Общие принципы сотовой связи (стр. 5 )

Рис.11.1. Функциональные элементы сети GSM с GPRS.

Архитектура системы GPRS содержит новые элементы сети — так называемые узлы поддержки GPRS (GPRS Support Nodes). Это узел поддержки служб GPRS –Serving GSN, SGSN и узел шлюзовой поддержки Gateway GSN, GGSN. Для поддержания работы с интеллектуальными сетями в структуре может быть CAMEL Service Environment – CSE.

Узлы поддержки связаны с другими элементами интерфейсами, показанными на рис.11.1. Узел GGSN связан с внешними сетями (например, сетями IP или Х-25) через интерфейс Gi. Этот узел содержит данные о маршрутизации, выполняет преобразования адресов и, с помощью инкапсуляции, туннелирует данные пользователям. Передача пакетов узлам SGSN производится через магистральную сеть GPRS (интерфейс Gn), основанную на протоколе IP.

17.Технология EDGE. Схемы модуляции и кодирования.

Повышение скорости передачи данных было осуществлено путем перехода на новую, более эффективную схему модуляции, без изменения общей ширины спектра канала в 200кГц. Новая технология получила название EDGE -- Enhanced Data rates for the GSM Evolution. В ней используется модуляция 8-PSK (см. рис.11.9), где бит в радиоканале кодируется тремя информационными символами. В результате достигается более высокая скорость передачи 640кбит/с, против 270,833кбит/с в обычном радиоинтерфейсе GSM. На рис.11.10 приведены сравнительные значения скоростей EDGE  и HSCSD.

Рис. 11.9. Сигнальное созвездие  модуляции 8-PSK

Особенностью технологии является динамическое изменение схем модуляции и кодирования в зависимости от состояния радиоканала. Используется девять таких схем: MSC1…MSC9 (см. табл.11.1). Причем, в первых четырех схемах  применяется модуляция GMSK, а в остальных  8-PSK.

Важно заметить, что технология EDGE меняет лишь радиоинтерфейс, сохраняя без изменений структуру сети Фазы 2+. В рамках международного проекта IMT-2000 технология EDGE отнесена к поколению 3G сотовой связи.

Рис. 11.10. Некоторые параметры технологии EDGE

в сравнении с HSCSD

Таблица 11.1 Схемы модуляции и кодирования EDGE

При введении технологии EDGE  на существующих базовых станциях GSM необходимо заменить как минимум один обычный приемопередатчик TRX (CU) на TRX EDGE (ECU). В результате в многочастотной соте возникает возможность комбинированной передачи тайм-слотов разного типа, как показано на рис.11.11. Более того, E-GPRS и  GPRS пакеты могут быть мультиплексированы  в одних и тех же тайм-слотах на данной несущей.

Рис. 11.11. Заполнение частотно-временных каналов в системах с EDGE

18.Основные типы  антенн для базовых станций GSM.

1) л/2 диполь

Рис. 12.14. Простой  и петлевой (Пистолькорса)  л/2 диполь

Рис. 12.15. Симметризующее подключение

Рис.12.16. Распределение напряжения и тока по длине вибратора

2) Директорная антенна («волновой канал», Яги-Уда)

Антенна была предложена в 1926 Shintaro Uda и Hidetsugu Yagi из Tohoku Imperial University, Sendai, Japan.

В антенне Яги-Уда используется тот факт, что пассивный элемент, находящийся рядом с активным вибратором, также становится источником вторичных электромагнитных волн. В результате система формирует поле, как суперпозицию двух волн. Это же справедливо и для большего количества пассивных элементов.

В антенне Яги-Уда л/2 диполь-вибратор (обычно – петлевой) с одной стороны окружают рефлектором (пассивным элементом с длинной > л/2), а с другой стороны директорами  (пассивными элементами с длинной < л/2). ДН имеет направленность в сторону директоров, размер которых уменьшается по мере удаления от вибратора. Чем больше директоров, тем выше коэффициент усиления, но уже рабочая полоса.

Рис. 12.17. Схема антенны Яги-Уда

3) Логарифмически-периодическая антенна

Ниже будет показано (см. рис.12.24), что одинаковые диполи можно объединять в систему, возбуждая их синфазно с помощью пересекающейся крест на крест линий.

Аналогичная идея заложена в  логарифмически-периодической антенне, с той разницей, что в ней объединяют диполи изменяющегося размера (см. рис.12.19). Это приводит к заметному расширению полосы антенны при сохранении формы ДН без изменений на всех рабочих частотах. У таких антенн отношение верхней рабочей частоты к нижней может достигать 10 и более.

Рис. 12.19. Общая схема логопериодической антенны

Для получения частотно-независимых свойств в широкой полосе, размерные параметры антенны должны быть связаны следующей геометрической прогрессией со знаменателем ф, называемым периодом структуры:

l2/l1=l3/l2=l4/l3=...=ln/l n-1= ф

d2/d1=d3/d2=d4/d3=...=dn-1/d n-2= ф

Другим параметром, влияющим на свойства антенны, является угол при вершине 2б. Чем меньше угол 2б и период ф ближе к единице, тем больше коэффициент усиления антенны. Однако это приводит к росту габаритов и массы конструкции.

В результате обычно  угол 2б  лежит в приделах  (30…60)0, а  период структуры ф от 0,7 до 0,9.

Следует отметить, что математически точно свойства антенны повторяются (одинаковы) лишь на частотах f0, f0ф, f0ф2, f0ф3,.., f0фn… При  изображении на шкале частот в логарифмическом масштабе, эти частоты следуют с периодом ln(ф), что и определило название антенн данного типа.

4)  Полосковая антенна (Patch Antenna)

Рис.12.22. Конструкция и ДН в горизонтальной плоскости патч-антенны

Патч-антенна представляет собой прямоугольный (квадратный) проводящий лепесток со стороной (сторонами), равной л/2 волны,  расположенный над большей по размеру пластиной «земли». Чем больше пластина земли, тем лучше направленность антенны, но и больше ее габариты. Простая патч-антенна излучает линейно поляризованную волну. Ее излучение может быть рассмотрено как излучение двух щелей по краям антенны.

Прямоугольные (не квадратные) антенны дают диаграмму направленности, у которой ширина вертикального и горизонтального лепестков существенно различаются. Кроме квадратных лепестков, могут использоваться круглые или многоугольные лепестки.

Относительная полоса пропускания простейшей антенны линейно зависит от расстояния между лепестком и землей: чем ближе лепесток к земле, тем меньше полоса и  выше добротность антенны. Грубо полосу пропускания антенны можно оценить по формуле:

,

где d — расстояние от лепестка до земли, W — длина лепестка (обычно половина длины волны), Zo -- импеданс воздушного промежутка между лепестком и землей, Rrad — сопротивление излучения антенны. зависит от ее толщины.

Характерное значение импеданса воздушного промежутка Zo =337 Ом, а сопротивления излучения Rrad =150 Ом. Тогда получаем формулу:

.

Для квадратного лепестка на 900 МГц, W = 16 см. Толщина антенны в 1.6 см даст относительную ширину полосы пропускания в 1.2(1.6/16) =0,12 (12%), или 108 МГц.

19.Спиральные и PIFA антенны для мобильных терминалов.

  Спиральные антенны имеют две основные моды излучения:

спираль с осевым излучением (AMHA — Axial-Mode Helical Antenna), показанная на рис.14.2(а); спираль с поперечным излучением (NMHA — Normal-Mode Helical Antenna), показанная нарис.14.2 (б).

Рис. 14.2. Спиральная антенна с осевым излучением (а)

и поперечным излучением (б)

Спираль с осевым излучением (большая относительно л/4) широко прменяется в космической связи, удаленном приеме Wi-Fi и т. п.

Спираль с поперечным излучением, имеющая всенаправленную ДН типа диполя, но заметно меньшую длину, нашла применение в мобильных терминалах. На рис.14.3 показаны такие антенны, причем вариант спиральной антенны с двумя различными шагами навивки рассчитан под диапазоны 900 и 1800 МГц в разных ее сегментах. Размер таких антенн составляет в длину около 15мм спираль и 35мм общий, 5мм диаметр спирали.

Рис. 14.3. Спиральная антенна с равномерным

и переменным шагом навивки

На рис.14.4 представлены два других возможных подхода к созданию двухчастотных малоразмерных антенн. В первом варианте используются спирали разного размера, причем спираль с меньшим радиусом, предназначенная для работы в диапазоне 1800 МГц, помещена внутрь спирали с большим диаметром, имеющей резонанс на частоте 900 МГц. Второй вариант представляет собой комбинацию штыревого излучателя для частоты 1800 МГц и спиральной антенны, намотанной вокруг него и обеспечивающей роботу в диапазоне 900 МГц.

Рис. 14.4. Двухдиапазонные антенные системы на основе спирали.

а) вложенные спирали;

б) спираль со штырем  л/4.

В рассмотренных антенных конструкциях как правило не удается сделать антенну короче 0,1 от длины волны самого низкочастотного диапазона.