Хората отдавна са се научили да общуват от разстояние. В древни времена пратеник е изпращан с новини, по-късно са писани писма. Сега, за да кажете няколко думи на далечен приятел, можете просто да му се обадите. Основното е да имате мобилен телефон със себе си. Но как се свързват помежду си, ако дори нямат кабели? В тази история ще ви разкажа как работи телефонът.

Какво е?

Мобилният телефон прилича повече на уоки-токи, отколкото на обикновен жичен телефон. Радиовълните се използват за предаване на сигнала.

Разликата е, че уоки-токитата са свързани с една антена и могат да бъдат свързани само като се хване сигнал от нея. Мобилните телефони не са обвързани с конкретна станция. Докато се движат, те се свързват с антената, от която се получава най-силен сигнал, така че можем да използваме комуникация почти по целия свят, без да сменим SIM картата. Антени или базови станции са построени по целия свят, скрити в билбордове, часовници, стълбове и дори дървета. Всеки от тях отговаря за собствената си зона, която има формата на шестоъгълник. На диаграмите тези територии, граничещи една с друга, приличат на пчелна пита. Оттук и името - клетъчна комуникация.

Кой беше първи?

Кой мислиш, че пръв проговори по мобилен телефон? Разбира се, това беше служител на Motorola, който ги пусна. През 1973 г., докато е по улиците на Ню Йорк, той се обажда и се хвали с обаждане от необичаен за онова време телефон на основния си конкурент. Този телефон се превърна в прототип на първия мобилен телефон, който се появи в магазините 10 години по-късно.

За да работи телефонът, трябва да поставите SIM карта в него. Той съдържа информация за абоната, тоест за лицето, което го използва. Мобилният телефон започва да проверява всички налични честоти, те са около 160. Шестте най-добри сигнала се записват на SIM картата, това са сигналите на вашата мрежа.

След като наберете номера на вашия приятел, телефонът ви предава информация за вас към антената с най-силен сигнал. Вашият оператор (например MTS или Beeline) ви разпознава, намира безплатен канал, по който може да се проведе вашият разговор, и ви свързва. Всичко това отнема само няколко секунди.

Самият разговор е доста сложен технически процес. Нашият глас се разделя на сегменти с продължителност 20 милисекунди и се преобразува в цифров формат, след което се кодира от специална система. Шифрованите сигнали се обработват отново, за да се премахне външният шум.

Сега клетъчен телефонслужи не само за разговори. Едно малко устройство се побира в прости механизми като обикновен часовник, будилник, калкулатор, календар, фенерче, както и сложни камери, достъп до интернет, плейър и много други.

Знаете ли какво се случва, след като наберете номера на приятел на мобилния си телефон? Как клетъчната мрежа го намира в планините на Андалусия или на брега на далечен Великденски остров? Защо понякога разговорът внезапно спира? Миналата седмица посетих Beeline и се опитах да разбера как работи клетъчната комуникация...

Голяма територия от населената част на страната ни е покрита с базови станции (БС). На полето те приличат на червено-бели кули, а в града са скрити по покривите на нежилищни сгради. Всяка станция улавя сигнал от мобилни телефони на разстояние до 35 километра и комуникира с мобилен телефон чрез сервизен или гласов канал.

След като наберете номера на приятел, вашият телефон се свързва с най-близката базова станция (BS) чрез обслужващ канал и ви моли да разпределите гласов канал. Базовата станция изпраща заявката до контролера (BSC), който я препраща към комутатора (MSC). Ако вашият приятел е в същата клетъчна мрежа, превключвателят ще провери Регистъра за домашно местоположение (HLR), ще разбере къде се намира повикваният в момента (у дома, в Турция или Аляска) и ще прехвърли повикването към съответния превключвател, където той препраща към контролера и след това към базовата станция. Базовата станция ще се свърже с мобилния телефон и ще ви свърже с приятел. Ако вашият приятел е абонат на друга мрежа или се обаждате на стационарен телефон, вашият комутатор ще се свърже със съответния комутатор на друга мрежа.

Труден? Нека да разгледаме по-отблизо.

Базовата станция е чифт железни шкафове, заключени в добре климатизирана стая. Като се има предвид, че в Москва беше +40 на улицата, исках да живея в тази стая за известно време. Обикновено базовата станция се намира или на тавана на сградата, или в контейнер на покрива:

2.

Антената на базовата станция е разделена на няколко сектора, всеки от които "свети" в своята посока. Вертикалната антена комуникира с телефони, кръглата свързва базовата станция с контролера:

3.

Всеки сектор може да обслужва до 72 повиквания едновременно, в зависимост от настройката и конфигурацията. Една базова станция може да се състои от 6 сектора, така че една базова станция може да обслужва до 432 повиквания, но обикновено в станцията има инсталирани по-малко предаватели и сектори. Клетъчните оператори предпочитат да инсталират повече BS, за да подобрят качеството на комуникацията.

Базовата станция може да работи в три ленти:

900 MHz - сигналът на тази честота се разпространява по-нататък и по-добре прониква вътре в сградите
1800 MHz - сигналът се простира на по-къси разстояния, но ви позволява да инсталирате повече предаватели в 1 сектор
2100 MHz - 3G мрежа

Ето как изглежда шкаф с 3G оборудване:

4.

900 MHz предаватели са инсталирани на базови станции в полета и села, а в града, където базовите станции са забити като игли в таралеж, комуникацията се осъществява главно на честота 1800 MHz, въпреки че могат да присъстват предаватели и от трите ленти във всяка базова станция по едно и също време.

5.

6.

Сигнал от 900 MHz може да достигне до 35 километра, въпреки че "обхватът" на някои базови станции по маршрутите може да достигне до 70 километра, като се намали наполовина броят на едновременно обслужваните абонати на станцията. Съответно нашият телефон с малката си вградена антена може да предава сигнал до 70 километра ...

Всички базови станции са проектирани да осигурят оптимално радиопокритие на нивото на земята. Следователно, въпреки обхвата от 35 километра, радиосигналът просто не се изпраща до височината на самолета. Някои авиокомпании обаче вече са започнали да инсталират базови станции с ниска мощност на своите самолети, които осигуряват покритие вътре в самолета. Такава BS е свързана към наземната клетъчна мрежа чрез сателитен канал. Системата е допълнена от контролен панел, който позволява на екипажа да включва и изключва системата, както и определени видове услуги, като изключване на гласа при нощни полети.

Телефонът може да измерва силата на сигнала от 32 базови станции едновременно. Изпраща информация за 6-те най-добри (по ниво на сигнала) по обслужващия канал, а контролерът (BSC) решава на коя BS да предаде текущото повикване (Handover), ако сте в движение. Понякога телефонът може да направи грешка и да ви прехвърли към BS с по-лош сигнал, в който случай разговорът може да бъде прекъснат. Може също така да се окаже, че в базовата станция, която телефонът ви е избрал, всички гласови линии са заети. В този случай разговорът също ще бъде прекъснат.

Казаха ми и за така наречения "проблем на последния етаж". Ако живеете в мезонет, тогава понякога, когато се премествате от една стая в друга, разговорът може да бъде прекъснат. Това е така, защото в едната стая телефонът може да "види" една BS, а във втората - друга, ако отиде от другата страна на къщата, а в същото време тези 2 базови станции са на голямо разстояние от помежду си и не са регистрирани като "съседни" от мобилен оператор. В този случай прехвърлянето на повикване от една BS към друга няма да се случи:

Комуникацията в метрото се осъществява по същия начин, както на улицата: базова станция - контролер - комутатор, с единствената разлика, че там се използват малки базови станции, а в тунела покритието се осигурява не от обикновена антена, а от специален излъчващ кабел.

Както писах по-горе, една BS може да провежда до 432 разговора едновременно. Обикновено тази мощност е достатъчна за очите, но например по време на някои празници BS може да не успее да се справи с броя на хората, които искат да се обадят. Обикновено това се случва на Нова година, когато всички започват да си честитят.

SMS се предават по обслужващи канали. На 8 март и 23 февруари хората предпочитат да се поздравяват чрез SMS, изпращайки забавни рими, а телефоните често не могат да се съгласят с BS за разпределението на гласов канал.

Разказаха ми интересна история. От един район на Москва започнаха да идват оплаквания от абонати, че не могат да се свържат никъде. Техниците започнаха да разбират. Повечето гласови канали бяха безплатни, а всички обслужващи канали бяха заети. Оказа се, че до този бакалавър има институт, в който се провеждат изпити и студентите постоянно си разменят есемеси.

Телефонът разделя дългите SMS на няколко къси и изпраща всеки поотделно. Служителите на техническата служба се съветват да изпращат такива поздравления с помощта на MMS. Ще бъде по-бързо и по-евтино.

От базовата станция обаждането отива към контролера. Изглежда толкова скучно, колкото и самата BS - това е просто набор от шкафове:

7.

В зависимост от оборудването, контролерът може да обслужва до 60 базови станции. Комуникацията между BS и контролера (BSC) може да се осъществява по радиорелеен канал или по оптика. Контролерът контролира работата на радиоканалите, вкл. контролира движението на абоната, предаване на сигнал от една BS към друга.

Превключвателят изглежда много по-интересен:

8.

9.

Всеки суич обслужва от 2 до 30 контролера. Вече заема голяма зала, пълна с различни шкафове с оборудване:

10.

11.

12.

Превключвателят извършва контрол на трафика. Помните ли старите филми, в които хората първо се обадиха на „момичето“, а след това тя ги свърза с друг абонат, като пренакали кабелите? Съвременните превключватели правят същото:

13.

За да контролира мрежата, Beeline разполага с няколко коли, които нежно наричат ​​"таралежи". Те се движат из града и измерват нивото на сигнала на собствената си мрежа, както и нивото на мрежата на колегите от "Голямата тройка":

14.

Целият покрив на такава кола е осеян с антени:

15.

Вътре има оборудване, което прави стотици разговори и улавя информация:

16.

Денонощният контрол върху комутаторите и контролерите се осъществява от Центъра за управление на мисията на Центъра за управление на мрежата (NCC):

17.

Има 3 основни области за наблюдение на клетъчната мрежа: процент на аварии, статистика и обратна връзка от абонатите.

Точно както в самолетите, цялото клетъчно мрежово оборудване има сензори, които изпращат сигнал до MCC и извеждат информация към компютрите на диспечерите. Ако някое оборудване не работи, тогава светлината на монитора ще започне да "мига".

MSC също така следи статистика за всички комутатори и контролери. Той го анализира, като го сравнява с предишни периоди (час, ден, седмица и т.н.). Ако статистиката на някои от възлите започне да се различава рязко от предишните индикатори, тогава светлината на монитора ще започне да "мига" отново.

Обратната връзка се получава от абонатните оператори. Ако не могат да решат проблема, тогава обаждането се прехвърля на технически специалист. Ако и той се окаже безсилен, тогава в компанията се създава "инцидент", който се разрешава от инженери, участващи в работата на съответното оборудване.

Превключвателите се наблюдават денонощно от 2 инженера:

18.

Графиката показва активността на московските комутатори. Ясно се вижда, че почти никой не звъни през нощта:

19.

Контролът върху контролерите (съжалявам за тавтологията) се осъществява от втория етаж на Центъра за управление на мрежата:

22.

21.

Разбирам, че все още имате много въпроси за това как работи клетъчната мрежа. Темата е сложна и помолих специалист от Beeline да ми помогне да отговоря на вашите коментари. Единствената молба е да се придържаме към темата. И въпроси като "Репички Beeline. Те откраднаха 3 рубли от сметката ми" - адресирайте абонатната услуга 0611.

Утре ще има публикация за това как кит изскочи пред мен и нямах време да го снимам. Останете на линия!

Телефонната комуникация е предаване на речева информация на големи разстояния. Телефонията позволява на хората да общуват в реално време.

Ако по време на появата на технологията имаше само един метод за предаване на данни - аналогов, тогава в момента успешно се използват различни комуникационни системи. Телефонните, сателитните и мобилните комуникации, както и IP-телефонията осигуряват надежден контакт между абонатите, дори ако те се намират в различни части на света. Как работи телефонната комуникация при използване на всеки метод?

Добрата стара жична (аналогова) телефония

Терминът "телефонна" комуникация най-често се разбира като аналогова комуникация, метод за предаване на данни, познат от почти век и половина. Когато се използва това, информацията се предава непрекъснато, без междинно кодиране.

Връзката на двама абонати се регулира чрез набиране, а след това комуникацията се осъществява чрез предаване на сигнал от човек на човек по кабели в най-буквалния смисъл на думата. Абонатите вече не се свързват от телефонни оператори, а от роботи, което значително опрости и намали цената на процеса, но принципът на работа на аналоговите комуникационни мрежи остана същият.

Мобилна (клетъчна) комуникация

Абонатите на клетъчни оператори погрешно вярват, че те "прерязват жицата", свързваща ги с телефонни централи. На външен вид всичко е така - човек може да се движи навсякъде (в рамките на покритието на сигнала), без да прекъсва разговора и без да губи контакт със събеседника, и<подключить телефонную связь стало легче и проще.

Въпреки това, ако разберем как работят мобилните комуникации, няма да открием толкова много разлики от работата на аналоговите мрежи. Сигналът всъщност "витае във въздуха", само от телефона на обаждащия се стига до трансивъра, който от своя страна комуникира с подобно оборудване, най-близко до викания абонат ... чрез оптични мрежи.

Сцената за радио предаване на данни покрива само пътя на сигнала от телефона до най-близката базова станция, която е свързана с други комуникационни мрежи по напълно традиционен начин. Как работи клетъчната комуникация е ясно. Какви са неговите плюсове и минуси?

Технологията осигурява по-голяма мобилност от аналоговото предаване на данни, но носи същите рискове от нежелани смущения и възможност за прослушване на линии.

Път на клетъчния сигнал

Нека разгледаме по-подробно как точно сигналът достига до извикания абонат.

1. Потребителят набира номер.
2. Телефонът му установява радиовръзка с най-близката базова станция. Те са разположени на високи сгради, промишлени сгради и кули. Всяка станция се състои от предавателна и приемна антени (от 1 до 12) и блок за управление. Към контролера са свързани базови станции, които обслужват една зона.
3. От контролния блок на базовата станция сигналът се предава по кабел към контролера, а оттам също по кабел към комутатора. Това устройство осигурява вход и изход на сигнал към различни комуникационни линии: междуградски, градски, международни и други мобилни оператори. В зависимост от размера на мрежата, тя може да включва един или няколко комутатора, свързани помежду си чрез кабели.
4. От „техния“ централа сигналът се предава по високоскоростни кабели към централата на друг оператор, като последният лесно определя в кой контролер се намира абонатът, към когото е адресирано обаждането.
5. Превключвателят извиква желания контролер, който изпраща сигнал до базовата станция, която "разпитва" мобилния телефон.
6. Извиканата страна получава входящо повикване.

Такава многослойна структура на мрежата ви позволява да разпределите равномерно натоварването между всичките й възли. Това намалява възможността от повреда на оборудването и осигурява непрекъсната комуникация.

Как работи клетъчната комуникация е ясно. Какви са неговите плюсове и минуси? Технологията осигурява по-голяма мобилност от аналоговото предаване на данни, но носи същите рискове от нежелани смущения и възможност за прослушване на линии.

Сателитна връзка

Нека да видим как работят сателитните комуникации, най-високото ниво на развитие на радиорелейните комуникации днес. Ретранслатор, поставен в орбита, е в състояние сам да покрие огромна площ от повърхността на планетата. Вече не е необходима мрежа от базови станции, както в случая с клетъчните комуникации.

Индивидуален абонат получава възможност да пътува практически без ограничения, оставайки свързан дори в тайгата или джунглата. Абонат на юридическо лице може да свърже цяла мини телефонна централа към една ретранслаторна антена (това е вече познатата „чиния“), но трябва да вземете предвид обема на входящите и изходящите, както и размера на файловете, които се нуждаят да бъде изпратено.

Минуси на технологията:

• сериозна зависимост от времето. Магнитна буря или друг катаклизъм може да остави абоната без комуникация за дълго време.
• ако нещо физически се повреди на сателитен транспондер, периодът, който ще измине преди пълното възстановяване на функционалността, ще продължи много дълго време.
• цената на комуникационните услуги без граници често надвишава по-обичайните сметки. При избора на метод за комуникация е важно да прецените доколко имате нужда от такава функционална връзка.

Сателитни комуникации: плюсове и минуси

Основната характеристика на "сателита" е, че осигурява на абонатите независимост от стационарни линии. Предимствата на такъв подход са очевидни. Те включват:

• мобилност на оборудването. Може да се внедри за много кратко време;
• способността за бързо създаване на обширни мрежи, покриващи големи площи;
• комуникация с труднодостъпни и отдалечени територии;
• резервиране на канали, които могат да се използват в случай на прекъсване на наземните комуникации;
• гъвкавостта на техническите характеристики на мрежата, което позволява да се адаптира към почти всякакви изисквания.

Минуси на технологията:

• сериозна зависимост от времето. Магнитна буря или друг катаклизъм може да остави абоната без комуникация за дълго време;
• ако нещо физически не работи на сателитния транспондер, периодът, който ще измине до пълното възстановяване на функционалността на системата, ще продължи дълго време;
• цената на комуникационните услуги без граници често надвишава по-обичайните сметки.

При избора на метод за комуникация е важно да прецените доколко имате нужда от такава функционална връзка.

Всички използваме мобилни телефони, но рядко някой се замисля - как работят? В тази статия ще се опитаме да разберем как всъщност се осъществява комуникацията по отношение на вашия мобилен оператор.

Когато се обадите на вашия събеседник или някой ви се обади, телефонът ви се свързва чрез радио към една от антените наблизо базова станция (BS, BS, Base Station).Всяка клетъчна базова станция (в обикновените хора - клетъчни кули) включва от един до дванадесет приемо-предаватели антениимащи посоки в различни посоки, за да осигурят висококачествена комуникация на абонатите в техния обхват. Специалистите на техния жаргон наричат ​​такива антени "сектори", които са сиви правоъгълни конструкции, които можете да видите почти всеки ден върху покривите на сгради или специални мачти.

Сигналът от такава антена се изпраща по кабел директно към контролния блок на базовата станция. Базовата станция е комбинация от сектори и контролен блок. В същото време определена част от населено място или територия се обслужва от няколко базови станции, свързани към специално звено наведнъж - локален зонов контролер(съкратено LAC, локален контролерили просто "контролер"). По правило един контролер обединява до 15 базови станции от определена област.

От своя страна контролерите (може да има и няколко) са свързани към основното устройство - Център за управление на мобилни услуги (MSC, център за превключване на мобилни услуги), което за по-лесно възприемане се нарича просто "комутатор". Превключвателят от своя страна осигурява вход и изход към всякакви комуникационни линии - както клетъчни, така и кабелни.

Ако изведете написаното под формата на диаграма, ще получите следното:
Малките GSM мрежи (обикновено регионални) могат да използват само един комутатор. Големите, като нашите „големи три“ оператори MTS, Beeline или MegaFon, обслужващи милиони абонати едновременно, използват няколко MSC устройства, свързани помежду си наведнъж.

Нека видим защо е необходима такава сложна система и защо е невъзможно антените на базовата станция да се свържат директно към комутатора? За да направите това, трябва да говорите за друг термин, наречен на технически език предаване (предаване). Той характеризира хендовера в мобилните мрежи според принципа на хендовера. С други думи, когато се движите по улицата пеша или в превозно средство и в същото време говорите по телефона, за да не прекъсва разговорът ви, трябва своевременно да превключвате устройството си от един BS сектор в друг, от покритието зона на една базова станция или локална зона на контролера към друга и т.н. Следователно, ако секторите на базовата станция бяха свързани директно към суича, той трябваше сам да извърши тази процедура за предаване за всички свои абонати, а суичът вече има достатъчно задачи. Следователно, за да се намали вероятността от повреда на оборудването, свързана с неговите претоварвания, схемата за изграждане на GSM клетъчни мрежи се изпълнява на принципа на много нива.

В резултат на това, ако вие и вашият телефон се преместите от зоната на обслужване на един BS сектор в зоната на покритие на друг, тогава това движение се извършва от контролния блок на тази базова станция, без да докосвате повече „високи цени” устройства - LAC и MSC. Ако предаването се случи между различни BS, тогава LAC вече е взет за него и т.н.

Превключвателят не е нищо повече от основния "мозък" на GSM мрежите, така че работата му трябва да бъде разгледана по-подробно. Комутаторът за клетъчна мрежа изпълнява приблизително същите задачи като PBX в мрежите на кабелните оператори. Той е този, който разбира къде се обаждате или кой ви се обажда, регулира работата на допълнителни услуги и всъщност решава дали в момента можете да се обадите или не.

Сега да видим какво се случва, когато включите телефона или смартфона си?

И така, натиснахте "вълшебния бутон" и телефонът ви се включи. На SIM картата на вашия мобилен оператор има специален номер за извикване IMSI - Международен идентификационен номер на абоната (Международен идентификационен номер на абоната). Това е уникален номер за всяка SIM-карта не само за вашия оператор MTS, Beeline, MegaFon и т.н., но уникален номер за всички мобилни мрежи в света! Именно на него операторите разграничават абонатите помежду си.

Когато включите телефона, вашето устройство изпраща този IMSI код към базовата станция, която го предава по-нататък към LAC, който от своя страна го изпраща към комутатора. В същото време две допълнителни устройства, свързани директно към превключвателя, влизат в нашата игра - HLR (Регистър на местонахождението на дома)и VLR (Регистър на местоположението на посетителите). Преведено на руски, това е съответно Регистър на домашните абонатии Регистър на гост абонати. HLR съхранява IMSI на всички абонати в своята мрежа. VLR съдържа информация за тези абонати, които в момента използват мрежата на този оператор.

IMSI номерът се предава на HLR с помощта на система за криптиране (друго устройство е отговорно за този процес AuC - център за удостоверяване). В същото време HLR проверява дали абонат с този номер съществува в неговата база данни и ако фактът на присъствието му се потвърди, системата проверява дали той в момента може да използва комуникационни услуги или, да речем, има финансов блок. Ако всичко е нормално, тогава този абонат преминава към VLR и след това получава възможност да се обажда и да използва други комуникационни услуги.

За по-голяма яснота ще покажем тази процедура с диаграма:

Така накратко описахме принципа на работа на GSM клетъчните мрежи. Всъщност това описание е доста повърхностно, т.к ако се задълбочим в техническите подробности по-подробно, то материалът ще се окаже многократно по-обемен и много по-малко разбираем за повечето читатели.

Във втората част ще продължим запознаването си с работата на GSM мрежите и ще разгледаме как и за какво операторът дебитира средства от нашата сметка с вас.

Милиони хора по света използват мобилни телефони, защото мобилните телефони направиха много по-лесно общуването с хора по целия свят.

Мобилните телефони предлагат набор от функции в наши дни и все повече и повече всеки ден. В зависимост от модела на мобилния телефон можете да направите следното:

Запазете важна информация
Водете си бележки или направете списък със задачи
Записвайте важни срещи и включете аларма за напомняне
използвайте калкулатор за изчисления
изпращане или получаване на поща
търсене на информация (новини, поговорки, анекдоти и други) в интернет
играя игри
гледам телевизия
изпращайте съобщения
използвайте други устройства като MP3 плейър, PDA устройства и GPS навигационна система.

Но не сте ли се чудили как работи мобилният телефон? И какво го прави различен от обикновен стационарен телефон? Какво означават всички тези термини PCS, GSM, CDMA и TDMA? Тази статия ще се съсредоточи върху новите функции на мобилните телефони.

Нека започнем с факта, че мобилният телефон всъщност е радио - по-напреднала форма, но все пак радио. Самият телефон е създаден от Александър Греъм Бел през 1876 г., а безжичната комуникация малко по-късно от Николай Тесла през 1880 г. (италианецът Гулиелмо Маркони за първи път започва да говори за безжична комуникация през 1894 г.). Беше предопределено тези две страхотни технологии да се съберат.

В древни времена, когато не е имало мобилни телефони, хората са инсталирали радиотелефони в колите си, за да комуникират. Такава радиотелефонна система работеше от една главна антена, монтирана на кула в покрайнините на града и поддържаше около 25 канала. За да се свърже с основната антена, телефонът трябваше да има мощен предавател - с радиус около 70 км.

Но не много хора биха могли да използват такива радиотелефони поради ограничения брой канали.

Гениалността на мобилната система се крие в разделянето на града на няколко елемента („клетки“). Това насърчава повторното използване на честотата в целия град, така че милиони хора могат да използват мобилни телефони едновременно. „Пчелна пита” не е избрана случайно, тъй като именно с пчелни пити (шестоъгълна форма) може най-оптимално да се покрие площта.

За да разберете по-добре как работи мобилният телефон, е необходимо да сравните CB радиото (т.е. конвенционалното радио) и радиотелефона.

Преносимо устройство с пълен дуплекс срещу полудуплекс - Радиотелефонът, подобно на обикновеното радио, е полудуплексно устройство. Това означава, че двама души използват една и съща честота, така че могат да говорят само на ред. Мобилният телефон е устройство с пълен дуплекс, което означава, че човек използва две честоти: едната честота е за чуване на човека от другата страна, другата е за говорене. Следователно можете да говорите по мобилни телефони едновременно.

Канали - Радиотелефонът използва само един канал, радиото има около 40 канала. Един обикновен мобилен телефон може да има 1664 канала или повече.

В полудуплексните устройства и двата радиопредавателя използват една и съща честота, така че само един човек може да говори. При устройства с пълен дуплекс двата предавателя използват различни честоти, така че хората да могат да говорят едновременно. Мобилните телефони са устройства с пълен дуплекс.

В типична американска мобилна система потребител на мобилен телефон използва около 800 честоти, за да говори из града. Мобилен телефон разделя града на няколкостотин. Всяка клетка има определен размер и обхваща площ от 26 km2. Пчелните пити са като шестоъгълници, затворени в решетка.

Тъй като мобилните телефони и станции използват предаватели с ниска мощност, несъседните клетки могат да използват същите честоти. Две клетки могат да използват еднакви честоти. Клетъчната мрежа е мощни високоскоростни компютри, базови станции (многочестотни VHF приемо-предаватели), разпределени в работната зона на клетъчната мрежа, мобилни телефони и друго високотехнологично оборудване. Ще разгледаме базовите станции по-късно, но засега нека да разгледаме „клетките“, които изграждат клетъчната система.

Една клетка в аналогова клетъчна система използва 1/7 от наличните двупосочни комуникационни канали. Това означава, че всяка клетка (от 7 клетки в масива) използва 1/7 от наличните канали, които имат свой собствен набор от честоти и следователно не се припокриват:

Потребителят на мобилен телефон обикновено получава 832 радиочестоти за разговори из града.
Всеки мобилен телефон използва 2 честоти на разговор – т.нар. двупосочен канал - следователно има 395 комуникационни канала за всеки потребител на мобилен телефон (останалите 42 честоти се използват от основния канал - ще говорим за него по-късно).

Така всяка клетка има до 56 налични комуникационни канала. Това означава, че 56 души ще могат да говорят по мобилни телефони едновременно. Първата 1G мобилна технология се счита за аналог на клетъчната мрежа. Откакто започна да се използва цифрово предаване на информация (2G), броят на каналите се увеличи значително.

Мобилните телефони имат вградени предаватели с ниска мощност, така че работят на 2 нива на сигнала: 0,6 вата и 3 вата (за сравнение, ето просто радио, което работи на 4 вата). Базовите станции също използват предаватели с ниска мощност, но те имат своите предимства:

Предаването на сигнала на базовата станция и мобилния телефон във всяка клетка не ви позволява да се отдалечите от клетката. Така и двете клетки могат да използват повторно същите 56 честоти. Същите честоти могат да се използват в целия град.
Консумацията на заряд на мобилен телефон, който обикновено се захранва от батерия, не е значително висока. Предавателите с ниска мощност означават малка батерия, което прави мобилните телефони по-компактни.

Клетъчната мрежа се нуждае от няколко базови станции, независимо от размера на града. Един малък град трябва да има няколкостотин кули. Всички потребители на мобилни телефони във всеки град се управляват от един главен офис, който се нарича Мобилен комутационен център. Този център контролира всички телефонни разговори и базови станции в района.

Кодове за мобилен телефон

Поредният номер на електронното устройство (ESN) е уникален 32-битов номер, програмиран в мобилния телефон от производителя.
Мобилен идентификационен номер (MIN) - 10-цифрен код, получен от номер на мобилен телефон.
Системният идентификационен код (SID) е уникален 5-цифрен код, който се присвоява на всяка FCC компания. Последните два кода, MIN и SID, се програмират в мобилния телефон, когато купувате карта и включвате телефона.

Всеки мобилен телефон има свой собствен код. Кодовете са необходими за разпознаване на телефони, собственици на мобилни телефони и мобилни оператори. Например, имате мобилен телефон, включвате го и се опитвате да се обадите. Ето какво се случва по това време:

Когато за първи път включите телефона, той търси идентификационен код на главния контролен канал. Каналът е специфична честота, използвана от мобилни телефони и базова станция за предаване на сигнали. Ако телефонът не може да намери контролния канал, значи е извън обсега и на екрана се показва съобщението „няма мрежа“.
Когато телефонът получи идентификационен код, той го сверява със собствения си код. Ако има съвпадение, мобилният телефон има право да се свърже с мрежата.
Заедно с кода, телефонът иска достъп до мрежата и Mobile Switching Center фиксира позицията на телефона в базата данни, така че Switching Center знае кой телефон използвате, когато иска да ви изпрати служебно съобщение.
Комутационният център получава обаждания и може да изчисли вашия номер. По всяко време той може да потърси вашия телефонен номер в своята база данни.
Комутационният център комуникира с вашия мобилен телефон, за да ви каже коя честота да използвате и след като мобилният телефон се свърже с антената, телефонът получава достъп до мрежата.

Мобилният телефон и базовата станция поддържат постоянна радио връзка. Мобилният телефон периодично превключва от една базова станция към друга, от която идва по-силен сигнал. Ако мобилният телефон напусне полето на базовата станция по време на движение, тогава той установява връзка с друга, най-близката базова станция, дори по време на разговор. Двете базови станции "комуникират" чрез Switching Center, който изпраща сигнал до вашия мобилен телефон за смяна на честотата.

Има случаи, когато при движение сигналът преминава от една клетка в друга, принадлежаща на друг мобилен оператор. В този случай сигналът не изчезва, а се предава на друг мобилен оператор.

Повечето съвременни мобилни телефони могат да работят в няколко стандарта, което ви позволява да използвате роуминг услуги (на английски roaming - скитничество) в различни клетъчни мрежи. Комутационният център, чиито клетки използвате сега, се свързва с вашия комутационен център и иска потвърждение на кода. Вашата система прехвърля всички данни за вашия телефон към друга система и Switching Center ви свързва с клетките на новия мобилен оператор. И най-удивителното е, че всичко това става за няколко секунди.

Най-неприятното във всичко това е, че можете да платите солидна сума за разговори в роуминг. На повечето телефони, когато за първи път пресечете границата, се показва услугата роуминг. В противен случай по-добре проверете картата на мобилното си покритие, за да не се налага да плащате „завишени“ тарифи по-късно. Затова проверете незабавно цената на тази услуга.

Моля, обърнете внимание, че телефонът трябва да работи в няколко честотни ленти, ако искате да използвате услугата роуминг, тъй като различните държави използват различни честотни ленти.

През 1983 г. е разработен първият аналогов мобилен комуникационен стандарт AMPS (Advanced Mobile Telephone Service). Този аналогов стандарт за мобилна комуникация работи в честотния диапазон от 825 до 890 MHz. За да поддържа конкуренцията и цените на пазара, федералното правителство на САЩ изисква на пазара да има поне две компании, занимаващи се с една и съща дейност. Една такава компания в САЩ беше местната телефонна компания (LEC).

Всяка компания имаше свои собствени 832 честоти: 790 за разговори и 42 за данни. За да се създаде един канал, бяха използвани две честоти наведнъж. Честотният диапазон за аналоговия канал обикновено е 30 kHz. Обхватът на предаване и приемане на гласовия канал е разделен с 45 MHz, така че единият канал да не се припокрива с другия.

Версия на стандарта AMPS, наречена NAMPS (Narrow Band Enhanced Communications System), използва нови цифрови технологии, за да утрои възможностите на системата. Но въпреки че използва нови цифрови технологии, тази версия си остава само аналогова. Аналоговите стандарти AMPS и NAMPS работят само на 800 MHz и все още не могат да предложат голямо разнообразие от функции като интернет връзка и имейл.

Цифровите мобилни телефони принадлежат към второто поколение (2G) мобилни технологии. Те използват същата радиотехнология като аналоговите телефони, но по малко по-различен начин. Аналоговите системи не използват напълно сигнала между телефона и мобилната мрежа - аналоговите сигнали не могат да бъдат заглушени или манипулирани толкова лесно, колкото цифровите сигнали. Това е една от причините, поради които много кабелни компании преминават към цифрово, за да могат да използват повече канали в дадена лента. Удивително е колко ефективна може да бъде една цифрова система.

Много цифрови мобилни системи използват честотна модулация (FSK) за предаване и получаване на данни през аналоговия портал AMPS. Честотната модулация използва 2 честоти, една за логическа единица, една за логическа нула, като избира между двете, когато предава цифрова информация между кулата и мобилния телефон. За да се преобразува аналоговата информация в цифрова и обратно, са необходими модулация и кодираща схема. Това предполага, че цифровите мобилни телефони трябва да могат да обработват данни бързо.

По отношение на "сложността на кубичен инч" мобилните телефони са сред най-сложните съвременни устройства. Цифровите мобилни телефони могат да извършват милиони изчисления в секунда, за да кодират или декодират гласов поток.

Всеки обикновен телефон се състои от няколко части:

Чип (платка), който е мозъкът за телефона
Антена
Дисплей с течни кристали (LCD)
Клавиатура
Микрофон
говорител
Батерия

Микросхемата е центърът на цялата система. След това ще разгледаме какви чипове има и как работи всеки от тях. Чипът за аналогово-цифрово преобразуване кодира изходящия аудио сигнал от аналоговата система в цифров и входящия сигнал от цифровата система в аналогов.

Микропроцесорът е централен процесор, отговорен за извършването на по-голямата част от работата по обработка на информация. Той контролира клавиатурата и дисплея, както и много други процеси.

ROM чиповете и чипът на картата с памет могат да съхраняват данни за операционната система на мобилния телефон и други потребителски данни, като например данни от телефонния указател. Радиочестотата контролира мощността и заряда и работи със стотици FM вълни. Високочестотният усилвател управлява сигналите, които пристигат или се отразяват от антената. Размерът на екрана се е увеличил значително, тъй като мобилният телефон има повече функции. Много телефони имат бележници, калкулатори и игри. И сега много повече телефони се свързват с PDA или уеб браузър.

Някои телефони съхраняват определена информация, като SID и MIN кодове, във вградената флаш памет, докато други използват външни карти като карти SmartMedia.

Много телефони имат толкова малки високоговорители и микрофони, че е трудно да си представим как изобщо издават звук. Както можете да видите, високоговорителите са с размер на малка монета, а микрофонът не е по-голям от батерия на часовник. Между другото, такива батерии за часовници се използват във вътрешния чип на мобилния телефон за работа с часовника.

Най-удивителното е, че преди 30 години много от тези детайли заемаха целия етаж на сградата, а сега всичко се побира в дланта на човек.

Има три най-често срещани начина, по които 2G мобилните телефони използват радиочестоти за предаване на информация:

FDMA (Множествен достъп с честотно разделяне - множествен достъп с разделяне на честоти) TDMA (Множествен достъп с разделяне по време - множествен достъп с разделяне по време) CDMA (Множествен достъп с разделяне на кодове) - множествен достъп с разделяне на кодове.

Въпреки че имената на тези методи изглеждат толкова объркващи, можете лесно да познаете как работят, като просто разделите името на отделни думи.

Първата дума, честота, време, код, показва метода на достъп. Втората дума, разделяне, означава, че разделя повикванията въз основа на метода на достъп.

FDMA поставя всяко телефонно обаждане на отделна честота TDMA разпределя определено време за всяко обаждане на определената честота CDMA присвоява уникален код на всяко обаждане и след това го предава на свободна честота.

Последната дума на всеки множествен метод - „множество“ показва, че няколко души могат да използват всяка стотна.

FDMA

FDMA (Frequency Division Multiple Access) е метод за използване на радиочестоти, когато има само един абонат в една честотна лента, различни абонати използват различни честоти в клетката. Това е приложение на честотно мултиплексиране (FDM) в радиокомуникациите. За да разберем по-добре как работи FDMA, трябва да разгледаме как работят радиостанциите. Всяка радиостанция изпраща сигнала си в свободни честотни ленти. Методът FDMA се използва предимно за предаване на аналогови сигнали. И въпреки че този метод несъмнено може да предава цифрова информация, той не се използва, тъй като се счита за по-малко ефективен.

TDMA

TDMA (Time Division Multiple Access) е метод за използване на радиочестоти, когато има няколко абоната в един и същи честотен интервал, различните абонати използват различни времеви слотове (интервали) за предаване. Това е приложение на Time Division Multiplexing (TDM) за радиокомуникации. Когато се използва TDMA, тясна честотна лента (30 kHz широка и 6,7 милисекунди дълга) се разделя на три времеви слота.

Под "канали" обикновено се разбира тясна честотна лента. Гласовите данни, преобразувани в цифрова информация, се компресират, поради което заемат по-малко място. Следователно TDMA е три пъти по-бърз от аналогова система, използваща същия брой канали. TDMA системите работят на 800 MHz (IS-54) или 1900 MHz (IS-136) честотна лента.

GSM

TDMA в момента е доминиращата технология за мобилни клетъчни мрежи и се използва в стандарта GSM (Глобална система за мобилни комуникации) (руски SPS-900) - глобален цифров стандарт за мобилни клетъчни комуникации, с разделяне на каналите, базирано на принципа на TDMA и висока степен на сигурност поради криптиране с публичен ключ. GSM обаче използва TDMA и IS-136 достъп по различен начин. Нека си представим, че GSM и IS-136 са различни операционни системи, които работят на един и същ процесор, например и двете операционни системи Windows и Linux работят на Intel Pentium III. GSM системите използват кодиращ метод за защита на телефонни разговори от мобилни телефони. GSM мрежата в Европа и Азия работи на честота 900 MHz и 1800 MHz, а в САЩ на честота 850 MHz и 1900 MHz и се използва в мобилните комуникации.

Блокиране на вашия GSM телефон

GSM е международният стандарт в Европа, Австралия, по-голямата част от Азия и Африка. Потребителите на мобилни телефони могат да закупят един телефон, който ще работи навсякъде, където се поддържа този стандарт. За да се свържат с конкретен мобилен оператор в различни държави, потребителите на GSM просто сменят своята SIM карта. SIM картите съхраняват цялата информация и идентификационни номера, които са необходими за свързване с мобилен оператор.

За съжаление 850MHz/1900MHz GSM честоти, използвани в САЩ, не съвпадат с тези на международната система. Така че, ако живеете в САЩ, но наистина се нуждаете от мобилен телефон в чужбина, можете да си купите 3- или 4-бандов GSM телефон, който да използвате у дома и в чужбина, или просто да си купите 900MHz/1800MHz GSM мобилен телефон, за да пътувате в чужбина.

CDMA

CDMA (множествен достъп с кодово разделяне). Каналите за трафик с този метод на разделяне на медиите се създават чрез присвояване на всеки потребител на отделен цифров код, който се разпределя по цялата честотна лента. Няма времево разделение, всички абонати постоянно използват цялата ширина на канала. Честотната лента на един канал е много широка, излъчванията на абонатите се припокриват, но тъй като кодовете им са различни, те могат да бъдат разграничени. CDMA е основата за IS-95 и работи в честотните ленти 800 MHz и 1900 MHz.

Мобилен телефон с двойна лента и двоен стандарт

Когато ви предстои пътуване, със сигурност искате да намерите телефон, който да работи в няколко диапазона, в няколко стандарта или да комбинира и двете. Нека разгледаме по-подробно всяка от тези възможности:

Многолентовият телефон може да превключва от една честота към друга. Например, двулентов TDMA телефон може да използва TDMA услуги на 800 MHz или 1900 MHz система. Двубандовият GSM телефон може да използва GSM услугата в три ленти - 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz или 1900 MHz.
Многостандартен телефон. „Стандарт“ в мобилните телефони означава вида на предаване на сигнала. Следователно телефон със стандарти AMPS и TDMA може да превключва от един стандарт към друг, ако е необходимо. Например стандартът AMPS ви позволява да използвате аналогова мрежа в райони, където не се поддържа цифрова мрежа.
Многолентовият/многостандартен телефон ви позволява да промените честотната лента и стандарта за предаване.

Телефоните, които поддържат тази функция, автоматично сменят обхватите или стандартите. Например, ако телефонът поддържа двойни ленти, тогава той се свързва към 800 MHz мрежа, ако не може да се свърже към 1900 MHz честотна лента. Когато един телефон има повече от един стандарт, той първо използва цифровия стандарт, а ако няма такъв, преминава към аналогов.

Мобилните телефони са дву- и трилентови. Думата "три платна" обаче може да бъде подвеждаща. Това може да означава, че телефонът поддържа стандартите CDMA и TDMA, както и аналоговия стандарт. И в същото време това може да означава, че телефонът поддържа един цифров стандарт в две ленти и аналогов стандарт. За тези, които пътуват в чужбина, е по-добре да закупят телефон, който работи на GSM лента 900 MHz за Европа и Азия и 1900 MHz за САЩ и също така поддържа аналогов стандарт. По същество това е двубандов телефон с един от тези режими (GSM), поддържащ 2 ленти.

Клетъчна и лична комуникационна услуга

Персоналната комуникационна услуга (PCS) е по същество услуга за мобилен телефон, която набляга на личната комуникация и мобилност. Основната характеристика на PCS е, че телефонният номер на потребителя става негов личен комуникационен номер (Personal Communication Number - PCN), който е "свързан" със самия потребител, а не с неговия телефон или радиомодем. Потребител, който пътува по света, използвайки PCS, може свободно да получава телефонни обаждания и имейли на своя PCN.

Клетъчната комуникация първоначално е създадена за използване в автомобили, докато личната комуникация предполага по-големи възможности. В сравнение с традиционната клетъчна услуга, PCS има редица предимства. Първо, той е изцяло цифров, което осигурява по-висока скорост на трансфер на данни и улеснява използването на технологии за компресиране на данни. Второ, честотният диапазон, използван за PCS (1850-2200 MHz), намалява цената на комуникационната инфраструктура. (Тъй като общите размери на антените за базови станции на PCS са по-малки от общите размери на антените за базови станции на клетъчната мрежа, те са по-евтини за производство и инсталиране).

Теоретично мобилната система на САЩ работи на две честотни ленти – 824 и 894 MHz; PCS работи на 1850 и 1990 MHz. И тъй като тази услуга е базирана на стандарта TDMA, PCS има 8 времеви слота и 200 KHz канално разстояние за разлика от обичайните 3 времеви слота и 30 KHz канално разстояние.

3G е най-новата технология в мобилните комуникации. 3G означава, че телефонът принадлежи към трето поколение - първото поколение са аналогови мобилни телефони, второто са цифрови. 3G технологията се използва в мултимедийни мобилни телефони, обикновено наричани смартфони. Тези телефони имат множество ленти и високоскоростни данни.

3G използва няколко мобилни стандарта. Най-често срещаните са три от тях:

CDMA2000 е по-нататъшно развитие на стандарта CDMA One от второ поколение.
WCDMA (английски Wideband Code Division Multiple Access - широколентов CDMA) е технологията за радио интерфейс, избрана от повечето клетъчни оператори за осигуряване на широколентов радио достъп за поддръжка на 3G услуги.
TD-SCDMA (Eng. Time Division - синхронен кодов разделен множествен достъп) е китайски стандарт за мобилни мрежи от трето поколение.

3G мрежата може да прехвърля данни със скорост до 3 Mbps (така че отнема само около 15 секунди, за да изтеглите 3-минутна MP3 песен). Нека вземем мобилни телефони от второ поколение за сравнение - най-бързият 2G телефон може да достигне скорост на трансфер на данни до 144 Kb / s (отнема около 8 часа, за да изтеглите 3-минутна песен). Високоскоростният 3G трансфер на данни е идеален за изтегляне на информация от интернет, изпращане и получаване на големи мултимедийни файлове. 3G телефоните са вид мини лаптопи, които могат да изпълняват големи приложения като поточно видео от интернет, изпращане и получаване на факсове и изтегляне на имейл съобщения с приложения.

Разбира се, това изисква базови станции, които предават радиосигнали от телефон на телефон.

Базовите станции за мобилни телефони са излети метални или решетъчни конструкции, които се издигат на стотици фута във въздуха. Тази снимка показва модерна кула, която "обслужва" 3 различни мобилни оператора. Ако погледнете базата на базовата станция, можете да видите, че всеки мобилен оператор е инсталирал собствено оборудване, което в наше време заема много малко място (в основата на по-стари кули са построени малки стаи за такова оборудване).

Основна станция. снимка от http://www.prattfamily.demon.co.uk

Вътре в такъв блок са поставени радиопредавател и приемник, благодарение на които кулата комуникира с мобилни телефони. Радиата са свързани към антената на кулата с няколко дебели кабела. Ако се вгледате внимателно, ще забележите, че самата кула, всички кабели и оборудване на компаниите в основата на базовите станции са добре заземени. Например плочата със зелени проводници, прикрепени към нея, е медна заземяваща плоча.

В мобилния телефон, както във всяко друго електронно устройство, могат да възникнат проблеми:

Най-често те включват корозия на части, причинена от навлизане на влага в устройството. Ако в телефона попадне влага, уверете се, че телефонът е напълно сух, преди да го включите.
Прекомерните температури (например в кола) могат да повредят батерията или електронната платка на телефона. Ако температурата е твърде ниска, екранът може да се изключи.
Аналоговите мобилни телефони често се сблъскват с проблема с "клонирането". Един телефон се счита за „клониран“, когато някой прихване неговия идентификационен номер и може да се обажда на други номера безплатно.

Ето как се случва "клонирането": преди да се обадите на някого, телефонът ви излъчва своите ESN и MIN кодове към мрежата. Тези кодове са уникални и благодарение на тях компанията знае на кого да изпрати фактурата за разговори. Когато вашият телефон предава MIN/ESN кодове, някой може да ги чуе (със специално устройство) и да ги прихване. Ако тези кодове се използват в друг мобилен телефон, тогава ще бъде възможно да се обадите от него напълно безплатно, тъй като собственикът на тези кодове ще плати сметката.