Багатопроменеве поширення радіохвиль та методи боротьби з ним
В системі GSM використовуються смуги частот дециметрового діапазону, а отже мають наступні характеристики:
- поширюються в основному в межах прямої видимості;
- дифракція на цих частотах виражається слабо, а молекулярного поглинання і поглинання в гідрометеорах (сніг, дощ) практично немає;
- наявність відбиття від землі і перешкод, особливо в умовах міста, призводить до появи відбитих сигналів, які інтерферують між собою і з сигналом, що пройшов по прямому шляху. Це явище називається багатопроменевим поширенням сигналів.
Відбиття від землі (або іншої поверхні) при певних умовах призводить до того, що потужність сигналу, що приймається, зменшується пропорційно не другій степені відстані між приймачем і передавачем, як при поширенні в вільному просторі, а пропорційно четвертій степені цієї відстані. Інтерференція декількох сигналів, які пройшли різними шляхами, викликає явище завмирання результуючого сигналу, при якому інтенсивність сигналу, що приймається, змінюється в значних межах при переміщенні рухомої станції. Крім того, виникають спотворення, які є наслідком накладання декількох співрозмірних сигналів, зміщених один відносно іншого в часі, які можуть призводити до помилок в інформації, що приймається. Нарешті складність картини багатопроменевого поширення суттєво ускладнює розрахунок інтенсивності сигналу при віддалені від базової станції, а такий розрахунок необхідний для коректного проектування системи.
Приклад багатопроменевого поширення зображено на рис. 8.15. Фактична область суттєвих відбиттів обмежується звичайно порівняно невеликою ділянкою навколо мобільної станції - порядку декілька сотень довжин хвиль, тобто порядку декілька десятків метрів. При переміщенні мобільної станції ця область переміщується разом з нею таким чином, що мобільна станція весь час перебуває поблизу центру цієї області.
Рис.8.15 Приклад багатопроменевого поширення
При накладанні декількох сигналів, які пройшли по різних шляхах і які в точці прийому мають різні фази, результуючий сигнал може бути як вище середнього рівня, так і значно нижче, причому провали (завмирання) сигналу, які виникають за рахунок взаємної компенсації сигналів внаслідок несприятливого поєднання їх фаз та амплітуд, можуть бути достатньо глибокими. Спотворення результуючого сигналу або міжсимвольна інтерференція мають місце в тому випадку, коли більш-менш синфазні складові сигнали з співрозмірними амплітудами настільки відрізняються по різниці ходу, що символи одного сигналу «перекриваються» з сусідніми символами другого.
Коливання рівня (завмирання) сигналу на приймальній стороні практично завжди мають дві складові: швидку і повільну. Швидкі завмирання, які є безпосереднім наслідком багатопроменевого поширення, описуються релеєвським законом поширення і тому називаються релеєвськими завмираннями. Повільні завмирання зумовлені зміною умов затінення при переміщенні рухомої станції. Фактично повільні завмирання являють собою зміну середнього рівня сигналу при переміщенні мобільної станції. Основні проблеми виникають внаслідок швидких завмирань, оскільки вони бувають достатньо глибокими і при цьому співвідношення сигнал/шум падає настільки сильно, що корисна інформація може суттєво спотворюватись шумами, що може призвести до повної її втрати.
Приведені вище особливості поширення радіохвиль вимагають додаткових заходів по обробці радіосигналів. Для боротьби з швидкими завмираннями використовується два методи: рознесений прийом, тобто одночасне використання однієї або кількох приймальних антен, а також робота з розширенням спектру, тобто використання стрибків по частоті. Для боротьби з міжсимвольною інтерференцією використовуються еквалайзери (вирівнювачі). В системі GSM використовується вирівнювач Вітербі. Нарешті, для боротьби з наслідками багатопроменевого поширення, а саме для усунення помилок, зумовлених як завмираннями сигналів, так і міжсимвольною інтерференцією, використовується завадостійке канальне кодування: блокове і згорткове кодування, а також перемішування.
Функції базової станції
Базова станція BS (англ. Base Station) - це обладнання, призначене для обслуговування однієї або декількох комірок мережі. Вона не просто забезпечує доступ до мережі рухомим станціям, а виконує складну обробку радіосигналів з метою забезпечення високої якості і надійної передачі. Структурна схема радіотракту приведена на рис. 8.16.
Функції, які виконує базова станція можна розділити на дві групи. До першої групи відносяться такі функції як:
- канальне кодування;
- перемішування;
- шифрування радіопередачі;
- пакетне форматування;
- модуляція;
- вирівнювання.
Рис.8.16 Спрощена структурна схема радіотракту
Ці функції є обов'язковими і необхідні для забезпечення надійної передачі і достовірного прийому. Друга група – це функції, які призначені для покращення якості передачі, для підвищення ефективності використання частотного спектру.
Вони включають:
- рознесений прийом;
- стрибкоподібне перенастроювання частоти;
- обробку часового випередження;
- перервну передачу;
- звітування контролеру базових станцій.