Частотный спектр, выделенный для аналоговой сотовой связи (AMPS), в Соединенных Штатах занимает две полосы: приблизительно от 825 до 850 МГц и от 870 до 895 МГц. Обычная архитектура (и аналоговых, и цифровых систем) предусматривает поканальное разделение. Полный спектр разделен на большое количество относительно узких каналов, определяемых частотой несущей. Несущая частота модулируется голосовым сигналом с использованием аналоговых методов. Каждый дуплексный канал связи требует наличия двух частотных каналов с шириной диапазона приблизительно 30 кГц. Пользователю назначаются обе частоты на время вызова. Прямой и обратный каналы разделены по времени, что позволяет эффективно разделять функции приема/передачи. Ширина диапазона для несущих "А" или "В", обслуживающих отдельный район составляет 12,5 МГц (416 каналов, каждый шириной 30 кГц). Поддерживается только один вызов в каждый момент времени по каждому каналу.
Организация многоканального доступа с временным разделением (TDMA) позволяет выделить полосу частот на основании информации о свободном в данный момент канале. В Соединенных Штатах система TDMA выделяет полный канал 30 кГц для индивидуальной передачи только на короткий период времени. Схема мультиплексирования 3:1 позволяет в рамках той же полосы частот, что используется для аналоговой сотовой связи, разместить три канала связи с использованием технологии TDMA. Каждая передаваемая / принимаемая последовательность укладывается в короткие интервалы времени по 6,7 мс. TDMA-система основана на широком использовании DSP-технологий для уменьшения битрейта голосовых данных и подготовки цифровых данных к передаче по аналоговым каналам связи. Используемый в системах TDMA подход также был выбран для GSM-систем и будет рассмотрен ниже более подробно.
Второй цифровой стандарт, используемый в Соединенных Штатах, называется множественным доступом с разделением кодов (CDMA). Эта техника использовалась в защищенных военных коммуникациях на протяжении долгого времени под названием расширенного спектра (spread spectrum). В ней передатчик передает частотно-модулированную псевдослучайную последовательность в относительно широком частотном диапазоне. Приемник имеет доступ к той же самой случайной последовательности и может декодировать данные. В результате подключения дополнительных пользователей к системе уменьшается суммарное отношение сигнал-шум для всех пользователей. При использовании этого стандарта превышение количества запросов над допустимым уровнем должно повысить число ошибочных битов у всех пользователей. Дальнейшее увеличение количества вызовов приводит к постепенному росту взаимного влияния каналов до тех пор, пока процесс в некоторой области не станет саморегулирующимся, т. е. качество голосовой связи станет настолько плохим, что пользователи будут вынуждены сократить время вызова или отказаться от дополнительных звонков. Никто никогда не блокируется в обычном смысле, как это происходит в FDMA или TDMA-системах, когда все каналы или временные интервалы перегружены.
В обеих цифровых системах — TDMA и CDMA — широко применяются алгоритмы цифровой обработки сигналов для сжатия и подготовки речевых сигналов к передаче. В приемнике методы ЦОС используются для демодуляции и декодирования сигналов речи.
В настоящее время в США используются и аналоговые и цифровые системы. Во многих случаях аналоговые и цифровые системы должны сосуществовать в пределах одной области и зоны обслуживания. Такой подход вызывает необходимость поддержания сотовой базовой станцией и аналоговых, и цифровых форматов, подразумевая широкое использование цифровых методов при построении базовых станций, что существенно упрощает оборудование.
Заключительная часть этой главы посвящена обработке речи и канальному кодированию, связанному со стандартом GSM. Эти приложения иллюстрируют фундаментальные принципы, которые применимы ко всем мобильным цифровым системам.
СТАНДАРТЫ ЦИФРОВОЙ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ
• Многоканальный доступ с частотным разделением (FDMA) — пользователи системы получают отдельные участки спектра
• Многоканальный доступ с временным разделением (TDMA) — сигналы для различных пользователей передаются в разные моменты времени (емкость канала приблизительно в три раза выше, чем при FDMA) — стандарт GSM является примером TDMA