Радіочастотний модуль (на рис. 7.2, а) обробляє всі радіосигнали, які приймаються або передаються стільниковим телефоном. Антена підключається до вхідного пристрою, що запобігає попаданню сигналів власного передавача на вхід приймальної схеми. В більшості - це система селективних фільтрів. Ефективність її така, що вхід приймача не перевантажується навіть при потужності передавача стільникового телефону в декілька ватів. Це необхідно для забезпечення дуплексного режиму зв'язку. Вхідні радіочастотні сигнали фільтруються та перетворюються в сигнали проміжної частоти. Вихідний сигнал проміжної частоти з радіочастотного модуля надходить до низькочастотного модуля. Однак якщо в звичайних радіоприймачах використовується ручне настроювання для встановлення частоти приймання, то в стільниковому телефоні використовується синтезатор частот, за допомогою якого можна вибрати будь-який з виділених каналів. Частотний канал визначається модулем управління. Коли стільниковий телефон переміщається в просторі від чарунки до чарунки, то частоти приймання та передавання перемикаються таким чином, щоб бути доступними каналам зв'язку в новій чарунці.

 Інструкції про вибір конкретної частоти надходять до телефону разом в іншими сигналами керування зі станції стільникової зв'язку і декодуются модемом, що входить до складу модуля керування телефону. Мовні сигнали та службові коди з низькочастотного модуля надходять на схему передавача та після відповідної обробки подаються на антену. Несуча частота передавача встановлюється синтезатором і визначається керувальним кодом, переданим на телефон приймально-передавальним блоком відповідної чарунки.

Синтезатор частот будується на основі систем фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ) і складається з двох опорних генераторів, частоти яких стабілізуються кварцовими резонаторами та двох генераторів, керованих напругою (ГУН), що виробляють сигнали гетеродина приймача і несучої частоти передавача. Сигнали обох ГУН змішуються в окремих перетворювачах із сигналом одного з опорних генераторів, в результаті чого на виходах змішувачів виділяються сигнали різних частот.

У низькочастотному модулі (рис.7.2, б) відбувається перетворення сигналів проміжної частоти, що надходять із радіочастотного модуля, в звукові сигнали. Досить часто в стільникових телефонах встановлюється другий звуковипромінювач, який використовується для подавання сигналу "дзвінка". Тональні DТМF-сигнали набору і мовний сигнал від мікрофону проходять через фільтри, підсилювачі та подаються на радіочастотний модуль (разом із сигналами з модуля керування). Функціонування приймача та передавача звукових сигналів синхронізується модулем керування (рис.7.3), який за своєю архітектурою нагадує мікро-ЕОМ.  Функціонування мікропроцесора (МП) здійснюється на основі інструкцій (програм), що зберігаються в постійному запам’ятовувальному       пристрої (ПЗП).

 Оперативний запам’ятовувальний пристрій (ОЗП) використовується для тимчасового зберігання даних, наприклад, номера поточного каналу зв'язку, рівня потужності передавача, а також результатів логічних або математичних операцій при виконанні програми. В репрограмовуваному постійному запам’ятовувальному пристрої (РПЗП) зберігається інформація, специфічна для кожного конкретного телефону: наприклад, заданий стільниковий телефонний номер. Радіочастотний і низькочастотний модулі та DТМF-генератор керуюються сигналами, що надходять безпосередньо з МП.

Оскільки стільникові телефони є активними елементами мережі, вони повинні знаходитися з нею в постійному контакті. Крім мовних і тональних сигналів мобільні телефони приймають дані від приймально-передавального блока поточної чарунки (від центральної стільникової станції). Для "підмішування" даних у переданий телефоном радіосигнал, а також для виділення та декодування команд і даних, одержаних з мережі, використовується ІС модему. МП керує роботою контролера стільникового телефону, тобто це спеціалізована ІС, через яку здійснюється взаємодія з клавіатурою й індикатором стільникового телефону. МП використовується також при встановленні необхідних частот синтезатора в радіочастотному модулі.

         В стільниковому телефоні звичайно використовується дисплей, за допомогою якого висвітлюється номер, що набирається, та режим роботи мережі й телефону (наприклад, "вибір", "включений", "у роботі", "пошук", "зайнято"). Для зниження споживаної потужності та підвищення терміну служби як дисплей звичайно використовується рідиннокристалічний індикатор.

На території кожної чарунки знаходиться автоматизована базова станція невеликої потужності, що забезпечує радіозв'язок з переносною або автомобільною абонентською станцією (рис. 7.4). Базова станція має канал керування, набір мовних каналів зв'язку та приймач, що вимірює інтенсивність сигналу. Число мовних каналів, діаграма повторного використання частот, зона обслуговування кожної чарунки вибираються таким чином, щоб забезпечити необхідну ємність стільникової мережі з відповідним телефонним трафіком.

Кожна базова станція з'єднана з центром комутації рухомої мережі (центральна стільникова станція), що забезпечує зв'язок із комутованою телефонною мережею загального користування (ТМЗК), а також з іншими базовими станціями. Рухомі абоненти стільникової мережі зв'язуються тільки з найближчою базовою станцією. Таким чином, на великому просторі може бути створена мережа з множини взаємозалежних радіостанцій. При цьому невелика потужність передавачів дозволяє робити апаратуру дуже компактною та відносно недорогою.

         Кожній базовій станції, оснащеній приймально-передавальною апаратурою, дається набір частотних каналів, які забезпечують декілька двосторонніх телефонних розмов одночасно (рис.7.5). На станціях, що розділені захисним інтервалом D, одні і ті самі канали використовуються повторно. Це основний принцип стільникових систем телефонного зв'язку, який визначає високу частотну ефективність системи. Суміжні базові станції, що використовують різні канали, утворять групу із С станцій. Розмір С є частотним параметром системи, тому що визначає мінімально можливе число каналів системи. Якщо на кожній базовій станції є набір з l каналів шириною смуги Fк кожний, то загальна ширина смуги системи в напрямку передавання складе

Fс = FкlС.

 

Число активних абонентів на всій території обслуговування визначається як N = L,  де L = 1,21 • (Rо/R) - число базових станцій.

 Ефективність використання спектра частот визначається згідно з виразом

 

n = N /Fс = 1,21 · Rо/FкСR.

Таким чином, ефективність системи не залежить від числа каналів у наборі і зростає зі зменшенням радіуса стільника R. Це означає, що менші розміри стільника дозволяють збільшити повторюваність частот (їхнє одночасне використання), а також обумовлюють доцільність вибору менших значень частотного параметра С.

Одним з прикладів мобільного зв'язку є стільникова мережа системи СMS-45 (стандарт NМТ-450) фірми "ЕРІКСОН РАДІОСИСТЕМА" (Швеція), що побудована на принципах дворівневої ієрархічної системи.

Виклик може надійти з ТМЗК, а також від іншого абонента стільникової мережі. При цьому центральна станція згідно з прийнятим номером здійснює перевірку присутності або відсутності  абонента, що викликається в даній зоні обслуговування, категорію цього абонента, а також якість зв’язку. Якщо рухомий абонент, що викликається, є присутнім у зоні і його номер набрано правильно, центральна станція передає  виклик для всіх базових станцій в зоні обслуговування. При одержанні виклику абонентська станція автоматично передає підтвердження на частоті викликного каналу і тим самим визначається місце розташування абонентської станції щодо діючої базової станції.

Далі центральна станція вибирає наявний в даному кластері вільний канал передавання та передає номер цього каналу на абонентську станцію. Прийнявши номер, абонентська станція автоматично перемикається на  канал передавання, по якому здійснюється звичайна процедура входження в зв'язок.

Під час розмови рухомий абонент звичайно переміщається по зоні обслуговування. Кожне з'єднання в процесі розмови контролюється за допомогою спеціального сигналу частотою 4 кГц. При цьому апаратура базової станції виконує оцінювання відношення сигнал/шум цього контрольного сигналу та приймає рішення про необхідність передавання обслуговування на з'єднання іншій базовій станції, що знаходиться в "кращому положенні". Для цього здійснюється ряд процедур пошуку інших базових станцій, що можуть забезпечити потрібну якість розмови, а також закріплення обраної нової базової станції за даною розмовою. Така процедура називається перекиданням виклику. Це перекидання непомітне для абонента – його розмова не переривається. У випадку зайняття всіх розмовних каналів на базових станціях передавання з'єднань в процесі розмови не виконується.

В стільниковій системі є ще одна особливість. Якщо різні території обслуговуються різними компаніями-операторами, то вони можуть створити єдину мережу для обслуговування своїх клієнтів, забезпечивши таким чином роумінг. Якщо рухомий абонент виїжджає за межі своєї зони обслуговування, інша стільникова мережа автоматично прийме перекидання виклику та продовжить його обслуговувати.

Очевидно, що розвиток стільникових систем рухомого зв'язку та їхнє впровадження вирішило проблему економії спектра радіочастот шляхом багатократного використання виділеного частотного ресурсу при просторовому рознесенні приймально-передавальної апаратури з однаковими робочими частотами. Стільникова топологія дозволила багаторазово збільшити ємність телекомунікаційних мереж відносно мереж радіальної структури без погіршення якості зв'язку та розширення виділеної смуги частот. Однак впровадження стільникових систем рухомого зв'язку почалося після того, як були знайдені способи визначення поточного місця розташування рухомих абонентів і забезпечення безперервності зв'язку при переміщенні абонента з однієї чарунки в іншу.

В наш час відомі 9 основних стандартів аналогових щільникових систем рухомого зв'язку (табл. 7.1). Стандарт на аналогові стільникові системи рухомого радіозв'язку NМТ-450 (The Nordic Mobile Telephone System) був розроблений адміністраціями зв'язку Данії, Фінляндії, Норвегії і Швеції для організації спільної автоматичної системи рухомого радіотелефонного зв'язку загального користування в Скандинавських країнах.

Найстарішим і найпотужнішим оператором, що донедавна був монополістом на ринку послуг стільникового зв’язоку в Україні, є фірма UMC, що розгорнула мережу стандарту NМТ-450i. Перевагою стандарту NМТ-450i є низька вартість і висока швидкість розгортання мережі, тому що одна базова станція покриває в декілька разів більшу площу, чим в інших стандартах. Розмір чарунки в цьому стандарті досягає 30 км. За площею покриття території України NMТ-450i не має собі рівних. Стільниковим зв'язоком стандарту NМТ-450i UМС охоплено біля 150 міст і 6000 км автодоріг України, а число абонентів цієї системи перевищує 300000. Крім того, є можливість автоматичного роуминга на території Росії.

У великих містах, де на малій площі зосереджена велика кількість абонентів, ефективність функціонування NМТ-450i істотно нижче, чим інших стандартів через порівняно малу ємність системи. Крім того, цифрові стандарти мають велику завадозахищеність, набагато краще захищені від підслуховування та непрошених "двійників" і дають ряд нових сервісних функцій.

 

Таблиця 7.1 - Стандарти аналогових стільникових систем зв’язку

Система стільникового зв’язку стандарту NМТ-450 має чотири типи абонентських рухомих станцій: звичайні рухомі станції, рухомі станції з пріоритетом, портативні рухомі станції, рухомі станції-таксофони.

Принципи побудови стільникових систем радіозв'язку стандартів NМТ-900 та NМТ-450 практично однакові. Обидві системи базуються на специфікації стандарту NМТ-450. Основні відмінності стандарту        NМТ-900, головним чином позв'язані з удосконаленням керування та розширенням числа наданих послуг. В наш час стандарт NМТ-450 доопрацьований і його характеристики доведені до стандарту NМТ-900. Нова версія отримала позначення NМТ-450i. Основні удосконалювання включають підвищену продуктивність, кращу якість роботи ручних телефонів і захист доступу до мережі зв'язку за допомогою системи ідентифікації абонента (Subscriber Indentification Security - SIS). Ідентифікація абонента (абонентської станції) здійснюється  спеціальним ключем (SАК). Цей же ключ міститься в регістрі ідентифікації, встановленому в центрі комутації. Процедура ідентифікації здійснюється при кожному виклику від рухомої станції. Це дозволяє перевіряти кожний виклик і виключити появу так званого "двійника".

Системи стільникового рухомого зв'язку стандарту NМТ-450i та NМТ-900 надають абонентам широкий набір послуг. Крім передавання мовних повідомлень на місцевому, міжміському та міжнародному рівнях, мережа NМТ дозволяє відправити факсимільні повідомлення та мати доступ до різних баз даних за допомогою факсів-модемів, що підключаються до рухомих станцій. При цьому швидкість передачі даних не повинна перевищувати 4,8 кбіт/с. На базі стандартів NМТ розроблені системи безпроводового зв’язку для стаціонарних абонентів (WiLL). Всі абонентські пристрої, включаючи телефони та модеми передавання даних, можна включити в систему цього радіотелефонного зв'язку як інтерфейс користувача. З погляду абонента цей варіант зв'язку не відрізняється від проводового зв'язку.