Базовая станция.

Многие элементы, входящие в состав базовой станции (БС), по функциональному назначению не отличаются от аналогичных элементов подвижной станции, но в целом базовая станция существенно больше и сложнее подвижной, что соответствует ее месту в системе сотовой связи.

Рис. 2. Блок-схема базовой станции

Блок-схема базовой станции приведена на рис. 2. Первая особенность базовой станции, которую следует отметить – это использование разнесенного приема, для чего станция должна иметь две приемные антенны (на схеме рис. 2 эта особенность не отражена). Кроме того, базовая станция может иметь раздельные антенны на передачу и на прием (схема рис. 2 соответствует этому случаю). Используемые в сотовой связи полосы частот относятся к дециметровому диапазону. Как известно, дециметровые радиоволны распространяются в основном в пределах прямой видимости; дифракция на этих частотах выражена слабо, а молекулярного поглощения и поглощения в гидрометеорах (снег, дождь) практически нет. Однако близость подстилающей поверхности и наличие препятствий (зданий), особенно в условиях города, типичных для применения сотовой связи, приводят к появлению отраженных сигналов, интерферирующих между собой и с сигналом, прошедшим по прямому пути. Это явление называют многолучевым (или многопутевым) распространением сигналов. Одним из следствий такого многолучевого распространения является более быстрое, чем в свободном пространстве, убывание интенсовности принимаемого сигнала с расстоянием. Другое следствие – замирания и искажения результирующего сигнала.

Картина многолучевого распространения схематически иллюстрируется рис. 3. Фактически область существенных отражений ограничивается обычно сравнительно небольшим участком в окрестности подвижной станции – порядка нескольких сотен длин волн, т.е. порядка нескольких десятков или сотен метров. При движении подвижной станции эта область перемещается вместе с ней таким образом, что подвижная станция все время остается вблизи центра области.

Р ис. 3. Схема многолучевого распространения

в условиях плотной городской застройки.

При сложении нескольких сигналов, прошедших по разным путям и имеющих в точке приема в общем случае различные фазы, результирующий сигнал может быть как несколько выше среднего уровня, так и заметно ниже, причем провалы, или замирания сигнала, образующиеся при взаимной компенсации сигналов вследствие неблагоприятного сочетания их фаз и амплитуд, могут быть достаточно глубокими. Искажения результирующего сигнала, или межсимвольная интерференция, имеет место в том случае, когда более или менее синфазные составляющие сигналов с соизмеримыми амплитудами настольно отличаются по разности хода, что символы одного сигнала «налезают» на соседние символы другого.

Колебания уровня (замирания) принимаемого сигнала практически всегда имеют две составляющие – быструю и медленную. Быстрые замирания, являющиеся прямым следствием многолучевого распространения, описываются релеевскими замираниями. Диапазон изменений уровня сигнала при быстрых замираниях может достигать 40 дБ, из которых примерно 10 дБ – превышения над средним уровнем и 30 дБ – провалы ниже среднего уровня, причем более глубокие провалы встречаются реже, чем менее глубокие. При неподвижном абонентском аппарате интенсивность принимаемого сигнала, естественно, не меняется. При перемещении подвижной станции переодичность флуктуаций в пространстве составляет около полуволны, т.е. порядка 10 … 15 см в линейной мере. Период флуктуаций во времени зависит от скорости перемещения подвижной станции: например, при скорости 50 км/ч период флуктуаций составляет около 10 мс, а при 100 км/ч – около 5 мс. Частота замираний глубиной 30 … 10 дБ при скорости порядка 50 км/ч составляет 5 … 50 провалов в секунду соответственно, а средняя длительность замираний ниже уровня 30 … 10 дБ при той же скорости – порядка 0,2 … 2 мс.

Медленные замирания обусловлены изменением условий затенения при перемещении подвижной станции и подчиняются логарифмически нормальному закону распределения. Интенсивность медленных флуктуаций не превышает 5 … 10 дБ, а их периодичность соответствует перемещению подвижной станции на десятки метров. Фактические медленные замирания представляют собой изменение среднего уровня сигнала при перемещении подвижной станции, на которые накладываются быстрые замирания вследствие многолучевого распределения.

Основную неприятность при сотовой связи составляют быстрые замирания, поскольку они бывают достаточно глубокими, и при этом отношение сигнал/шум падает настолько сильно, что полезная информация может существенно искажаться шумами, вплоть до полной ее потери. Для борьбы с быстрыми замираниями используются два основных метода:

• разнесенный прием, т.е. одновременное использование двух или более приемных антенн;

• работа с расширением спектра – использование скачков по частоте, а также метода СDМА.