Побудова, принцип роботи й основні параметри безпроводовоготелефону
Термін «безпроводовий телефон» закріпився за апаратами, що здійснюютьзв’язок між абонентами по радіоканалу й телефонних лініях зв’язку через АТСТМЗК.
Унайпростішому варіанті безпроводовий телефонний апарат – це пристрій, щоскладається з носимої мікротелефонної трубки (ПМТ) і стаціонарного блока (СБ),підключеного до абонентської лінії ТМЗК. Зв’язок між цими блоками здійснюєтьсяпо радіоканалу з використанням АМ або ЧМ.
Такимчином, безпроводовий телефон – це об’єднані в одному пристрої радіостанція йелектронний телефон .
/>
Рис.1 Безпроводовий телефон
УСБ установлені всі функціональні вузли, що здійснюють взаємодію з телефонноюлінією, своя система управління й повноцінна УКХ радіостанція.
Схемауправління включає такі пристрої, як детектор виклику, дзвінок, реле захватулінії, DTMF-клавіатуру. Джерелом живлення для СБ служить звичайна електричнамережа.
Доскладу СБ входить також зарядний пристрій для акумуляторів,приймально-передавальний пристрій, мікрофон і телефонний капсуль. І в СБ і вПМТ установлені окремі незалежні управляючі мікропроцесори.
Длятого, щоб безпроводовий телефон міг працювати в дуплексному режимі (тобто щобпо ньому можна було говорити й слухати одночасно), прийом і передача ведуться,так, що сигнали від СБ до ПМТ передаються на одній частоті, а від НМТ до СБ –на іншій.
Дві частоти маютьбути підібрані досить ретельно, щоб гарантувати при дуплексній роботівідсутність взаємних перешкод між переданим і прийнятим сигналами.
У старих моделяхбезпроводових телефонів використовується єдина пара частот. У більшостівипадків ці системи працюють цілком надійно, але в деяких ситуаціях у нихвиникають перешкоди від потужних радіо- і телепередавачів або розташованихпоблизу інших телефонів.
У сучасних апаратахможна вибирати частоти своїх передавачів, відокремлюючи від зовнішніх перешкод.Великий набір частот не є панацеєю, але в більшості випадків все-таки дозволяєпідібрати канал зв’язку, досить захищений від місцевих перешкод.
У цей часвикористовуються безпроводові телефони чотирьох основних частотних діапазонівдля радіозв’язку між СБ і ПМТ: 31/40, 46/49, 250/380і 900 Мгц.
Спрощенаструктурна схема СБ наведена на рис. 2. У СБ входить чотири групифункціональних вузлів: приймач, передавач, інтерфейс телефонної лінії (розмовнасхема) і схема управління.
Спрощенаструктурна схема ПМТ наведена на рис. 3.
Сигнали, переданіНМТ, приймаються антеною й надходять на підсилювач радіочастоти (ПРЧ), у якомувідбувається їхнє попереднє підсилення. Радіосигнали містять: несучу(синусоїдальний сигнал з певною частотою), спектральні компоненти мовногосигналу (у діапазоні ±4 кГц від несучої), і сигнали управління, які координуютьспільну роботу СБ і ПМТ.
/>
Рисунок2 – Спрощена структурна схема СБ
У звичайномутелефоні під час розмови замкнутий важільний перемикач. У безпроводовомутелефоні, коли ви натискаєте кнопку «Розмова на ПМТ», на СБ посилаєтьсявідповідний керувальний сигнал, прийнявши який, мікропроцесор СБ виробляєкоманду вмикання реле захвату лінії, контакти якого в цьому випадкуеквівалентні важільному перемикачу. Після увімкнення реле захвата СБ починаєпередавати на ПМТ сигнал готовності від місцевої телефонної станції, і виможете його чути.
Щоб виділити мовута сигнали управління із прийнятого сигналу радіочастоти (РЧ), його необхідновідповідним чином перетворити. Сигнал РЧ надходить на один із входів змішувача,де він змішується (перемножується) із сигналом гетеродина.
У вихідному сигналізмішувача утримується безліч комбінаційних (сумарних і різницевих) частотвхідних сигналів (РЧ і гетеродина) і їхніх гармонік, але нас цікавить тількисигнал із частотою, що дорівнює різниці між частотами сигналів РЧ і гетеродина.Цей корисний сигнал називається сигналом проміжної частоти (ПЧ).
Значення ПЧзалежить як від частоти сигналу РЧ, так і гетеродина, а їх зазвичай вибирають зурахуванням багатьох факторів: завадозахищеності, простоти фільтрації,стабільності тощо.
Сигнал ПЧпідсилюється в підсилювачі ПЧ і детектується; детектування може бути якчастотним, так і амплітудним – залежно від виду модуляції.
Керувальніімпульси, що пройшли через формувач логічних сигналів, надходять у схемууправління на мікропроцесор, а мовні сигнали проходять через підсилювачзвукової частоти (ПЗЧ) і подаються на розмовну схему для передачі їх утелефонну лінію.
Передача СБсигналів мови й управління відбувається простіше. Мовні сигнали з телефонноїлінії, що пройшли через ІС розмовної схеми, надходять на ПЗЧ. Посилений мовнийсигнал (разом з підмішаними керувальними сигналами) надходить на вхідгенератора несучої частоти, де й здійснюється модуляція радіосигналу.
Схема управліннякоординує роботу всіх вузлів безпроводового телефону. У СБ мікропроцесоркоординує процеси прийому й передачі, формує керувальні сигнали, передані наПМТ, обробляє вхідні з його команди, детектує сигнали виклику, виробляєнеобхідні імпульсні або тональні складальні сигнали та взаємодіє з телефонноюлінією через відповідний інтерфейс. Разом із МП використовується ІС пам’яті длязберігання постійних програмних інструкцій і даних.
Телефоннийінтерфейс (розмовна схема) зв’язує СБ із телефонною лінією. При надходженнівідповідної команди із ПМТ вмикається реле захвату лінії, і воно своїми контактамипідключає телефонну лінію до розмовної схеми.
По лінії починаєпротікати струм, який станція сприймає так, нібито у звичайного телефону булазнята трубка. На СБ від телефонної станції надходить сигнал готовності, щопередається по радіоканалу в ПМТ. Після цього із ПМТ можна починати набірномера.
/>
Рисунок3 – Структурна схема НМТ
Під час наборуномера МП виробляє керувальні сигнали, які передаються на СБ, перетворюються навідповідні DTMF-сигнали та надходять у телефонну лінію.
Найпростішазарядна схема – у вигляді захисного діода – використо-вується для підзарядкиакумуляторів ПМТ, коли він лежить у гнізді СБ. Сигнал, прийнятий антеною НМТ,подається на ПРЧ, що підсилює слабкий радіосигнал, переданий СБ.
Переданий СБсигнал РЧ містить ті самі складові, що й зворотний сигнал ПМТ, і йогоперетворення в ПМТ відбувається так само, як і в СБ. Єдина відмінність полягаєв тому, що виділений із РЧ мовний сигнал надходить не на розмовну схему, а нателефонний капсуль або невеликий гучномовець.
Передача сигналуздійснюється ПМТ тим самим способом, що був використаний у СБ, тільки якджерело сигналу виступає зазвичай електретний або електродинамічний мікрофон.Функції схеми управління НМТ також подібні до функцій аналогічного вузла СБ.Існують, щоправда, деякі відмінності.
Наприклад, колиСБ виявляє сигнал виклику й передає відповідну команду на ПМТ, її МП виробляєзвуковий сигнал, щоб попередити вас про виклик. У ПМТ більшості безпроводовихтелефонів установлюється клавіатура Пз повним набором цифр і керувальнихкнопок. Сигнали з неї надходять безпосередньо на МП.
У схемууправління, як і в СБ, зазвичай включаються ІС пам’яті для зберіганняпрограмних інструкцій і даних. Вихід передавача та вхід приймача підключені доєдиної антени.
Щоб потужнийсигнал передавача (вихідна напруга передавача в антені – частки вольта абоодиниці вольтів) не забивав власний приймач (чутливість приймача – одиницімікровольт) прийом і передача сигналів ведуться на різних частотах, а на входіПРЧ приймача встановлюється вузькосмуговий селективний дуплексний фільтр.
Розгляньмо якприклад безпроводовий ТА Panasonic KX-T4046AL.
Технічніхарактеристики:
— радіус дії 0,5 км у прямій видимості;
— 10 каналівзв’язку (табл. 1);
— потужністьпередавача базового блока/трубки 10 мВт;
— заглушеннясусідніх каналів 40 дБ;
— чутливістьприймача базового блока/трубки 0,5 дБм при співвідношенні сигнал/шум 20 дБ;
— вид модуляціїЧМ із девіацією частоти 5 кГц;
— нестабільністьчастоти ±2,5 кГц;
— 65 000варіантів коду доступу;
— пам’ять 1016-розрядних номерів;
— робота в режимірозмови/очікування без підзарядки акумулятора 8 годин/30 днів;
— можливістьвідповіді на дзвінок натисканням будь-якої кнопки;
— двостороннійпейджинг;
— внутрішнійзв’язок (інтерком);
— гучномовнийзв’язок (спікерфон);
— електроннерегулювання рівня гучності;
— номеронабирачна базовому блоці.
Основу схем НМТ і СБ становлять дві ІС. Перша – AN6185NFA, щовключає радіоприймач (крім каскаду ПРЧ), синтезатор частоти, детектор сигналу,компандер, ПЗЧ і мікрофонний та інші допоміжні пристрої, і інша –мікроконтролер, що з’єднує функції управління й електронного номеронабирача.
Типи мікроконтролерів базового блока й трубки відрізняються –MN150832 у базовому блоці й 0006G515 у трубці. Відмінності застосовуванихмікроконтро-лерів обумовлено особливостями управління НМТ і СБ. Додатково вбазовому блоці застосована схема спікерфона, побудована на ІС — SC77655V.
Таблиця 1 – Розподілчастот каналів РТ KX-T4046ALНомер каналу СБ fс, МГц НМТ fс, МГц Передача Прийом Передача Прийом 1 30,075 39,775 39,775 30,075 2 30,125 39,825 39,825 30,125 3 30,175 39,875 39,875 30,175 4 30,225 39,925 39,925 30,225 5 30,275 39,975 39,975 30,275 6 30,100 39,800 39,800 30,100 7 30,150 39,850 39,850 30,150 8 30,200 39,900 39,900 30,200 9 30,250 39,950 39,950 30,250 10 30,300 40,000 40, 000 30,300
Високочастотні ланцюгиПМТ і СБ практично ідентичні. Відмінності полягають у застосуванні в антеннихланцюгах ПМТ, дуплексора DUP1 і у відповідних ланцюгах СБ ланцюжка зв’язанихсмугових фільтрів. Подібні розходження впливають на якість роботи схем іобумовлені винятково масогабаритними показниками трубки.
Перше покоління систембезпроводової телефонії (БПТ) спочатку розвивалося в рамках національнихпрограм. Перші системи БПТ, що з’явилися в 70-ті рр. у Європі, Азії таПівнічній Америці, працювали в діапазоні 27-50 МГц.
Передача аналоговихмовних повідомлень здійснювалася за допомогою частотної модуляції, а кількістьробочих каналів не перевищувала 10. Дальність зв’язку за напрямом «ПМТ –СБ» складала 200 – 300 м. У 1983 р.
Європейська організаціяадміністрацій і пошт (СЕРТ) розробила перший європейський стандарт (СТ-1) дляаналогових систем безпроводових телефонів у смузі частот 900 МГц із 40дуплексними каналами й частотним поділом каналів (FDМА) через 25 кГц. При цьомузв’язок здійснювався тільки через індивідуальний СБ з використаннямідентифікаційного коду. Загальна кількість кодів склала більше мільйона.
У даній конфігураціїсистеми не використовується канал управління для встановлення зв’язку між ПМТ іСБ. Вони займають канал, використовуючи ту саму процедуру.
У черговому режимі кожнийблок БПТ постійно сканує по каналах у пошуку сигналу, що містить кодідентифікації. Коли виникає необхідність у встановленні зв’язку в будь-якомублоці БПТ, цей блок знаходить вільний канал, визначаючи рівень напруженостіполя на ньому.
На цьому каналіініціюючий блок починає передавати код ідентифікації. При виявленнівідповідного коду відповідний блок припиняє сканування й передає по зворотномудуплексному каналу відповідний код. Після того як ініціюючий блок виявляє, щоузгодиться з відповідним кодом ідентифікації, передача розпізнавальних сигналівприпиняється й відбувається заняття абонентської лінії.
Уряді країн Європи ємність у 40 дуплексних каналів виявилася недостатньою длявикористання в комерційних системах. У Німеччині, Австрії й Швейцарії заузгодженням із СЕРТ був прийнятий розширений стандарт СТ-1 з подвоєноюкількістю дуплексних каналів – 80. Однак у цих стандартах не забезпечуваласятаємність передачі мовних повідомлень.
Наступнепокоління систем БПТ було розроблене у Великобританії. Новий стандарт, щоодержав назву СТ-2 (прийнятий СЕРТ у 1987 р.), був цифровим. Він забезпечувавконфіденційність переговорів і кращу, ніж у СТ-1, якість прийому мовнихповідомлень.
Цейстандарт використовує дуплексний режим з часовим поділом каналів ібагаторазовий доступ із частотним поділом (ТDМА/FDМА). При цьому на одномучасовому інтервалі здійснюється передача пакета повідомлення від абонента, а нанаступному інтервалі – прийом пакета повідомлення для цього абонента від СБ.
Обмінпакетами повідомлень здійснюється на одній частоті. Відповідно до цьогостандарту використовувана смуга 864-868 МГц поділена на 40 каналів по 100 кГцна кожний.
Вибірширини каналу був визначений, виходячи з мінімально можливого їхнього поділу зачастотою для необхідної швидкості передачі даних без застосування дорогихметодів модуляції. Такий підхід до ТDМА/FDМА добре відповідає доступностіспектра й вимогам, до мережі.
СтандартСТ-2 прийнятий за основу при створенні системи безпроводових телефонівТі1ероint, призначеної для одночастотного зв’язку рухливих абонентів черезрадіопорти, встановлені в місті, з абонентами ТМЗК.
Зв’язокіз системи Ті1ероint здійснюється в зоні базової станції з дальністю до 200м.Характерною рисою цієї системи є та обставина, що вона, забезпечуючи своїмкористувачам вихід у ТМЗК, не дозволяє викликати власників НМТ.
Системибезпроводового доступу СТ-1 і СТ-2 мають обмежену абонентську ємність. Томуосновні зусилля розробників були спрямовані на створення системи, здатноїзабезпечити велику кількість абонентів. У підсумку Європейський інституттелекомунікаційних стандартів прийняв стандарт DECT – Digital Enhanced CordlessTelecommunications (цифрова розширена безпроводова система передачі голосу йданих).
Цейстандарт використовує багатостанційний доступ з виявленням несучої, багатостанційнийдоступ із частотним поділом каналів і часовий дуплекс. Системі DЕСТ виділено 10частотних каналів (10 несучих частот) у діапазоні від 1880 до 1900 Мгц.Інтервал між сусідніми частотами складає 1,728 Мгц. Не менш важливимкомпонентом є часовий поділ у каналі – ТDМА.
Насампередцифрова технологія TDMA, використовувана в стандарті DECT, має високузавадостійкість і дозволяє бездротовим системам обробляти до 2000 користувачівна площі в 1 кв. км, забезпечуючи високу якість передачі мови. Користувач підчас розмови може переміщатися із зони дії одного осередку (стільники) у зонудії іншого осередку. Зв’язок при цьому не переривається і якість не страждає.
Методишифрування надійно захищають користувача від прослуховування телефону. Низькапотужність передавача мінімізує шкідливий вплив випромінювання на організм(потужність випромінювання на трубці лише 10 мВт). Більшість моделей телефонівстандарту DECT можуть працювати до 9 годин у режимі розмови й до 45 годин урежимі очікування. Таке невелике споживання енергії забезпечується за рахуноквикористання технології переривчастої передачі.