы) либо поднимать антенны на большие высоты. Первый принцип используется в радиорелейных системах передачи, где станции располагаются на расстоянии 50...70 км. Для увеличения зоны обслуживания телевизионного вещания используются антенны, расположенные на башнях большой высоты.

Связь в пределах радиовидимости характеризуется возможностью одновременного прихода в точку приема не только прямой волны, но и волны, отраженной от земной поверхности (рис. 1.9); рисунок построен в предположении, что расстояние между антеннами не превышает l ≤ 0,2l0, когда сферичностью поверхности Земли можно пренебречь и считать ее плоской.

Как следует из рис. 1.9, в точке А на высоте h1 над Землей расположена передающая антенна, а в точке Б на высоте h2- приемная. Расстояние между антеннами равно l.

Рис. 1.9. Двулучевая модель распространения радиоволн в ОВЧ и УВЧ диапазонах

В точку Б приходят две волны: прямая (рис. 1.9, 1) и отраженная от земной поверхности в точке С (рис. 1.9, 2). В точке приема имеет место явление интерференции прямой и отраженной волн. Фазовый сдвиг между прямой и отраженной волнами равен

, (1.6)

где к уже известным обозначениям добавились новые: λ - длина радиоволны и φс - фазовый сдвиг при отражении волны от земной поверхности в точке С.

При изменении любой из величин h1, h2или l, определяющих разность хода прямой (рис. 1.9, 1) и отраженной (рис. 1.9, 2) волн, изменяются условия их интерференции и напряженность поля приемной антенны будет иметь резко осциллирующий характер, при котором имеют место интерференционные максимумы и минимумы.

Интерференционные максимумы появляются при условии, что прямая и отраженная волны приходят в точку приема с одинаковыми фазами, т.е.

, (1.7)

и, следовательно, происходит как бы усиление напряженности поля в точке приема.

Если прямая и отраженная волны приходят в точку приема в противофазе, т.е.

 (1.8)

то имеют место интерференционные минимумы и, следовательно, происходит ослабление напряженности поля в точке приема.

Если расстояние между передающей и приемной антеннами l > 0,2l0, то следует учитывать сферичность земной поверхности. Она проявляется в уменьшении разности хода прямой и отраженной волн, а также в расходимости отраженной волны. Для учета влияния сферичности на разность хода вместо истинных высот антенн h1 и h2вводятся приведенные высоты, определяемые как высоты антенн над плоскостью, касательной к поверхности Земли в точке отражения С.

Расходимость волны при отражении ее от сферической поверхности проявляется в увеличении телесного угла отраженной волны по сравнению с телесным углом падающей волны. При этом плотность потока мощности отраженной волны уменьшается по сравнению со случаем отражения волны от плоской поверхности.

Интерференционные явления могут быть сведены до минимума оптимальным подбором высот антенн, расстояний между ними и длины волны.

Особенности распространения радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов или сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот.

Такие радиоволны распространяются от источника излучения к месту приема подобно волнам света - в виде прямолинейных лучей. Необходимым условием для распространения таких радиоволн является отсутствие на их пути экранирующих (затеняющих) препятствий. Связано это с тем, что эти радиоволны обладают крайне слабой способностью дифрагировать на препятствия (огибать препятствия). Считается, что радиус действия технических средств СВЧ и КВЧ диапазонов ограничивается расстоянием прямой видимости (не путать с прямой радиовидимостью).

Другими словами, передающая и приемная антенны должны находиться на одной прямой - «видеть» друг друга. На наземных линиях радиосвязи расстояние прямой видимости определяется высотой подвеса передающей и приемных антенн и обычно не превышает 40...60 км. Однако это обстоятельство не мешает строить наземные линии радиосвязи протяженностью в сотни и тысячи километров. В этом случае, как отмечалось выше, используется принцип последовательной ретрансляции сигналов (см. рис. 1.6). Так строятся радиорелейные линии связи прямой видимости.

Радиоволны нижней части СВЧ диапазона (до 3...5 ГГц) обладают свойством рассеяния на неоднородностях тропосферы - нижней части атмосферы Земли (от нескольких сотен метров до 10..12 км). В ней всегда есть локальные объемные неоднородности, вызванные различными физическими процессами. Эти неоднородности обладают свойством переизлучения радиоволн, падающих на них. Энергия переизлучения волн может улавливаться приемной антенной, находящейся далеко за пределами прямой видимости. Механизм тропосферного рассеяния радиоволн называют дальним тропосферным распространением радиоволн,позволяющим создавать так называемые тропосферные радиорелейные линии с расстоянием между станциями передачи и приема 300...500 км.

Для рассматриваемых диапазонов также характерно явление интерференции радиоволн прямых, идущих к месту приема непосредственно от источника излучения, и отраженных от тех или иных объектов (поверхности Земли, зданий и т. п.).

Список используемой литературы

Баскаков С.И. 1992 Электродинамика и распространение радиоволн

Википедия «сотовая связь»

Учебное пособие «История связи и перспективы развития телекоммуникаций» Цветов М. А.