Thực đơn
trang chủẢnh và video

Kết nối di động. Nguyên lý hoạt động của mạng GSM

aslan đã viết vào ngày 2 tháng 2 năm 2016

Thông tin liên lạc di động gần đây đã trở nên vững chắc trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta đến mức khó có thể tưởng tượng được xã hội hiện đại nếu không có nó. Giống như nhiều phát minh vĩ đại khác, điện thoại di động đã có ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của chúng ta và nhiều lĩnh vực khác. Thật khó để nói tương lai sẽ như thế nào nếu không có loại hình giao tiếp thuận tiện này. Có lẽ giống như trong bộ phim "Trở lại tương lai 2", nơi có ô tô bay, ván trượt và nhiều thứ khác, nhưng không có liên lạc di động!

Nhưng hôm nay, trong một báo cáo đặc biệt, sẽ có một câu chuyện không phải về tương lai mà về cách thức hoạt động và cấu trúc của thông tin di động hiện đại.


Để tìm hiểu về hoạt động của truyền thông di động hiện đại ở định dạng 3G/4G, tôi đã tự mời mình đến thăm nhà điều hành liên bang mới Tele2 và dành cả ngày với các kỹ sư của họ, họ đã giải thích cho tôi tất cả sự phức tạp của việc truyền dữ liệu qua điện thoại di động của chúng tôi. những cái điện thoại.

Nhưng trước tiên tôi sẽ kể cho bạn nghe một chút về lịch sử của truyền thông di động.

Các nguyên tắc của truyền thông không dây đã được thử nghiệm cách đây gần 70 năm - chiếc điện thoại vô tuyến di động công cộng đầu tiên xuất hiện vào năm 1946 tại St. Louis, Hoa Kỳ. Ở Liên Xô, nguyên mẫu của điện thoại vô tuyến di động đã được tạo ra vào năm 1957, sau đó các nhà khoa học ở các nước khác đã tạo ra các thiết bị tương tự với các đặc điểm khác nhau và chỉ đến những năm 70 của thế kỷ trước ở Mỹ mới xác định được các nguyên tắc hiện đại của truyền thông di động, sau đó sự phát triển của nó bắt đầu.

Martin Cooper là người phát minh ra nguyên mẫu điện thoại di động Motorola DynaTAC, nặng 1,15 kg và kích thước 22,5 x 12,5 x 3,75 cm

Nếu ở các nước phương Tây vào giữa những năm 90 của thế kỷ trước, thông tin liên lạc di động đã phổ biến và được hầu hết người dân sử dụng, thì ở Nga, nó mới bắt đầu xuất hiện và có sẵn cho mọi người cách đây hơn 10 năm.


Những chiếc điện thoại di động hình cục gạch cồng kềnh hoạt động ở định dạng thế hệ thứ nhất và thứ hai đã trở thành lịch sử, nhường chỗ cho điện thoại thông minh có 3G và 4G, khả năng liên lạc bằng giọng nói tốt hơn và tốc độ Internet cao.

Tại sao kết nối được gọi là di động? Bởi vì lãnh thổ nơi cung cấp thông tin liên lạc được chia thành các ô hoặc ô riêng biệt, ở trung tâm là các trạm cơ sở (BS). Trong mỗi ô, thuê bao nhận được cùng một bộ dịch vụ trong phạm vi ranh giới lãnh thổ nhất định. Điều này có nghĩa là khi di chuyển từ ô này sang ô khác, thuê bao không cảm thấy bị ràng buộc về lãnh thổ và có thể tự do sử dụng các dịch vụ liên lạc.

Điều rất quan trọng là phải có sự kết nối liên tục khi di chuyển. Điều này được đảm bảo nhờ cái gọi là chuyển giao, trong đó kết nối do thuê bao thiết lập dường như được các ô lân cận chọn trong một cuộc đua tiếp sức và thuê bao tiếp tục nói chuyện hoặc đi sâu vào mạng xã hội.

Toàn bộ mạng được chia thành hai hệ thống con: hệ thống con trạm gốc và hệ thống con chuyển mạch. Sơ đồ nó trông như thế này:

Ở giữa "ô", như đã đề cập ở trên, có một trạm gốc, thường phục vụ ba "ô". Tín hiệu vô tuyến từ trạm gốc được phát ra qua 3 ăng-ten khu vực, mỗi ăng-ten hướng tới “ô” riêng của nó. Điều xảy ra là một số ăng-ten của một trạm gốc được hướng vào một "ô". Điều này là do mạng di động hoạt động ở nhiều băng tần (900 và 1800 MHz). Ngoài ra, một trạm cơ sở nhất định có thể chứa thiết bị từ nhiều thế hệ truyền thông (2G và 3G).

Nhưng tháp Tele2 BS chỉ có thiết bị thế hệ thứ ba và thứ tư - 3G/4G, do công ty quyết định từ bỏ các định dạng cũ để chuyển sang định dạng mới, giúp tránh gián đoạn liên lạc thoại và cung cấp Internet ổn định hơn. Những người sử dụng mạng xã hội sẽ ủng hộ tôi vì thực tế là ngày nay tốc độ Internet rất quan trọng, 100-200 kb/s không còn đủ như cách đây vài năm nữa.

Vị trí phổ biến nhất cho BS là tháp hoặc cột được xây dựng riêng cho BS. Chắc chắn bạn có thể nhìn thấy các tháp BS màu đỏ và trắng ở đâu đó xa các tòa nhà dân cư (trên cánh đồng, trên đồi) hoặc nơi không có nhà cao tầng gần đó. Giống như cái này, có thể nhìn thấy từ cửa sổ của tôi.

Tuy nhiên, ở các khu vực thành thị rất khó tìm được nơi đặt một công trình kiến ​​trúc đồ sộ. Vì vậy, tại các thành phố lớn, các trạm gốc được đặt trên các tòa nhà. Mỗi trạm thu tín hiệu từ điện thoại di động ở khoảng cách lên tới 35 km.

Đây là những ăng-ten, bản thân thiết bị BS được đặt trên gác mái, hoặc trong thùng chứa trên mái nhà là một cặp tủ sắt.

Một số trạm cơ sở được đặt ở những nơi mà bạn thậm chí không thể đoán được. Ví dụ như trên mái nhà của bãi đậu xe này.

Ăng-ten BS bao gồm một số khu vực, mỗi khu vực nhận/gửi tín hiệu theo hướng riêng của nó. Nếu ăng-ten dọc giao tiếp với điện thoại thì ăng-ten tròn sẽ kết nối BS với bộ điều khiển.

Tùy theo đặc điểm, mỗi khu vực có thể xử lý đồng thời tới 72 cuộc gọi. Một BS có thể bao gồm 6 khu vực và phục vụ tới 432 cuộc gọi, nhưng thường có ít máy phát và khu vực được lắp đặt tại các trạm hơn. Các nhà khai thác di động như Tele2 thích cài đặt thêm BS để cải thiện chất lượng liên lạc. Như tôi đã được biết, thiết bị hiện đại nhất được sử dụng ở đây: trạm gốc Ericsson, mạng lưới truyền tải - Alcatel Lucent.

Từ hệ thống con trạm gốc, tín hiệu được truyền tới hệ thống con chuyển mạch, tại đó kết nối được thiết lập theo hướng mà thuê bao mong muốn. Hệ thống con chuyển mạch có một số cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin thuê bao. Ngoài ra, hệ thống con này chịu trách nhiệm về bảo mật. Nói một cách đơn giản, việc chuyển đổi đã hoàn tất Nó có chức năng tương tự như các nhà điều hành nữ đã từng kết nối bạn với thuê bao bằng chính đôi tay của họ, chỉ có điều bây giờ tất cả điều này diễn ra tự động.

Các thiết bị của trạm cơ sở này được giấu trong chiếc tủ sắt này.

Ngoài các tháp truyền thống, còn có phiên bản di động của trạm gốc đặt trên xe tải. Chúng rất thuận tiện để sử dụng khi có thiên tai hoặc ở những nơi đông người (sân vận động bóng đá, quảng trường trung tâm) trong các ngày lễ, buổi hòa nhạc và các sự kiện khác nhau. Nhưng thật không may, do những vấn đề về pháp luật nên chúng vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi.

Để đảm bảo vùng phủ sóng tín hiệu vô tuyến tối ưu ở mặt đất, các trạm gốc được thiết kế theo cách đặc biệt, mặc dù phạm vi hoạt động là 35 km. tín hiệu không mở rộng đến độ cao chuyến bay của máy bay. Tuy nhiên, một số hãng hàng không đã bắt đầu lắp đặt các trạm cơ sở nhỏ trên bo mạch của họ để cung cấp thông tin liên lạc di động bên trong máy bay. BS như vậy được kết nối với mạng di động mặt đất bằng kênh vệ tinh. Hệ thống này được bổ sung bởi bảng điều khiển cho phép phi hành đoàn bật và tắt hệ thống, cũng như một số loại dịch vụ nhất định, chẳng hạn như tắt giọng nói trên các chuyến bay đêm.

Tôi cũng đã đến văn phòng Tele2 để xem các chuyên gia giám sát chất lượng truyền thông di động như thế nào. Nếu cách đây vài năm, một căn phòng như vậy được treo trên trần nhà với các màn hình hiển thị dữ liệu mạng (tải, lỗi mạng, v.v.), thì theo thời gian, nhu cầu về nhiều màn hình như vậy đã không còn nữa.

Công nghệ đã phát triển vượt bậc theo thời gian và một căn phòng nhỏ như vậy với nhiều chuyên gia cũng đủ để giám sát hoạt động của toàn bộ mạng lưới ở Moscow.

Một số góc nhìn từ văn phòng Tele2.

Tại một cuộc họp của nhân viên công ty, các kế hoạch thu hồi vốn đã được thảo luận) Từ khi bắt đầu xây dựng cho đến ngày nay, Tele2 đã phủ sóng toàn bộ Moscow bằng mạng lưới của mình và đang dần chinh phục khu vực Moscow, ra mắt hơn 100 trạm gốc hàng tuần . Vì tôi hiện đang sống ở khu vực này nên điều đó rất quan trọng đối với tôi. để mạng lưới này đến thị trấn của tôi nhanh nhất có thể.

Kế hoạch của công ty cho năm 2016 bao gồm việc cung cấp thông tin liên lạc tốc độ cao trong tàu điện ngầm ở tất cả các ga; vào đầu năm 2016, thông tin liên lạc Tele2 có mặt tại 11 ga: thông tin liên lạc 3G/4G tại các ga tàu điện ngầm Borisovo, Delovoy Tsentr, Kotelniki và Lermontovsky Prospekt . , “Troparevo”, “Shipilovskaya”, “Zyablikovo”, 3G: “Belorusskaya” (Nhẫn), “Spartak”, “Pyatnitskoe Shosse”, “Zhulebino”.

Như tôi đã nói ở trên, Tele2 đã từ bỏ định dạng GSM để chuyển sang tiêu chuẩn thế hệ thứ ba và thứ tư - 3G/4G. Điều này cho phép bạn cài đặt các trạm gốc 3G/4G với tần số cao hơn (ví dụ: bên trong Đường vành đai Moscow, các BS được đặt cách nhau khoảng 500 mét) để cung cấp liên lạc ổn định hơn và Internet di động tốc độ cao, đó không phải là trường hợp trong các mạng có định dạng trước đó.

Từ văn phòng công ty, tôi cùng với các kỹ sư Nikifor và Vladimir đi đến một trong những điểm họ cần đo tốc độ liên lạc. Nikifor đứng trước một trong những cột buồm nơi lắp đặt thiết bị liên lạc. Nếu để ý kỹ, bạn sẽ nhận thấy xa hơn một chút về phía bên trái một cột buồm khác như vậy, với thiết bị của các nhà khai thác di động khác.

Điều kỳ lạ là, các nhà khai thác mạng di động thường cho phép các đối thủ cạnh tranh sử dụng cấu trúc tháp của họ để đặt ăng-ten (tất nhiên là theo các điều kiện đôi bên cùng có lợi). Điều này là do việc xây dựng một tòa tháp hoặc cột buồm là một đề xuất tốn kém và việc trao đổi như vậy có thể tiết kiệm rất nhiều tiền!

Trong khi chúng tôi đang đo tốc độ liên lạc, Nikifor đã nhiều lần được các bà và chú đi ngang qua hỏi anh ta có phải là gián điệp không)) “Đúng, chúng tôi đang gây nhiễu Radio Liberty!”

Thiết bị thực sự trông khác thường, từ vẻ ngoài của nó, người ta có thể giả định bất cứ điều gì.

Các chuyên gia của công ty có rất nhiều việc phải làm, vì công ty có hơn 7 nghìn người ở Moscow và khu vực. trạm cơ sở: khoảng 5 nghìn trong số đó. 3G và khoảng 2 nghìn. Các trạm gốc LTE và gần đây số lượng trạm gốc đã tăng thêm khoảng một nghìn.
Chỉ trong ba tháng, 55% tổng số trạm gốc của nhà điều hành mới trong khu vực đã được đưa vào phát sóng ở khu vực Moscow. Hiện tại, công ty cung cấp phạm vi phủ sóng chất lượng cao cho lãnh thổ nơi có hơn 90% dân số Moscow và khu vực Moscow sinh sống.
Nhân tiện, vào tháng 12, mạng 3G của Tele2 đã được công nhận là có chất lượng tốt nhất trong số tất cả các nhà khai thác vốn.

Nhưng tôi quyết định tự mình kiểm tra xem kết nối của Tele2 tốt như thế nào, vì vậy tôi đã mua một thẻ SIM ở trung tâm mua sắm gần nhất trên ga tàu điện ngầm Voykovskaya, với mức giá đơn giản nhất “Rất đen” với giá 299 rúp (400 SMS/phút và 4 GB). Nhân tiện, tôi có mức giá tương tự của Beeline, đắt hơn 100 rúp.

Tôi kiểm tra tốc độ mà không cần đi xa máy tính tiền. Tiếp nhận - 6,13 Mbps, truyền - 2,57 Mbps. Xét rằng tôi đang đứng ở trung tâm của một trung tâm mua sắm thì đây là một kết quả tốt; liên lạc Tele2 xuyên thấu tốt các bức tường của một trung tâm mua sắm lớn.

Tại tàu điện ngầm Tretyakskaya. Thu tín hiệu - 5,82 Mbps, truyền - 3,22 Mbps.

Và trên ga tàu điện ngầm Krasnogvardeyskaya. Tiếp nhận - 6,22 Mbps, truyền - 3,77 Mbps. Tôi đo nó ở lối ra của tàu điện ngầm. Nếu bạn tính đến việc đây là vùng ngoại ô của Moscow thì nó rất tốt. Tôi nghĩ rằng kết nối khá chấp nhận được, chúng tôi có thể tự tin nói rằng nó ổn định, vì Tele2 đã xuất hiện ở Moscow chỉ vài tháng trước.

Ở thủ đô có kết nối Tele2 ổn định, điều này là tốt. Tôi thực sự hy vọng rằng họ sẽ đến khu vực này càng sớm càng tốt và tôi sẽ có thể tận dụng tối đa sự kết nối của họ.

Bây giờ bạn đã biết giao tiếp di động hoạt động như thế nào!

Nếu bạn có sản phẩm hoặc dịch vụ nào đó muốn giới thiệu với độc giả của chúng tôi, hãy viết thư cho tôi - Aslan ( [email được bảo vệ] ) và chúng tôi sẽ đưa ra báo cáo tốt nhất, không chỉ độc giả của cộng đồng mà còn cả trang web http://ikaketosdelano.ru sẽ thấy báo cáo này

Đồng thời đăng ký vào các nhóm của chúng tôi trong Facebook, VKontakte,bạn cùng lớp và trong Google+cộng, nơi sẽ đăng những điều thú vị nhất từ ​​cộng đồng, cùng với những tài liệu không có ở đây và video về cách mọi thứ hoạt động trong thế giới của chúng ta.

Bấm vào biểu tượng và đăng ký!

Ngày nay khó có thể tìm được một người chưa từng sử dụng điện thoại di động. Nhưng liệu mọi người có hiểu thông tin di động hoạt động như thế nào không? Làm thế nào mà tất cả những gì chúng ta có đều quen với công việc và làm việc? Tín hiệu từ các trạm cơ sở có được truyền qua dây hay tất cả đều hoạt động theo cách nào đó khác nhau? Hoặc có thể tất cả các chức năng liên lạc di động chỉ thông qua sóng vô tuyến? Chúng tôi sẽ cố gắng trả lời những câu hỏi này và những câu hỏi khác trong bài viết của mình, để phần mô tả về tiêu chuẩn GSM nằm ngoài phạm vi của nó.

Tại thời điểm một người cố gắng thực hiện cuộc gọi từ điện thoại di động của mình hoặc khi họ bắt đầu gọi cho anh ta, điện thoại sẽ được kết nối qua sóng vô tuyến với một trong các trạm gốc (dễ tiếp cận nhất), với một trong các ăng-ten của nó. Các trạm cơ sở có thể được nhìn thấy ở đây và ở đó, nhìn vào các ngôi nhà trong thành phố của chúng ta, trên mái nhà và mặt tiền của các tòa nhà công nghiệp, các tòa nhà cao tầng, và cuối cùng là các cột buồm màu đỏ và trắng được dựng lên đặc biệt cho các nhà ga (đặc biệt là dọc theo đường cao tốc).

Các trạm này trông giống như những hộp hình chữ nhật màu xám, từ đó có nhiều ăng-ten nhô ra theo các hướng khác nhau (thường có tối đa 12 ăng-ten). Các ăng-ten ở đây hoạt động cho cả việc thu và phát và chúng thuộc về nhà khai thác mạng di động. Ăng-ten của trạm gốc được định hướng theo tất cả các hướng (ngành) có thể để cung cấp “phạm vi phủ sóng mạng” cho các thuê bao từ mọi hướng ở khoảng cách lên tới 35 km.

Ăng-ten của một khu vực có thể phục vụ tối đa 72 cuộc gọi đồng thời và nếu có 12 ăng-ten, thì hãy tưởng tượng: về nguyên tắc, 864 cuộc gọi có thể được phục vụ bởi một trạm gốc lớn cùng một lúc! Mặc dù chúng thường bị giới hạn ở 432 kênh (72*6). Mỗi ăng-ten được kết nối bằng cáp với bộ điều khiển của trạm gốc. Và các khối của một số trạm cơ sở (mỗi trạm phục vụ một phần lãnh thổ riêng) được kết nối với bộ điều khiển. Tối đa 15 trạm gốc được kết nối với một bộ điều khiển.

Về nguyên tắc, trạm gốc có khả năng hoạt động trên ba băng tần: tín hiệu 900 MHz thâm nhập tốt hơn vào bên trong các tòa nhà, công trình và lan rộng hơn nên băng tần này thường được sử dụng ở các làng mạc, đồng ruộng; tín hiệu ở tần số 1800 MHz không truyền đi xa đến thế, nhưng có nhiều máy phát hơn được lắp đặt trong một khu vực, do đó các trạm như vậy được lắp đặt thường xuyên hơn ở các thành phố; cuối cùng 2100 MHz là mạng 3G.

Tất nhiên, có thể có một số bộ điều khiển trong một khu vực hoặc khu vực đông dân cư, do đó, các bộ điều khiển lần lượt được kết nối bằng cáp với công tắc. Mục đích của việc chuyển đổi là kết nối mạng của các nhà khai thác di động với nhau và với các đường dây liên lạc điện thoại thông thường của thành phố, liên lạc đường dài và liên lạc quốc tế. Nếu mạng nhỏ thì một bộ chuyển mạch là đủ, nếu mạng lớn thì sử dụng hai hoặc nhiều bộ chuyển mạch. Các công tắc được kết nối với nhau bằng dây dẫn.

Trong quá trình di chuyển một người đang nói chuyện bằng điện thoại di động dọc đường, chẳng hạn như: anh ta đang đi bộ, đi trên phương tiện giao thông công cộng hoặc lái ô tô cá nhân, điện thoại của anh ta không được mất mạng trong giây lát và cuộc trò chuyện không thể kết thúc. bị gián đoạn.

Tính liên tục của liên lạc có được nhờ khả năng của mạng lưới các trạm gốc có thể chuyển đổi rất nhanh một thuê bao từ ăng-ten này sang ăng-ten khác khi anh ta di chuyển từ vùng phủ sóng của ăng-ten này sang vùng phủ sóng của ăng-ten khác (từ ô này sang vùng phủ sóng khác). tế bào). Bản thân thuê bao cũng không nhận thấy mình ngừng kết nối với trạm gốc này và đã kết nối với trạm gốc khác như thế nào, chuyển từ ăng-ten này sang ăng-ten khác, từ trạm này sang trạm khác, từ bộ điều khiển này sang bộ điều khiển khác...

Đồng thời, bộ chuyển mạch cung cấp khả năng phân phối tải tối ưu trên thiết kế mạng đa cấp để giảm khả năng hỏng hóc thiết bị. Một mạng đa cấp được xây dựng như sau: điện thoại di động - trạm gốc - bộ điều khiển - bộ chuyển mạch.

Giả sử chúng ta thực hiện cuộc gọi và tín hiệu đã đến tổng đài. Bộ chuyển mạch truyền cuộc gọi của chúng tôi đến thuê bao đích - tới mạng thành phố, mạng liên lạc đường dài hoặc quốc tế hoặc tới mạng của một nhà khai thác di động khác. Tất cả điều này xảy ra rất nhanh chóng khi sử dụng các kênh cáp quang tốc độ cao.

Tiếp theo, cuộc gọi của chúng ta sẽ chuyển đến công tắc, nằm ở bên cạnh người nhận cuộc gọi (công tắc mà chúng ta đã gọi). Bộ chuyển mạch “nhận” đã có sẵn dữ liệu về vị trí của thuê bao được gọi, trong vùng phủ sóng của mạng: bộ điều khiển nào, trạm gốc nào. Và do đó, một cuộc khảo sát mạng bắt đầu từ trạm cơ sở, xác định vị trí của người nhận và nhận được một cuộc gọi trên điện thoại của anh ta.

Toàn bộ chuỗi sự kiện được mô tả, từ lúc bấm số cho đến khi bên nhận cuộc gọi, thường kéo dài không quá 3 giây. Vì vậy, ngày nay chúng ta có thể gọi đến bất cứ nơi nào trên thế giới.

Andrey Povny

Giao tiếp di động hoạt động như thế nào

Nguyên tắc cơ bản của điện thoại di động khá đơn giản. Ủy ban Truyền thông Liên bang ban đầu thiết lập các vùng phủ sóng địa lý cho các hệ thống vô tuyến di động dựa trên dữ liệu Điều tra dân số đã sửa đổi năm 1980. Ý tưởng đằng sau truyền thông di động là mỗi khu vực được chia thành các ô hình lục giác khớp với nhau để tạo thành cấu trúc giống như tổ ong, như minh họa trong hình 6.1, a. Hình lục giác được chọn vì nó mang lại khả năng truyền hiệu quả nhất, gần giống với kiểu bức xạ tròn đồng thời loại bỏ các khoảng trống luôn xuất hiện giữa các vòng tròn liền kề.

Một ô được xác định bởi kích thước vật lý, dân số và mô hình lưu lượng truy cập. Ủy ban Truyền thông Liên bang không quy định số lượng ô trong hệ thống hoặc kích thước của chúng, khiến các nhà khai thác phải đặt các tham số này phù hợp với mô hình lưu lượng truy cập dự kiến. Mỗi khu vực địa lý được phân bổ một số kênh thoại di động cố định. Kích thước vật lý của ô phụ thuộc vào mật độ thuê bao và cấu trúc cuộc gọi. Ví dụ: các ô lớn (macrocell) thường có bán kính từ 1,6 đến 24 km với công suất phát của trạm gốc từ 1 W đến 6 W. Các ô nhỏ nhất (microcell) thường có bán kính từ 460 m trở xuống với công suất phát của trạm gốc từ 0,1 W đến 1 W. Hình 6.1b cho thấy cấu hình ô với hai kích thước ô.

Hình 6.1. – Cấu trúc tổ ong của tế bào a); Cấu trúc tổ ong với các tổ ong có hai kích cỡ b) Phân loại tổ ong c)

Microcell thường được sử dụng ở những vùng có mật độ dân số cao. Do phạm vi hoạt động ngắn, microcell ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu làm giảm chất lượng truyền dẫn, chẳng hạn như phản xạ và độ trễ tín hiệu.

Một ô vĩ mô có thể được xếp chồng lên một nhóm ô vi mô, trong đó ô vi mô phục vụ các thiết bị di động chuyển động chậm và ô macro phục vụ các thiết bị di động chuyển động nhanh. Thiết bị di động có thể xác định tốc độ di chuyển của nó nhanh hay chậm. Điều này cho phép bạn giảm số lần chuyển đổi từ ô này sang ô khác và chỉnh sửa dữ liệu vị trí.

Thuật toán di chuyển từ ô này sang ô khác có thể được thay đổi ở khoảng cách ngắn giữa thiết bị di động và trạm gốc microcell.

Đôi khi tín hiệu vô tuyến trong tế bào quá yếu để có thể cung cấp thông tin liên lạc đáng tin cậy trong nhà. Điều này đặc biệt đúng đối với những khu vực được che chắn tốt và những khu vực có mức độ nhiễu cao. Trong những trường hợp như vậy, các ô rất nhỏ được sử dụng - picocell. Picocell trong nhà có thể sử dụng tần số giống như các tế bào thông thường ở một khu vực nhất định, đặc biệt là trong những môi trường thuận lợi như đường hầm dưới lòng đất.

Khi quy hoạch hệ thống sử dụng các ô hình lục giác, các máy phát trạm gốc có thể được đặt ở trung tâm ô, trên rìa ô hoặc trên đỉnh ô (Hình 6.2 a, b, c tương ứng). Các ô có bộ phát ở trung tâm thường sử dụng ăng-ten đa hướng, trong khi các ô có bộ phát ở một cạnh hoặc đỉnh thường sử dụng ăng-ten định hướng theo khu vực.

Ăng-ten đa hướng phát và nhận tín hiệu như nhau theo mọi hướng.

Hình 6.2 – Vị trí các máy phát trong ô: ở trung tâm a); trên cạnh b); ở trên cùng c)

Trong hệ thống thông tin di động, một trạm cơ sở cố định mạnh mẽ nằm ở phía trên trung tâm thành phố có thể được thay thế bằng nhiều trạm năng lượng thấp giống hệt nhau được lắp đặt trong vùng phủ sóng tại các địa điểm nằm gần mặt đất hơn.

Các tế bào sử dụng cùng một nhóm kênh vô tuyến có thể tránh được nhiễu nếu chúng được đặt cách nhau hợp lý. Trong trường hợp này, việc tái sử dụng tần số được quan sát thấy. Tái sử dụng tần số là việc phân bổ cùng một nhóm tần số (kênh) cho một số ô, với điều kiện là các ô này cách nhau một khoảng cách đáng kể. Việc tái sử dụng tần số được tạo điều kiện thuận lợi bằng cách giảm vùng phủ sóng của từng ô. Trạm gốc của mỗi ô được phân bổ một nhóm tần số hoạt động khác với tần số của các ô lân cận và ăng ten của trạm gốc được chọn theo cách để bao phủ vùng dịch vụ mong muốn trong ô của nó. Do vùng dịch vụ được giới hạn trong ranh giới của một ô, các ô khác nhau có thể sử dụng cùng một nhóm tần số hoạt động mà không bị nhiễu, miễn là hai ô đó được đặt ở khoảng cách vừa đủ với nhau.

Vùng dịch vụ địa lý của hệ thống di động chứa một số nhóm ô được chia thành cụm (Hình 6.3). Mỗi cụm bao gồm bảy ô, được phân bổ cùng số lượng kênh liên lạc song công. Các ô có cùng ký hiệu chữ cái sẽ sử dụng cùng một nhóm tần số hoạt động. Như có thể thấy trong hình, các nhóm tần số giống nhau được sử dụng trong cả ba cụm, điều này giúp tăng gấp ba số lượng kênh liên lạc di động có sẵn. Bức thư MỘT, B, C, D, E, F Và Gđại diện cho bảy nhóm tần số.


Hình 6.3 – Nguyên tắc tái sử dụng tần số trong thông tin di động

Hãy xem xét một hệ thống có số lượng kênh song công cố định có sẵn ở một số khu vực. Mỗi khu vực dịch vụ được chia thành các cụm và nhận một nhóm kênh được phân bổ giữa N tổ ong của cụm, nhóm lại thành các tổ hợp không lặp lại. Tất cả các ô đều có cùng số kênh nhưng chúng có thể phục vụ các khu vực có kích thước đơn.

Do đó, tổng số kênh di động có sẵn trong cụm có thể được biểu thị bằng biểu thức:

F=GN (6.1)

Ở đâu F– số lượng kênh liên lạc di động song công hoàn toàn có sẵn trong cụm;

G– số lượng kênh trong một tế bào;

N– số lượng ô trong cụm.

Nếu cụm được "sao chép" trong một khu vực dịch vụ nhất định tôi lần thì tổng số kênh song công hoàn toàn sẽ là:

C = mGN = mF (6.2)

Ở đâu VỚI– tổng số kênh trong một vùng nhất định;

tôi– số cụm trong một vùng nhất định.

Từ biểu thức (6.1) và (6.2), rõ ràng là tổng số kênh trong hệ thống điện thoại di động tỷ lệ thuận với số lần “lặp lại” của một cụm trong một khu vực dịch vụ nhất định. Nếu kích thước cụm giảm trong khi kích thước ô vẫn giữ nguyên thì sẽ cần nhiều cụm hơn để bao phủ một vùng dịch vụ nhất định và tổng số kênh trong hệ thống sẽ tăng lên.

Số lượng thuê bao có thể sử dụng đồng thời cùng một nhóm tần số (kênh) trong khi không ở các ô lân cận của một khu vực dịch vụ nhỏ (ví dụ: trong thành phố), tùy thuộc vào tổng số ô trong một khu vực nhất định. Thông thường số lượng người đăng ký như vậy là bốn, nhưng ở những khu vực đông dân cư, con số này có thể cao hơn nhiều. Số này được gọi là hệ số tái sử dụng tần số hoặc FRF – Hệ số tái sử dụng tần số. Về mặt toán học, nó có thể được thể hiện bằng mối quan hệ:

(6.3)

Ở đâu N– tổng số kênh song công hoàn toàn trong vùng dịch vụ;

VỚI– tổng số kênh song công hoàn toàn trong ô.

Với sự gia tăng lưu lượng di động dự kiến, nhu cầu dịch vụ tăng lên sẽ được đáp ứng bằng cách giảm kích thước của ô, chia nó thành nhiều ô, mỗi ô có trạm gốc riêng. Việc tách ô hiệu quả cho phép hệ thống xử lý nhiều cuộc gọi hơn miễn là các ô không quá nhỏ. Nếu đường kính ô nhỏ hơn 460 m thì trạm gốc của các ô lân cận sẽ ảnh hưởng lẫn nhau. Mối quan hệ giữa việc tái sử dụng tần số và kích thước cụm quyết định cách thức tỉ lệ hệ thống di động trong trường hợp mật độ thuê bao ngày càng tăng. Càng ít ô trong một cụm thì khả năng ảnh hưởng lẫn nhau giữa các kênh càng lớn.

Vì các ô có hình lục giác nên mỗi ô luôn có sáu ô liền kề cách đều nhau và góc giữa các đường nối tâm của bất kỳ ô nào với tâm của các ô lân cận là bội số của 60°. Do đó, số lượng kích thước cụm và bố cục ô có thể bị hạn chế. Để kết nối các ô với nhau không có khoảng trống (theo kiểu khảm), kích thước hình học của hình lục giác phải sao cho số lượng ô trong cụm thỏa mãn điều kiện:

(6.4)

Ở đâu N– số lượng ô trong cụm; Tôi Và j– số nguyên không âm.

Việc tìm đường đến các ô gần nhất bằng kênh dùng chung (được gọi là các ô cấp một) diễn ra như sau:

Chuyển tới Tôi các ô (thông qua tâm của các ô lân cận):

Chuyển tới j các ô tiến về phía trước (qua tâm của các ô lân cận).

Ví dụ: số lượng ô trong cụm và vị trí của các ô tầng đầu tiên cho các giá trị sau: j = 2. i = 3 sẽ được xác định từ biểu thức 6.4 (Hình 6.4) N = 3 2 + 3 2 + 2 2 = 19.

Hình 6.5 hiển thị sáu ô gần nhất sử dụng cùng kênh với ô MỘT.


Quá trình chuyển giao từ ô này sang ô khác, tức là. khi thiết bị di động di chuyển từ trạm gốc 1 sang trạm gốc 2 (Hình 6.6) bao gồm 4 giai đoạn chính:

1) khởi tạo - thiết bị di động hoặc mạng phát hiện nhu cầu chuyển giao và khởi tạo các thủ tục mạng cần thiết;

2) dự trữ tài nguyên - sử dụng các thủ tục mạng thích hợp, các tài nguyên mạng cần thiết để truyền dịch vụ (kênh thoại và kênh điều khiển) được dự trữ;

3) thực hiện – chuyển giao quyền điều khiển trực tiếp từ trạm gốc này sang trạm gốc khác;

4) chấm dứt - tài nguyên mạng dư thừa được giải phóng, sẵn sàng cho các thiết bị di động khác.

Hình 6.6 – Chuyển giao

Thông tin liên lạc qua điện thoại là việc truyền tải thông tin bằng giọng nói trên một khoảng cách dài. Với sự trợ giúp của điện thoại, mọi người có cơ hội giao tiếp trong thời gian thực.

Nếu vào thời điểm công nghệ xuất hiện chỉ có một phương thức truyền dữ liệu - analog, thì hiện tại, nhiều hệ thống truyền thông khác nhau đã được sử dụng thành công. Điện thoại, vệ tinh và thông tin di động, cũng như điện thoại IP, cung cấp liên lạc đáng tin cậy giữa các thuê bao, ngay cả khi họ ở các khu vực khác nhau trên toàn cầu. Giao tiếp qua điện thoại hoạt động như thế nào khi sử dụng từng phương pháp?

Điện thoại có dây (analog) cũ tốt

Thuật ngữ liên lạc “điện thoại” thường đề cập đến giao tiếp analog, một phương thức truyền dữ liệu đã trở nên phổ biến trong gần một thế kỷ rưỡi. Khi sử dụng tính năng này, thông tin được truyền đi liên tục mà không cần mã hóa trung gian.

Kết nối giữa hai thuê bao được điều chỉnh bằng cách quay số, sau đó việc liên lạc được thực hiện bằng cách truyền tín hiệu từ người này sang người khác qua dây dẫn theo nghĩa đen nhất của từ này. Người đăng ký không còn được kết nối bởi các nhà khai thác điện thoại mà bằng robot, điều này đã đơn giản hóa và giảm chi phí của quy trình rất nhiều, nhưng nguyên tắc hoạt động của mạng truyền thông analog vẫn được giữ nguyên.

Truyền thông di động (di động)

Thuê bao của các nhà khai thác di động nhầm tưởng rằng họ đã “cắt dây” kết nối họ với các tổng đài điện thoại. Về ngoại hình, mọi thứ đều như vậy - một người có thể di chuyển đến bất cứ đâu (trong phạm vi phủ sóng tín hiệu) mà không làm gián đoạn cuộc trò chuyện và không mất liên lạc với người đối thoại, và<подключить телефонную связь стало легче и проще.

Tuy nhiên, nếu chúng ta hiểu cách thức hoạt động của thông tin di động, chúng ta sẽ thấy không có nhiều điểm khác biệt so với hoạt động của các mạng tương tự. Tín hiệu thực chất “lơ lửng trong không trung”, chỉ từ điện thoại của người gọi mới truyền đến bộ thu phát, sau đó bộ thu phát này sẽ liên lạc với thiết bị tương tự gần nhất với thuê bao được gọi… thông qua mạng cáp quang.

Giai đoạn truyền dữ liệu vô tuyến chỉ bao phủ đường dẫn tín hiệu từ điện thoại đến trạm gốc gần nhất, được kết nối với các mạng truyền thông khác theo cách hoàn toàn truyền thống. Rõ ràng là truyền thông di động hoạt động như thế nào. Ưu và nhược điểm của nó là gì?

Công nghệ này mang lại tính di động cao hơn so với truyền dữ liệu analog, nhưng có cùng rủi ro về nhiễu không mong muốn và khả năng bị nghe lén.

Đường dẫn tín hiệu di động

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn chính xác cách tín hiệu đến được thuê bao được gọi.

  1. Người dùng quay số.
  2. Điện thoại của anh ấy thiết lập liên lạc vô tuyến với trạm cơ sở gần đó. Chúng nằm trên các tòa nhà cao tầng, tòa nhà công nghiệp và tòa tháp. Mỗi trạm bao gồm ăng-ten thu phát (từ 1 đến 12) và bộ điều khiển. Các trạm cơ sở phục vụ một lãnh thổ được kết nối với bộ điều khiển.
  3. Từ bộ điều khiển trạm gốc, tín hiệu được truyền qua cáp đến bộ điều khiển và từ đó cũng qua cáp đến công tắc. Thiết bị này cung cấp tín hiệu đầu vào và đầu ra cho nhiều đường dây liên lạc khác nhau: liên tỉnh, thành phố, quốc tế và các nhà khai thác di động khác. Tùy thuộc vào quy mô của mạng, nó có thể liên quan đến một hoặc nhiều công tắc được kết nối với nhau bằng dây.
  4. Từ công tắc “của bạn”, tín hiệu được truyền qua cáp tốc độ cao đến công tắc của nhà điều hành khác và công tắc sau dễ dàng xác định trong vùng phủ sóng của bộ điều khiển mà thuê bao được giải quyết cuộc gọi.
  5. Công tắc gọi bộ điều khiển mong muốn, gửi tín hiệu đến trạm gốc để “thẩm vấn” điện thoại di động.
  6. Bên được gọi nhận được một cuộc gọi đến.

Cấu trúc mạng nhiều lớp này cho phép tải được phân bổ đồng đều giữa tất cả các nút của nó. Điều này làm giảm khả năng hỏng hóc thiết bị và đảm bảo liên lạc không bị gián đoạn.

Rõ ràng là truyền thông di động hoạt động như thế nào. Ưu và nhược điểm của nó là gì? Công nghệ này mang lại tính di động cao hơn so với truyền dữ liệu analog, nhưng có cùng rủi ro về nhiễu không mong muốn và khả năng bị nghe lén.

Kết nối vệ tinh

Chúng ta hãy xem truyền thông vệ tinh, mức độ phát triển cao nhất của truyền thông chuyển tiếp vô tuyến ngày nay, hoạt động như thế nào. Một bộ lặp được đặt trên quỹ đạo có khả năng tự bao phủ một khu vực rộng lớn trên bề mặt hành tinh. Mạng lưới các trạm cơ sở, như trường hợp thông tin di động, không còn cần thiết nữa.

Người đăng ký cá nhân có cơ hội đi du lịch hầu như không bị hạn chế, duy trì kết nối ngay cả trong rừng taiga hoặc rừng rậm. Một thuê bao là pháp nhân có thể gắn toàn bộ một tổng đài mini vào một ăng-ten lặp lại (đây là “món ăn” quen thuộc hiện nay), nhưng người ta phải tính đến khối lượng tin nhắn đến và đi, cũng như kích thước của các tập tin cần được gửi.

Nhược điểm của công nghệ:

  • phụ thuộc thời tiết nghiêm trọng. Một cơn bão từ hoặc một trận đại hồng thủy khác có thể khiến thuê bao không liên lạc được trong một thời gian dài.
  • Nếu có sự cố vật lý nào đó trên bộ lặp vệ tinh, thời gian để khôi phục hoàn toàn chức năng sẽ mất rất nhiều thời gian.
  • chi phí của các dịch vụ liên lạc không biên giới thường vượt xa các hóa đơn thông thường. Khi chọn phương thức liên lạc, điều quan trọng là phải xem xét mức độ bạn cần kết nối chức năng như vậy.

Thông tin vệ tinh: ưu và nhược điểm

Đặc điểm chính của “vệ tinh” là nó cung cấp cho các thuê bao sự độc lập với các đường dây liên lạc trên mặt đất. Ưu điểm của phương pháp này là rõ ràng. Bao gồm các:

  • tính di động của thiết bị. Nó có thể được triển khai trong thời gian rất ngắn;
  • khả năng nhanh chóng tạo ra các mạng lưới rộng khắp bao phủ các vùng lãnh thổ rộng lớn;
  • liên lạc với các khu vực khó tiếp cận và vùng sâu vùng xa;
  • dự trữ các kênh có thể được sử dụng trong trường hợp mất liên lạc trên mặt đất;
  • tính linh hoạt của các đặc tính kỹ thuật mạng, cho phép nó thích ứng với hầu hết mọi yêu cầu.

Nhược điểm của công nghệ:

  • phụ thuộc thời tiết nghiêm trọng. Một cơn bão từ hoặc một trận đại hồng thủy khác có thể khiến thuê bao không liên lạc được trong thời gian dài;
  • nếu có sự cố vật lý nào đó trên bộ lặp vệ tinh, khoảng thời gian cho đến khi chức năng của hệ thống được khôi phục hoàn toàn sẽ mất nhiều thời gian;
  • chi phí của các dịch vụ liên lạc không biên giới thường vượt xa các hóa đơn thông thường.

Khi chọn phương thức liên lạc, điều quan trọng là phải xem xét mức độ bạn cần kết nối chức năng như vậy.

kết nối di động- đây là liên lạc vô tuyến giữa các thuê bao, vị trí của một hoặc nhiều trong số đó thay đổi. Một loại thông tin di động là thông tin di động.

di động- một trong những loại thông tin vô tuyến dựa trên mạng di động. Tính năng chính: Tổng vùng phủ sóng được chia thành các ô được xác định theo vùng phủ sóng trạm cơ sở. Các tế bào chồng lên nhau và cùng nhau tạo thành một mạng lưới. Trên một bề mặt lý tưởng, vùng phủ sóng của một trạm gốc là một hình tròn, do đó mạng được tạo thành từ chúng trông giống như các ô có tế bào lục giác.

Nguyên lý hoạt động của thông tin di động

Vì vậy, trước tiên, hãy xem cách thực hiện cuộc gọi trên điện thoại di động. Ngay khi người dùng quay số, thiết bị cầm tay (HS - Hand Set) bắt đầu tìm kiếm trạm gốc gần nhất (BS - Base Station) - thiết bị thu phát, điều khiển và liên lạc tạo nên mạng. Nó bao gồm một bộ điều khiển trạm gốc (BSC - Bộ điều khiển trạm gốc) và một số bộ lặp (BTS - Trạm thu phát cơ sở). Các trạm gốc được điều khiển bởi một trung tâm chuyển mạch di động (MSC - Mobile Service Center). Nhờ cấu trúc tế bào, các bộ lặp bao phủ khu vực có vùng tiếp nhận đáng tin cậy trong một hoặc nhiều kênh vô tuyến bằng một kênh dịch vụ bổ sung qua đó xảy ra đồng bộ hóa. Chính xác hơn, giao thức trao đổi giữa thiết bị và trạm gốc được thỏa thuận tương tự với quy trình đồng bộ hóa modem (bắt tay), trong đó các thiết bị đồng ý về tốc độ truyền, kênh, v.v.. Khi thiết bị di động tìm thấy trạm gốc và quá trình đồng bộ hóa xảy ra, bộ điều khiển trạm gốc sẽ tạo thành một liên kết song công hoàn toàn đến trung tâm chuyển mạch di động thông qua mạng cố định. Trung tâm truyền thông tin về thiết bị đầu cuối di động tới bốn thanh ghi: Thanh ghi lớp khách (VLR), Lớp đăng ký nhà (HRL), và Thanh ghi thuê bao hoặc xác thực (AUC) và thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Thanh ghi nhận dạng thiết bị). Thông tin này là duy nhất và nằm trong hộp đăng ký bằng nhựa. mô-đun hoặc thẻ viễn thông vi điện tử (SIM - Mô-đun nhận dạng thuê bao), được sử dụng để kiểm tra tính đủ điều kiện và mức thuế của người đăng ký. Không giống như điện thoại cố định, bạn sẽ bị tính phí khi sử dụng tùy thuộc vào tải trọng (số lượng kênh bận) truyền qua đường dây thuê bao cố định, phí sử dụng thông tin di động không được tính từ điện thoại được sử dụng mà từ thẻ SIM, có thể được chèn vào bất kỳ thiết bị nào.


Thẻ này không gì khác hơn là một chip flash thông thường, được chế tạo bằng công nghệ thông minh (SmartVoltage) và có giao diện bên ngoài cần thiết. Nó có thể được sử dụng trong bất kỳ thiết bị nào và điều chính là điện áp hoạt động phù hợp: các phiên bản đầu sử dụng giao diện 5,5V, trong khi thẻ hiện đại thường có 3,3V. Thông tin được lưu trữ theo tiêu chuẩn mã định danh thuê bao quốc tế duy nhất (IMSI - Nhận dạng thuê bao di động quốc tế), giúp loại bỏ khả năng "nhân đôi" - ngay cả khi mã thẻ vô tình được chọn, hệ thống sẽ tự động loại trừ SIM giả và sau đó bạn sẽ không phải trả tiền cho các cuộc gọi của người khác. Khi phát triển tiêu chuẩn giao thức liên lạc di động, điểm này ban đầu đã được tính đến và giờ đây, mỗi thuê bao đều có số nhận dạng duy nhất và duy nhất trên thế giới, được mã hóa trong quá trình truyền bằng khóa 64 bit. Ngoài ra, bằng cách tương tự với các bộ mã hóa được thiết kế để mã hóa/giải mã các cuộc hội thoại trong điện thoại tương tự, mã hóa 56-bit được sử dụng trong truyền thông di động.

Dựa trên dữ liệu này, ý tưởng của hệ thống về người dùng di động được hình thành (vị trí, trạng thái của anh ta trên mạng, v.v.) và kết nối xảy ra. Nếu trong cuộc trò chuyện, người dùng di động di chuyển từ vùng phủ sóng của bộ lặp này sang vùng phủ sóng của bộ lặp khác hoặc thậm chí giữa vùng phủ sóng của các bộ điều khiển khác nhau, kết nối sẽ không bị gián đoạn hoặc suy giảm do hệ thống tự động chọn trạm cơ sở có kết nối tốt hơn. Tùy thuộc vào tải kênh, điện thoại sẽ chọn giữa mạng 900 và 1800 MHz và có thể chuyển đổi ngay cả khi đang trò chuyện mà người nói hoàn toàn không chú ý.

Cuộc gọi từ mạng điện thoại thông thường đến người dùng di động được thực hiện theo thứ tự ngược lại: đầu tiên, vị trí và trạng thái của thuê bao được xác định dựa trên dữ liệu được cập nhật liên tục trong sổ đăng ký, sau đó kết nối và liên lạc được duy trì.

Hệ thống thông tin vô tuyến di động được xây dựng theo sơ đồ điểm-đa điểm, vì thuê bao có thể được định vị tại bất kỳ điểm nào trong ô do trạm gốc điều khiển. Trong trường hợp truyền vòng tròn đơn giản nhất, về mặt lý thuyết, công suất của tín hiệu vô tuyến trong không gian trống sẽ giảm theo tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Tuy nhiên, trong thực tế, tín hiệu suy giảm nhanh hơn nhiều - trong trường hợp tốt nhất, tỷ lệ thuận với lập phương khoảng cách, vì năng lượng tín hiệu có thể bị hấp thụ hoặc suy giảm bởi nhiều chướng ngại vật lý khác nhau và bản chất của các quá trình đó phụ thuộc rất nhiều vào tần số truyền. . Khi công suất giảm một bậc độ lớn, diện tích được bao phủ của tế bào sẽ giảm hai bậc độ lớn.

"Sinh lý học"

Lý do quan trọng nhất làm tăng độ suy giảm tín hiệu là các vùng bóng được tạo ra bởi các tòa nhà hoặc độ cao tự nhiên trong khu vực. Các nghiên cứu về điều kiện sử dụng thông tin vô tuyến di động ở các thành phố đã chỉ ra rằng ngay cả ở khoảng cách rất gần, vùng bóng vẫn có khả năng suy giảm lên tới 20 dB. Một nguyên nhân quan trọng khác gây suy giảm là tán cây. Ví dụ, ở tần số 836 MHz vào mùa hè, khi cây được che phủ bằng lá, mức tín hiệu thu được thấp hơn khoảng 10 dB so với ở cùng một nơi vào mùa đông, khi không có lá. Sự mờ dần của tín hiệu từ các vùng bóng tối đôi khi được gọi là chậm xét về các điều kiện để chúng tiếp nhận chuyển động khi đi qua vùng đó.

Một hiện tượng quan trọng phải được tính đến khi tạo ra các hệ thống thông tin vô tuyến di động tế bào là sự phản xạ của sóng vô tuyến và do đó dẫn đến sự lan truyền đa đường của chúng. Một mặt, hiện tượng này rất hữu ích vì nó cho phép sóng vô tuyến uốn cong xung quanh chướng ngại vật và lan truyền phía sau các tòa nhà, trong gara và đường hầm dưới lòng đất. Nhưng mặt khác, việc truyền sóng đa đường lại gây ra những vấn đề khó khăn cho thông tin vô tuyến như độ trễ tín hiệu kéo dài, sự suy giảm Rayleigh và làm xấu đi hiệu ứng Doppler.

Kéo dài độ trễ tín hiệu xảy ra do tín hiệu đi dọc theo một số đường độc lập có độ dài khác nhau được nhận nhiều lần. Do đó, một xung lặp lại có thể vượt quá khoảng thời gian được phân bổ cho nó và làm biến dạng ký tự tiếp theo. Biến dạng gây ra bởi độ trễ kéo dài được gọi là nhiễu liên ký hiệu. Ở khoảng cách ngắn, độ trễ kéo dài không nguy hiểm, nhưng nếu ô được bao quanh bởi các ngọn núi, độ trễ có thể kéo dài trong nhiều micro giây (đôi khi 50-100 μs).

Phaing Rayleigh được gây ra bởi các pha ngẫu nhiên mà tín hiệu phản xạ đến. Ví dụ: nếu tín hiệu trực tiếp và tín hiệu phản xạ được nhận ngược pha (với độ dịch pha là 180°), thì tổng tín hiệu có thể bị suy giảm gần như bằng 0. Sự suy giảm Rayleigh đối với một máy phát nhất định và một tần số nhất định giống như sự “giảm” biên độ có độ sâu khác nhau và được phân bổ ngẫu nhiên. Trong trường hợp này, với một máy thu cố định, có thể tránh được phading đơn giản bằng cách di chuyển ăng-ten. Khi một chiếc xe đang chuyển động, hàng ngàn lần “chặn” như vậy xảy ra mỗi giây, đó là lý do tại sao hiện tượng pha đinh được gọi là nhanh.

Hiệu ứng Doppler biểu hiện khi máy thu di chuyển so với máy phát và bao gồm sự thay đổi tần số dao động thu được. Giống như cường độ của một đoàn tàu hoặc ô tô đang di chuyển có vẻ cao hơn một chút đối với người quan sát đứng yên khi phương tiện đó đến gần và thấp hơn một chút khi nó di chuyển ra xa, tần số truyền sóng vô tuyến sẽ thay đổi khi máy thu phát di chuyển. Hơn nữa, với sự truyền tín hiệu đa đường, các tia riêng lẻ có thể tạo ra sự thay đổi tần số theo hướng này hoặc hướng khác cùng một lúc. Kết quả là, do hiệu ứng Doppler, thu được sự điều chế tần số ngẫu nhiên của tín hiệu truyền đi, giống như sự điều chế biên độ ngẫu nhiên xảy ra do pha đinh Rayleigh. Vì vậy, nhìn chung, việc truyền sóng đa đường tạo ra những khó khăn lớn trong việc tổ chức thông tin di động, đặc biệt là đối với các thuê bao di động, điều này có liên quan đến việc biên độ tín hiệu bị suy giảm nhanh và chậm trong một máy thu chuyển động. Những khó khăn này đã được khắc phục với sự trợ giúp của công nghệ kỹ thuật số, giúp tạo ra các phương pháp mã hóa, điều chế và cân bằng mới các đặc tính kênh.

"GIẢI PHẪU HỌC"

Việc truyền dữ liệu được thực hiện thông qua các kênh vô tuyến. Mạng GSM hoạt động ở dải tần 900 hoặc 1800 MHz. Cụ thể hơn, ví dụ, trong trường hợp xem xét băng tần 900 MHz, đơn vị thuê bao di động phát trên một trong các tần số nằm trong dải 890-915 MHz và nhận trên tần số nằm trong dải 935-960 MHz. Đối với các tần số khác, nguyên tắc là như nhau, chỉ có các đặc tính số thay đổi.

Bằng cách tương tự với các kênh vệ tinh, hướng truyền từ thiết bị thuê bao đến trạm gốc được gọi là hướng lên (Rise) và hướng từ trạm gốc đến thiết bị thuê bao được gọi là hướng xuống (Fall). Trong kênh song công bao gồm các hướng truyền ngược dòng và xuôi dòng, các tần số khác nhau chính xác 45 MHz được sử dụng cho mỗi hướng này. Trong mỗi dải tần số trên, 124 kênh vô tuyến được tạo ra (124 để nhận và 124 để truyền dữ liệu, cách nhau 45 MHz) với độ rộng mỗi kênh là 200 kHz. Các kênh này được gán số (N) từ 0 đến 123. Sau đó, tần số của hướng ngược dòng (F R) và xuôi dòng (FF F) của mỗi kênh có thể được tính bằng công thức: F R (N) = 890+0,2N (MHz) , F F(N) = F R(N) + 45 (MHz).

Mỗi trạm gốc có thể được cung cấp từ một đến 16 tần số, số lượng tần số và công suất truyền tải được xác định tùy thuộc vào điều kiện và tải trọng cục bộ.

Trong mỗi kênh tần số được ấn định một số (N) và chiếm băng tần 200 kHz, tám kênh phân chia thời gian (kênh thời gian có số từ 0 đến 7) hoặc tám khoảng kênh được tổ chức.

Hệ thống phân chia tần số (FDMA) cho phép bạn có được 8 kênh 25 kHz, lần lượt được chia theo nguyên tắc của hệ thống phân chia thời gian (TDMA) thành 8 kênh khác. GSM sử dụng điều chế GMSK và tần số sóng mang thay đổi 217 lần mỗi giây để bù đắp cho sự suy giảm chất lượng có thể xảy ra.

Khi một thuê bao nhận được một kênh, anh ta không chỉ được phân bổ một kênh tần số mà còn được phân bổ một trong các khe kênh cụ thể và anh ta phải truyền trong một khoảng thời gian được phân bổ nghiêm ngặt, không vượt quá khoảng thời gian đó - nếu không sẽ tạo ra nhiễu ở các kênh khác. Theo quy định trên, máy phát hoạt động ở dạng xung riêng lẻ, xảy ra trong khoảng thời gian kênh được chỉ định nghiêm ngặt: thời lượng của khoảng thời gian kênh là 577 μs và thời lượng của toàn bộ chu kỳ là 4616 μs. Việc phân bổ cho thuê bao chỉ một trong tám khoảng kênh cho phép quá trình truyền và nhận được phân chia theo thời gian bằng cách dịch chuyển các khoảng kênh được phân bổ cho các máy phát của thiết bị di động và trạm gốc. Trạm cơ sở (BS) luôn truyền ba khe thời gian trước thiết bị di động (HS).

Các yêu cầu về đặc tính của xung tiêu chuẩn được mô tả dưới dạng mô hình quy chuẩn về sự thay đổi công suất bức xạ theo thời gian. Các quá trình bật và tắt xung, đi kèm với sự thay đổi công suất 70 dB, phải phù hợp với khoảng thời gian chỉ 28 μs và thời gian làm việc trong đó 147 bit nhị phân được truyền đi là 542,8 μs. Các giá trị công suất truyền được chỉ ra trong bảng trước đó đề cập cụ thể đến công suất xung. Công suất trung bình của máy phát hóa ra ít hơn 8 lần vì máy phát không phát ra 7/8 thời gian.

Hãy xem xét dạng của xung tiêu chuẩn bình thường. Nó cho thấy rằng không phải tất cả các bit đều mang thông tin hữu ích: ở giữa xung có một chuỗi huấn luyện gồm 26 bit nhị phân để bảo vệ tín hiệu khỏi nhiễu đa đường. Đây là một trong tám chuỗi đặc biệt, dễ nhận biết trong đó các bit nhận được được định vị chính xác theo thời gian. Một chuỗi như vậy được rào chắn bằng các con trỏ bit đơn (PB - Point Bit) và trên cả hai mặt của chuỗi huấn luyện này có thông tin được mã hóa hữu ích dưới dạng hai khối gồm 57 bit nhị phân, lần lượt được rào lại bằng các bit biên ( BB - Border Bit) - 3 bit mỗi bên. Do đó, một xung mang 148 bit dữ liệu, chiếm khoảng thời gian 546,12 µs. Vào thời điểm này, một khoảng thời gian bằng 30,44 μs thời gian bảo vệ (ST - Shield Time) được thêm vào, trong thời gian đó máy phát ở trạng thái “im lặng”. Về mặt thời lượng, khoảng thời gian này tương ứng với thời gian truyền 8,25 bit, nhưng không có quá trình truyền nào xảy ra tại thời điểm này.

Chuỗi xung tạo thành một kênh truyền vật lý, được đặc trưng bởi số tần số và số khe kênh thời gian. Dựa trên chuỗi xung này, toàn bộ chuỗi kênh logic được tổ chức, khác nhau về chức năng. Ngoài các kênh truyền thông tin hữu ích còn có một số kênh truyền tín hiệu điều khiển. Việc triển khai các kênh như vậy và hoạt động của chúng đòi hỏi phải có sự quản lý chính xác, được thực hiện bằng phần mềm.