Mobilní předplatitelé. Princip fungování celulární komunikace. Buněčné komunikace budoucnosti

Dnes je stěží možné najít člověka, který nikdy nepoužil mobilní telefon. Ale chápe každý, jak funguje mobilní komunikace? Jak funguje a funguje to, co jsme si všichni zvykli? Jsou signály ze základnových stanic přenášeny po drátech nebo to všechno funguje nějak jinak? Nebo možná veškerá mobilní komunikace funguje pouze prostřednictvím rádiových vln? Na tyto a další otázky se pokusíme odpovědět v našem článku, přičemž popis standardu GSM ponecháme mimo jeho rámec.

Ve chvíli, kdy se člověk pokusí volat z mobilu, nebo když mu začnou volat, je telefon připojen přes rádiové vlny k jedné ze základnových stanic (nejdostupnější), k jedné z jejích antén. Sem tam jsou vidět základnové stanice, při pohledu na domy našich měst, na střechy a fasády průmyslových budov, na výškové budovy a nakonec na červenobílé stožáry speciálně postavené pro stanice (zejména podél dálnic).

Tyto stanice vypadají jako obdélníkové šedé krabice, ze kterých trčí různé antény v různých směrech (obvykle až 12 antén). Antény zde fungují pro příjem i vysílání a patří mobilnímu operátorovi. Antény základnové stanice jsou nasměrovány do všech možných směrů (sektorů), aby poskytovaly „síťové pokrytí“ účastníkům ze všech směrů na vzdálenost až 35 kilometrů.

Anténa jednoho sektoru je schopna obsluhovat až 72 hovorů současně, a pokud je antén 12, tak si představte: 864 hovorů může v zásadě obsluhovat jedna velká základnová stanice současně! Ačkoli jsou obvykle omezeny na 432 kanálů (72*6). Každá anténa je připojena kabelem k řídící jednotce základnové stanice. A k regulátoru jsou připojeny bloky několika základnových stanic (každá stanice obsluhuje svou část území). K jednomu ovladači je připojeno až 15 základnových stanic.

Základnová stanice je v zásadě schopna provozu na třech pásmech: signál 900 MHz lépe proniká dovnitř budov a staveb a šíří se dále, proto je toto pásmo často využíváno na vesnicích a na polích; signál na frekvenci 1800 MHz neputuje tak daleko, ale v jednom sektoru je instalováno více vysílačů, proto jsou takové stanice instalovány častěji ve městech; konečně 2100 MHz je síť 3G.

Samozřejmě, že v obydlené oblasti nebo regionu může být několik ovladačů, takže ovladače jsou zase připojeny kabely k přepínači. Účelem switche je propojit sítě mobilních operátorů mezi sebou a s městskými linkami běžné telefonní komunikace, dálkové komunikace a mezinárodní komunikace. Pokud je síť malá, stačí jeden přepínač, pokud je velká, použijí se dva nebo více přepínačů. Spínače jsou vzájemně propojeny vodiči.

V procesu pohybu osoby mluvící mobilním telefonem po ulici, například: jde pěšky, jede v MHD nebo řídí osobní auto, by jeho telefon neměl ani na okamžik ztratit síť a konverzace nemůže být přerušen.

Kontinuita komunikace je dosažena díky schopnosti sítě základnových stanic velmi rychle přepínat účastníka z jedné antény na druhou, když se pohybuje z oblasti pokrytí jedné antény do oblasti pokrytí jiné (z buňky do druhé buňka). Účastník sám nevnímá, jak přestává být připojen k jedné základnové stanici a je již připojen k jiné, jak přechází z antény na anténu, ze stanice na stanici, z ovladače na ovladač...

Přepínač zároveň poskytuje optimální rozložení zátěže v rámci víceúrovňového návrhu sítě, aby se snížila pravděpodobnost selhání zařízení. Víceúrovňová síť je postavena takto: mobilní telefon - základnová stanice - kontrolér - přepínač.

Řekněme, že voláme, a signál již dorazil do ústředny. Ústředna přenese náš hovor k cílovému účastníkovi - do městské sítě, do mezinárodní či dálkové komunikační sítě nebo do sítě jiného mobilního operátora. To vše se děje velmi rychle pomocí vysokorychlostních kanálů optických kabelů.

Dále náš hovor směřuje k přepínači, který je umístěn na straně příjemce hovoru (toho, kterému jsme volali). „Přijímací“ přepínač již má data o tom, kde se volaný účastník nachází, v jaké oblasti pokrytí sítě: který kontrolér, která základnová stanice. A tak začíná průzkum sítě od základnové stanice, je lokalizován příjemce a na jeho telefonu je přijat hovor.

Celý popsaný řetězec událostí od okamžiku vytočení čísla do okamžiku, kdy je hovor slyšet na straně příjemce, obvykle netrvá déle než 3 sekundy. Dnes tedy můžeme volat kamkoli na světě.

Andrej Povny

Buněčná komunikace je považována za jeden z nejužitečnějších vynálezů lidstva – spolu s kolem, elektřinou, internetem a počítačem. A za pouhých pár desetiletí prošla tato technologie řadou revolucí. Kde začala bezdrátová komunikace, jak fungují buňky a jaké možnosti nový mobilní standard otevře? 5G?

První použití rádia mobilního telefonu se datuje do roku 1921 – tehdy ve Spojených státech detroitská policie používala jednosměrnou dispečerskou komunikaci v pásmu 2 MHz pro přenos informací z centrálního vysílače do přijímačů v policejních autech.

Jak vznikla mobilní komunikace?

Myšlenka mobilní komunikace byla poprvé předložena v roce 1947 inženýry Bell Labs Douglasem Ringem a Ray Youngem. Reálné vyhlídky na jeho implementaci se však začaly objevovat až na počátku 70. let, kdy zaměstnanci společnosti vyvinuli funkční architekturu pro celulární hardwarovou platformu.

Američtí inženýři tedy navrhli umístit vysílací stanice nikoli do středu, ale do rohů „buněk“ a o něco později byla vynalezena technologie, která umožnila účastníkům pohybovat se mezi těmito „buňkami“ bez přerušení komunikace. Poté zbývá vyvinout provozní zařízení pro takovou technologii.

Problém úspěšně vyřešila Motorola – její inženýr Martin Cooper předvedl 3. dubna 1973 první funkční prototyp mobilního telefonu. Přímo z ulice zavolal vedoucímu výzkumného oddělení konkurenční firmy a vyprávěl mu o svých vlastních úspěších.

Vedení Motoroly do slibného projektu okamžitě investovalo 100 milionů dolarů, na komerční trh však tato technologie vstoupila až o deset let později. Toto zpoždění je způsobeno tím, že bylo nejprve nutné vytvořit globální infrastrukturu celulárních základnových stanic.

Ve Spojených státech se této práce ujala společnost AT&T – telekomunikační gigant získal od federální vlády licence na potřebné frekvence a vybudoval první celulární síť, která pokrývala největší americká města. Prvním mobilním telefonem byla slavná Motorola DynaTAC 8000.

První mobilní telefon se začal prodávat 6. března 1983. Vážil téměř 800 gramů, na jedno nabití dokázal fungovat 30 minut hovoru a nabíjet se dal asi 10 hodin. Zařízení navíc stálo 3 995 $ – na tehdejší dobu báječná suma. Navzdory tomu se mobilní telefon okamžitě stal populárním.

Proč se spojení nazývá mobilní?

Princip mobilní komunikace je jednoduchý - území, na kterém jsou účastníci připojeni, je rozděleno na samostatné buňky nebo „buňky“, z nichž každá je obsluhována základnovou stanicí. V každé „buňce“ přitom účastník dostává stejné služby, takže on sám překračování těchto virtuálních hranic nepociťuje.

Obvykle je základnová stanice v podobě dvojice železných skříní s vybavením a anténami umístěna na speciálně postavené věži, ale ve městě jsou často umístěny na střechách výškových budov. V průměru každá stanice zachytí signály z mobilních telefonů na vzdálenost až 35 kilometrů.

Pro zlepšení kvality služeb operátoři instalují také femtobuňky – nízkovýkonové a miniaturní celulární stanice určené pro obsluhu malého území. Mohou dramaticky zlepšit pokrytí v místech, kde je to potřeba Mobilní komunikace v Rusku bude kombinována s vesmírem

Mobilní telefon umístěný v síti poslouchá vzduch a nachází signál ze základnové stanice. Kromě procesoru a paměti RAM obsahuje moderní SIM karta jedinečný klíč, který vám umožní přihlásit se do mobilní sítě. Komunikace mezi telefonem a stanicí může probíhat pomocí různých protokolů - například digitální DAMPS, CDMA, GSM, UMTS.

Mobilní sítě různých operátorů jsou vzájemně propojeny, stejně jako s pevnou telefonní sítí. Pokud telefon opustí dosah základnové stanice, zařízení naváže komunikaci s ostatními - spojení navázané účastníkem je tiše přenášeno do dalších „buňek“, což zajišťuje nepřetržitou komunikaci při pohybu.

V Rusku jsou pro vysílání certifikována tři pásma – 800 MHz, 1800 MHz a 2600 MHz. Pásmo 1800 MHz je považováno za nejoblíbenější na světě, protože kombinuje vysokou kapacitu, dlouhý dosah a vysokou průbojnost. Zde nyní funguje většina mobilních sítí.

Jaké existují standardy mobilní komunikace?

První mobilní telefony pracovaly s technologiemi 1G - jedná se o vůbec první generaci celulární komunikace, která byla založena na analogových telekomunikačních standardech, z nichž hlavním byl NMT - Nordic Mobile Telephone. Byl určen výhradně pro přenos hlasového provozu.

Zrod 2G se datuje do roku 1991 – GSM (Global System for Mobile Communications) se stal hlavním standardem nové generace. Tento standard je podporován dodnes. Komunikace v tomto standardu se stala digitální a bylo možné šifrovat hlasový provoz a odesílat SMS.

Rychlost přenosu dat v rámci GSM nepřesáhla 9,6 kbit/s, což znemožňovalo přenos videa nebo kvalitního zvuku. K vyřešení problému byl navržen standard GPRS, známý jako 2,5G. Poprvé umožnil majitelům mobilních telefonů používat internet.

Tento standard již poskytuje rychlost přenosu dat až 114 Kbps. Brzy však také přestal vyhovovat stále se zvyšujícím nárokům uživatelů. K vyřešení tohoto problému byl v roce 2000 vyvinut standard 3G, který poskytoval přístup k síťovým službám rychlostí přenosu dat 2 Mbits.

Dalším rozdílem 3G bylo přidělení IP adresy každému účastníkovi, což umožnilo proměnit mobilní telefony v malé počítače připojené k internetu. První komerční 3G síť byla spuštěna 1. října 2001 v Japonsku. Následně byla propustnost standardu opakovaně navyšována.

Nejmodernějším standardem je 4G komunikace čtvrté generace, která je určena pouze pro vysokorychlostní datové služby. Propustnost 4G sítě může dosáhnout 300 Mbit/s, což uživateli dává téměř neomezené možnosti surfování na internetu.

Buněčné komunikace budoucnosti

Standard 4G je určen pro nepřetržitý přenos gigabajtů informací, nemá ani kanál pro přenos hlasu. Díky extrémně účinným schématům multiplexování zabere stažení filmu ve vysokém rozlišení v takové síti uživateli 10–15 minut. I jeho schopnosti jsou však již považovány za omezené.

V roce 2020 se očekává oficiální spuštění nové generace 5G komunikace, která umožní přenos velkého množství dat ultravysokými rychlostmi až 10 Gbit/s. Standard navíc umožní připojení až 100 miliard zařízení k vysokorychlostnímu internetu.

Právě 5G umožní vznik skutečného internetu věcí – miliardy zařízení si budou vyměňovat informace v reálném čase. Podle odborníků se síťový provoz brzy zvýší o 400 %. Například auta začnou být neustále na globálním internetu a přijímat data o situaci na silnici.

Nízká latence umožní komunikaci mezi vozidly a infrastrukturou v reálném čase. Očekává se, že spolehlivá a vždy zapnutá konektivita otevře možnost poprvé uvést na silnice plně autonomní vozidla.

Ruští operátoři už experimentují s novými specifikacemi – tímto směrem pracuje například Rostelecom. Společnost podepsala smlouvu o výstavbě 5G sítí v inovačním centru Skolkovo. Realizace projektu je součástí státního programu „Digitální ekonomika“, nedávno schváleného vládou.

Jak funguje mobilní komunikace

Základní principy mobilní telefonie jsou poměrně jednoduché. Federální komise pro komunikace původně stanovila oblasti geografického pokrytí pro celulární rádiové systémy na základě upravených dat ze sčítání lidu z roku 1980 Myšlenka celulární komunikace spočívá v tom, že každá oblast je rozdělena na buňky šestiúhelníkového tvaru, které do sebe zapadají a vytvářejí strukturu podobnou plástu, jak je znázorněno na obrázku. obrázek 6.1, a. Šestiúhelníkový tvar byl zvolen, protože poskytuje nejúčinnější přenos, přibližně odpovídá kruhovému vyzařovacímu diagramu a zároveň eliminuje mezery, které se vždy objevují mezi sousedními kruhy.

Buňka je definována svou fyzickou velikostí, počtem obyvatel a vzorci provozu. Federal Communications Commission nereguluje počet buněk v systému ani jejich velikost a ponechává operátory, aby nastavili tyto parametry podle očekávaných vzorců provozu. Každé geografické oblasti je přidělen pevný počet celulárních hlasových kanálů. Fyzická velikost buňky závisí na hustotě účastníků a struktuře hovoru. Například velké buňky (makrobuňky) mají obvykle poloměr 1,6 až 24 km s výkonem vysílače základnové stanice 1 W až 6 W. Nejmenší buňky (mikrobuňky) mají obvykle poloměr 460 m nebo méně s výkonem vysílače základnové stanice 0,1 W až 1 W. Obrázek 6.1b ukazuje buněčnou konfiguraci se dvěma velikostmi buněk.

Obrázek 6.1. – Voštinová struktura buněk a); voštinová struktura s plástvemi dvou velikostí b) klasifikace plástů c)

Mikročlánky se nejčastěji používají v regionech s vysokou hustotou osídlení. Mikročlánky jsou díky svému krátkému dosahu méně náchylné k rušení, které zhoršuje kvalitu přenosu, jako jsou odrazy a zpoždění signálu.

Makrobuňka může být superponována na skupinu mikrobuněk, přičemž mikrobuňky obsluhují pomalá mobilní zařízení a makrobuňka obsluhuje rychle se pohybující mobilní zařízení. Mobilní zařízení je schopno určit rychlost svého pohybu jako rychlý nebo pomalý. To vám umožní snížit počet přechodů z jedné buňky do druhé a opravit údaje o poloze.

Algoritmus pro pohyb z jedné buňky do druhé lze měnit na krátké vzdálenosti mezi mobilním zařízením a základnovou stanicí mikrobuňky.

Někdy jsou rádiové signály v buňce příliš slabé na to, aby poskytovaly spolehlivou komunikaci uvnitř. To platí zejména pro dobře stíněné oblasti a oblasti s vysokou úrovní rušení. V takových případech se používají velmi malé buňky - pikobuňky. Vnitřní pikobuňky mohou používat stejné frekvence jako běžné buňky v dané oblasti, zejména v příznivých prostředích, jako jsou podzemní tunely.

Při plánování systémů využívajících buňky šestiúhelníkového tvaru mohou být vysílače základnové stanice umístěny ve středu buňky, na okraji buňky nebo v horní části buňky (obrázek 6.2 a, b, c). Buňky s vysílačem ve středu obvykle používají všesměrové antény, zatímco buňky s vysílači na okraji nebo vrcholu obvykle používají sektorové směrové antény.

Všesměrové antény vyzařují a přijímají signály rovnoměrně ve všech směrech.

Obrázek 6.2 – Umístění vysílačů v buňkách: uprostřed a); na hraně b); nahoře c)

V celulárním komunikačním systému může být jedna výkonná pevná základnová stanice umístěná vysoko nad centrem města nahrazena mnoha identickými nízkoenergetickými stanicemi, které jsou instalovány v oblasti pokrytí na místech umístěných blíže k zemi.

Buňky používající stejnou skupinu rádiových kanálů se mohou vyhnout rušení, pokud jsou správně rozmístěny. V tomto případě je pozorováno opětovné použití frekvence. Opětovné použití frekvence je přidělení stejné skupiny frekvencí (kanálů) několika buňkám za předpokladu, že tyto buňky jsou od sebe odděleny značnými vzdálenostmi. Opětovné použití frekvence je usnadněno snížením oblasti pokrytí každé buňky. Základnové stanici každé buňky je přidělena skupina provozních frekvencí, které se liší od frekvencí sousedních buněk, a antény základnové stanice jsou vybrány tak, aby pokryly požadovanou oblast služeb v její buňce. Vzhledem k tomu, že obslužná oblast je omezena na hranice jedné buňky, mohou různé buňky používat stejnou skupinu pracovních frekvencí bez rušení, za předpokladu, že dvě takové buňky jsou umístěny v dostatečné vzdálenosti od sebe.

Zeměpisná obslužná oblast buněčného systému obsahujícího několik skupin buněk je rozdělena na shluky (Obrázek 6.3). Každý cluster se skládá ze sedmi buněk, kterým je přidělen stejný počet plně duplexních komunikačních kanálů. Buňky se stejným písmenným označením používají stejnou skupinu pracovních frekvencí. Jak je patrné z obrázku, ve všech třech shlucích jsou použity stejné skupiny frekvencí, což umožňuje ztrojnásobit počet dostupných mobilních komunikačních kanálů. Dopisy A, B, C, D, E, F A G představují sedm frekvenčních skupin.

Obrázek 6.3 – Princip opětovného použití frekvence v celulární komunikaci

Zvažte systém s pevným počtem plně duplexních kanálů dostupných v určité oblasti. Každá oblast služeb je rozdělena do shluků a přijímá skupinu kanálů, které jsou mezi sebou distribuovány N plástve shluku, seskupení do neopakujících se kombinací. Všechny buňky mají stejný počet kanálů, ale mohou obsluhovat oblasti jedné velikosti.

Celkový počet buněčných kanálů dostupných v clusteru tedy může být reprezentován výrazem:

F=GN (6.1)

Kde F– počet plně duplexních celulárních komunikačních kanálů dostupných v klastru;

G– počet kanálů v buňce;

N– počet buněk ve shluku.

Pokud je cluster "zkopírován" v rámci dané oblasti služeb m krát, pak celkový počet plně duplexních kanálů bude:

C = mGN = mF (6.2)

Kde S– celkový počet kanálů v dané zóně;

m– počet shluků v dané zóně.

Z výrazů (6.1) a (6.2) je zřejmé, že celkový počet kanálů v systému mobilního telefonu je přímo úměrný počtu „opakování“ clusteru v dané oblasti služeb. Pokud se velikost clusteru zmenší, zatímco velikost buňky zůstane stejná, bude potřeba více clusterů k pokrytí dané oblasti služeb a celkový počet kanálů v systému se zvýší.

Počet účastníků, kteří mohou současně využívat stejnou skupinu frekvencí (kanálů), aniž by se nacházeli v sousedních buňkách malé obslužné oblasti (například v rámci města), závisí na celkovém počtu buněk v dané oblasti. Typicky je počet takových účastníků čtyři, ale v hustě osídlených oblastech může být mnohem vyšší. Toto číslo se volá faktor opětovného použití frekvence nebo FRF – Faktor opětovného použití frekvence. Matematicky to lze vyjádřit vztahem:

(6.3)

Kde N– celkový počet plně duplexních kanálů v oblasti služeb;

S– celkový počet plně duplexních kanálů v buňce.

S předpokládaným nárůstem celulárního provozu je zvýšená poptávka po službě uspokojena zmenšením velikosti buňky, jejím rozdělením do několika buněk, z nichž každá má svou vlastní základnovou stanici. Efektivní oddělení buněk umožňuje systému zvládnout více hovorů, pokud buňky nejsou příliš malé. Pokud se průměr buňky zmenší než 460 m, budou se základnové stanice sousedních buněk vzájemně ovlivňovat. Vztah mezi opětovným použitím frekvence a velikostí clusteru určuje způsob změny měřítko mobilní systém v případě rostoucí hustoty účastníků. Čím méně buněk ve shluku, tím větší je pravděpodobnost vzájemného ovlivnění mezi kanály.

Protože buňky mají šestiúhelníkový tvar, každá buňka má vždy šest stejně vzdálených sousedních buněk a úhly mezi čarami spojujícími střed libovolné buňky se středy sousedních buněk jsou násobky 60°. Počet možných velikostí clusteru a rozložení buněk je proto omezený. Pro vzájemné spojení buněk bez mezer (mozaikovým způsobem) musí být geometrické rozměry šestiúhelníku takové, aby počet buněk ve shluku vyhovoval podmínce:

(6.4)

Kde N– počet buněk ve shluku; i A j– nezáporná celá čísla.

Hledání cesty k nejbližším buňkám se sdíleným kanálem (takzvané buňky první vrstvy) probíhá následovně:

Přesunout do i buňky (přes středy sousedních buněk):

Přesunout do j buňky dopředu (přes středy sousedních buněk).

Například počet buněk ve shluku a umístění buněk první vrstvy pro následující hodnoty: j = 2. i = 3 bude určeno z výrazu 6.4 (obrázek 6.4) N = 32 + 32 + 22 = 19.

Obrázek 6.5 ukazuje šest nejbližších buněk používajících stejné kanály jako buňka A.

Proces předávání z jedné buňky do druhé, tzn. když se mobilní zařízení přesune ze základnové stanice 1 do základnové stanice 2 (obrázek 6.6), zahrnuje čtyři hlavní fáze:

1) zahájení - mobilní zařízení nebo síť zjistí potřebu předání a zahájí nezbytné síťové procedury;

2) rezervace zdrojů - pomocí vhodných síťových procedur jsou rezervovány síťové zdroje nezbytné pro přenos služby (hlasový kanál a řídící kanál);

3) provádění – přímý přenos řízení z jedné základnové stanice na druhou;

4) ukončení – přebytečné síťové zdroje jsou uvolněny a zpřístupněny dalším mobilním zařízením.

Obrázek 6.6 – Předání

aslan napsal 2. února 2016

Buněčná komunikace se v poslední době tak pevně zabydlela v našem každodenním životě, že je těžké si bez ní představit moderní společnost. Stejně jako mnoho dalších skvělých vynálezů i mobilní telefon výrazně ovlivnil náš život a mnoho jeho oblastí. Těžko říct, jaká by byla budoucnost, kdyby nebylo tohoto pohodlného typu komunikace. Pravděpodobně stejné jako ve filmu "Back to the Future 2", kde jsou létající auta, hoverboardy a mnoho dalšího, ale není tam žádná mobilní komunikace!

Ale dnes, ve speciální zprávě pro, bude příběh nikoli o budoucnosti, ale o tom, jak jsou strukturovány a fungují moderní mobilní komunikace.

Abych se dozvěděl o fungování moderní celulární komunikace ve formátu 3G/4G, pozval jsem se na návštěvu nového federálního operátora Tele2 a strávil jsem celý den s jejich inženýry, kteří mi vysvětlili všechny složitosti přenosu dat přes náš mobilní telefon. telefony.

Ale nejprve vám řeknu něco o historii mobilní komunikace.

Principy bezdrátové komunikace byly vyzkoušeny již před téměř 70 lety – první veřejný mobilní radiotelefon se objevil v roce 1946 v St. Louis v USA. V Sovětském svazu vznikl prototyp mobilního radiotelefonu v roce 1957, poté vědci v jiných zemích vytvořili podobná zařízení s odlišnými vlastnostmi a teprve v 70. letech minulého století byly v Americe stanoveny moderní principy celulární komunikace, po nichž začal jeho vývoj.

Martin Cooper je vynálezcem prototypu mobilního telefonu Motorola DynaTAC o hmotnosti 1,15 kg a rozměrech 22,5 x 12,5 x 3,75 cm.

Pokud v západních zemích do poloviny 90. let minulého století byla celulární komunikace rozšířená a používaná většinou populace, pak se v Rusku právě začala objevovat a před více než 10 lety byla dostupná všem.

Objemné mobilní telefony ve tvaru kostek, které fungovaly ve formátech první a druhé generace, se staly historií a ustoupily chytrým telefonům s 3G a 4G, lepší hlasovou komunikací a vysokými rychlostmi internetu.

Proč se spojení nazývá mobilní? Protože území, kde probíhá komunikace, je rozděleno na samostatné buňky nebo buňky, v jejichž středu jsou umístěny základnové stanice (BS). V každé „buňce“ obdrží účastník stejný soubor služeb v rámci určitých územních hranic. To znamená, že při přechodu z jedné buňky do druhé účastník necítí územní vazbu a může volně využívat komunikační služby.

Je velmi důležité, aby při pohybu byla kontinuita spojení. To je zajištěno díky tzv. handoveru, při kterém účastníkem navázané spojení jakoby vyzvednou sousední buňky ve štafetovém závodě a účastník pokračuje v hovoru nebo se noří do sociálních sítí.

Celá síť je rozdělena na dva subsystémy: subsystém základnové stanice a přepínací subsystém. Schematicky to vypadá takto:

Uprostřed „buňky“, jak již bylo zmíněno výše, se nachází základnová stanice, která obvykle obsluhuje tři „buňky“. Rádiový signál ze základnové stanice je vysílán prostřednictvím 3 sektorových antén, z nichž každá je namířena na svou vlastní „buňku“. Stává se, že na jednu „buňku“ je nasměrováno několik antén jedné základnové stanice. To je způsobeno tím, že celulární síť pracuje v několika pásmech (900 a 1800 MHz). Kromě toho může daná základnová stanice obsahovat zařízení z několika generací komunikací (2G a 3G).

Ale věže Tele2 BS mají pouze zařízení třetí a čtvrté generace - 3G/4G, protože společnost se rozhodla opustit staré formáty ve prospěch nových, které pomáhají vyhnout se přerušením hlasové komunikace a poskytují stabilnější internet. Štamgasti sociálních sítí mě podpoří v tom, že v dnešní době je rychlost internetu velmi důležitá, 100-200 kb/s už nestačí, jako před pár lety.

Nejběžnějším umístěním BS je věž nebo stožár postavený speciálně pro něj. Určitě jste viděli červenobílé věže BS někde daleko od obytných budov (na poli, na kopci), nebo tam, kde poblíž nejsou žádné vysoké budovy. Jako tenhle, který je vidět z mého okna.

V městských oblastech je však obtížné najít místo pro umístění masivní konstrukce. Ve velkých městech jsou proto základnové stanice umístěny na budovách. Každá stanice zachycuje signály z mobilních telefonů na vzdálenost až 35 km.

Jedná se o antény, samotné zařízení BS je umístěno v podkroví, případně v kontejneru na střeše, což je dvojice železných skříní.

Některé základnové stanice se nacházejí na místech, kde byste to ani nehádali. Jako například na střeše tohoto parkoviště.

BS anténa se skládá z několika sektorů, z nichž každý přijímá/vysílá signál svým vlastním směrem. Pokud vertikální anténa komunikuje s telefony, pak kulatá anténa spojuje BS s ovladačem.

V závislosti na vlastnostech může každý sektor zpracovat až 72 hovorů současně. BS se může skládat ze 6 sektorů a obsluhovat až 432 hovorů, ale obvykle je na stanicích instalováno méně vysílačů a sektorů. Mobilní operátoři, jako je Tele2, preferují instalaci více BS pro zlepšení kvality komunikace. Jak mi bylo řečeno, používá se zde nejmodernější zařízení: základnové stanice Ericsson, dopravní síť - Alcatel Lucent.

Ze subsystému základnové stanice je signál přenášen směrem k přepojovacímu subsystému, kde je vytvořeno spojení ve směru požadovaném účastníkem. Přepínací subsystém má řadu databází, které ukládají informace o předplatitelích. Kromě toho je tento subsystém zodpovědný za bezpečnost. Jednoduše řečeno, přepínač je kompletní Má stejné funkce jako operátorky, které vás s předplatitelem spojovaly rukama, jen se to nyní děje automaticky.

Zařízení pro tuto základnovou stanici je ukryto v této železné skříni.

Kromě konvenčních věží existují také mobilní verze základnových stanic umístěných na nákladních automobilech. Jsou velmi vhodné pro použití při přírodních katastrofách nebo na přeplněných místech (fotbalové stadiony, centrální náměstí) během prázdnin, koncertů a různých akcí. Ale bohužel kvůli problémům v legislativě zatím nenašly široké uplatnění.

Pro zajištění optimálního pokrytí rádiovým signálem na úrovni země jsou základnové stanice navrženy speciálním způsobem, a to i přes dosah 35 km. signál se nerozšíří do výšky letu letadla. Některé letecké společnosti však již začaly instalovat na své paluby malé základnové stanice, které zajišťují mobilní komunikaci uvnitř letadla. Taková BS je připojena k pozemní celulární síti pomocí satelitního kanálu. Systém doplňuje ovládací panel, který posádce umožňuje zapínání a vypínání systému a také určité typy služeb, například vypnutí hlasu při nočních letech.

Podíval jsem se také do kanceláře Tele2, abych viděl, jak specialisté monitorují kvalitu mobilní komunikace. Pokud by před pár lety byla taková místnost zavěšena ke stropu s monitory zobrazujícími síťová data (zátěž, výpadky sítě atd.), tak časem potřeba tolika monitorů zmizela.

Technologie se postupem času velmi vyvinuly a taková malá místnost s několika specialisty stačí na sledování práce celé sítě v Moskvě.

Některé pohledy z kanceláře Tele2.

Na schůzce zaměstnanců společnosti se diskutuje o plánech na dobytí hlavního města) Tele2 od začátku výstavby až do dnešního dne dokázal pokrýt svou sítí celou Moskvu a postupně dobývá moskevskou oblast a spouští více než 100 základnových stanic týdně . Vzhledem k tomu, že nyní žiji v regionu, je to pro mě velmi důležité. aby tato síť přišla do mého města co nejrychleji.

Plány společnosti na rok 2016 zahrnují zajištění vysokorychlostní komunikace v metru na všech stanicích na začátku roku 2016, komunikace Tele2 je přítomna na 11 stanicích: 3G/4G komunikace na stanicích metra Borisovo, Delovoy Tsentr, Kotelniki a Lermontovsky Prospekt; , „Troparevo“, „Šipilovskaja“, „Zyablikovo“, 3G: „Běloruska“ (prsten), „Spartak“, „Pjatnickoje“, „Zhulebino“.

Jak jsem uvedl výše, Tele2 opustil formát GSM ve prospěch standardů třetí a čtvrté generace – 3G/4G. To umožňuje instalovat základnové stanice 3G/4G s vyšší frekvencí (například uvnitř moskevského okruhu jsou BS umístěny ve vzdálenosti asi 500 metrů od sebe), aby byla zajištěna stabilnější komunikace a vysokorychlostní mobilní internet, což v sítích předchozích formátů nebylo.

Z kanceláře společnosti jdu ve společnosti inženýrů Nikifora a Vladimira do jednoho z bodů, kde potřebují změřit rychlost komunikace. Nikifor stojí před jedním ze stožárů, na kterém je instalováno komunikační zařízení. Když se podíváte pozorně, všimnete si o něco dále nalevo dalšího takového stožáru s vybavením od jiných mobilních operátorů.

Je zvláštní, že mobilní operátoři často umožňují svým konkurentům používat jejich věžové konstrukce k umístění antén (přirozeně za oboustranně výhodných podmínek). Je to proto, že stavba věže nebo stožáru je nákladná záležitost a taková výměna může ušetřit spoustu peněz!

Zatímco jsme měřili komunikační rychlost, Nikifor se několikrát zeptal kolemjdoucích babiček a strýců, zda je špión)) "Ano, rušíme Rádio Liberty!"

Výbava vypadá skutečně nezvykle;

Specialisté společnosti mají hodně práce, vzhledem k tomu, že společnost má v Moskvě a regionu více než 7 tisíc. základnové stanice: asi 5 tisíc z nich. 3G a cca 2tis. LTE základnové stanice a v poslední době se počet základnových stanic zvýšil zhruba o tisíc.
Během pouhých tří měsíců bylo v moskevské oblasti vysíláno 55 % z celkového počtu nových základnových stanic operátorů v regionu. V současné době společnost poskytuje kvalitní pokrytí území, kde žije více než 90 % obyvatel Moskvy a moskevského regionu.
Mimochodem, v prosinci byla síť 3G Tele2 uznána jako nejlepší v kvalitě mezi všemi hlavními operátory.

Rozhodl jsem se však osobně zkontrolovat, jak dobré je připojení Tele2, a tak jsem si v nejbližším nákupním centru na stanici metra Voykovskaya koupil SIM kartu s nejjednodušším tarifem „Very Black“ za 299 rublů (400 SMS / minut a 4 GB). Mimochodem, měl jsem podobný tarif Beeline, který byl o 100 rublů dražší.

Zkontroloval jsem rychlost, aniž bych šel daleko od pokladny. Příjem - 6,13 Mbps, přenos - 2,57 Mbps. Vzhledem k tomu, že stojím v centru obchodního centra, je to dobrý výsledek, komunikace Tele2 dobře proniká zdmi velkého obchodního centra.

U metra Treťjakovskaja. Příjem signálu - 5,82 Mbps, přenos - 3,22 Mbps.

A na stanici metra Krasnogvardejskaja. Příjem - 6,22 Mbps, přenos - 3,77 Mbps. Měřil jsem to u východu z metra. Pokud vezmete v úvahu, že se jedná o okraj Moskvy, je to velmi slušné. Myslím, že spojení je docela přijatelné, můžeme s jistotou říci, že je stabilní, vzhledem k tomu, že Tele2 se objevil v Moskvě jen před pár měsíci.

V hlavním městě je stabilní připojení Tele2, což je dobré. Pevně ​​doufám, že do regionu přijedou co nejdříve a já budu moci naplno využít jejich spojení.

Nyní víte, jak funguje mobilní komunikace!

Pokud máte produkci nebo službu, o které chcete našim čtenářům říci, napište mi - Aslan ( [e-mail chráněný] ) a uděláme nejlepší reportáž, kterou uvidí nejen čtenáři komunity, ale také web http://ikaketosdelano.ru

Přihlaste se také k odběru našich skupin v Facebook, VKontakte,spolužáci a dovnitř Google+plus, kde budou zveřejněny to nejzajímavější z komunity plus materiály, které zde nejsou a videa o tom, jak to v našem světě chodí.

Klikněte na ikonu a přihlaste se!

Mobilní komunikace- jedná se o rádiovou komunikaci mezi účastníky, přičemž umístění jednoho nebo více z nich se mění. Jedním typem mobilní komunikace je mobilní komunikace.

Mobilní připojení- jeden z typů rádiové komunikace, který je založen na celulární síti. Klíčová vlastnost: Celková oblast pokrytí je rozdělena do buněk určených oblastmi pokrytí základnové stanice. Buňky se překrývají a společně tvoří síť. Na ideálním povrchu je oblast pokrytí jedné základnové stanice kruhem, takže síť z nich vytvořená vypadá jako buňky s šestihranné buňky.

Princip fungování mobilní komunikace

Nejprve se tedy podíváme, jak probíhá hovor z mobilního telefonu. Jakmile uživatel vytočí číslo, sluchátko (HS - Hand Set) začne hledat nejbližší základnovou stanici (BS - Base Station) - transceiver, řídicí a komunikační zařízení, které tvoří síť. Skládá se z řadiče základnové stanice (BSC - Base Station Controller) a několika opakovačů (BTS - Base Transceiver Station). Základnové stanice jsou řízeny mobilní ústřednou (MSC - Mobile Service Center). Díky buněčné struktuře pokrývají opakovače oblast se spolehlivým příjmem v jednom nebo více rádiových kanálech s dodatečným servisním kanálem, přes který dochází k synchronizaci. Přesněji řečeno, protokol výměny mezi zařízením a základnovou stanicí je dohodnut analogicky s procedurou synchronizace modemu (handshacking), během které se zařízení dohodnou na přenosové rychlosti, kanálu atd. Když mobilní zařízení najde základnovou stanici a dojde k synchronizaci, řídicí jednotka základnové stanice vytvoří plně duplexní spojení s mobilním přepínacím centrem prostřednictvím pevné sítě. Centrum přenáší informace o mobilním terminálu do čtyř registrů: Registr vrstvy návštěvníka (VLR), Vrstva domovského registru (HRL) a Registr předplatitele nebo Authentication Registr (AUC a registr identifikace zařízení (EIR - Equipment Identification Register). Tato informace je jedinečná a nachází se v plastové krabici předplatného. mikroelektronická telekarta nebo modul (SIM - Subscriber Identity Module), který se používá ke kontrole způsobilosti a tarifikace účastníka. Na rozdíl od pevných telefonů, jejichž používání je zpoplatněno v závislosti na zátěži (počtu obsazených kanálů) přicházející přes pevnou účastnickou linku, se poplatek za používání mobilní komunikace neúčtuje z telefonu, který používáte, ale ze SIM karty. , které lze vložit do jakéhokoli zařízení.

Karta není nic jiného než běžný flash čip, vyrobený pomocí chytré technologie (SmartVoltage) a má potřebné externí rozhraní. Lze jej použít v jakémkoli zařízení a hlavní věc je, že provozní napětí odpovídá: rané verze používaly rozhraní 5,5 V, zatímco moderní karty mají obvykle 3,3 V. Informace jsou uloženy ve standardu jedinečného mezinárodního identifikátoru předplatitele (IMSI – International Mobile Subscriber Identification), což eliminuje možnost „dvojitosti“ – i když dojde k náhodnému výběru kódu karty, systém automaticky vyřadí falešnou SIM, a nebudete muset následně platit za hovory jiných lidí. Při vývoji standardu celulárního komunikačního protokolu byl tento bod zpočátku zohledněn a nyní má každý účastník své jedinečné a jediné identifikační číslo na světě, zakódované při přenosu 64bitovým klíčem. Navíc, analogicky se scramblery navrženými pro šifrování/dešifrování konverzací v analogové telefonii, se v celulární komunikaci používá 56bitové kódování.

Na základě těchto dat se vytvoří představa systému o mobilním uživateli (jeho poloha, stav v síti atd.) a dojde ke spojení. Pokud se během konverzace mobilní uživatel přesune z oblasti pokrytí jednoho opakovače do oblasti pokrytí jiného, ​​nebo dokonce mezi oblastmi pokrytí různých ovladačů, spojení se nepřeruší ani nezhorší, protože systém automaticky vybere základnové stanice, se kterou je spojení lepší. V závislosti na vytížení kanálů telefon volí mezi 900 a 1800 MHz sítí a přepínání je možné i během hovoru, aniž by to reproduktor postřehl.

Volání z běžné telefonní sítě mobilnímu uživateli probíhá v opačném pořadí: nejprve se na základě neustále aktualizovaných údajů v registrech určí poloha a stav účastníka a poté se udržuje spojení a komunikace.

Mobilní radiokomunikační systémy jsou stavěny podle schématu bod-multibod, protože účastník může být umístěn v libovolném bodě v buňce řízené základnovou stanicí. V nejjednodušším případě kruhového přenosu výkon rádiového signálu ve volném prostoru teoreticky klesá nepřímo úměrně druhé mocnině vzdálenosti. V praxi však signál zeslabuje mnohem rychleji - v nejlepším případě úměrně třetí mocnině vzdálenosti, protože energie signálu může být absorbována nebo redukována různými fyzickými překážkami a povaha takových procesů silně závisí na přenosové frekvenci. . Když výkon klesne o řád, zmenší se pokrytá plocha buňky o dva řády.

"FYZIOLOGIE"

Nejdůležitějšími důvody pro zvýšený útlum signálu jsou stínové oblasti vytvořené budovami nebo přírodními nadmořskými výškami v oblasti. Studie podmínek pro využívání mobilních radiokomunikací ve městech prokázaly, že i na velmi blízké vzdálenosti poskytují stínové zóny útlum až 20 dB. Další důležitou příčinou útlumu je olistění stromů. Například na frekvenci 836 MHz v létě, kdy jsou stromy pokryté listím, je úroveň přijímaného signálu přibližně o 10 dB nižší než na stejném místě v zimě, kdy listí není. Slábnutí signálů ze stínových zón se někdy nazývá pomalé z hlediska podmínek pro jejich příjem v pohybu při překročení takové zóny.

Důležitým jevem, který je třeba vzít v úvahu při vytváření celulárních mobilních radiokomunikačních systémů, je odraz rádiových vln a v důsledku toho jejich vícecestné šíření. Na jedné straně je tento jev užitečný, protože umožňuje rádiovým vlnám ohýbat se kolem překážek a šířit se za budovami, v podzemních garážích a tunelech. Ale na druhé straně vícecestné šíření způsobuje tak obtížné problémy pro rádiovou komunikaci, jako je prodloužené zpoždění signálu, Rayleighovo slábnutí a zhoršení Dopplerova jevu.

Protahování zpoždění signálu nastává v důsledku skutečnosti, že signál procházející několika nezávislými cestami různých délek je přijímán několikrát. Opakovaný puls tedy může přesáhnout časový interval, který je mu přidělen, a zkreslit další znak. Zkreslení způsobené prodlouženým zpožděním se nazývá mezisymbolové rušení. Na krátké vzdálenosti není prodloužené zpoždění nebezpečné, ale pokud je buňka obklopena horami, může se zpoždění protáhnout na mnoho mikrosekund (někdy 50-100 μs).

Rayleighovo slábnutí je způsobeno náhodnými fázemi, se kterými přicházejí odražené signály. Pokud jsou například přímé a odražené signály přijímány v protifázi (s fázovým posunem 180°), pak může být celkový signál zeslaben téměř na nulu. Rayleighovo slábnutí pro daný vysílač a danou frekvenci je něco jako amplitudové „poklesy“, které mají různé hloubky a jsou distribuovány náhodně. V tomto případě se u stacionárního přijímače lze vyblednutí vyhnout pouhým pohybem antény. Když je vozidlo v pohybu, každou sekundu dochází k tisícům takových „poklesů“, proto se výsledné vyblednutí nazývá rychlé.

Dopplerův jev se projevuje při pohybu přijímače vůči vysílači a spočívá ve změně frekvence přijímaného kmitání. Stejně jako se stoupání jedoucího vlaku nebo auta zdá stojícímu pozorovateli o něco vyšší, když se vozidlo blíží, a o něco nižší, když se vzdaluje, frekvence rádiového vysílání se mění, když se transceiver pohybuje. Navíc při vícecestném šíření signálu mohou jednotlivé paprsky současně vytvářet frekvenční posun v jednom nebo druhém směru. Výsledkem je, že vlivem Dopplerova jevu se získá náhodná frekvenční modulace přenášeného signálu, stejně jako dochází k náhodné amplitudové modulaci v důsledku Rayleighova slábnutí. Obecně tedy vícecestné šíření vytváří velké potíže při organizování celulární komunikace, zejména pro mobilní účastníky, což je spojeno s pomalým a rychlým slábnutím amplitudy signálu v pohybujícím se přijímači. Tyto obtíže byly překonány pomocí digitální technologie, která umožnila vytvořit nové metody kódování, modulace a ekvalizace kanálových charakteristik.

"ANATOMIE"

Přenos dat se provádí rádiovými kanály. Síť GSM pracuje ve frekvenčních pásmech 900 nebo 1800 MHz. Konkrétněji, například v případě uvažování pásma 900 MHz, mobilní účastnická jednotka vysílá na jedné z frekvencí ležících v rozsahu 890-915 MHz a přijímá na frekvenci ležící v rozsahu 935-960 MHz. Pro ostatní frekvence je princip stejný, mění se pouze číselné charakteristiky.

Analogicky se satelitními kanály se směr přenosu z účastnického zařízení na základnovou stanici nazývá nahoru (Rise) a směr od základnové stanice k účastnickému zařízení se nazývá dolů (pád). V duplexním kanálu sestávajícím z upstream a downstream přenosových směrů se pro každý z těchto směrů používají frekvence lišící se přesně o 45 MHz. V každém z výše uvedených frekvenčních rozsahů je vytvořeno 124 rádiových kanálů (124 pro příjem a 124 pro vysílání dat, s odstupem 45 MHz) o šířce každého 200 kHz. Těmto kanálům jsou přiřazena čísla (N) od 0 do 123. Potom lze vypočítat frekvence směrů upstream (F R) a downstream (F F) každého kanálu pomocí vzorců: F R (N) = 890+0,2N (MHz) FF (N) = FR (N) + 45 (MHz).

Každá základnová stanice může být vybavena jednou až 16 frekvencemi a počet frekvencí a vysílací výkon jsou určeny v závislosti na místních podmínkách a zatížení.

V každém z frekvenčních kanálů, kterému je přiřazeno číslo (N) a který zaujímá pásmo 200 kHz, je uspořádáno osm kanálů s časovým dělením (časové kanály s čísly od 0 do 7) nebo osm kanálových intervalů.

Systém frekvenčního dělení (FDMA) umožňuje získat 8 kanálů po 25 kHz, které jsou zase rozděleny podle principu systému časového dělení (TDMA) na dalších 8 kanálů. GSM využívá modulaci GMSK a nosná frekvence se mění 217krát za sekundu, aby se kompenzovala možná degradace kvality.

Když předplatitel přijme kanál, je mu přidělen nejen frekvenční kanál, ale také jeden ze specifických kanálových slotů a musí vysílat v přesně vymezeném časovém intervalu, aniž by jej překračoval - jinak dojde k rušení v jiných kanálech. V souladu s výše uvedeným pracuje vysílač ve formě jednotlivých impulsů, které se vyskytují v přesně určeném intervalu kanálu: délka intervalu kanálu je 577 μs a doba trvání celého cyklu je 4616 μs. Přidělení pouze jednoho z osmi kanálových intervalů předplatiteli umožňuje časově rozdělit proces vysílání a příjmu posunutím kanálových intervalů přidělených vysílačům mobilního zařízení a základnové stanici. Základnová stanice (BS) vždy vysílá tři časové úseky před mobilní jednotkou (HS).

Požadavky na charakteristiky standardního pulzu jsou popsány ve formě normativního vzoru změn výkonu záření v čase. Procesy zapínání a vypínání pulzu, které jsou doprovázeny změnou výkonu o 70 dB, se musí vejít do časového úseku pouhých 28 μs a pracovní doba, během níž je přeneseno 147 binárních bitů, je 542,8 μs. Hodnoty vysílacího výkonu uvedené v předchozí tabulce se vztahují konkrétně na pulzní výkon. Průměrný výkon vysílače je osmkrát menší, protože vysílač nevyzařuje 7/8 času.

Uvažujme formát normálního standardního pulzu. Ukazuje, že ne všechny bity nesou užitečné informace: zde uprostřed pulzu je cvičná sekvence 26 binárních bitů, která chrání signál před vícecestným rušením. Toto je jedna z osmi speciálních, snadno rozpoznatelných sekvencí, ve kterých jsou přijaté bity správně umístěny v čase. Taková sekvence je oplocena jednobitovými ukazateli (PB - Point Bit) a na obou stranách této trénovací sekvence je užitečná zakódovaná informace ve formě dvou bloků po 57 binárních bitech, oplocených zase hraničními bity ( BB - Border Bit) - 3 bity na každé straně. Puls tedy nese 148 bitů dat, což zabírá časový interval 546,12 µs. K této době se připočítává doba 30,44 μs ochranné doby (ST - Shield Time), během které je vysílač „tichý“. Pokud jde o trvání, tato perioda odpovídá době přenosu 8,25 bitů, ale v tuto chvíli nedochází k žádnému přenosu.

Sekvence impulsů tvoří fyzický přenosový kanál, který je charakterizován číslem frekvence a číslem slotu časového kanálu. Na základě této sekvence impulsů je organizována celá řada logických kanálů, které se liší svými funkcemi. Kromě kanálů přenášejících užitečné informace existuje také řada kanálů přenášejících řídicí signály. Implementace takových kanálů a jejich provoz vyžaduje přesné řízení, které je realizováno softwarově.