Представлена на рис. 6.23 двохрівнева організація комплекту базових станцій - це новинка порівняно з аналоговими комірковими системами. Завданням проектантів було спрощення конструкції і зниження коштів діючих пристроїв на периферіях системи, на великій відстані від комутаційної станції MSC. Ансамбль базових станцій поділено на частини - керуючу (блоки керування BSC) і передавальну (базові станції BTS). З комутаційної станції MSC до «інтелігентної» керуючої частини перенесено ряд комутаційних функцій і функцій керування, пов’язаних з обслуговуванням радіоінтерфейсу. Один блок управління BSC керує, типово, роботою кількох або кількох десятків базових станцій. В необслуговуваних базових станціях залишено тільки приймально-передавальне обладнання, що відповідає аналогічним модулям в рухомих станціях.
Стик ансамблю базових станцій з комутаційною станцією MSC нормалізовано. Він носить назву інтерфейсу А. В зв’язку з тим, що комутаційні станції системи GSM, як передбачалося, будуть наступним кроком після ISDN-івських, на трансмісійному рівні обидва типи комутаційних станцій повинні стикуватися. Отже, бінарний канал в інтерфейсі А - це стандартний канал ІКМ з швидкістю 2048 кбіт/с, згідно вимог ССІТТ G.703. Мультиплексування (організація каналу) відбувається з використанням періоду в 125 с, в групі є 32 канали, швидкість кожного 64 кбіт/с. Існування стандартного інтерфейсу А дає можливість застосувати в тій самій системі GSM комутаційні станції від різних виробників. Сигналізацію організовують порівнево, згідно з моделлю OSI, базуючись на системі сигналізації SS7. Часові інтервали в каналі 2048 кбіт з інтерфейсу А можуть використовуватися як розмовні канали, так і як сигналізаційні. Спільний сигналізаційний канал створюється на основі одного або кількох канальних інтервалів в каналі 2048 кбіт/с.
Інтерфейс А - це посередник між комутаційно-мережною частиною та ансамблем базових станцій. В системі GSM нормалізований також внутрішній стик ансамблю базових станцій. Блок керування базовими станціями BSC взаємодіє з базовими станціями BTS через інтерфейс А-bis. Подібно, як і в системі ІКМ, використано організацію бінарного каналу із швидкістю передачі 2048 кбіт/с.
Базова станція BTS
6.4.2.1. Функції базових станцій
Базова станція взаємодіє з одного боку через радіоінтерфейс з базовими станціями, а з другого боку, через інтерфейс А-bis - з блоком керування базовими станціями. Найважливіші функції базових станцій такі:
- реєстрація викликів (наказ виділення окремого сигналізаційного каналу) від рухомих станцій;
- функції, що пов’язані з перетворенням сигналу в передавальному та приймальному напрямках: кодування і декодування мови, кодування і декодування каналу, переплутування (змішування) і розплутування, модуляція і демодуляція; та в передаючому напрямку: перенесення сигналу до радіочастоти, підсилення і подача радіосигналів (англ. combining) на антену; а в приймальному напрямку: фільтрація сигналів, розподіл і перенесення до основного спектру;
- шифрування і дешифрування сигналів передачі в радіоканалі;
- передача результатів власних вимірювань та результатів, отриманих від рухомих станцій, до блоку керування BSC;
- виконання скакання по частотах;
- забезпечення синхронізації між рухомою станцією і базовою.
Базова станція може працювати на одній або кількох радіочастотах (максимально до 16). Для кожної частоти повинен бути власний передавач і приймач. На рис. 6.24 представлено основні функціональні блоки станції, яка працює на чотирьох частотах. Подібно як в описаній раніше функціональній схемі рухомої станції, в базовій станції можна виділити цифрову і аналогову частини.
Рисунок 6.23 – Блок-схема ансамбля базовых станций
Завданням цифрової частини є, перш за все, перетворення інформаційних сигналів (мови або даних) в обох напрямках. В цій частині виконується також скакання по частотах. В аналоговій частині базової станції знаходяться чотири передавачі ТХ і чотири приймачі RX, по одному для кожної частоти, та групоутворювач і модуль RXFE. Кожний передавач ТХ містить цифро-аналоговий конвертор С/А, модуль GMSK, конвертор сигналу до радіочастоти та підсилювач потужності. Наступним блоком є групоутворювач, який дозволяє передавати кілька радіосигналів з допомогою однієї антени (його будова і можливості будуть описані далі). Передавальна антена часто виконується як окремий елемент відносно приймальної антени. З приймальної сторони знаходиться приймальна антена, а потім аналоговий модуль початкової обробки високочастотних сигналів RXFE (англ. Receiver Front-End). В цьому модулі міститься розгалужувач, смугові фільтри та підсилювачі з низьким рівнем шумів. В блоках приймачів RX відбувається перетворення частоти до основної смуги та аналого-цифрова конверсія сигналів прийому. Демодуляція проходить в модулі цифрового перетворення сигналів, спільно з процедурою корекції радіоканалу, але різні виробники мають свободу відносно власних розв’язків.
Якщо розглянути типове обладнання стійки базової станції, то цифрова частина займає тільки невелику частину стійки. Цифрові блоки з уваги на їх невелику вагу розміщені в верхній частині стійки. Головна частина займає чотири передавально-приймальні модулі (для чотирьохчастотної базової станції), кожний з яких має вентилятор, що покращує тепловий обмін з оточуючим середовищем. В середній частині стійки розташовані блоки початкової обробки радіосигналу та групоутворюючі блоки. Якщо стійка розташована в приміщенні АТС, то може користуватися блоками живлення, спільними для багатьох пристроїв. В іншому випадку біля стойок базової станції монтується окремий блок живлення. Блокова будова базової станції дозволяє гнучку розбудову. Збільшення кількості частот базової станції відбувається доповненням наступних стійок.
Рисунок 6.24 – Функціональна схема базової станції
Одним з елементів базової станції, який заслуговує на додаткову увагу, є блок групоутворювача (англ. combiner). Цей блок, який дозволяє об’єднати кілька вихідних сигналів з кількох передавачів на вході антени, будується на основі резонансних схем (англ. cavity combiner), які однак мають відносно великі зовнішні розміри. При кожній зміні групи частот, що присвоюються даній базовій станції, такі схеми потребують часто ручного підстроювання. Групоутворюючі блоки діють на резонансному принципі, що приводить до втрат потужності приблизно 5 dB для кількох передавачів.
Іншим варіантом будови групоутворювача є гібридні схеми (англ. hybrid combiners), що виконують пасивну комбінацію сигналів передавача. Їх перевага - це малі розміри і широка смуга. Вони не вимагають підстройки, можуть підлаштовуватись під зміни в конфігурації мережі і створюють сприятливі умови для процедури скакання по частотах. Недоліком гібридних схем є великі втрати по потужності і мала селективність. Гібридні групоутворювачі мають втрати для кількох передавачів приблизно 7 dB.
Максимальна вихідна потужність базової станції в системі GSM визначається відносно входу блоку групоутворення. Отже, якщо прийняти, що втрати в схемі групоутворювача рівні 6 dB, то наприклад, у випадку базової станції третього класу в системі GSM900 (максимальна потужність 80 Вт) потужність сигналу на виході антени становить тільки 20 Вт.
