Общие принципы сотовой связи

3.  Разговор ведется на большом удалении от ближайшей базовой станции — на 
краю или за пределами зоны действия сотовой системы. Сигнал сильно ослаб 
лен, но распространяется горизонтально. Целесообразно применить антенну с 
усилением не менее 7 дБ, предпочтительно штыревую.

При осуществлении связи  со стационарных объектов (квартир, офисов, дач) целесообразно использовать направленные внешние антенны. Конечно, при этом телефон становится менее «мобильным», так как он будет подключен через специальный адаптер к антенному кабелю, но качество связи во многих случаях становится даже выше, чем при движении рядом с базовой станцией.

Сейчас практически в  каждом салоне связи можно купить самые разнообразные автомобильные и стационарные антенны. Попробуем разобраться, нужна ли вообще дополнительная внешняя антенна, чем они отличаются друг от друга, как выбрать подходящую модель.

Начнем с наиболее часто  встречающегося примера использования  мобильного телефона — в движущемся автомобиле. В этом случае выносные антенны отводят излучение телефона от головы, а также увеличивают его чувствительность. Используя автомобильную антенну, вы улучшаете качество связи, продлеваете срок работы батареи телефона и ограждаете себя от электромагнитного излучения. Можно просто поставить магнитную антенну на крышу автомобиля или закрепить ее на боковом стекле.

Почему же связь из автомобиля хуже, чем на открытом месте, и что  же конкретно происходит?

Внутри автомобиля работоспособность  телефонного аппарата резко понижается, поскольку в нем сигнал от базовой  станции принимается намного  хуже, чем снаружи.

Внутри автомобиля излучение  от собственной антенны телефона многократно отражается, в результате чего все пассажиры оказываются  сидящими как бы внутри микроволновой печи.

Принимая недостаточно сильный  сигнал, аппарат получает от базовой  станции команду повысить уровень  мощности; следовательно, увеличивается  уровень излучения и повышается расход электроэнергии.

Радиосигнал, излучаемый телефоном, может отразиться на работе электронных  устройств и систем автомобиля.

Внешняя антенна не только помогает избежать вышеперечисленных  неприятностей, но и улучшает качество связи. Достигается это в основном благодаря выведению сигнала за пределы автомобиля и более эффективному перераспределению диаграммы направленности антенны.

Ha сегодняшний день наибольшее  распространение получили коллинеарные  и планарные антенны. У каждой  есть свои плюсы и минусы. Так,  коллинеарные антенны способны  усиливать сигнал вне зависимости  оттого, в какой стороне от  них расположена базовая станция,  зато планарные располагаются  внутри автомобиля и, как следствие, более защищены от атмосферных воздействий и любителей чужой собственности.

Согласно теории распространения  электромагнитных волн, для оптимального функционирования в автомобиле антенна  должна: равномерно излучать сигнал во все стороны в горизонтальной плоскости (имеет круговую диаграмму  направленности), иметь хорошее заземление, находиться как можно выше и на достаточной площади заземленной поверхности. При этом, если антенна штыревая, угол отклонения от вертикали не должен превышать 15°. Из всего этого следует, что наилучшие показатели (для связи в автомобиле) будут обеспечиваться штыревой антенной, врезанной в центр крыши.

Обычно автомобильная  антенна состоит из двух частей: внешней (штырь и внешняя часть  базы) и внутренней (внутренняя часть  базы или коробка связи, к которой  подключается кабель). Надежное соединение внешней и внутренней частей жизненно важно для обеспечения эффективной  работы антенны. Выбор места на автомобиле, где будет крепиться антенна, имеет значение не только с точки  зрения удобства. Расположение антенны  относительно металлического кузова автомобиля влияет на ее характеристики, из-за чего номинальное усиление, указанное в паспорте антенны, может только приблизительно соответствовать реальному. Лучше всего, если антенна установлена в сквозное отверстие в крыше автомобиля, поскольку в этом случае обеспечивается непосредственный контакт всех ее элементов. В этом положении усиление практически соответствует номинальному, а диаграмма направленности — круговая. Но если кто-то не хочет сверлить отверстие в крыше, можно воспользоваться другими способами установки: «сквозь стекло», на боковое стекло и на багажник.

Монтаж антенны на бампере  существенно искажает ее диаграмму  направленности. Антенны с большим усилением так крепить не рекомендуется. Расположение антенны на багажнике или капоте даст промежуточный результат. При установке «сквозь стекло» антенна чаще всего размещается у верхнего края заднего стекла автомобиля. Внешняя часть базы антенны со штырем крепится снаружи, а коробка связи — внутри салона. Потери обычно не превышают 0,5-1 дБ. Однако следует помнить, что антенна не будет эффективно работать, если стекло, к которому она прикрепляется, тонированное. Нельзя ставить антенну и поверх проводников обогревателя. Кроме того, многие автомобили высшего класса имеют стекла с двойным покрытием и в этом случае устанавливать антенну «сквозь стекло» тоже нельзя.

Временный способ установки  антенны на крышу с помощью  магнитного основания имеет ряд очевидных преимуществ. Антенна может быть установлена в центре крыши, что обеспечивает круговую диаграмму направленности и не требует сверления отверстия. Однако такую антенну легко снять, а значит, легко и украсть.

Соединительный кабель от телефонного аппарата к антенне  обычно выводится через дверь  и может быть легко поврежден. Есть еще один способ временной установки  антенны — на боковое стекло. В этом случае кабель проходит внутри салона, и украсть такую антенну сложнее. И хотя диаграмма направленности отнюдь не идеальна, качество связи будет вполне приемлемым. Существуют варианты крепления, позволяющие регулировать положение излучателя антенны по вертикали.

Кабель часто входит в  комплект поставки антенны — обычно это неразъемное соединение. Исходная длина кабеля, как правило, составляет 3 м; при монтаже антенны его обрезают, вследствии чего приходится устанавливать разъем на конце кабеля, обращенном к телефону. Эту операцию нужно делать тщательно — неправильно установленный разъем способен нарушить работу всей системы. Соединение кабеля с телефоном бывает прямым и опосредованным — через устройство громкой связи.

В первом случае кабель присоединяется через дополнительный разъем телефонного аппарата. Во втором случае кабель присоединяется к устройству громкой связи, а телефон вставляется в гнездо этого устройства. Некоторые модели телефонов не имеют специального гнезда для сменной антенны, и поэтому их можно присоединять только через устройство громкой связи (иногда можно отсоединить штатную антенну и подсоединить кабель вместо нее, но это неудобно).

Во втором случае можно  устанавливать и использовать недорогие  стационарные направленные антенны  для мобильных телефонов в  городах и селах, расположенных вокруг базовых станций операторов сотовой связи на удалении до 35 км (GSM-900), до 40-45 км (D-AMPS), до 55-60 км (CDMA), до 70 км (NMT-4501) в зависимости от рельефа местности.

Сотовый телефон с внешней  антенной с успехом заменит обычный  и сможет помочь не только передать важные новости, но и вызвать экстренную помощь и спасти жизнь человеку в  критической ситуации.

Основными разновидностями  направленных антенн являются антенны  типа «волновой канал» и логопериодические. Наибольшее распространение получили первые. Они обладают большим усилением и просты в изготовлении. Лого-периодические антенны более сложны и дороги, однако они имеют большую полосу частот и не требуют дополнительной настройки.

Антенна типа «волновой  канал» состоит из ряда параллельных вибраторов, расположенных в одной плоскости: полуволнового линейного или петлевого вибратора, к которому подключен кабель снижения (активный вибратор), рефлектора и директоров (пассивные вибраторы).

Длина рефлектора и его  расстояние до активного вибратора  подобраны таким образом, что излучение рефлектора ослабляет излучение активного вибратора в обратном направлении и усиливает его в прямом направлении. Таким образом, рефлектор является своеобразным отражателем, обеспечивающим формирование однонаправленной характеристики излучения (приема). Нередко в качестве рефлектора используется система вибраторов или сетка. Усилению излучения в прямом направлении способствуют директоры, которые возбуждаются, как и рефлектор, под воздействием излучения активного вибратора. Следовательно, казалось бы, усиление антенны тем больше, чем больше у нее директоров. Однако чем больше количество директоров в антенне, тем меньше сказывается на ее усилении добавление каждого нового директора и тем сложнее добиться согласованной работы всех директоров. Одновременно это ведет к сужению полосы пропускания антенны.

К достоинствам антенны типа «волновой канал» можно отнести  сравнительно высокое усиление при  простоте конструкции.

К недостаткам этой антенны  следует отнести сложность ее настройки при числе директоров более трех. Антенны, даже собранные  по одному чертежу на одной и той  же линии, оказываются настроенными по-разному и не допускают дополнительной настройки. Таким образом, реальное усиление такой антенны значительно ниже указанного (в среднем на 3—4 дБ). Кроме того, узкая полоса пропускания ведет к резкому снижению усиления в тех системах связи, где используют дуплексные частоты с большим разносом. Например, стандарт DAMPS использует частоты 824—840 и 869—894 МГц и использование антенны типа «волновой канал», настроенной на середину этого диапазона, приводит к заметному ухудшению работы антенны на краях диапазона (то есть на рабочих частотах). То же самое относится к стандартам GSM-900, GSM-1800.

Логопериодические антенны — это один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности и постоянным усилением в широком диапазоне частот.

У такой антенны во всем диапазоне частот обеспечивается хорошее  согласование антенны с фидером. Логопериодическая антенна образована собирательной линией в виде 2-х труб, расположенных параллельно, к которым поочередно через один крепятся вибраторы.

Рабочая полоса частот антенны  со стороны нижней частоты зависит  от размеров наиболее длинных вибраторов, а со стороны верхней частоты — от размеров наиболее коротких вибраторов. Усиление антенны определяется количеством вибраторов, каждый из которых является активным. Следовательно, задав полосу частот (размеры максимального и минимального вибраторов), можно получить достаточно высокий коэффициент усиления во всем диапазоне за счет

увеличения количества вибраторов. Логопериодические антенны хорошо работают в широкополосных системах связи: DAMPS, GSM-900, GSM-1800 и, конечно, в относительно узкополосных, например, в системе многостанционного доступа с кодовым разделением каналов CDMA (ширина полосы частот 1,5 МГц). Они не требуют дополнительной настройки, поскольку все вибраторы являются активными и расстроены один относительно другого на постоянную величину, являющуюся характеристикой антенны.

К. недостаткам этой антенны  можно отнести ее более сложную  конструкцию и повышенную трудоемкость в изготовлении по сравнению с  антенной типа «волновой канал».

Таким образом, в системах сотовой связи стандартов CDMA, DAMPS, GSM-900/ 1800 целесообразно применять  логопериодические антенны с  необходимым для каждого конкретного  случая усилением. На границе зоны покрытия наиболее эффективны антенны типа «волновой канал», однако настройка этих антенн должна выполняться специалистом. Также следует обратить внимание на материал, из которого изготовлена антенна. На частотах 800—900 МГц, а тем более 1800 МГц, несколько лучший результат дает использование материалов с высокой проводимостью — таких, как медь, латунь. Это повышает добротность антенны и сводит к минимуму потери.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 General principles of cellular communication

1.1 History of development of cellular communication

The first system of radio communication, offering services to all comers, and became operational in 1946 in the city. St. Louis (USA). Cordless phones, used in this system, used a conventional fixed channels. If the communication channel is busy, the user manually diverted to other"free". The equipment was bulky and inconvenient to use.

With the development of technology systems of radio communication improved: decreased size of devices, to master new frequency ranges, improved basic and switching equipment, in particular, there was a function of automatic selection of free channel trunking trunking). But the huge demand for the services of radio telephone communication of the occurred problem. The main of them is a limited frequency resource: the number of fixed frequencies in a certain frequency range cannot increase indefinitely, so cordless phones with loved ones by the frequency of working channels create mutual interference. Scientists and engineers of different countries have tried to solve this problem. And here in the mid-1940s research center, Bell Laboratories of the american company AT&T introduced the idea of partitioning the territory served on small plots, which were called the honeycombs (from English, cell - cell, sota). Each cell had to be serviced by a transmitter with a limited radius of action and a fixed frequency. This would allow unrestricted use the same frequency again in another cell.

But it took more than thirty years, before such a principle of organization of communication has been implemented at the hardware level. And all these years the development of the systems of cellular communication was conducted in various countries of the world are not of one and the same areas.

Analogue these systems are so called because they use analog method of information transmission with the help of a usual frequency (FM) or phase modulation (FM) , as in conventional radio stations. This method has two major drawbacks: there is a possibility to listen to other subscribers, there are no effective methods of struggle with fading signals under the influence of the surrounding landscape and buildings or in consequence of the movement of subscribers.

The use of different standards of cellular communication and the big congestion of allocated frequency bands began to hinder its widespread application. In fact, sometimes on the same phone due to mutual interference could not speak even subscribers located in the two neighboring countries (especially in Europe).

Increase the number of subscribers was possible only in two ways: expanding frequency range (as it was done in the Uk - ETACS) or by going to the sound frequency planning, allowing more often use the same frequency.

Using the newest technologies and scientific discoveries in the field of telecommunication and signal processing enabled by the end of the 1980s come to a new stage of development of the systems of cellular communication - creation of the systems of the second generation, based on the digital methods of processing of signals. With a view to developing a common european standard of digital cellular communication for a dedicated for these purposes, the range of 900 Mhz in 1982. European conference of postal and telecommunications administrations (CEPT) - an organization, uniting the communications administration of the 26 countries- has created a special group Groupe Special Mobile. The acronym GSM and gave a name to the new standard (later, in view of the wide spread use of this standard all over the world, GSM began to unravel as Global System for Mobile Communications). The result of the work of this group became the report-the department in 1990, the requirements to the system of mobile communication of GSM standard, which uses the most modern development of the leading scientific-technical centers. To him, in particular, include the following: a time division multiplexing, encryption of messages and protection of data of a subscriber, the use of block and convolutional coding, a new type of modulation - OMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

In 1989., the year before the appearance of the technical basis of GSM, the british Department of trade and industry DTI (Department of Trade and Industry) has published the concept of "Mobile phones", which after the introduction of additions and amendments received the name "Network of personal communication" - PCN (Personal Communication Networks). The purpose of realization of the concept was to create a competition between the main participants of the market of mobile radio communication, so that by the year 2000 their subscribers was about 15% of the population of the country.