Как работает сотовая связь. Часть 1

Система мобильной коммуникации с использованием концепции сотовой связи

Проблемы с помехами, вызванные мобильными устройствами, использующими один и тот же канал в смежных областях, доказали, что все каналы не могут повторно использоваться в каждой соте. 

Инженеры обнаружили, что влияние помех было связано не с расстоянием между зонами, а с отношением расстояния к мощности (радиусу) передатчиков зон. Сокращая радиус зоны на пятьдесят процентов, поставщики услуг могут увеличить число потенциальных клиентов в зоне в четыре раза.Частоты сотовой связи, используемые в одном кластеонцепция сотовой связи использует переменные уровни низкой мощности, что позволяет подбирать ячейки в соответствии с потребностями.

Частоты сотовой связи, используемые в одном кластере ячеек, могут быть повторно использованы в других ячейках. Разговоры могут передаваться из ячейки в ячейку, чтобы поддерживать постоянную телефонную связь, когда пользователь перемещается между ними.

Видео

Вредоносность вышек сотовой связи

Сотовая связь – это большой прорыв в науке и технике своего времени, который не обошелся без последствий. Индустрия сотовой связи продолжает утверждать, что вышки связи не представляют опасности для здоровья, но в наши дни все меньше людей верят в это.

Вредны ли вышки сотовой связи? К сожалению, правил

Вредны ли вышки сотовой связи? К сожалению, правильный ответ – да. Микроволны могут влиять на электромагнитные поля вашего тела, вызывая множество потенциальных проблем со здоровьем:

  1. Головные боли.
  2. Потеря памяти.
  3. Сердечно-сосудистый стресс.
  4. Низкое количество сперматозоидов.
  5. Врожденные дефекты.
  6. Рак.

Существуют убедительные доказательства того, что электромагнитное излучение вышек наносит вред здоровью.

Пример: исследование влияния клеточной башни на стадо молочного скота было проведено правительством штата Бавария в Германии, результаты опубликованы в 1998 году. Возведение башни вызвало неблагоприятные последствия для здоровья, что привело к ощутимому падению надоя. Переезд крупного рогатого скота восстановил надой молока. Перемещение их обратно на исходное пастбище воссоздало проблему.

История сотовой связи

Работы по созданию гражданских систем мобильной связи начались в 1970-х. К этому моменту развитие обычных телефонных сетей в европейских странах достигло такого уровня, что следующим шагом в эволюции коммуникаций могла стать только доступность телефонной связи везде и всюду.

Сети на первом гражданском стандарте сотовой связи – NMT-450 – появились в 1981. Хотя наименование стандарта представляет собой сокращение слов Nordic Mobile Telephony («мобильная телефония северных стран»), первая на планете сотовая сеть была развернута в Саудовской Аравии. В Швеции, Норвегии, Финляндии (и других странах Северной Европы) сети NMT заработали на несколько месяцев позднее.

Через два года – в 1983 – на территории США была запущена первая сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), созданного в исследовательском центре Bell Laboratories.

Стандарты NMT и AMPS, которые принято относить к первому поколению систем сотовой связи, предусматривали передачу данных в аналоговой форме, что не позволяло обеспечить должный уровень помехоустойчивости и защиты от несанкционированных подключений. Впоследствии у них появились усовершенствованные за счет использования цифровых технологий модификации, например, DAMPS (первая буква аббревиатуры своим появлением обязана слову Digital – «цифровой»).

Стандарты второго поколения (так называемого 2G) – GSM, IS-95, IMT-MC-450 и др., изначально созданные на основе цифровых технологий, превосходили стандарты первого поколения по качеству звука и защищенности, а также, как выяснилось впоследствии, по заложенному в стандарт потенциалу развития.

Уже в 1982 Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (CEPT) создала группу для разработки единого стандарта цифровой сотовой связи. Детищем этой группы стал GSM (Global System for Mobile Communications).

Первая сеть GSM была запущена в эксплуатацию в Германии в 1992. Сегодня GSM является господствующим стандартом сотовой связи как в России, так и во всем мире. В 2004 в нашей стране GSM-сети обслуживали свыше 90% абонентов сотовой связи; в мире GSM использовало 72% абонентов.

Для работы оборудования стандарта GSM выделено несколько диапазонов частот – на них указывают числа в названиях. В европейском регионе в основном используются GSM 900 и GSM 1800, в Америке – GSM 950 и GSM 1900 (на момент утверждения стандарта в США «европейские» частоты там оказались заняты другими службами).

Популярность стандарту GSM обеспечили его значимые для абонентов особенности:

– высокое качество передачи голоса;

– защищенность от помех, перехвата и «двойников»;

– наличие большого числа дополнительных сервисов;

– возможность при наличии «надстроек» (таких, как GPRS, EDGE и др.) обеспечивать передачу данных с высокими скоростями;

– присутствие на рынке большого количества телефонных аппаратов, работающих в сетях стандарта GSM;

– простота процедуры смены одного аппарата на другой.

В процессе развития сотовые сети стандарта GSM приобрели возможности расширения за счет некоторых «надстроек» над действующей инфраструктурой, обеспечивающих скоростную передачу данных. GSM-сети с поддержкой GPRS (General Packet Radio Service) получили название 2,5G, а GSM-сети с поддержкой стандарта EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) иногда называют сетями 2,75G.

В конце 1990-х в Японии и Южной Корее появились сети третьего поколения (3G). Основное отличие стандартов, на которых построены сети 3G, от предшественников – расширенные возможности скоростной передачи данных, что позволяет реализовывать в таких сетях новые сервисы, в частности, видеотелефонию. В 2002–2003 первые коммерческие сети 3G начали работать и в некоторых странах Западной Европы.

Хотя в настоящее время сети 3G существуют лишь в ряде регионов мира, в инженерно-технических лабораториях крупнейших компаний уже ведутся работы по созданию стандартов сотовой связи четвертого поколения. Во главу угла при этом ставится не только дальнейшее увеличение скорости передачи данных, но и повышение эффективности использования пропускной способности частотных диапазонов, выделенных для мобильной связи, чтобы получать доступ к сервисам могло большое количество абонентов, находящихся на ограниченной территории (что особенно актуально для мегаполисов).

Куда движется мобильная связь

В развитых регионах основным направлением развития мобильной связи на ближайшее будущее является конвергенция: обеспечение абонентским терминалам автоматического переключения с одной сети на другую с целью наиболее эффективного использования возможностей всех коммуникационных систем. Экономить средства абонентов и улучшать качество связи позволит автоматическое переключение, например, с GSM на DECT (и обратно), со спутниковой связи на «наземную», а при обеспечении беспроводной передачи данных – между GPRS, EDGE, Wi-Fi и другими стандартами, многие из которых (например, WiMAX) только ожидают своего часа.

Как работает мобильная связь: ликбез

Обратите внимание на промышленные здания, городски

Обратите внимание на промышленные здания, городские высотки и специальные вышки. На них располагаются большие серые прямоугольные блоки с торчащими антеннами разных форм. Это приемо-передающие операторов сотовой связи. От антенны сигнал по кабелю передается непосредственно в управляющий блок станции. Вместе они и образуют базовую станцию [антенны и управляющий блок].

В свою очередь, контроллеры кабелями подключены к  В свою очередь, контроллеры кабелями подключены к

В свою очередь, контроллеры кабелями подключены к «мозговому центру»  – коммутатору. Коммутатор обеспечивает выход и вход сигналов на городские телефонные линии, на других операторов сотовой связи, а также операторов междугородней и международной связи.

Когда человек передвигается по улице пешком или идет на автомобиле, поезде и т.д. и при этом еще и разговаривает по телефону, важно обеспечить непрерывность связи. Как работает сотовая связь

Несмотря на своё название, пчёлы в функционировани

Несмотря на своё название, пчёлы в функционировании сотовой связи никак не задействованы. Сотовой связь называется потому, что территория, на которой обеспечивается связь, разбивается на отдельные ячейки или соты.

Соты формируют многочисленные базовые станции - эт

Соты формируют многочисленные базовые станции — это совокупности антенн, расположенные где-то на крышах зданий.

Каждая такая станция способна поймать сигнал от со

Каждая такая станция способна поймать сигнал от сотового телефона на расстоянии до 35 километров.

Антенна базовой станции разбита на несколько участ

Антенна базовой станции разбита на несколько участков, каждый из которых направлен в свою сторону.

Антенна может включать в себя до шести секторов, к

Антенна может включать в себя до шести секторов, каждый из которых в состоянии обрабатывать до 72 звонков одновременно.

То есть теоретически одна базовая станция может об

То есть теоретически одна базовая станция может обрабатывать до 432 звонков, правда на практике используется меньшее количество секторов антенны.

Провода от антенн тянутся в специальный домик, кот

Провода от антенн тянутся в специальный домик, который по сути и является базовой станцией.

Физически она выполнена в виде двух железных шкафо

Физически она выполнена в виде двух железных шкафов, установленных в помещениях с хорошей системой вентиляции.

Как правило, базовые станции устанавливаются на че

Как правило, базовые станции устанавливаются на чердаках или крышах в специальных контейнерах.

За городом антенны базовых станций как правило уст

За городом антенны базовых станций как правило устанавливают на антенно-мачтовых сооружениях.

Это наиболее эффективный способ обеспечить связью

Это наиболее эффективный способ обеспечить связью трассы и большие территории за пределами города.

В этом случае базовые станции располагаются в спец

В этом случае базовые станции располагаются в специализированных вагончиках около вышек.

Провода спускаются от антенн и проникают в помещен

Провода спускаются от антенн и проникают в помещение.

С базовых станций вызов переводится на центральный

С базовых станций вызов переводится на центральный контроллер, где и происходит установление соединения с нужным абоненту направлением.

Контроллер и базовая станция связываются по оптиче

Контроллер и базовая станция связываются по оптическому или радиорелейному каналам. Один контроллер способен обслуживать до шестидесяти базовых станций.

Ниже вы можете увидеть, что из себя представляет к

Ниже вы можете увидеть, что из себя представляет коммутатор:

Коммутаторы размещают в больших помещениях, заполн

Коммутаторы размещают в больших помещениях, заполненных металлическими шкафами с оборудованием.

Задача коммутатора состоит в управлении трафиком.

Задача коммутатора состоит в управлении трафиком. Если раньше чтобы поговорить друг с другом, абонентам нужно было сначала связываться с телефонисткой, которая затем вручную переставляла нужные провода, то теперь с ее ролью отлично справляется коммутатор.

Базовые станции. Общие сведения

Так выглядят антенны сотовой связи, установленные

Так выглядят антенны сотовой связи, установленные на крышах зданий. Эти антенны являются элементом базовой станции (БС), а конкретно – устройством для приема и передачи радиосигнала от одного абонента к другому, и далее через усилитель к контроллеру базовой станции и другим устройствам. 

Подключение базовой станции к  сети оператора

Подключение базовой станции к  сети оператора связи может производиться по радиорелейной связи, поэтому рядом с «прямоугольными» антеннами блоками БС можно увидеть радиорелейную тарелку.

С переходом на более современные стандарты четверт

С переходом на более современные стандарты четвертого и пятого поколений, для удовлетворения их требований, подключать станции нужно будет исключительно по волоконной оптике. В современных конструкциях БС оптоволокно становится неотъемлемой средой передачи информации даже между узлами и блоками самой БС. 

Оборудование базовой станции располагается в нежил

Оборудование базовой станции располагается в нежилых помещениях здания, либо устанавливается в специализированные контейнеры (закрепленные на стенах или столбах), ведь современное оборудования выполняется довольно компактно и может запросто поместиться в системный блок серверного компьютера. 

Какие стандарты мобильной связи бывают

Первые мобильники работали с технологий 1G — это самое первое поколение сотовой связи, которое опиралось на аналоговые телекоммуникационные стандарты, главным из которых стал NMT — Nordic Mobile Telephone. Он предназначался исключительно для передачи голосового трафика.

К 1991 году относят рождение 2G — главным стандартом нового поколения стал GSM (Global System for Mobile Communications). Данный стандарт поддерживается до сих пор. Связь в этом стандарте стала цифровой, появилась возможность шифрования голосового трафика и отправки СМС.

Скорость передачи данных внутри GSM не превышала 9,6 кбит/с, что делало невозможной передачу видео или высококачественного звука. Проблему был призван решить стандарт GPRS, известный как 2.5G. Он впервые позволил пользоваться сетью Интернет владельцам мобильных телефонов.

Фото:  Ameacuterico Toledano  /  CC BY-SA 4.0

Фото: Ameacuterico Toledano / CC BY-SA 4.0

Такой стандарт уже обеспечил скорость передачи данных до 114 Кбит/c. Однако вскоре он также перестал удовлетворять постоянно растущие запросы пользователей. Для решения этой проблемы в 2000 году был разработан стандарт 3G, который обеспечивал доступ к услугам Сети на скорости передачи данных в 2 Мбита.

Еще одним отличием 3G стало присвоение каждому абоненту IP-адреса, что позволило превратить мобильники в маленькие компьютеры, подключенные к интернету. Первая коммерческая сеть 3G была запущена 1 октября 2001 года в Японии. В дальнейшем пропускная способность стандарта неоднократно увеличивалась.

Наиболее современный стандарт — связь четвертого поколения 4G, которая предназначена только для высокоскоростных сервисов передачи данных. Пропускная способность сети 4G способна достигать 300 Мбит/сек, что дает пользователю практически неограниченные возможности работы в интернете.

Принцип работы сотовой связи (для чайников)

Процесс начинается с активации чипа при введении ПИН-кода вставляемой SIM-карты. Затем осуществляется передача сигнала сотовой связи по управляющим каналам. Ответ вызываемого номера передается по свободному каналу управления на антенну базовой станции, откуда идет передача в центр коммутации подвижной связи.

Центр коммутации ищет базовую станцию с максимальным уровнем сигнала сотового телефона абонента сотовой связи и переключает разговор на нее.

Частотный спектр и мобильная связь

Теперь давайте обсудим, почему частотный спектр очень важен для мобильной связи. Для передачи последовательности нулей и единиц посредством цифровой связи, каждому абоненту выделяется частотный диапазон, однако частотный спектр сотовой связи весьма ограничен, при том что пользуются ей миллиарды абонентов.

Эта проблема решается с помощью двух методов. Первый, распределение частотного интервала и второй — технология множественного доступа. В первом случае подразумевается четкое распределение разных частотных интервалов по разным вышкам сотовой связи, а технология множественного доступа заключается в эффективном распределение частотного интервала среди всех активных пользователей в ячейке.

Как устроена сотовая связь в России

В связи с особенностями советской политики, с начала 90-ых годов Россия отставала и зачастую использовала вышедшую из эксплуатации технику сотовой связи США и других развитых стран. Сегодня отставание существенно сократилось. Как и в развитых странах, мы используем технологии 2G, 3G и 4G. По информации Минкомсвязи России покрытие GSM-передатчиками до сих пор остается наиболее плотным. Покрытие LTE пока отстает от технологий предыдущих поколений.

Контроль качества

Для того чтобы не отстать от конкурентов, сотовые операторы постоянно совершенствуют своё оборудование и расширяют покрытие. Для того чтобы убедиться в качестве услуг, специальные мобильные комплексы операторов перемещаются по городам и оценивают связь. Аналогичные независимые комплексы используют и государственные органы, чтобы предоставлять гражданам независимую оценку предоставляемых услуг сотовых компаний.

На сайте Минкомсвязи России вы можете посмотреть, как работает сотовая связь в вашем населенном пункте. Выбирайте интересующие технологии и компании, смотрите зоны покрытия, наложенные на карту.

Чем отличаются поколения мобильной связи

Технология 1G позволила абонентам связываться по телефону без подключенного к нему провода, но у этого поколения было две проблемы: первая заключалась в том, что беспроводная передача велась в аналоговом формате. Аналоговый сигнал может быть легко искажен помехами, поэтому его качество и безопасность были очень низкими. Вторая проблема заключалась в использовании технологии FDMA множественный доступ с разделением каналов по частоте. Доступный частотный спектр при нём используются неэффективно. Эти негативные факторы стали причиной появления мобильной связи второго поколения.

В мобильной связи 2G использовались цифровые техно

В мобильной связи 2G использовались цифровые технологии множественного доступа с разделением по времени TDMA или с кодовым разделением CDMA. Второе поколение также представила революционную услугу передачи данных SMS и доступа в интернет.

Технология 3G была нацелена на повышение скорости передачи данных. Для этого наряду с увеличением пропускной способности использовалась технология W-CDMA широкополосный множественный доступ с кодовым разделением. В результате была получена скорость 2 Мбита в секунду, что позволило передавать данные для таких целей как GPS, видео, голосовые вызовы и тому подобное. С появлением этой технологии мобильные телефоны стали быстро вытесняться смартфонами.

Затем появилась технология 4G, которая позволила достичь скорости передачи данных от 20 до 100 Мбит в секунду, этого было достаточно для просмотра фильмов с высоким разрешением и телевидения. Более высокая скорость стала возможной благодаря технологиям OFDM и MIMO. MIMO задействует одновременно несколько передающих и принимающих антенн, как в мобильном телефоне так и на вышки сотовой связи.

Следующее поколение мобильной связи 5G, которая будет внедрена в скором будущем, будет использовать усовершенствованную технологию MIMO и миллиметровые волны. Это сделает возможной бесперебойную связь для так называемого интернета вещей, обеспечивающего функционирование беспилотных автомобилей и умных домов.

Теги

Adblock
detector