Основа сотовой сети - как строят базовые станции. Вред для здоровья людей от вышек сотовой связи

Вышки сотовой связи устанавливаются на открытой местности для того, чтобы на них можно было смонтировать базовые станции. Базовыми станциями называют совокупность приборов, отвечающую за прием, передачу и обработку сигнала сотовой связи.

Несмотря на то, что распространение мобильных способов общения в России идет интенсивным путем, многие города, села оказываются без этого вида коммуникаций.

Вышки операторов сотовой связи

Вышки сотовой связи используются вдали от городских массивов. В мегаполисах базовые станции размещают на крышах домов. Радиус их действия достигает 3-5 километров. А вокруг дорог, возле сельских поселений устанавливаются специальные вышки. Как правило, это бело-красные столбы, башни, на вершине которых смонтирована базовая станция. Когда на пути сигнала нет лесных массивов или железобетонных конструкций, вышки можно размещать на расстоянии 10-15 км друг от друга.

Поскольку рынок сдачи мачт в аренду растет, условия существования на нем быстро меняются.

Вышки сотовой связи МТС

Компания «МТС» занимает второе место по числу базовых станций среди крупных операторов сотовой связи в России. В 2016 году было установлено около 137 тысяч единиц. Эта компания первой стала сдавать свои вышки в аренду конкурентам и другим предприятиям, предлагая довольно льготные условия в виде отсутствия штрафов за досрочное расторжение контракта и отказа от скрытых и дополнительных платежей.

Вышки сотовой связи Билайн

Компания «Билайн» в 2016 году имела около 96 тысяч установленных базовых станций. Динамика их увеличения относительно скромная: в год появляется по 4,5 тысячи новых станций. Хотя именно установка новых вышек позволила компании предлагать 4G интернет во многих областях России.

Вышки сотовой связи Мегафон

По состоянию на 2016 год у компании «Мегафон» было установлено больше всего базовых станций: около 164 тысяч. В год эта компания увеличивает их число на 14-15 тысяч.

Вышка сотовой связи Теле2

Оператор «Теле 2» растет динамично. В 2016 году у него было около 96 тысяч базовых станций, что сравнимо по охвату с «Билайном». Это предприятие устанавливает или арендует по 12 тысяч новых вышек и станций в год. Есть основания полагать, что при таком темпе развития, этот оператор вскоре займет более прочное положение в четверке лидеров.

Как установить вышки сотовой связи, и какая цена?

Вышки сотовой связи используются там, где нет никаких иных вариантов размещения базовых станций. Даже вокруг деревень можно найти высокие конструкции, на которые смонтировать антенны будет дешевле, чем ставить вышку. Это могут быть трубы, элеваторы и другие варианты построек высокого типа.

Требования к установке вышки довольно непростые:

• высота оригинальной вышки должна составлять от 72 до 100 метров;
• желательно выбирать самое высокое место в округе, годятся любой холм, возвышенность;
• необходим доступ к электричеству. Если его нет, нужно устанавливать отдельный трансформатор;
• вышку надо устанавливать вблизи от населенных пунктов или дорог с большой пропускной способностью.

Интенсивность строительства вышек высока, например, в Подмосковье их устанавливают несколько десятков в течение теплого сезона.

Стоимость строительства одной вышки сотовой связи составляет около 5 миллионов рублей. В последнее время под такие конструкции принято арендовать землю не только у юридических, но и у физических лиц. Правда, ставки для частных землевладельцев являются чисто символическими - несколько сотен рублей в год.

Какая стоимость аренды вышки сотовой связи?

Большая четверка операторов сотовой связи владеет лишь 70% вышек. Даже такие компании, как «МТС», «Билайн», «Теле 2» и «Мегафон», арендуют часть мощностей у предприятий, которые специализируются на строительстве вышек. К ним относятся такие игроки, как:

• «Русская башня» (1,7 тысяч вышек);
• «Вертикаль» (1,6 тысяч вышек).

Аренда вышки сотовой связи стоит относительно недорого. У разных компаний цена может колебаться от 15 до 30 тысяч рублей в месяц.

Производители и поставщики вышек сотовой связи

Большинство задач по строительству вышек сотовой связи можно решить силами российских компаний и поставщиков.

Есть несколько предприятий, которые зарекомендовали себя в этой сфере:

• ООО «Металл-Система»: компания производит башни, мачты, трубостойки для крепления базовых станций на крышах зданий.
• ООО «Алтайстройдиагностика» помогает построить вышку на основе мачты или башни с соблюдением всех технических и законодательных требований. Эксперты компании знают, как правильно установить опоры, обеспечить бесперебойную работу оборудования.
• Завод металлоконструкций «Спецстройкомплект» может произвести вышку по стандартным чертежам или с учетом пожеланий заказчика. Здесь можно заказать дополнительные опции для вышки: молниеотвод, площадку для технического персонала.
• Компания МКТЭК считается одним из самых дешевых производителей вышек сотовой связи. Монтируемые этой фирмой вышки имеют секционное строение. В зависимости от необходимой высоты мачты или башни можно выбрать разное количество секций. Это позволяет экономить средства тем заказчикам, которые планируют поставить вышку на возвышенности, и которым не нужна максимальная высота сооружения.

Общее количество предприятий в России, которые производят и поставляют оборудование для установки вышек сотовой связи, составляет несколько десятков компаний. Рынок развит настолько, что у потребителей есть возможность выбирать фирму, которая устроит их по срокам изготовления и монтажа вышки, по стоимости работ, по особенностям технического оснащения вышки.

Обслуживание вышек

Обслуживание вышек - дело недешевое. Оборудование приходится менять с неопределенной частотой. Одни вышки дольше работают в неизменном состоянии, другие быстро выходят из строя. Это зависит от типа оборудования, средней загрузки соты.

Иногда владельцы вышек заменяют оборудование на более современное. Сети формата 4G постепенно распространяются по всей России. За этой простой фразой стоит огромный труд по модернизации оборудования.

Простое обслуживание вышек без модернизации обходится примерно в 5% стоимости в год, то есть в 250 тысяч рублей.

Сотовые телефоны – это неотъемлемая часть жизни современных людей. Всем известен некоторый вред, оказываемый на самочувствие человека данным способом связи, однако никто не станет отвергать подобные коммуникации. Следует знать, какое влияние вышек сотовой связи на здоровье и вред от них может быть. В некоторой степени можно защитить себя и близких, сократив количество времени пользования телефонами.

Вредны ли вышки?

Опасны ли антенны мобильной связи? Все без исключения экзогенные факторы, воздействующие на человека, вызывают определенные последствия. Излучение от вышки сотовой связи тоже к ним относится.

Вышки распространяют электромагнитные импульсы для взаимодействия пользователей сотовых телефонов. Такое излучение не считается опасным для человека, но нахождение базовой станции возле жилья в определенной степени оказывает вредное воздействие.

В результате ряда исследований выявлена связь башен, находящихся около домов, и различными патологиями внутренних органов у их жителей. Мобильная сеть устроена на принципе взаимодействия между вышками и устройствами связи. Это происходит на основе передачи электромагнитного импульса в ультравысокочастотном диапазоне. Площадь распространения энергии вышки зависит от:

1. Стандарта сотовой связи, выбранного оператором.
2. Плотности застройки.
3. Нагрузки.
4. Применяемого оборудования.

Область покрытия какой-либо территории происходит с помощью возведения башен сотовой связи по технологии сот. Поэтому подобная связь называется сотовой.

Вышки, находящиеся за городом, в основном дополняются усилителями сигнала, чтобы увеличить площадь его действия. Поэтому сила электромагнитного излучения возле таких сооружений будет больше. Проведенные исследования в районах, где имеются вышки сотовой связи, говорят о том, что уровень излучения держится в пределах нормы.

Постоянное проживание рядом с такими башнями является безопасным, если:

• Сооружение установлено выше ближайшего района застройки.
• Параметры оборудования находятся в рамках общепринятых санитарно-гигиенических нормативов.

Если сигнал от вышки обращен в сторону заселенных зданий, то проживание в данных условиях может оказать вред для здоровья.

Характеристика излучения

В настоящее время осуществляется много различных исследований, чтобы выяснить, вредны ли вышки сотовой связи и как они воздействуют на состояние человека. Мнения по этому вопросу разделяются.

Застройщики уверят, что подобные сетевые станции совершенно безопасны для людей, поскольку их устанавливают с учетом норм, признанных государством, и вред от них находится в допустимых пределах. Однако исследователи все же рекомендуют избегать подобного излучения, в особенности когда башня оборудована около дома.

Операторы сотовой связи уверяют, что работающая антенна влияет на состояние людей достаточно косвенно и практически не оказывает им никакого вреда. Распространяющийся сигнал проходит на достаточной высоте над землей, внизу сила этой энергии приблизительно в 800-1000 раз слабее.

Но тем не менее по физическим законам распространение энергии прямо пропорционально квадрату расстояния. Таким образом, чем меньше расстояние до сотовой станции, тем большее воздействие излучение будет оказывать на человека, несмотря на то, что вниз доходит намного меньше энергии.

Антенны мобильной связи на многоэтажных зданиях тоже оказывают отрицательное влияние на состояние их жителей. Подобное оборудование рассеивает намного меньше энергии, но размеры их тоже пропорционально уменьшаются.

Таким образом, расстояние между квартирами и зоной максимального излучения сокращается. Ее доля гораздо выше допустимых 10 мкВт /см. К тому же прибавляется электромагнитная энергия от прочих домашних и общественных устройств, также оказывающих вредное воздействие.

Следовательно, вред от вышек сотовой связи, находящихся около жилья, достаточно велик, и это может привести к различным недугам.

Вышки на крыше

Часто в городах с плотной застройкой операторам приходится устанавливать антенны на крышах многоэтажных зданий. Это не запрещено законом, однако необходимо следовать некоторым правилам. Параметры установки оборудования должны соответствовать следующим требованиям:

1. Уровень излучения в прилегающей территории должен быть не выше 10 мВт/см2.
2. Люди не должны выходить на крышу.
3. В зависимости от мощности энергии аппаратуру нужно размещать на высоте 2-6 метров от крыши и на расстоянии не менее 10 метров от близлежащих зданий.

Оператору связи необходимо получить разрешение соответствующего органа на установку антенны и согласие жителей квартир, находящихся в доме, на крыше которого это планируется.

Жильцы дают свое согласие на монтаж такой аппаратуры на своей крыше на собрании, основываясь на статье 44 ЖК РФ, причем положительный ответ необходимо получить минимум от 65 % собственников. Затем оператор составляет проектную документацию, где указываются все характеристики используемого оборудования.

Сертифицированная антенна включается в работу только после получения санитарно-эпидемиологического заключения. В дальнейшем минимум раз в 3 года осуществляются очередные проверки уровня излучения базовой станции.

Государственное регулирование

На законодательном уровне указываются нормативы безопасной степени электромагнитного излучения радиотехнических передатчиков.

Государственный орган, в обязанности которого входит контроль за долей излучения от вышек сотовой связи – это Роспотребнадзор. В данный орган можно и нужно отправлять жалобы о предполагаемых нарушениях операторов. Если после проверки выяснится, что уровень опасного излучения превышает допустимый предел, то через суд Роспотребнадзор имеет право потребовать убрать аппаратуру, угрожающую здоровью людей.

Болезни, вызванные излучением от вышки

Влияние вышек сотовой связи на здоровье человека крайне негативное, в особенности когда они находятся возле жилых помещений, без соблюдения установленных нормативов. Последствия зависят от количества опасного излучения, которое воздействует на человеческое тело. При этом чем меньше расстояние от дома до базовой станции, тем больше излучения получает организм. Это может стать причиной следующих изменений:

• Нарушается работа нервной системы. Симптомами такого воздействия являются: раздражительность, частые головные боли, упадок сил, апатия, сонливость.
• Развиваются всевозможные хронические недуги. К примеру, при подверженности аллергическим реакциям, может появиться бронхиальная астма.
• Нарушается гормональный фон, это способствует развитию заболеваний мочеполовой системы. При длительном воздействии энергии от вышки сотовой связи у представителей мужского пола возникает импотенция, они не могут оплодотворить яйцеклетку, а женщины испытывают проблемы с вынашиванием плода.
• Повышается вероятность развития сердечно-сосудистых заболеваний, в результате это может спровоцировать инфаркт или инсульт.
• Нарушается работа большинства органов, поскольку меняется гомеостаз в организме.

И это далеко не весь перечень проблем, связанных с сотовыми станциями около дома. Воздействие вышки на человеческий организм зависит от его индивидуальных особенностей, способностей приспосабливаться к влиянию опасных экзогенных факторов. Условно можно сказать, что сильный организм менее подвержен негативному воздействию излучения.

Опасаться воздействия базовых станций нужно беременным и кормящим мамам. В особенности в первом триместре беременности малыш слишком восприимчив к влиянию отрицательных факторов любого происхождения.

Опасная энергия от башен сотовой связи способна привести к всевозможным патологиям развития ребенка, а иногда может спровоцировать выкидыш или замирание малыша в утробе. Кормящим женщинам лучше избегать нахождения рядом с источником излучения, ведь это может вызвать изменение состава молока, что отразится на здоровье грудничка.

Вред от вышек сотовой связи может спровоцировать очень тяжелые последствия для здоровья, включая развитие злокачественных новообразований. Есть ряд способов, чтобы уменьшить вредоносное влияние базовой станции либо полностью его устранить:

1. Определенные строительные материалы снижают пропуск опасной энергии. Например, стекло может снизить излучение практически в 3 раза, а бетон в 30 раз. Получается, что люди, живущие в таком доме, условно находятся под защитой.
2. желательно использовать как можно реже, тем более в детском возрасте.
3. В борьбе с излучением может помочь регулярная влажная уборка комнат. Влага в какой-то степени устраняет опасную энергию, накопившуюся в доме.

Видео: вредны ли антенны сотовой связи на жилых домах?

На сегодняшний день у всех есть мобильный телефон, и в большинстве семей он не один. Несмотря на то, что вред сотового всем давно известен, никто не станет лишать себя данного способа связи. Негативное воздействие на человеческий организм оказывают вышки, находящиеся слишком близко от жилых помещений.

Поэтому при покупке собственного жилья рекомендуется это учитывать. А при выборе места для строительства частного дома, следует это делать там, где нет поблизости базовых станций, и их установка не планируется в ближайшие годы. Если возможности выбрать безопасную площадку для стройки нет, следует максимально уменьшить отрицательное влияние антенны.

Таким образом, необходимо избегать излучения от вышек сотовой связи, поскольку это может быть опасно для здоровья человека и нормального развития детей и подростков.

Сейчас, когда мобильные устройства беспроводной связи используются даже учениками младших классов, многие начинают интересоваться, что же такое базовая станция сотовой связи и какое влияние она оказывает на человека. Неудивительно, что в новостях то и дело упоминается о скандалах, вызванных установкой вышек с передатчиками на крышах высотных жилых домов без согласования с жильцами. Сегодня мы попробуем разобраться, что же происходит на самом деле и реальна ли опасность?

Мобильные сети

Трудно представить современный мир без очень удобно достать из кармана мобильный телефон и, набрав нужный номер, пообщаться с кем-либо. Увы, за удобство приходится платить. И не только деньгами, но и собственным здоровьем. Любое беспроводное устройство, будучи активным, негативно влияет на человека. Телефон не исключение. Так как отказаться от него сложно, ознакомившись с тем, что такое базовая станция и с принципами ее работы, можно снизить суммарное вредоносное воздействие.

Существует три основных типа связи:

• непосредственно между двумя устройствами;
• через спутник;
• в системе, где используется базовая станция.

Прямая связь требует, чтобы устройства находились в зоне действия собственных приемо-передающих модулей, что не всегда возможно, так как во многих случаях это потребовало бы огромной мощности и внешних антенн. Связь через спутник стоит слишком дорого и не предназначена для единовременного обслуживания миллионов абонентов, что характерно для наземных мобильных GSM-сетей, в основе которых находится единица - базовая станция. Соответственно, остается последнее - сотовая связь.

Структура сети

Чтобы ответить на вопрос, что же такое базовая станция, давайте представим простую ситуацию, когда необходимо установить беспроводную связь между двумя телефонами. Пока они находятся в зоне покрытия собственных передатчиков, проблем не возникает. Однако так как мощность мала, при некотором удалении устройств друг от друга связь теряется. Для решения этого было предложено установить между телефонами промежуточное звено с приемо-передающим модулем, которое бы улавливало излучаемые сигналы и, усиливая их, транслировало дальше. Фактически можно считать, что телефоны как бы становятся ближе. Это звено и есть базовая станция (БС, вышка). Так как от нее не требуется мобильности и нет сильного ограничения по источникам питания и мощностям, то зона покрытия одной БС намного больше, чем у обычной мобилки. Для того чтобы обеспечить глобальное покрытие, было решено располагать станции в узлах многоугольников-сот. Подобная схема оптимальна. Именно поэтому базовые станции сотовой связи можно встретить повсеместно - это узлы многоугольников. Вот так все просто. Откуда же утверждения о вреде?

Опасность мобильных устройств

Чтобы понять, что происходит, нужно вникнуть в основы механизма работы сотовых сетей. Представим четырех абонентов, двое из которых разговаривают, а двое - нет, хотя их мобилки подключены к сети (активна карточка, питание есть). Для разговаривающих все просто: по базовым станциям открыт и передача осуществляется. А вот два других мобильных устройства периодически обмениваются данными с ближайшими БС. Фактически станция пеленгует мобилку, определяя ее местоположение. Это необходимо для того, чтобы при попытке совершить звонок канал связи формировался без задержек, связанных с настройкой цепочки вышек. Вывод прост: даже если телефон не используется для разговора, он периодически связывается с сетью, излучая радиоволны. Нетрудно догадаться, что хотя их интенсивность мала, при большом количестве абонентов вышка практически не выключается, постоянно пеленгуя устройства. Отсюда и переживания жильцов высоток с БС на крышах.

Как себя обезопасить

При совершении звонка наибольшее излучение приходится на момент установки соединения, поэтому рекомендуется первые секунды после подключения не подносить телефон слишком близко к уху.

Так как телефон и БС обязаны обмениваться данными, то при нахождении в зоне плохого приема устройство поднимает мощность передатчика, чтобы сигнал достиг вышки. Если эта связь нарушается, то регистрируется в сети. Вывод: в случае плохого приема нужно мобилку держать подальше от себя.

Знаете ли вы, что происходит после того, как вы набрали номер друга на мобильном телефоне? Как сотовая сеть находит его в горах Андалусии или на побережье далекого острова Пасхи? Почему иногда неожиданно разговор прерывается? На прошлой неделе я побывал в компании Beeline и попытался разобраться, как устроена сотовая связь…

Большая площадь населенной части нашей страны покрыта Базовыми Станциями (БС). В поле они выглядят как красно-белые вышки, а в городе спрятаны на крышах нежилых домов. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров и общается с мобильным телефоном по служебным или голосовым каналам.

После того, как вы набрали номер друга, ваш телефон связывается с ближайшей к вам Базовой Станцией (БС) по служебному каналу и просит выделить голосовой канал. Базовая Станция отправляет запрос на контроллер (BSC), а тот переадресует его на коммутатор (MSC). Если ваш друг является абонентом той же сотовой сети, то коммутатор сверится с Home Location Register (HLR), выяснит, где в данный момент находится вызываемый абонент (дома, в Турции или на Аляске), и переведет звонок на соответствующий коммутатор, откуда тот его переправит на контроллер и затем на Базовую Станцию. Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном и соединит вас с другом. Если ваш друг абонент другой сети или вы звоните на городской телефон, то ваш коммутатор обратится к соответствующему коммутатору другой сети. Сложно? Давайте разберемся подробнее. Базовая Станция представляет из себя пару железных шкафов, запертых в хорошо кондиционируемом помещении. Учитывая, что в Москве было на улице +40, мне захотелось немного пожить в этом помещении. Обычно, Базовая Станция находится либо на чердаке здания, либо в контейнере на крыше:

2.

Антенна Базовой Станции разделена на несколько секторов, каждый из которых «светит» в свою сторону. Вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, круглая соединяет Базовую Станцию с контроллером:

3.

Каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно, в зависимости от настройки и конфигурации. Базовая Станция может состоять из 6 секторов, таким образом, одна Базовая Станция может обслуживать до 432 звонков, однако, обычно на станции установлено меньшее количество передатчиков и секторов. Сотовые операторы предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи. Базовая Станция может работать в трех диапазонах: 900 МГц — сигнал на этой частоте распространяется дальше и лучше проникает внутрь зданий 1800 МГц — сигнал распространяется на более короткие расстояния, но позволяет установить большее количество передатчиков на 1 секторе 2100 МГц — Сеть 3G Вот так выглядит шкаф с 3G оборудованием:

4.

На Базовые Станции в полях и деревнях устанавливают передатчики 900 МГц, а в городе, где Базовые Станции натыканы как иглы у ежика, в основном, связь осуществляется на частоте 1800 МГц, хотя на любой Базовой Станции могут присутствовать передатчики всех трех диапазонов одновременно.

5.

6.

Сигнал частотой 900 МГц может бить до 35 километров, хотя «дальность» некоторых Базовых Станций, стоящих вдоль трасс, может доходить до 70 километров, за счет снижения числа одновременно обслуживаемых абонентов на станции в два раза. Соответственно, наш телефон с его маленькой встроенной антенной также может передавать сигнал на расстояние до 70 километров… Все Базовые Станции проектируются таким образом, чтобы обеспечить оптимальное покрытие радиосигналом на уровне земли. Поэтому, несмотря на дальность в 35 километров, на высоту полета самолетов радиосигнал просто не посылается. Тем не менее, некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих самолетах маломощные базовые станции, которые обеспечивают покрытие внутри самолета. Такая БС соединяется с наземной сотовой сетью с помощью спутникового канала. Система дополняется панелью управления, которая позволяет экипажу включать и выключать систему, а также отдельные типы услуг, например, выключать голос на ночных рейсах. Телефон может измерять уровень сигнала от 32 Базовых Станций одновременно. Информацию о 6-ти лучших (по уровню сигнала) он отправляет по служебному каналу, и уже контроллер (BSC) решает, какой БС передать текущий звонок (Handover), если вы находитесь в движении. Иногда телефон может ошибиться и перебросить вас на БС с худшим сигналом, в этом случае разговор может прерваться. Также может оказаться, что на Базовой Станции, которую выбрал ваш телефон, все голосовые линии заняты. В этом случае разговор также прервется. Еще мне рассказали о так называемой «проблеме верхних этажей». Если вы живете в пентхаусе, то иногда, при переходе из одной комнаты в другую, разговор может прерываться. Это происходит потому, что в одной комнате телефон может «видеть» одну БС, а во второй — другую, если она выходит на другую сторону дома, и, при этом эти 2 Базовые Станции находятся на большом удалении друг от друга и не прописаны как «соседние» у сотового оператора. В этом случае передача звонка с одной БС на другую происходить не будет:

Связь в метро обеспечивается так же, как и на улице: Базовая Станция – контроллер – коммутатор, с той лишь разницей, что применяются там маленькие Базовые Станции, а в тоннеле покрытие обеспечивается не обычной антенной, а специальным излучающим кабелем. Как я уже писал выше, одна БС может производить до 432 звонков одновременно. Обычно этой мощности хватает за глаза, но, например, во время некоторых праздников БС может не справиться с количеством желающих позвонить. Обычно это случается на Новый Год, когда все начинают поздравлять друг друга. SMS передаются по служебным каналам. На 8 марта и 23 февраля люди предпочитают поздравлять друг друга с помощью SMS, пересылая смешные стишки, и телефоны зачастую не могут договориться с БС о выделении голосового канала. Мне рассказали интересный случай. Из одного района Москвы стали поступать жалобы от абонентов о том, что они не могут никуда дозвониться. Технические специалисты стали разбираться. Большинство голосовых каналов было свободно, а все служебные были заняты. Оказалось, что рядом с этой БС находился институт, в котором шли экзамены и студенты беспрерывно обменивались эсэмэсками. Длинные SMS телефон делит на несколько коротких и отправляет каждое отдельно. Сотрудники технической службы советуют отправлять такие поздравления с помощью MMS. Это будет быстрее и дешевле. С Базовой Станции звонок попадает на контроллер. Выглядит он так же скучно, как и сама БС — это просто набор шкафов:

7.

В зависимости от оборудования, контроллер может обслуживать до 60 Базовых Станций. Связь между БС и контроллером (BSC) может осуществляться по радиорелейному каналу либо по оптике. Контроллер осуществляет управление работой радиоканалов, в т.ч. контролирует передвижение абонента, передачу сигнала с одной БС на другую. Гораздо интереснее выглядит коммутатор:

8.

9.

Каждый коммутатор обслуживает от 2 до 30 контроллеров. Он занимает уже большой зал, заставленный различными шкафами с оборудованием:

10.

11.

12.

Коммутатор осуществляет управление трафиком. Помните старые фильмы, где люди сначала дозванивались до «девушки», а затем она уже соединяла их с другим абонентом, перетыкивая проводки? Этим же занимаются и современные коммутаторы:

13.

Для контроля за сетью у Билайна есть несколько автомобилей, которые они ласково называют «ежики». Они передвигаются по городу и измеряют уровень сигнала собственной сети, а также уровень сети коллег из «Большой Тройки»:

14.

Вся крыша такого автомобиля утыкана антеннами:

15.

Внутри стоит оборудование, осуществляющее сотни звонков и снимающее информацию:

16.

Круглосуточный контроль за коммутаторами и контроллерами осуществляется из Центра Управления Полетами Центра Контроля Сети (ЦКС):

17.

Существует 3 основных направления по контролю за сотовой сетью: аварийность, статистика и обратная связь от абонентов. Так же, как и в самолетах, на всем оборудовании сотовой сети стоят датчики, которые посылают сигнал в ЦКС и выводят информацию на компьютеры диспетчеров. Если какое-то оборудование вышло из строя, то на мониторе начнет «мигать лампочка». ЦКС также отслеживает статистику по всем коммутаторам и контроллерам. Он анализирует ее, сравнивая с предыдущими периодами (часом, сутками, неделей и т.д.). Если статистика какого-то из узлов стала резко отличаться от предыдущих показателей, то на мониторе опять начнет «мигать лампочка». Обратную связь принимают операторы абонентской службы. Если они не могут решить проблему, то звонок переводится на технического специалиста. Если же и он оказывается бессильным, то в компании создается «инцидент», который решают инженеры, занимающиеся эксплуатацией соответствующего оборудования. За коммутаторами круглосуточно следят по 2 инженера:

18.

На графике показана активность московских коммутаторов. Хорошо видно, что ночью практически никто не звонит:

19.

Контроль за контроллерами (простите за тавтологию) осуществляется со второго этажа Центра Контроля Сети:

22.

21.

И вновь немного общеобразовательного материала. На этот раз речь пойдет о базовых станциях. Рассмотрим различные технические моменты по их размещению, конструкции и дальности действия, а также заглянем внутрь самого антенного блока.

Базовые станции. Общие сведения

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. Являясь наиболее заметной частью БС, они устанавливаются на антенных мачтах, крышах жилых и производственных зданий и даже дымовых трубах. Сегодня можно встретить и более экзотические варианты их установки, в России их уже устанавливают на столбах освещения, а в Египте их даже "маскируют" под пальмы.

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 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. К примеру, на рисунке ниже показано устройство современной базовой станции, где оптоволоконный кабель используется для передачи данных от RRU (выносные управляемые модули) антенны до самой базовой станции (показано оранжевой линией).

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. Часто радиомодуль устанавливают рядом с антенным блоком, это позволяет уменьшить потери и рассеивание передаваемой в антенну мощности. Так выглядят три установленных радиомодуля оборудования базовой станции Flexi Multiradio, закрепленные прямо на мачте:

Зона обслуживания базовых станций

Для начала следует отметить, что бывают различные типы базовых станций: макро, микро, пико и фемтосоты. Начнем с малого. И, если кратко, то фемтосота не является базовой станцией. Это, скорее, Access Point (точка доступа). Данное оборудование изначально ориентируется на домашнего или офисного пользователя и владельцем такого оборудования является частное или юр. лицо, не относящееся к оператору. Главное отличие такого оборудования заключается в том, что оно имеет полностью автоматическую конфигурацию, начиная от оценки радиопараметров и заканчивая подключением к сети оператора. Фемтосота имеет габариты домашнего роутера:

Пикосота - это БС малой мощности, принадлежащая оператору и использующая в качестве транспортной сети IP/Ethernet. Обычно устанавливается в местах возможной локальной концентрации пользователей. Устройство по размерам сравнимо с небольшим ноутбуком:

Микросота - это приближенный вариант реализации базовой станции в компактном виде, очень распространено в сетях операторов. От "большой" базовой станции ее отличает урезанная емкость поддерживаемых абонентом и меньшая излучающая мощность. Масса, как правило, до 50 кг и радиус радиопокрытия - до 5 км. Такое решение используется там, где не нужны высокие емкости и мощности сети, или нет возможности установить большую станцию:

И наконец, макросота - стандартная базовая станция, на базе которой строятся мобильные сети. Она характеризуется мощностями порядка 50 W и радиусом покрытия до 100 км (в пределе). Масса стойки может достигать 300 кг.

Зона покрытия каждой БС зависит от высоты подвеса антенной секции, от рельефа местности и количества препятствий на пути до абонента. При установке базовой станции далеко не всегда на первый план выносится радиус покрытия. По мере роста абонентской базы может не хватить максимальной пропускной способности БС, в этом случае на экране телефона появляется сообщение "сеть занята". Тогда оператор со временем на этой территории может сознательно уменьшить радиус действия базовой станции и установить несколько дополнительных станций в местах наибольшей нагрузки.

Когда нужно увеличить емкость сети и снизить нагрузку на отдельные базовые станции, тогда и приходят на помощь микросоты. В условиях мегаполиса зона радиопокрытия одной микросоты может составлять всего 500 метров.

В условиях города, как ни странно, встречаются такие места, где оператору нужно локально подключить участок с большим количеством трафика (районы станций метро, крупные центральные улицы и др.). В этом случае применяются маломощные микросоты и пикосоты, антенные блоки которых можно располагать на низких зданиях и на столбах уличного освещения. Когда возникает вопрос организации качественного радиопокрытия внутри закрытых зданий (торговые и бизнес центры, гипермаркеты и др.) тогда на помощь приходят пикосотовые базовые станции.

За пределами городов на первый план выходит дальность работы отдельных базовых станций, так установка каждой базовой станции в удалении от города становится все более дорогостоящим предприятием в связи с необходимостью построения линий электропередач, дорог и вышек в сложных климатических и технологических условиях. Для увеличения зоны покрытия желательно устанавливать БС на более высоких мачтах, использовать направленные секторные излучатели, и более низкие частоты, менее подверженные затуханию.

Так, например, в диапазоне 1800 МГц дальность действия БС не превышает 6-7 километров, а в случае использования 900-мегагерцового диапазона зона покрытия может достигать 32 километров, при прочих равных условиях.

Антенны базовых станций. Заглянем внутрь

В сотовой связи чаще всего используют секторные панельные антенны, которые имеют диаграмму направленности шириной в 120, 90, 60 и 30 градусов. Соответственно для организации связи во всех направлениях (от 0 до 360) может потребоваться 3 (ширина ДН 120 градусов) либо 6 (ширина ДН 60 градусов) антенных блоков. Пример организации равномерного покрытия во всех направлениях показан на рисунке ниже:

А ниже вид типовых диаграмм направленности в логарифмическом масштабе.

Большинство антенн базовых станций широкополосные, позволяющие работать в одном, двух или трех диапазонах частот. Начиная с сетей UMTS, в отличие от GSM, антенны базовых станций умеют изменять площадь радиопокрытия в зависимости от нагрузки на сеть. Один из самых эффективных методов управления излучаемой мощностью - это управление углом наклона антенны, таким способом изменяется площадь облучения диаграммы направленности.

Антенны могут иметь фиксированный угол наклона, либо имеют возможность дистанционной регулировки с помощью специального программного обеспечения, располагаемого в блоке управления БС, и встроенных фазовращателей. Существуют также решения, позволяющие изменять зону обслуживания, от общей системы управления сети передачи данных. Таким образом, можно регулировать зону обслуживания всего сектора базовой станции.

В антеннах базовых станций применяется как механическое управление диаграммой, так и электрическое. Механическое управление проще реализуется, но часто приводит к искажению формы диаграммы направленности из-за влияния конструктивных частей. Большинство антенн БС имеет систему электрической регулировки угла наклона.

Современный антенный блок представляет собой группу излучающих элементов антенной решетки. Расстояние между элементами решетки выбирается таким образом, чтобы получить наименьший уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Наиболее часто встречаются длины панельных антенн от 0,7 до 2,6 метров (для многодиапазонных антенных панелей). Коэффициент усиления варьируется от 12 до 20 dBi.

На рисунке ниже (слева) представлена конструкция одной из наиболее распространенных (но уже устаревающих) антенных панелей.

Здесь излучатели антенной панели представляют собой полуволновые симметричные электрические вибраторы над проводящим экраном, расположенные под углом 45 градусов. Такая конструкция позволяет формировать диаграмму с шириной главного лепестка 65 или 90 градусов. В такой конструкции выпускаются двух- и даже трехдиапазонные антенные блоки (правда, довольно крупногабаритные). Например, трехдиапазонная антенная панель такой конструкции (900, 1800, 2100 МГц) отличается от однодиапазонной, примерно в два раза большим размером и массой, что, конечно же, затрудняет ее обслуживание.

Альтернативная технология изготовления таких антенн предполагает выполнение полосковых антенных излучателей (металлические пластины квадратной формы), на рисунке выше справа.

А вот еще один вариант, когда в качестве излучателя используются полуволновые щелевые магнитные вибраторы. Линия питания, щели и экран выполняются на одной печатной плате с двухсторонним фольгированным стеклотекстолитом:

С учетом современных реалий развития беспроводных технологий, базовые станции должны поддерживать работу 2G, 3G и LTE сетей. И если блоки управления базовых станций сетей разных поколений удается вместить в один коммутационный шкаф без увеличения габаритного размера, то с антенной частью возникают значительные трудности.

Например, в многодиапазонных антенных панелях количество коаксиальных соединительных линий достигает 100 метров! Столь значительная длина кабеля и количество паяных соединений неизбежно приводит к потерям в линиях и снижению коэффициента усиления:

С целью снижения электрических потерь и уменьшения точек пайки часто делают микрополосковые линии, это позволяет выполнить диполи и систему запитки всей антенны по единой печатной технологии. Данная технологиях проста в производстве и обеспечивает высокую повторяемость характеристик антенны при ее серийном выпуске.

Многодиапазонные антенны

С развитием сетей связи третьего и четвертого поколений требуется модернизация антенной части как базовых станций, так и сотовых телефонов. Антенны должны работать в новых дополнительных диапазонах, превышающих 2.2 ГГц. Более того, работа в двух и даже трех диапазонах должна производиться одновременно. Вследствие этого антенная часть включает в себя довольно сложные электромеханические схемы, которые должны обеспечивать должное функционирование в сложных климатических условиях.

В качестве примера рассмотрим конструкцию излучателей двухдиапазонной антенны базовой станции сотовой связи Powerwave, работающей в диапазонах 824-960, МГц и 1710-2170, МГц. Ее внешний вид показан на рисунке ниже:

Этот двухдиапазонный облучатель состоит из двух металлических пластин. Та, что большего размера работает в нижнем диапазоне 900 МГц, над ней расположена пластина с щелевым излучателем меньшего размера. Обе антенны возбуждаются щелевыми излучателями и таким образом имеют единую линию запитки.

Если в качестве излучателей используются дипольные антенны, то необходимо ставить отдельный диполь для каждого диапазона волн. Отдельные диполи должны иметь свою линию запитки, что, конечно же, снижает общую надежность системы и увеличивает энергопотребление. Примером такой конструкции является антенна Kathrein для того же диапазона частот, что и рассмотренная выше:

Таким образом, диполи для нижнего диапазона частот находятся как бы внутри диполей верхнего диапазона.

Для реализации трех- (и более) диапазонного режимов работы наибольшей технологичностью обладают печатные многослойные антенны. В таких антеннах каждый новый слой работает в довольно узком диапазоне частот. Такая "многоэтажная" конструкция изготавливается из печатных антенн с индивидуальными излучателями, каждая антенна настраивается на отдельные частоты рабочего диапазона. Конструкция поясняется рисунком ниже:

Как и в любых других многоэлементных антеннах в такой конструкции происходит взаимодействие элементов, работающих в разных диапазонах частот. Само собой это взаимодействие оказывает влияние на направленность и согласование антенн, но данное взаимодействие может быть устранено методами, применяемыми в ФАР (фазированных антенных решетках). Например, одним из наиболее эффективных методов является изменение конструктивных параметров элементов путем смещения возбуждающего устройства, а также изменение размеров самого облучателя и толщины разделительного диэлектрического слоя.

Важным моментом является то, что все современные беспроводные технологии широкополосные, и ширина полосы рабочих частот составляет не менее 0,2 ГГц. Широкой рабочей полосой частот обладают антенны на основе взаимодополняющих структур, типичным примером которых являются антенны типа "bow-tie" (бабочка). Согласование такой антенны с линией передачи осуществляется подбором точки возбуждения и оптимизацией ее конфигурации. Чтобы расширить полосу рабочих частот по согласованию "бабочку" дополняют входным сопротивлением емкостного характера.

Моделирование и расчет подобных антенн производят в специализированных программных пакетах САПР. Современные программы позволяют моделировать антенну в полупрозрачном корпусе при наличии влияния различных конструктивных элементов антенной системы и позволяют тем самым произвести достаточно точный инженерный анализ.

Проектирование многодиапазонной антенны производят поэтапно. Сначала рассчитывают и проектируют микрополосковую печатную антенну с широкой полосой пропускания для каждого рабочего диапазона частот отдельно. Далее печатные антенны разных диапазонов совмещают (наложением друг на друга) и рассматривают их совместную работу, устраняя по возможности причины взаимного влияния.

Широкополосная антенна типа "бабочка" может быть удачно использована как основа для трехдиапазонной печатной антенны. На рисунке ниже изображены четыре различных варианта ее конфигурации.

Приведенные конструкции антенн отличаются формой реактивного элемента, который применяется для расширения рабочей полосы частот по согласованию. Каждый слой такой трехдиапазонной антенны представляет собой микрополосковый излучатель заданных геометрических размеров. Чем ниже частоты - тем больше относительный размер такого излучателя. Каждый слой печатной платы отделен от другого с помощью диэлектрика. Приведенная конструкция может работать в диапазоне GSM 1900 (1850-1990 МГц) - принимает нижний слой; WiMAX (2,5 - 2,69 ГГц) - принимает средний слой; WiMAX (3,3 - 3,5 ГГц) - принимает верхний слой. Подобная конструкция антенной системы позволит принимать и передавать радиосигнал без использования дополнительного активного оборудования, не увеличивая тем самым габаритных размеров блока антенны.

И в заключении немного о вреде БС

Порой, базовые станции операторов сотовой связи устанавливают прямо на крышах жилых домов, чем конкретно деморализуют некоторых их обитателей. У хозяев квартир перестают "рожать кошки", а на голове у бабушки начинают быстрее появляться седые волосы. А тем временем, от установленной базовой станции жители этого дома электромагнитного поля почти не получают, ибо "вниз" базовая станция не излучает. Да и, к слову сказать, нормы СаНПиНа для электромагнитного излучения в РФ на порядок ниже, чем в "развитых" странах запада, и поэтому в черте города базовые станции никогда на полную мощность не работают. Тем самым, вреда от БС нет, если только вы не устраиваетесь позагорать на крыше в паре метров от них. Зачастую, с десяток точек доступа, установленных в квартирах жителей, а также микроволновые печи и сотовые телефоны (прижатые к голове) оказывают на вас намного большее воздействие, нежели базовая станция, установленная в 100 метрах за пределами здания.