Мобильная телефонная система. Аналоговая передача речи.
На данный момент можно выделить уже три разных поколения мобильных телефонов, осуществляющих:
1) Аналоговую голосовую связь;
2) Цифровую голосовую связь;
3) Цифровую голосовую связь и обмен данными (Интернет).
В 1946 году была установлена первая система автомобильных телефонов. Она имела один большой передатчик, расположенный на крыше высокого здания, и единственный канал приема и передачи данных. Чтобы начать разговор, нужно было нажать кнопку, которая включала передатчик и отключала приемник (как в рациях). Такие системы получили название тангентных систем.
В 1960-х годах появилась усовершенствованная система мобильной телефонной связи, IMTS. Она также использовала мощный 200-ватный передатчик, установленный на вершине горы, но уже имела два частотных канала: один для отправки, другой – для приема данных. Поэтому микрофонная кнопка уже была не нужна. Благодаря разделению выходящих и исходящих каналов, пользователи мобильных телефонов не могли слышать чужие разговоры. IMTS поддерживала 23 канала в диапазоне от 150 до 450 МГц. Из-за небольшого числа каналов пользователям часто подолгу приходилось ждать освобождения линии. К тому же из-за сильной мощности передатчика смежные системы должны были располагаться на расстоянии нескольких сотен километров друг от друга во избежание интерференции сигналов.
В любой мобильной телефонной системе географический регион охвата делится на соты. В AMPS размер сот составляет от 10 до 20 км; в цифровых системах соты еще мельче. Каждая сота работает на своих частотах, не пересекающихся с соседними. Лежащая в основе телефонной системы AMPS идея разбиения территории на относительно небольшие ячейки и использования одних и тех же частот в различных (не соседних) ячейках дает этой системе значительно большие возможности. В то время как в системе IMTS на территории диаметром 100 км для каждого звонка требовалась своя частота, система AMPS в той же области могла состоять из ста десятикилометровых сот и поддерживать от 5 до 10 звонков на одной и той же частоте в сильно удаленных друг от друга ячейках. Кроме того, небольшие размеры сот означают меньшую мощность, требующуюся для передатчиков, а значит, меньшую стоимость устройств. Телефонные трубки имеют выходную мощность около 0,6 Вт, передатчики в автомобилях – около 3 Вт, что является максимальной мощностью, которую разрешает FCC.
Система AMPS использует 832 дуплексных канала, каждый из которых состоит из пары симплексных каналов. 832 симплексных канала передачи располагаются в диапазоне от 824 до 849 МГц, и еще 832 канала приема – от 869 до 894 МГц. Ширина каждого канала составляет 30 кГц. Таким образом, для разделения каналов в системе AMPS используется частотное уплотнение.
В диапазоне 800 МГц длина радиоволн составляет около 40 см. такие радиоволны распространяются строго по прямой линии. Они поглощаются деревьями и отражаются от поверхности земли и зданий. Может случиться так, что сигнал с мобильного телефона достигнет БС по прямому пути, но, кроме того, с небольшим запозданием попадет на ту же станцию, отразившись от земли или здания. Такое эффект может привести к появлению эха или искажению сигнала.
Все 832 канала можно разделить на четыре категории:
1) Управляющие каналы (от базы к мобильному телефону) для управления системой.
2) Пейджинговые каналы (от базы к мобильному телефону) для передачи сообщений мобильными пользователями.
3) Каналы доступа (двунаправленные) для установления соединения и назначения каналов.
4) Каналы данных (двунаправленные) для передачи голоса, факса или данных.
Для управления резервируется 21 канал. Они прошиваются в программируемом запоминающем устройстве каждого телефона.
Каждый мобильный телефон в системе AMPS снабжается 32-разрядным порядковым номером и 10-значным телефонным номером, которые записываются в ППЗУ телефона. Телефонный номер состоит из 3-значного кода области, занимающего 10 бит, и 7-значного номера абонента, занимающего 24 бита. При включении телефон сканирует запрограммированный список из 21 управляющего канала, в котором он ищет наиболее сильный сигнал.
Затем телефон передает в эфир свой 32-разрядный порядковый номер и 34-разрядный телефонный номер. Как и вся управляющая информация в системе AMPS, этот пакет посылается в цифровой форме несколько раз с применением помехоустойчивого кодирования, хотя сами голосовые каналы являются аналоговыми.
Когда базовая станция слышит этот сигнал, она передает сообщение коммутатору MTSO, который фиксирует появление нового пользователя, а также информирует «домашний» коммутатор абонента о его новом местоположении. Обычно мобильный телефон регистрируется примерно каждые 15 минут.