Основните принципи на клетъчната телефония са доста прости. Първоначално FCC установи зони на географско покритие за клетъчни радиосистеми въз основа на ревизирани данни от преброяването от 1980 г. клетъчна комуникациясе състои в това, че всяка зона е разделена на клетки с шестоъгълна форма, които, комбинирани, образуват структура, наподобяваща пчелна пита, както е показано на фигура 6.1, а. Шестоъгълната форма е избрана, защото осигурява най-ефективното предаване, приблизително съответстващо на кръгова диаграманасоченост и в същото време премахване на празнините, които винаги възникват между съседни кръгове.

Една клетка се определя от нейния физически размер, население и модел на трафик. FCC не регулира броя на клетките в системата и техния размер, оставяйки операторите да задават тези параметри в съответствие с очаквания модел на трафик. На всяка географска област се разпределя фиксиран брой клетъчни гласови канали. Физическите размери на клетката зависят от плътността на абонатите и структурата на повикванията. Например големите клетки (макро клетки) обикновено имат радиус от 1,6 до 24 km с мощност на предавател на базова станция от 1 W до 6 W. Най-малките клетки (микро клетки) обикновено имат радиус от 460 m или по-малко с мощност на предавателя на базовата станция от 0,1 W до 1 W. Фигура 6.1b показва конфигурация на пчелна пита с два размера на клетките.

Фигура 6.1. – Структура на пчелна пита на клетките а); структура на пчелна пита с пчелни пити с два размера б) класификация на пчелните пити в)

Микроклетки се използват най-често в региони с висока гъстота на населението. Поради малкия си обхват, микроклетките са по-малко податливи на ефекти на влошаване на предаването, като отражения и забавяне на сигнала.

Една макроклетка може да се припокрива с група микроклетки, като микроклетките обслужват бавно движещи се мобилни устройства, а макроклетката обслужва бързодвижещи се устройства. Мобилното устройство може да определи скоростта на своето движение като бърза или бавна. Това прави възможно намаляването на броя на преходите от една клетка към друга и коригирането на данните за местоположението.

Алгоритъмът на преход от една клетка към друга може да се променя на малки разстояния между мобилното устройство и базовата станция на микроклетката.

Понякога радиосигналите в клетката са твърде слаби, за да осигурят надеждна комуникация на закрито. Това важи особено за добре екранирани зони и зони с високо ниво на смущения. В такива случаи се използват много малки клетки - пико клетки. Вътрешните пико клетки могат да използват същите честоти като конвенционалните клетки този регион, особено когато е благоприятно околен святкато например в подземните тунели.

Когато се планират системи, използващи шестоъгълни клетки, предавателите на базовата станция могат да бъдат поставени в центъра на клетката, на ръба на клетката или в горната й част (фигура 6.2 a, b, c, съответно). В клетки с предавател в центъра обикновено се използват многопосочни антени, а в клетки с предаватели на ръба или в горната част се използват секторно насочени антени.

Всепосочните антени излъчват и приемат сигнали еднакво във всички посоки.

Фигура 6.2 - Поставяне на предаватели в клетки: в центъра a); на ръба b); в горната част в)

В клетъчна комуникационна система една мощна фиксирана базова станция, разположена високо над центъра на града, може да бъде заменена от множество идентични станции с ниска мощност, които са инсталирани в зоната на покритие на места, разположени по-близо до земята.

Клетките, използващи една и съща радиогрупа, могат да избегнат смущения, ако са правилно разделени. В този случай се наблюдава повторно използване на честотата. Повторното използване на честота е разпределението на една и съща група честоти (канали) към няколко клетки, при условие че тези клетки са разделени на значителни разстояния. Повторното използване на честотата се улеснява чрез намаляване на зоната на покритие на всяка клетка. На базовата станция на всяка клетка се разпределя група от работни честоти, които са различни от честотите на съседните клетки, а антените на базовата станция се избират така, че да покриват желаната зона на покритие в нейната клетка. Тъй като зоната на обслужване е ограничена до границите на една клетка, различни клетки могат да използват една и съща работна честотна група без взаимни смущения, при условие че две такива клетки са на достатъчно разстояние една от друга.

Географска зона на обслужване клетъчна система, съдържащ няколко групи клетки, се разделя на клъстери (Фигура 6.3). Всеки клъстер се състои от седем клетки, на които е разпределен същият брой пълнодуплексни комуникационни канали. Клетките с еднакви буквени означения използват една и съща група работни честоти. Както може да се види от фигурата, едни и същи честотни групи се използват и в трите клъстера, което дава възможност да се утрои броят на наличните мобилни комуникационни канали. Писма А, б, ° С, д, д, Еи Жпредставляват седем групи от честоти.

Фигура 6.3 – Принципът на повторно използване на честотата в клетъчните комуникации

Помислете за система с фиксирана сумапълен дуплекс канали, налични в някои райони. Всяка зона на обслужване е разделена на клъстери и получава група от канали, които са разпределени между тях нклетки на клъстера, групирани в неповтарящи се комбинации. Всички клетки имат еднакъв брой канали, но могат да обслужват области с един размер.

По този начин, общ бройклетъчните комуникационни канали, налични в клъстер, могат да бъдат представени с израза:

F=GN (6.1)

където Е– брой пълнодуплексни клетъчни комуникационни канали, налични в клъстера;

Ж– брой канали в клетка;

не броят на клетките в клъстера.

Ако клъстерът е "копиран" в рамките на дадената зона на обслужване мпъти, тогава общият брой пълнодуплексни канали ще бъде:

C=mGN=mF (6.2)

където ОТ– общ брой канали в дадена зона;

ме броят на клъстерите в дадена зона.

Може да се види от изрази (6.1) и (6.2), че общият брой канали в една клетъчна телефонна система е право пропорционален на броя на "повторенията" на клъстера в дадена зона на обслужване. Ако размерът на клъстера намалее, докато размерът на клетката остане същият, тогава ще са необходими повече клъстери за покриване на дадена зона на обслужване и общият брой канали в системата ще се увеличи.

Броят на абонатите, които могат едновременно да използват една и съща група честоти (канали), докато не са в съседни клетки на малка зона на обслужване (например в рамките на град), зависи от общия брой клетки в тази зона. Обикновено броят на тези абонати е четирима, но в гъсто населените райони може да бъде много по-голям. Този номер се нарича коефициент на повторно използване на честотата или FRF – коефициент на повторно използване на честотата. Математически може да се изрази като:

(6.3)

където н– общ брой пълнодуплексни канали в зоната на обслужване;

ОТ– общ брой пълнодуплексни канали в клетката.

С прогнозираното увеличение на клетъчния трафик, увеличеното търсене на услуга се посреща чрез намаляване на размера на клетката, разделянето й на няколко клетки, всяка от които има собствена базова станция. Ефективното разделяне на клетките позволява на системата да обработва повече повиквания, стига клетките да не са твърде малки. Ако диаметърът на клетката стане по-малък от 460 m, тогава базовите станции на съседните клетки ще си влияят една на друга. Връзката между повторната употреба на честотата и размера на клъстера определя как човек може да се промени мащаб клетъчна система в случай на увеличаване на плътността на абонатите. Колкото по-малко са клетките в клъстера, толкова по-голяма е вероятността от пресичане между каналите.

Тъй като клетките са шестоъгълни, всяка клетка винаги има шест еднакво отдалечени съседни клетки и ъглите между линиите, свързващи центъра на всяка клетка с центровете на съседните клетки, са кратни на 60°. Следователно броят на възможните размери на клъстери и оформления на клетки е ограничен. За да се свържат клетките една с друга без пропуски (по мозаечен начин), геометричните размери на шестоъгълника трябва да бъдат такива, че броят на клетките в клъстера да отговаря на условието:

(6.4)

където н– брой клетки в клъстера; ази йса неотрицателни цели числа.

Намирането на маршрут до най-близките клетки на съвместен канал (така наречените клетки от първо ниво) протича по следния начин:

Продължа напред азклетки (през центровете на съседни клетки):

Продължа напред йклетки напред (през центровете на съседни клетки).

Например броят на клетките в клъстера и местоположението на клетките от първия слой за следните стойности: j = 2. i = 3 ще бъдат определени от израз 6.4 (Фигура 6.4) N = 3 2 + 3 2 + 2 2 = 19.

Фигура 6.5 показва шестте най-близки клетки, използващи същите канали като клетката НО.

Процесът на прехвърляне от една клетка към друга, т.е. когато мобилното устройство се отдалечи от базова станция 1 към базова станция 2 (Фигура 6.6), включва четири основни етапа:

1) иницииране - мобилното устройство или мрежата открива необходимостта от предаване и инициира необходимите мрежови процедури;

2) резервиране на ресурс - с помощта на подходящи мрежови процедури се резервират мрежовите ресурси, необходими за хендовър (гласов канал и канал за управление);

3) изпълнение - директно прехвърляне на управление от една базова станция към друга;

4) прекратяване - излишните мрежови ресурси се освобождават, ставайки достъпни за други мобилни устройства.

Фигура 6.6 – Предаване

За да направите това, ви предлагаме да отидете в компанията Beeline.

На територията на Русия установен голяма сума BS - базови станции. Вероятно много от вас са виждали червени и бели конструкции, извисяващи се в полетата или конструкции, монтирани на покривите на нежилищни сгради. Всяка такава базова станция може да улови сигнал от мобилен телефонна разстояние до 35 км, като се свържете с него по официални или гласови канали.

След като наберете номера на желания абонат на вашия телефон, се случва следното: мобилният телефон намира най-близкия BS, свързва се с него по канала на услугата и иска гласов канал. След това BS изпраща заявка до контролера (BSC), която след това отива към комуникатора. Ако обажданата страна се обслужва от същия оператор като вас, комуникаторът ще провери базата данни Home Location Register (HLR), за да разбере къде точно се намира лицето, на което се обаждате, и ще пренасочи повикването към правилното табло, което след това ще прехвърли повикването към контролера и след това към базовата станция. И накрая, базовата станция ще се свърже с мобилния телефон на правилния човек и ще ви свърже с него. И ако този, с когото искате да говорите, е абонат на друг клетъчен оператор или се обаждате на стационарен номер, тогава превключвателят ще „намери“ съответния превключвател на друга мрежа и ще се обърне към него. Звучи доста объркващо, нали? Нека се опитаме да анализираме този въпрос по-подробно.

Но обратно към оборудването. Както вече казахме, от BS разговорът се прехвърля към контролера (BSC). Външно не се различава много от базовата станция:

Броят на базовите станции, които могат да обслужват контролера, може да достигне шест дузини. Контролерът и BS комуникират чрез оптични или радиорелейни канали. Контролерът контролира работата на радиоканалите.

По-долу можете да видите какво е превключвател:

Броят на контролерите, обслужвани от комутатора, варира от два до тридесет. Превключвателите са разположени в големи помещения, изпълнени с метални шкафове с оборудване.

Задачата на комутатора е да управлява трафика. Ако по-рано, за да разговарят помежду си, абонатите трябваше първо да се свържат с телефонния оператор, който след това ръчно пренареждаше необходимите проводници, сега превключвателят се справя отлично с ролята си.

В автомобилите има устройства, предназначени за събиране и обработка на данни:

Контролерите и превключвателите са под бдителен контрол 24 часа в денонощието. Проследяването се извършва в така наречения CKC (Център за управление на въздуха на Центъра за управление на мрежата).

аслан написано на 2 февруари 2016 г

Клетъчната комуникация напоследък стана толкова здраво установена в нашето ежедневие, че е трудно да си представим съвременното общество без нея. Подобно на много други велики изобретения, мобилният телефон е повлиял значително на нашия живот и много от неговите области. Трудно е да се каже какво би било бъдещето, ако не беше тази удобна форма на комуникация. Определено същото като във филма „Завръщане в бъдещето 2“, където има летящи коли, ховърбордове и други, но няма клетъчна услуга!

Но днес в специален доклад за ще бъде разказ не за бъдещето, а за това как са подредени и работят съвременните клетъчни комуникации.

За да науча за работата на съвременната клетъчна комуникация във формат 3G / 4G, поисках да посетя новия федерален оператор Tele2 и прекарах целия ден с техните инженери, които ми обясниха всички тънкости на предаването на данни чрез нашия мобилни телефони.

Но първо, нека ви разкажа малко за историята на появата на клетъчните комуникации.

Принципите на безжичната комуникация са тествани преди почти 70 години - първият обществен мобилен радиотелефон се появява през 1946 г. в Сейнт Луис, САЩ. В Съветския съюз прототип на мобилен радиотелефон е създаден през 1957 г., след това учени от други страни създават подобни устройства с различни характеристики и едва през 70-те години на миналия век в Америка се определят съвременните принципи на клетъчната комуникация, след което нейното развитие започна.

Мартин Купър - изобретател на прототипа на преносим мобилен телефон телефон Motorola DynaTAC с тегло 1,15 kg и размери 22,5x12,5x3,75 cm

Ако в западните страни до средата на 90-те години на миналия век клетъчните комуникации бяха широко разпространени и използвани от голяма част от населението, тогава в Русия те започнаха да се появяват и станаха достъпни за всички преди малко повече от 10 години.

Обемните мобилни телефони с форма на тухли, които работеха във форматите от първо и второ поколение, отидоха в историята, отстъпвайки място на смартфони с 3G и 4G, по-добра гласова комуникация и високоскоростен интернет.

Защо се нарича клетъчен? Тъй като територията, на която се осигурява комуникация, е разделена на отделни клетки или клетки, в центъра на които има базови станции (BS). Във всяка "клетка" абонатът получава един и същ набор от услуги в определени териториални граници. Това означава, че при преминаване от една "клетка" в друга, абонатът не изпитва териториална привързаност и може свободно да използва комуникационни услуги.

Много е важно да има непрекъснатост на връзката при движение. Това се осигурява от т. нар. хендоувър, при който връзката, установена от абоната, сякаш се подхваща от съседни клетки в щафетна надпревара, а абонатът продължава да говори или да рови в социалните мрежи.

Цялата мрежа е разделена на две подсистеми: подсистемата на базовата станция и подсистемата за превключване. Схематично това изглежда така:

В средата на "клетката", както беше споменато по-горе, се намира базовата станция, която обикновено обслужва три "клетки". Радиосигналът от базовата станция се излъчва чрез 3 секторни антени, всяка от които е насочена към собствена "клетка". Случва се няколко антени на една базова станция да бъдат насочени към една "клетка" наведнъж. Това се дължи на факта, че клетъчната мрежа работи в няколко ленти (900 и 1800 MHz). В допълнение, тази базова станция може да има оборудване от няколко поколения комуникация (2G и 3G) наведнъж.

Но на кулите Tele2 BS има само оборудване на третото и четвърто поколение- 3G/4G, тъй като компанията реши да изостави старите формати в полза на нови, които помагат да се избегнат прекъсвания гласова комуникацияи осигуряват по-стабилен интернет. Редовните потребители на социалните мрежи ще ме подкрепят, че в наше време скоростта на интернет е много важна, 100-200 kb / s вече не е достатъчно, както беше преди няколко години.

Най-често срещаното място за BS е кула или мачта, построена специално за нея. Със сигурност можете да видите червено-белите кули на BS някъде далеч от жилищни сгради (в поле, на хълм) или където наблизо няма високи сгради. Като този, който се вижда от моя прозорец.

В градските райони обаче е трудно да се намери място за масивна конструкция. Затова в големите градове базовите станции се поставят върху сгради. Всяка станция приема сигнал от мобилни телефонина разстояние до 35 км.

Това са антени, самото BS оборудване се намира на тавана или в контейнер на покрива, който представлява чифт железни шкафове.

Някои базови станции са разположени там, където дори не бихте предположили. Като на покрива на този паркинг.

BS антената се състои от няколко сектора, всеки от които приема / изпраща сигнал в собствената си посока. Ако вертикалната антена комуникира с телефони, тогава кръглата свързва BS с контролера.

В зависимост от характеристиките всеки сектор може да обслужва до 72 разговора едновременно. BS може да се състои от 6 сектора и да обслужва до 432 повиквания, но обикновено на станциите се инсталират по-малко предаватели и сектори. Клетъчните оператори, като Tele2, предпочитат да инсталират повече BS, за да подобрят качеството на комуникацията. Както ми казаха, тук се използва най-модерното оборудване: базови станции на Ericsson, транспортна мрежа - Alcatel Lucent.

От подсистемата на базовите станции сигналът се предава към комутационната подсистема, където се осъществява връзката в желаната от абоната посока. Подсистемата за превключване има редица бази данни, които съхраняват информация за абонатите. В допълнение, тази подсистема отговаря за сигурността. Казано по-просто, превключвателят е Има същите функции като жените оператори, които ви свързваха с абоната на ръка, само че сега всичко става автоматично.

Оборудването за тази базова станция е скрито в този железен шкаф.

В допълнение към конвенционалните кули има и мобилни варианти на базови станции, поставени на камиони. Те са много удобни за използване по време на природни бедствияили на многолюдни места (футболни стадиони, централни площади) по време на празници, концерти и различни събития. Но, за съжаление, поради проблеми в законодателството, те все още не са намерили широко приложение.

За да осигурят оптимално радиопокритие на нивото на земята, базовите станции са проектирани по специален начин, въпреки обхвата от 35 км. сигналът не се простира до височината на полета на самолета. Някои авиокомпании обаче вече са започнали да инсталират малки базови станции на своите самолети, за да осигурят клетъчна комуникация вътре в самолета. Такава BS е свързана към земята клетъчна мрежакато се използва 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.

Погледнах и в офиса на Tele2, за да видя как специалистите контролират качеството на клетъчните комуникации. Ако преди няколко години такава стая би била окачена до тавана с монитори, показващи мрежови данни (задръствания, мрежови повреди и т.н.), тогава с течение на времето необходимостта от такъв брой монитори изчезна.

Технологиите се развиват с течение на времето и такава малка стая с няколко специалисти е достатъчна, за да наблюдава работата на цялата мрежа в Москва.

Малко изгледи от офиса на Tele2.

На среща на служители на компанията се обсъждат планове за превземане на столицата) От началото на строителството до наши дни Tele2 успя да покрие цяла Москва със своята мрежа и постепенно завладява района на Москва, пускайки повече от 100 базови станции седмично. Тъй като сега живея в района, това е много важно за мен. така че тази мрежа да дойде в моя град възможно най-скоро.

Компанията планира през 2016 г. да осигури високоскоростни комуникации в метрото на всички станции, в началото на 2016 г. комуникациите на Tele2 присъстват на 11 станции: 3G / 4G комуникации в метростанции Борисово, Деловой център, Котелники, Лермонтовски проспект, Тропарево , Shipilovskaya, Zyablikovo, 3G: Belorusskaya (Koltsevaya), Spartak, Pyatnitskoye Highway, Zhulebino.

Както казах по-горе, Tele2 изостави GSM формата в полза на стандартите от трето и четвърто поколение - 3G / 4G. Това ви позволява да инсталирате 3G / 4G базови станции с по-висока честота (например вътре в Московския околовръстен път, BS стоят на разстояние около 500 метра една от друга), за да осигурите по-стабилна комуникация и висока скорост мобилен интернет, което не беше в мрежите на предишни формати.

От офиса на фирмата аз в компанията на инженерите Никифор и Владимир отивам в един от пунктовете, където трябва да измерят скоростта на комуникация. Никифор стои пред една от мачтите, на която е монтирана апаратурата за комуникация. Ако се вгледате, ще забележите малко по-вляво още една такава мачта, с оборудването на други клетъчни оператори.

Колкото и странно да изглежда, но клетъчни операторичесто позволяват на техните конкуренти да използват техните конструкции на кули за настаняване на антени (естествено при взаимно изгодни условия). Това е така, защото изграждането на кула или мачта е скъпо, а подобна размяна спестява много пари!

Докато измервахме скоростта на комуникацията, минувачите баби и чичовци попитаха Никифор няколко пъти дали е шпионин)) "Да, заглушаваме Радио Свобода!").

Оборудването наистина изглежда необичайно, можете да предположите всичко от външния му вид.

Специалистите на компанията имат много работа, като се има предвид, че в Москва и региона компанията има повече от 7 хиляди служители. базови станции: около 5 хиляди от тях. 3G и около 2хил. LTE базови станции, а наскоро броят на BS се е увеличил с още около хиляда.
Само за три месеца в района на Москва бяха пуснати в ефир 55% от общия брой нови базови станции на оператора в региона. AT този моменткомпанията осигурява висококачествено покритие на територията, където живее повече от 90% от населението на Москва и Московска област.
Между другото, през декември мрежата 3G Tele2 беше призната за най-добрата по качество сред всички столични оператори.

Но реших лично да проверя колко добра е връзката на Tele2, затова купих SIM карта в най-близкия търговски център на метростанция Войковская, с най-много проста тарифа"Много черен" за 299 r (400 sms/минути и 4 GB). Между другото, имах подобна тарифа на Beeline, която е със 100 рубли по-скъпа.

Проверих скоростта без да се отдалечавам от касата. Приемане - 6.13 Mbps, предаване - 2.57 Mbps. Като се има предвид, че стоя в центъра на търговски център, това е добър резултат, комуникацията на Tele2 прониква добре през стените на голям търговски център.

На метростанция Третяковская. Приемане на сигнала - 5.82 Mbps, предаване - 3.22 Mbps.

И на м. Красногвардейская. Приемане - 6.22 Mbps, предаване - 3.77 Mbps. Измерено на изхода на метрото. Ако вземем предвид, че това е покрайнините на Москва, това е много прилично. Мисля, че връзката е доста приемлива, можем уверено да кажем, че е стабилна, като се има предвид, че Tele2 се появи в Москва само преди няколко месеца.

В столицата има стабилна връзка с Tele2, което е добре. Силно се надявам бързо да дойдат в региона и да мога да използвам пълноценно връзката им.

Сега знаете как работи клетъчната комуникация!

Ако имате продукция или услуга, за която искате да разкажете на нашите читатели, пишете ми - Аслан ( [имейл защитен] ) и ще направим най-добрия репортаж, който ще бъде видян не само от читателите на общността, но и от сайта http://ikaketosdelano.ru

Абонирайте се и за нашите групи в фейсбук, вконтакте,съучениции в google+плюс, където ще бъдат публикувани най-интересните неща от общността, плюс материали, които не са тук и видео за това как работят нещата в нашия свят.

Кликнете върху иконата и се абонирайте!

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

Ако по времето на появата на технологията имаше само един метод за предаване на данни - аналогов, то в момента най-много различни системикомуникации. Телефон, сателит и мобилна връзка, както и IP-телефонията осигуряват надежден контакт между абонатите, дори ако те се намират в различни части на света. Как работи телефонни комуникациипри използване на всеки от методите?

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 "своя" централа сигналът се предава по високоскоростни кабели към централата на друг оператор, като последният лесно определя на кой контролер в зоната на покритие 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 повторителна антена (това е вече познатата „чиния“), но трябва да се вземе предвид обемът на входящите и изходящите, както и размерът 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 се повреди на сателитен 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.

„Във всяка област на науката професорите предпочитат своите
теории към истината, защото техните теории са тяхна лична собственост, а истината е обща собственост"
Чарлз Колтън

Принципът на изграждане на мрежата и основните елементи на мрежата

Изучаването на всеки предмет започва с основите, които са основата, върху която се изгражда йерархията на дървото на знанието. Без това всяка, дори и най-хитрата структура ще се разпадне като къща от карти. Само глупаците започват да строят къща от покрива ... Въпреки че, ако говорим за строители на метро или миньори, това правило не важи. Но тяхната работа не се ограничава до безмисленото прехвърляне на земните недра върху железни колички. Един от нашите познати самостоятелно се запозна с всяко събитие или форма, като се започне от основите. Всеки разговор с него по най-дребнавата тема можеше да продължи няколко часа. Той внимателно обработваше жертвата си, като методично изпомпваше мозъка й с максимум информация за предмета на разговора. С други думи, ако го попитате за принципа на работа на емитерния повторител, тогава първоначално ще трябва да изслушате едночасова лекция за създаването и еволюцията на полупроводниците. скука? За повечето от нас може да изглежда така. Но истинският фундаментален подход към знанието се крие именно в това. Можете да говорите за сложни неща дълго и неясно, но ако нямате основни познания, тогава всичко казано е красиво и мимолетно като пръски от шампанско. Днес ще изградим определена база от знания за клетъчните комуникации. Ще говорим за основите на изграждането на съвременна мобилна телефонна мрежа.

Клетъчни мрежи

Телефонната комуникация е навлязла толкова дълбоко в нашата среда, че не можем да си представим живота без нея. Вдигнете телефона, наберете номер и чуете гласа на приятел или любим човек? Какво може да бъде по-лесно? Но зад това стои огромният труд на физици, технолози, електротехници и хора от други специалности. През 1947 г. се случи събитие, което послужи като отправна точка за създаването на клетъчни комуникации. Служител на Bell Laboratories, Д. Ринг, във вътрешен меморандум излага идеята за клетъчен принцип за организиране на мобилни мрежи. Инженерът предложи основните идеи, които са в основата на съвременните клетъчни мрежи и до днес. От една страна, клетъчната комуникация е проста и ясна, като движението на колело, но веднага щом започнем да я разглеждаме по-отблизо, се разкриват всякакви технически тънкости, подкрепени от десетки патенти и сертификати за авторски права. От разстояние тези детайли се губят и отново се открива гледката към едно неделимо цяло - клетъчен комуникационен комплекс. И така, нека обсъдим изграждането на клетъчна комуникационна система. Необходимо е да се идентифицират основните проблеми, с които ще се сблъскаме при създаването му. За да създадете клетъчна мрежа, трябва да получите набор от честоти или честотен диапазон. Именно в него базовата станция ще комуникира с вашия мобилен терминал. Основният принцип на клетъчните мрежи е принципът на повторно използване на честотата. Именно той ви позволява значително да увеличите капацитета му и да покриете почти неограничено пространство, като същевременно използвате краен набор от честоти. Нека обърнем внимание на снимката.

Разполагаме с три честоти (f1, f2, f3). В първата клетка (клетка) използваме честотата f1. Във втората клетка (клетка) не можем да използваме същата честота, тоест f1, поради явлението интерференция. Интерференцията е физическо явление, което възниква, когато две (или повече) вълни от едни и същи източници се наслагват и води до увеличаване или намаляване на амплитудата на вълната. Следователно борбата срещу смущенията е една от основните задачи при честотното планиране, т.е. разпределението на честотите върху клетки (клетки). Тъй като не можем да използваме честотата f1 във втората клетка (клетка), използваме честотата f2. В третата клетка използваме честотата f3, а в четвъртата клетка отново можем да използваме честотата f1. Картината е изключително проста. На практика обаче инженерите се сблъскват със сериозни проблеми. Наистина е възможно да се начертаят границите на пчелните пити с тънки прави линии само на хартия. Реалният пейзаж, особено градският, налага сериозни ограничения върху геометрията на зоната на покритие на всяка базова станция. Следователно действителното покритие може да се провери само експериментално. Тъй като броят на точките в пространството е безкраен, е невъзможно да ги проверите всички. Дори ако приближим всяко място от пространството в зоната на покритие на базовата станция до кубичен метър, тогава работата е невъзможна. Оттук и появата на бели петна по картата на покритие и места с активни смущения, което води до смущения. В съответствие с препоръките на CEPT стандартът GSM-900 осигурява работа на предаватели в две честотни ленти. Честотната лента (честотите, на които се предава информацията) 890-915 MHz се използва за предаване на информация от мобилна станция (мобилен телефон) към базова станция (uplink). Честотна лента 935-960 MHz - за предаване на информация от базовата станция към мобилната станция (downlink). При превключване на канали по време на комуникационна сесия дуплексното разстояние (разликата между честотите на предаване и приемане) е постоянно и равно на 45 MHz. Честотното разстояние между съседните комуникационни канали е 200 kHz. По този начин 124 комуникационни канала (124 канала за всички GSM оператори в дадения регион) са разположени в 25 MHz широка честотна лента, разпределена за приемане / предаване. В допълнение, друга популярна гама е добре позната у нас - GSM-1800. Честотната лента за предаване на информация от мобилна станция (телефон) към базова станция (uplink) е 1710-1785 MHz, а честотната лента за предаване на информация от базова станция към мобилна станция (downlink) е 1805-1880 MHz. Дуплексно разстояние - 95 MHz. В честотната лента от 75 MHz има 374 комуникационни канала. Използването на GSM-1800 е целесъобразно в градска среда. Плътността на абонатите тук е по-висока и следователно допълнителният канал е много полезен. В допълнение, високочестотните електромагнитни трептения имат по-добра проникваща способност през всички видове технически структури, от които има много в градовете. Каква е красотата на GSM-900? Тъй като тази гама е жива, тя има своите предимства. Основният актив може да се счита за неговата достатъчна чистота и достъпност поради произхода. С това може да се спори. Ние обаче вярваме, че това е така. Разбира се, в него седят и военни, и специални служби, но всички знаят, че GSM бърза там, като локомотив. Това е една огромна машина, която на практика е израснала заедно с държавата и й дава много пари. Освен това GSM-900 работи по-добре на големи разстояния. Ще се върнем към този въпрос малко по-късно. Обсъждането на други честотни диапазони е извън нашите интереси, тъй като те не са пуснали корени в Русия и Европа. Бих искал да отбележа само едно нещо - няма съществени разлики. Всичко е практически същото. Просто различен честотен диапазон. И така, обсъдихме основната работна среда на GSM клетъчната мрежа. Време е да направим дисекция на съдържанието му, която ще ни каже какво, къде и за какво е отговорно.

Основни елементи на GSM мрежа

Структура и номенклатура - две понятия ни водят до разбирането на всяко образувание. Представете си, че имате в ръцете си един от най-важните шифри, който разкрива смъртта на президента Джон Ф. Кенеди. Стойността на това изпращане е право пропорционална на това дали притежавате кода от него. Или да предположим, че седите в ресторант и сервитьорът, който идва при вас, говори само на рядък африкански диалект. И в двата случая е важно да разберете за какво говорят. Затова започваме да говорим за основните елементи на една GSM мрежа. Структурата на GSM мрежата включва:

• BSS (подсистема на базовата станция)- подсистема от базови станции.
• SSS (подсистема за превключване)- комутационна подсистема
• OSS (оперативна подсистема)- подсистема за експлоатация и поддръжка.

И така, схемата е логично разделена на три квадрата. Всеки от тях е затворена система, която изпълнява определена роля, която му е възложена. Опитът показва, че подобно разделяне си заслужава по отношение на контрола, проследяването на грешки и откази и изграждането на мрежа. Трябва да анализираме всички елементи на тази схема. Като начало, нека вземем под внимание подсистемата на базовата станция на BSS (Подсистема на базовата станция). Състои се от:

• - базови приемо-предавателни станции;
• - контролер на базова станция;
• - транскодер.

Пред нас е практически интерфейсът, с който говори вашият мобилен телефон. Помага да "водите" вашето мобилно устройство на територията на всяка базова станция. всеки BTS (базова приемо-предавателна станция)– (базова приемо-предавателна станция) предоставя следните функции за работата на мрежата:

• радио покритие;
• получаване и предаване на данни и служебна информация от/към мобилната станция;
• контрол на захранването на мобилни станции;
• контрол на качеството на трансфера на информация и др.

Базовите приемо-предавателни станции са различни видове. На първо място, те могат да бъдат разделени според принципа на местоположението: стационарни и мобилни. В нашата страна се практикува инсталирането само на стационарни BS. От една страна, това е лесен начин от гледна точка на клетъчно планиране и инфраструктура (електроснабдяване). От друга страна, претоварването на мрежата често се свързва с факта, че в същото време има много абонати на една и съща клетка и говорят едновременно. Например, всички видове градски празници отдавна са главоболие за мобилните оператори. Разумно беше да се донесат една или две мобилни базови станции, да се разположат генератори и да се даде връзка на хората. Въпреки това, не всичко е толкова просто. По-скоро от техническа страна няма непреодолими проблеми, а от юридическа - пълен инцидент. Доколкото знаем, сега в нашата страна няма нито един правен документ, който да регулира разполагането и работата на мобилни базови станции. Може би в бъдеще този проблем ще бъде решен. Клетъчните оператори обичат да говорят за броя на своите базови станции. Не трябва обаче да приемате, че колкото повече BS има компанията, толкова по-голяма е зоната на покритие. Това твърдение е вярно само отчасти.

Както писахме по-горе, основата на GSM базовата станция се състои от трансивъри. Те позволяват на оператора да използва до осем канала. Стандартът GSM казва, че са необходими два канала за контрол и обмен на информация. Броят на предавателите на всяка базова станция може да бъде до 24 броя. Зависи от вида на базовата станция и нейното предназначение. Имайте предвид, че една базова станция може да конфигурира до четири клетки. Експериментите за вълнова интерференция и създаването на далечни клетки са напълно провалени. Ще говорим за конфигуриране на клетъчни станции в следващия материал, когато разгледаме интерфейсите и принципите на GSM комуникацията. Инсталирането на базови станции и изчисляването на броя на предавателите върху тях е отделно изкуство. На първо място е необходимо да се извърши радиоразузнаване на територията. Например, случаят, когато сте издигнали една от базовите станции високо и сте осигурили добра комуникация от нея на големи разстояния, където други клетки вече работят, е неприемлив. Мобилните телефони масово ще бъдат закачени на клетка с добър сигнал и ще "развалят" нормалната й работа. Много е важно да се вземе предвид броят на предавателите на една BS. Ако съотношението BS / предавател е по-малко от 1:5, тогава много често мрежата ще даде сигнал за „претоварване“. Всяка базова станция е оборудвана с допълнителна радиорелейна комуникация. Това се прави, за да се приложат допълнителни комуникационни мостове в мрежата. Честотният диапазон за тази връзка е 3-40 GHz. Мощността на предавателите може да бъде десетки вата и се регулира от специални документи. За да комуникира с мобилен телефон, предавателят на базовата станция излъчва пет до десет вата мощност. Всички вие вероятно сте обърнали внимание на антените на предавателите на базовите станции. Те са ясно видими на кулите. В нашата страна срещнахме само два вида антени:

• слабо насочена с кръгова диаграма на излъчване (DN) в хоризонталната равнина (тип "Omni")
• насочен (секторен) с ъгъл на отваряне (ширина) на главния лоб на DN в хоризонталната равнина, обикновено 60 или 120 градуса

Дойде време да преминем към друг важен елемент от нашата схема - BSC (контролер на базова станция)- контролер на базовата станция. Това е мощен компютър, който осигурява контрол върху работата на базовите станции (BTS) и следи работата на всички единици на базовата станция (BTS), а също така отговаря за процедурата за предаване (прехвърляне на мобилна станция от една базова станция на друг в режим на разговор). Контролерът на базовата станция управлява няколко базови станции (BTS) едновременно. Техният брой се определя основно от обема на потоците от разговори, тоест натоварването на телефона. Например гъсто населен район може да има голям брой BTS, свързани към множество BSC. Последният елемент от първата подсистема е TRAU (адаптер за скорост на транскодиране)- транскодер. Той отговаря за преобразуването на скоростта на данни между BSS и SSS. Скоростта на предаване на информация в подсистемата на базовата станция (BSS) е 16 kbps, а в комутационната подсистема - 64 kbps. По този начин основната задача на транскодера е да преобразува скоростта от 16 kbps в 64 kbps и обратно. Ако направим аналогии между клетъчната мрежа и човешкото тяло, тогава, разбира се, превключващата подсистема (SSS) служи като тяло. Тук се събират сигнали от „главата“, „краката“ и „ръцете“. Съществува погрешно схващане, че комуникационната подсистема трябва да е в средата на зоната на покритие. Това е толкова вярно, колкото да се каже, че работната столова трябва да бъде в сърцето на завода. Нека да разгледаме структурата SSS (подсистема за превключване)- комутационни подсистеми. Състои се от:

• – комутационен център;
• HLR (Регистър на местонахождението на дома)– регистър на местоположението на дома;
• – регистър на местоположението на гостите;
• AuC (Център за удостоверяване)– Център за удостоверяване.

MSC (Mobile Switching Center)- комутационен център. Това е мозъчен тръст и в същото време диспечерски център на клетъчна комуникационна система, където се затварят потоците от информация за обажданията на абонати, където се осигурява достъп до други мрежи. Основните цели на MSC:

• маршрутизиране на сигнала (посока), тоест анализ на номера за изходящи и входящи повиквания;
• установяване, контрол и прекъсване на връзки.

Също така CDR-файлове (Call Data Recorder) се формират в комутационния център за подаване към системата за таксуване. Те съдържат информация за мястото и часа на началото и края на разговора. По правило при организирането на GSM мрежа се използват един или два MSC в район, където живеят до един милион потребители (включително потенциални). MSC "наблюдава" мобилни станции (мобилни телефони), използвайки регистри: HLR (Регистър на местонахождението на дома)- регистър на местоположението на дома
VLR (Регистър на местоположението на посетителите)- регистър на местоположението на гостите. HLR (Регистър на местонахождението на дома)- регистърът на местонахождението на дома е компютърна база данни за домашни абонати - потребители на мобилни телефони, независимо от състоянието на мобилния телефон (включен или изключен). Той съдържа идентификационни номера и адреси, както и параметри за удостоверяване на абоната, списък с комуникационни услуги. Записаните данни позволяват на абоната да ползва определени основни и допълнителни услуги, предоставяни от системата. HLR също така съхранява тази част от информацията за местоположението на мобилната станция, която позволява на комутационния център (MSC) да достави повикването до тази станция. Home Location Register (HLR) съдържа Международната идентичност на мобилния абонат (IMSI-International Mobile Subscriber Identity). Използва се за идентифициране на мобилната станция в Центъра за удостоверяване (AuC). Всички MSC и VLR имат отдалечен достъп до данните, съдържащи се в HLR. Ако в мрежата има множество HLR, тогава всеки HLR представлява определена част от общата база данни на абонатите на мрежата. VLR (Регистър на местоположението на посетителите)- регистърът на местоположението на гостите съдържа приблизително същите данни като HLR, но само за активни абонати, тоест за тези, които в момента са в зоната на покритие на комутатора (MSC), към който принадлежи VLR. Броят на регистрите за местоположение на гости (VLR) е равен на броя на комутаторите (MSC). Всеки регистър на местоположението на гостите е присвоен на конкретен комутатор. VLR съдържа база данни на роумъри (роумери - абонати на друга GSM система, временно използващи услугите на тази система като част от процедурата "роуминг"), разположени в VLR зоната. И така, комуникационната подсистема поема много функции. GSM комутационният център обслужва директно група клетки и осигурява всички видове връзки (глас, съобщения и предаване на данни). Теоретично, MSC имитира работата на ISDN обмен. Това е интерфейсът между фиксираните мрежи и мобилната мрежа. Разбира се, няма да можете да работите на принципа „Млада дама? Свържете ... ". Технически обаче този шлюз не е много по-сложен от съвременните комутатори, които се инсталират за фиксирани мрежи. Той осигурява функции за маршрутизиране и контрол на повикванията. Важната му разлика обаче е, че в същото време трябва да реши проблемите с превключването на радиоканалите. Поради това се постига непрекъснатост на комуникацията, когато мобилната станция се движи от клетка в клетка. Освен това комуникационният център взема решение за превключване на работните канали в клетката, когато възникнат смущения или неизправности. Огромни купища сервизна информация текат от него в непрекъснат поток към центъра за контрол и поддръжка. Това са статистическите данни, необходими за наблюдение и оптимизиране на мрежата. В допълнение, MSC поддържа процедури за сигурност, използвани за контрол на достъпа до радиоканали. Чували ли сте за роуминг? Ние така мислим. Когато два оператора се договорят за роуминга на своите абонати, това означава, че те могат да ползват HLR (Регистър на местонахождението на дома)и VLR (Регистър на местоположението на посетителите)заедно. По-скоро всеки от тях получава достъп до регистъра на гостите на другия. С домашния регистър нещата са малко по-сложни. Ще обсъдим това по-подробно в следващите глави. Центърът за удостоверяване (AuC) е кацнал в малък квадрат на диаграмата към регистъра на домашните местоположения. AuC (Център за удостоверяване)- центърът за удостоверяване генерира параметри за процедурата за удостоверяване и определя ключовете за криптиране на мобилните станции на абонатите. Процедура за удостоверяване - процедура за потвърждаване на автентичността на абонат (валидност, законност, наличие на права за използване на клетъчни услуги) на GSM мрежата. Изпълнението на тази процедура изключва присъствието на неоторизирани потребители („клетъчни близнаци“) на GSM услуги. В момента работата на този блок в GSM мрежите е доведена до фантастично ниво. Разбира се, това е само машина, управлявана от програма, написана от човек. Годините работа обаче не остават незабелязани. Практически е невъзможно да се измами центъра за удостоверяване извън системата. Опитите за клониране на GSM устройства се провалиха почти навсякъде. Теоретичната възможност остава. Икономически обаче такъв близнак е абсолютно неоправдан. Остава да се запознаем с последната подсистема – експлоатация и поддръжка (OSS). OSS (оперативна подсистема)- подсистемата за експлоатация и поддръжка осигурява контрол на качеството на мрежата и управление на нейните компоненти. OSSможе да отстранява неизправности в мрежата автоматично или с активната намеса на персонала; ви позволява да управлявате натоварването на мрежата, да предоставяте проверки на състоянието на оборудването. OSS се състои от два компонента:

• - център за експлоатация и поддръжка;
• - център за управление на мрежата.

Няколко думи за техните функции: OMC (Център за експлоатация и поддръжка)- център за експлоатация и поддръжка, който изпълнява функциите на текущо управление на работата на мрежата, нейната поддръжка, системни надстройки, операции по изтегляне на команди и софтуер към BSS, MSC, HLR, VLR и AuC. NMC (Център за управление на мрежата)- център за управление на мрежата. Това е централната точка за наблюдение на GSM мрежата и анализ на нейното представяне.

Последна дума

С това приключваме нашето запознанство с GSM мобилните комуникации. Благодарни сме на компанията