Абонентский радиотелефонный аппарат.

5.1 Абонентский радиотелефонный аппарат и его возможности.

Мобильные станции — MS (Mobile Station) — (мобильные телефоны, сотовые радиотеле­фоны и т.д) в пределах каждого класса модели в определенном стандарте сотовой мобиль­ной связи различаются между собой не только количеством сервисных услуг, но и пара­метрами приемно-передающих трактов, конструкцией, внешним видом, блоком управле­ния и т.п.

На мировом рынке существует большое количество и многообразие мобильных стан­ций, однако все они имеют следующие типовые блоки (упрощенная структурная схема телефона)(рис. 5.1):

- блок управления, в который входят дисплей и клавиатура (иногда туда включают
микрофон и телефон);

- приемо-передающий блок;

- антенный блок с коммутатором каналов и диапазонов;

- логический блок (мозговой центр MS) включает цифровой сигнальный процессор
DSP (Digital Signal Processor), иногда называемый CPU (Central Processing Unit), со
своей оперативной и постоянной памятью (DSP Memory), часто в его состав включа­
ют эквалайзер, канальный и речевой кодеки, ADC, DAC и др.;

- идентификационный пользовательский модуль SIM-карта (Subscriber Identity Module).

Рис. 5.1. Типовые блоки мобильной станции

Основные характеристики наиболее простых и дешевых немультимедийных мобильных телефонов стандарта GSM, выпускаемых различными фирмами-производителями:

1) выходная мощность передатчиков МТА лежит в пределах (0,6...2) Вт в максимальном
режиме работы;

2)число строк на дисплее (2...6);

3)возможность передачи данных с помощью PC card-модема;

4)возможность введения кода для запрета использования другой SlM-карты;

5)работа со штатным аккумулятором в режиме разговора/ожидания: 1/20...10/100;

6)масса МТА колеблется от 99 до 275 г;

7)возможность автоматического ответа на звонок.

При приобретении МТА для работы с ним придается «Руководство по эксплуатации», в соответствии с которым проводится подготовка к использованию, заряду аккумулятора, включение и работа с МТА.

Обобщим минимальный набор функций МТА:

1) вызов, ответ на вызов;

2)повторный вызов последнего набранного номера;

3)ускоренный набор;

4)вызов почтового ящика речевой почты;

5)электронная записная книжка — список телефонов, часы, календарь, калькулятор (до
250 номеров телефонов и имен);

6)список меню;

7)защита телефона;

8)выбор сети;

9)посылка сигналов DTMF (Dual Tone Mu In Frequency) — двухтоновый многочастот­
ной сигнализации и др.

Широкую номенклатуру мобильных телефонов стандарта GSM можно найти в фирмен­ных и рекламных материалах различных фирм, поставляющих их на рынок телекоммуника­ционных услуг (Nokia, Siemens, Ericsson, Motorola, Samsung, Philips и др.).

5.2 Функциональная и структурная схемы аналогового и цифрового сотового радиотелефона.

Структурная схема радиотелефона аналогового стандарта ETACS представле­на на рис. 5.2. Передающий (сверху) и приемный (снизу) блоки выполнены по классической схеме.

Рис. 5.2. Функциональная схема радиотелефона аналогового стандарта ETACS

Аналоговый речевой сигнал, поступающий с микрофона, усиливается усили­телем низкой частоты (УНЧ) до необходимого уровня и поступает в фазовый мо­дулятор Г_фм как сигнал f_мод. Промодулированный сигнал f_фм частотой 90 МГц че­рез полосовой фильтр ПАВ поступает в смеситель. Такой фильтр более компак­тен, чем фильтры на LC-контурах и гораздо более технологичен. На смеситель с синтезатора частот приходит также сигнал /_прд. С выхода смесителя сигнал f_с, че­рез полосовой керамический фильтр поступает в усилитель мощности класса С, обеспечивающий максимальный КПД передатчика. Усиленный сигнал через уси­литель мощности (УМ) и полосовой керамический фильтр поступает к антенне.

Приемное устройство представляет собой супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты. Входной сигнал поступает в полосовой фильтр на ПАВ, выделяющий принимаемый сигнал и ослабляющий помехи. Фильтр построен на использовании ПАВ и является ПАВ-фильтром. Отфильтро­ванный ПАВ-фильтром сигнал f_с поступает в малошумящий усилитель (МШУ) и после усиления подается в смеситель. На второй вход последнего с синтезатора частот поступает сигнал гетеродина f_прм.

Полученный сигнал первой промежуточной частоты f_пр1 (45 МГц) направля­ется на вход усилителя первой промежуточной частоты УПЧ1 и после усиления фильтруется полосовым ПАВ-фильтром. Отфильтрованный сигнал /_пр1 поступает на второй смеситель. В него же с гетеродина (Г) поступает сигнал f_г. Получен­ный в результате смешения этих частот сигнал второй промежуточной частоты f_пр2 частотой 450 кГц снова фильтруется полосовым фильтром на ПАВ и усилива­ется усилителем УПЧ2. Усиленный до необходимого уровня сигнал поступает в фазовый демодулятор, где выделяются сигналы управления и речевой сигнал. Последний поступает в усилитель УНЧ и далее — на телефонный капсюль. Сигналы управления обрабатываются центральным процессором CPU.

В сотовом телефоне используется синтезатор частот, с помощью которого можно выбрать любой из выделенных каналов сотовой связи. Частоты канала, выбранного в каждый конкретный момент времени, определяются устройством управления CPU. Когда сотовый телефон перемещается в пространстве от ячейки к ячейке, частоты приема и передачи переключаются таким образом, чтобы соот­ветствовать доступным каналам связи в новой ячейке. Инструкции, предписы­вающие, на какую частоту переключиться, поступают на телефон вместе с други­ми сигналами управления со станции сотовой связи и декодируются модемом, входящим в состав устройства управления телефона.

Синтезатор частот обычно строится на основе систем фазовой автоподстрой­ки частоты (ФАПЧ) и включает в себя опорные генераторы (обычно их два), час­тоты которых стабилизируются кварцевыми резонаторами, а также два генерато­ра, управляемых напряжением (ГУН) и вырабатывающих сигнал гетеродина при­емника и несущую передатчика. Сигналы обоих ГУН смешиваются в отдельных смесителях с сигналом одного из опорных генераторов, в результате чего на вы­ходах смесителей выделяются сигналы разностных частот.

Частота сигнала второго опорного генератора делится в определенное число раз двумя (один для несущей, другой для гетеродина) делителями с переменным коэффициентом деления (ДПКД). Коэффициент деления каждого ДПКД опреде­ляется управляющим кодом, передаваемым сотовой станцией. Схема ФАПЧ срав­нивает разностные частоты на выходах смесителей с частотами на выходах ДПКД и подстраивает оба ГУН таким образом, чтобы вышеуказанные частоты оказались равны. Таким образом, частоты сигналов гетеродина и генератора не­сущей определяются, с одной стороны, образцовыми частотами двух опорных ге­нераторов, а с другой — управляющими кодами сотовой станции, что гарантиру­ет их высокую стабильность.

Обработка сигналов управления, опрос клавиатуры, формирование необходи­мых частот и вывод информации на дисплей происходят под управлением цен­трального процессора. Устройство управления координирует работу всех узлов сотового телефона. По своей архитектуре оно похоже на упрощенный персональ­ный компьютер. Функционирование микропроцессора осуществляется на основе инструкций (программ), хранящихся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для временного хранения данных, например номера текущего канала связи, установленной мощ­ности передатчика и т. д., а также результатов логических или математических операций, которые производятся при выполнении программы. В репрограммируемом постоянном запоминающем устройстве (РПЗУ) хранится информация, специ­фическая для каждого конкретного телефона, например назначенный сотовый те­лефонный номер.

Поскольку сотовые телефоны являются активными элементами сети, они должны находиться с ней в постоянном контакте. Помимо речевых сигналов и то­нальных DTMF-сигналов набора номера, сотовые телефоны должны передавать и принимать данные от приемопередатчика текущей ячейки (т. е. в конечном счете от центральной сотовой станции). Для «подмешивания» данных в передаваемый телефоном радиосигнал, а также для выделения и декодирования команд и дан­ных, получаемых из сети, используется интегральная схема модема.

Микропроцессор (МП) управляет работой контроллера сотового телефона, обычно представляющего из себя специализированную интегральную схему, че­рез которую осуществляется взаимодействие с клавиатурой и индикатором сото-зого телефона. Он используется также при установке необходимых частот синте­затора в радиоприемном и передающем устройствах радиотелефона.

В сотовом телефоне устанавливается дисплей, на котором индициру­ется набираемый номер и режим работы сети и телефона (например, «выбор», «включен», «в работе», «поиск », «занято» и т. д.). Для снижения потребляемой мощности и увеличения срока службы аккумуляторов в качестве дисплея используется жидкокристаллический индикатор.