Základní principy mobilní telefonie jsou poměrně jednoduché. Zpočátku FCC stanovila oblasti geografického pokrytí pro mobilní rádiové systémy na základě revidovaných údajů ze sčítání lidu z roku 1980. mobilní komunikace spočívá v tom, že každá zóna je rozdělena na buňky šestiúhelníkového tvaru, které dohromady tvoří strukturu připomínající plástev, jak je znázorněno na obrázku 6.1,a. Šestihranný tvar byl zvolen, protože poskytuje nejúčinnější přenos, zhruba odpovídající koláčový graf směrovost a zároveň eliminaci mezer, které se vždy vyskytují mezi sousedními kruhy.
Buňka je definována svou fyzickou velikostí, počtem obyvatel a vzorem provozu. FCC nereguluje počet buněk v systému a jejich velikost, takže operátory nechává nastavit tyto parametry v souladu s očekávaným vzorem provozu. Každé geografické oblasti je přidělen pevný počet celulárních hlasových kanálů. Fyzické rozměry buňky závisí na hustotě účastníků a struktuře hovoru. Například velké buňky (makrobuňky) mají typicky poloměr 1,6 až 24 km s výkonem vysílače základnové stanice 1 W až 6 W. Nejmenší buňky (mikrobuňky) mají obvykle poloměr 460 m nebo méně s výkonem vysílače základnové stanice 0,1 W až 1 W. Obrázek 6.1b ukazuje voštinovou konfiguraci se dvěma velikostmi buněk.
Obrázek 6.1. – Voštinová struktura buněk a); voštinová struktura s plástvemi dvou velikostí b) klasifikace plástů c)
Mikročlánky se nejčastěji používají v regionech s vysokou hustotou obyvatelstva. Vzhledem ke svému krátkému dosahu jsou mikročlánky méně náchylné k efektům degradace přenosu, jako jsou odrazy a zpoždění signálu.
Makrobuňka se může překrývat se skupinou mikrobuněk, přičemž mikrobuňky obsluhují pomalu se pohybující mobilní zařízení a makrobuňka obsluhuje rychle se pohybující zařízení. Mobilní zařízení je schopno určit rychlost svého pohybu jako rychlý nebo pomalý. To umožňuje snížit počet přeskoků z jedné buňky do druhé a opravit údaje o poloze.
Algoritmus přechodu z jedné buňky do druhé lze měnit v malých vzdálenostech mezi mobilním zařízením a základnovou stanicí mikrobuňky.
Někdy jsou rádiové signály v buňce příliš slabé na zajištění spolehlivé vnitřní komunikace. To platí zejména pro dobře stíněné oblasti a oblasti s vysoká úroveň rušení. V takových případech se používají velmi malé buňky - pikobuňky. Vnitřní pikobuňky mohou používat stejné frekvence jako běžné buňky tento region, zvláště když je to příznivé životní prostředí jako například v podzemních tunelech.
Při plánování systémů využívajících šestiúhelníkové buňky mohou být vysílače základnové stanice umístěny ve středu buňky, na okraji buňky nebo v horní části buňky (obrázek 6.2 a, b, c). V buňkách s vysílačem ve středu se obvykle používají všesměrové antény a v buňkách s vysílači na okraji nebo nahoře se používají sektorové směrové antény.
Všesměrové antény vyzařují a přijímají signály rovnoměrně ve všech směrech.
Obrázek 6.2 - Umístění vysílačů v buňkách: uprostřed a); na hraně b); nahoře c)
V celulárním komunikačním systému může být jedna výkonná pevná základnová stanice umístěná vysoko nad centrem města nahrazena mnoha identickými nízkoenergetickými stanicemi, které jsou instalovány v oblasti pokrytí na místech umístěných blíže k zemi.
Buňky používající stejnou rádiovou skupinu se mohou vyhnout rušení, pokud jsou správně odděleny. V tomto případě je pozorováno opětovné použití frekvence. Opětovné použití frekvence je přidělení stejné skupiny frekvencí (kanálů) několika buňkám za předpokladu, že tyto buňky jsou od sebe odděleny značnými vzdálenostmi. Opětovné použití frekvence je usnadněno snížením oblasti pokrytí každé buňky. Základnové stanici každé buňky je přidělena skupina provozních frekvencí, které se liší od frekvencí sousedních buněk, a antény základnové stanice jsou vybrány tak, aby pokrývaly požadovanou oblast pokrytí v její buňce. Protože je obslužná oblast omezena hranicemi jedné buňky, mohou různé buňky používat stejnou skupinu provozních frekvencí bez vzájemného rušení za předpokladu, že dvě takové buňky jsou od sebe v dostatečné vzdálenosti.
Zeměpisná oblast služeb buněčný systém, obsahující několik skupin buněk se dělí na shluky (Obrázek 6.3). Každý cluster se skládá ze sedmi buněk, kterým je přidělen stejný počet plně duplexních komunikačních kanálů. Buňky se stejným písmenným označením používají stejnou skupinu pracovních frekvencí. Jak je patrné z obrázku, ve všech třech shlucích jsou použity stejné frekvenční skupiny, což umožňuje ztrojnásobit počet dostupných mobilních komunikačních kanálů. Písmena A, B, C, D, E, F A G představují sedm skupin frekvencí.
 |
Obrázek 6.3 – Princip opětovného použití frekvence v celulární komunikaci
Zvažte systém s pevná částka v některých oblastech jsou k dispozici plně duplexní kanály. Každá oblast služeb je rozdělena do shluků a přijímá skupinu kanálů, které jsou rozděleny mezi N buňky shluku, seskupování do neopakujících se kombinací. Všechny buňky mají stejný počet kanálů, ale mohou obsluhovat oblasti jedné velikosti.
Tím pádem, celkový počet celulární komunikační kanály dostupné v clusteru mohou být reprezentovány výrazem:
F=GN (6.1)
Kde F– počet plně duplexních celulárních komunikačních kanálů dostupných v clusteru;
G– počet kanálů v buňce;
N je počet buněk ve shluku.
Pokud je cluster "zkopírován" v rámci dané oblasti služeb m krát, pak bude celkový počet plně duplexních kanálů:
C=mGN=mF (6.2)
Kde S– celkový počet kanálů v dané zóně;
m je počet shluků v dané zóně.
Z výrazů (6.1) a (6.2) je vidět, že celkový počet kanálů v systému mobilního telefonu je přímo úměrný počtu "opakování" clusteru v dané oblasti služeb. Pokud se velikost clusteru sníží, zatímco velikost buňky zůstane stejná, bude k pokrytí dané oblasti služeb potřeba více clusterů a celkový počet kanálů v systému se zvýší.
Počet účastníků, kteří mohou současně používat stejnou skupinu frekvencí (kanály), aniž by se nacházeli v sousedních buňkách malé obslužné oblasti (například v rámci města), závisí na celkovém počtu buněk v této oblasti. Typicky je počet takových účastníků čtyři, ale v hustě osídlených oblastech může být mnohem vyšší. Toto číslo se volá faktor opětovného použití frekvence nebo FRF – faktor opětovného použití frekvence. Matematicky to lze vyjádřit takto:
| (6.3) |
Kde N– celkový počet plně duplexních kanálů v oblasti služeb;
S– celkový počet plně duplexních kanálů v buňce.
S předpokládaným nárůstem celulárního provozu je zvýšená poptávka po službě uspokojena zmenšením velikosti buňky, jejím rozdělením do několika buněk, z nichž každá má svou vlastní základnovou stanici. Efektivní oddělení buněk umožňuje systému zvládnout více hovorů, pokud buňky nejsou příliš malé. Pokud je průměr buňky menší než 460 m, budou se základnové stanice sousedních buněk vzájemně ovlivňovat. Vztah mezi opakovaným použitím frekvence a velikostí clusteru určuje, jak se lze změnit měřítko mobilní systém v případě zvýšení hustoty účastníků. Čím méně buněk ve shluku, tím větší je pravděpodobnost přeslechů mezi kanály.
Protože buňky jsou šestiúhelníkové, má každá buňka vždy šest stejně vzdálených sousedních buněk a úhly mezi čarami spojujícími střed libovolné buňky se středy sousedních buněk jsou násobky 60°. Počet možných velikostí clusteru a rozložení buněk je proto omezený. Pro vzájemné spojení buněk bez mezer (mozaikovým způsobem) musí být geometrické rozměry šestiúhelníku takové, aby počet buněk ve shluku vyhovoval podmínce:
| (6.4) |
Kde N– počet buněk ve shluku; i A j jsou nezáporná celá čísla.
Hledání cesty k nejbližším buňkám společného kanálu (takzvaným buňkám první vrstvy) probíhá následovně:
Jděte dál i buňky (přes středy sousedních buněk):
Jděte dál j buňky dopředu (přes středy sousedních buněk).
Například počet buněk ve shluku a umístění buněk první vrstvy pro následující hodnoty: j = 2. i = 3 bude určeno z výrazu 6.4 (obrázek 6.4) N = 32 + 32 + 22 = 19.
Obrázek 6.5 ukazuje šest nejbližších buněk používajících stejné kanály jako buňka A.
Proces předání z jedné buňky do druhé, tzn. když se mobilní zařízení pohybuje od základnové stanice 1 k základnové stanici 2 (obrázek 6.6), zahrnuje čtyři hlavní fáze:
1) zahájení - mobilní zařízení nebo síť zjistí potřebu předání a zahájí nezbytné síťové procedury;
2) rezervace zdrojů - pomocí vhodných síťových procedur jsou rezervovány síťové zdroje nezbytné pro předání (hlasový kanál a řídící kanál);
3) provádění - přímý přenos řízení z jedné základnové stanice na druhou;
4) ukončení – přebytečné síťové zdroje jsou uvolněny a zpřístupněny dalším mobilním zařízením.
Obrázek 6.6 – Předání
Chcete-li to provést, doporučujeme vám jít do společnosti Beeline.
Na území Ruska zřízeno velké množství BS - základnové stanice. Pravděpodobně mnozí z vás viděli červenobílé stavby tyčící se na polích nebo stavby instalované na střechách nebytových budov. Každá taková základnová stanice je schopna zachytit signál mobilní telefon na vzdálenost až 35 km, kontaktovat ho oficiálními nebo hlasovými kanály.
Po vytočení čísla požadovaného účastníka na vašem telefonu se stane následující: mobilní telefon najde nejbližší BS, kontaktuje ji prostřednictvím servisního kanálu a požádá o hlasový kanál. Poté BS odešle požadavek do řadiče (BSC), který pak jde do komunikátoru. Pokud je volaná strana obsluhována stejným operátorem jako vy, pak komunikátor zkontroluje databázi Home Location Register (HLR), kde přesně zjistí, kde se osoba, které voláte, nachází a přesměruje hovor na správnou ústřednu, která následně přepojte hovor do ovladače a poté do základní stanice. A nakonec se základní stanice spojí s mobilním telefonem správné osoby a spojí vás s ní. A pokud ten, se kterým chcete mluvit, je předplatitelem jiného mobilního operátora nebo zavoláte na číslo pevné linky, přepínač „najde“ odpovídající přepínač jiné sítě a obrátí se na něj. Zní to dost zmateně, že? Pokusme se tento problém analyzovat podrobněji.
Ale zpět k vybavení. Jak jsme již řekli, z BS je hovor předán řadiči (BSC). Navenek se příliš neliší od základní stanice:
Počet základnových stanic, které jsou schopny obsluhovat řadič, může dosáhnout šesti desítek. Regulátor a BS komunikují přes optické nebo radioreléové kanály. Ovladač řídí provoz rádiových kanálů.
Níže vidíte, co je přepínač:
Počet ovladačů obsluhovaných přepínačem se pohybuje od dvou do třiceti. Vypínače jsou umístěny ve velkých místnostech vyplněných kovovými skříněmi s vybavením.
Úkolem přepínače je řídit provoz. Pokud dříve museli účastníci, aby spolu mohli mluvit, nejprve kontaktovat telefonního operátora, který pak ručně přeskupil potřebné dráty, nyní přepínač odvádí svou roli vynikající.
Uvnitř vozů jsou zařízení určená pro sběr a zpracování dat:
Ovladače a spínače jsou pod bdělou kontrolou 24 hodin denně. Sledování se provádí v tzv. CKC (Air Control Center of the Network Control Center).
aslan napsal 2. února 2016Buněčná komunikace se u nás v poslední době tak pevně zakořenila každodenní životže je těžké si bez něj představit moderní společnost. Stejně jako mnoho dalších skvělých vynálezů i mobilní telefon výrazně ovlivnil náš život a mnoho jeho oblastí. Těžko říct, jaká by byla budoucnost, kdyby nebylo této pohodlné formy komunikace. Rozhodně to samé jako ve filmu „Back to the Future 2“, kde jsou létající auta, hoverboardy a další, ale žádná mobilní služba!
Ale dnes ve zvláštní zprávě pro bude příběh nikoli o budoucnosti, ale o tom, jak jsou uspořádány a fungují moderní mobilní komunikace.
Abych se dozvěděl o fungování moderní celulární komunikace ve formátu 3G / 4G, požádal jsem o návštěvu nového federálního operátora Tele2 a strávil jsem celý den s jejich inženýry, kteří mi vysvětlili všechny složitosti přenosu dat prostřednictvím našeho mobilní telefony.
Ale nejprve mi dovolte, abych vám řekl něco o historii vzniku celulární komunikace.
Principy bezdrátové komunikace byly vyzkoušeny již před téměř 70 lety – první veřejný mobilní radiotelefon se objevil v roce 1946 v St. Louis v USA. V Sovětském svazu byl v roce 1957 vytvořen prototyp mobilního radiotelefonu, poté vědci z jiných zemí vytvořili podobná zařízení s odlišnými vlastnostmi a teprve v 70. letech minulého století byly v Americe stanoveny moderní principy celulární komunikace, po jejichž vývoji začal.
Martin Cooper - vynálezce prototypu přenosného mobilního telefonu telefon Motorola DynaTAC o hmotnosti 1,15 kg a rozměrech 22,5 x 12,5 x 3,75 cm
Jestliže v západních zemích byla v polovině 90. let minulého století celulární komunikace rozšířená a používaná velkou částí populace, pak se v Rusku začala objevovat teprve před více než 10 lety a stala se dostupnou pro každého.
Objemné mobilní telefony ve tvaru kostek, které fungovaly ve formátech první a druhé generace, se zapsaly do historie a ustoupily smartphonům s 3G a 4G, lepší hlasovou komunikací a vysokorychlostním internetem.
Proč se tomu říká celulární? Protože území, na kterém je poskytována komunikace, je rozděleno na samostatné buňky nebo buňky, v jejichž středu jsou základnové stanice (BS). V každé „buňce“ obdrží účastník stejný soubor služeb v rámci určitých územních hranic. To znamená, že při přechodu z jedné „buňky“ do druhé účastník necítí územní vazbu a může volně využívat komunikační služby.
Je velmi důležité, aby při pohybu byla kontinuita spojení. To je zajištěno tzv. handoverem, kdy účastníkem navázané spojení je jakoby vyzvednuto sousedními buňkami ve štafetovém závodě a účastník si dál povídá nebo se hrabe v sociálních sítích.
Celá síť je rozdělena na dva subsystémy: subsystém základnové stanice a přepínací subsystém. Schematicky to vypadá takto:
Uprostřed „buňky“, jak již bylo zmíněno výše, je základnová stanice, která obvykle obsluhuje tři „buňky“. Rádiový signál ze základnové stanice je vyzařován přes 3 sektorové antény, z nichž každá je nasměrována do vlastní „buňky“. Stává se, že na jednu "buňku" je nasměrováno více antén jedné základnové stanice najednou. To je způsobeno tím, že celulární síť pracuje v několika pásmech (900 a 1800 MHz). Navíc tato základnová stanice může mít zařízení několika generací komunikace (2G a 3G) najednou.
Ale na věžích Tele2 BS je pouze vybavení třetího a čtvrté generace- 3G/4G, protože se společnost rozhodla opustit staré formáty ve prospěch nových, které pomáhají vyhnout se přerušením hlasová komunikace a poskytovat stabilnější internet. Štamgasti sociálních sítí mě podpoří, že v naší době je rychlost internetu velmi důležitá, 100-200 kb/s už nestačí, jako před pár lety.
Nejběžnějším umístěním BS je věž nebo stožár postavený speciálně pro něj. Určitě jste viděli červenobílé věže BS někde daleko od obytných budov (na poli, na kopci), nebo tam, kde poblíž nejsou žádné vysoké budovy. Jako tenhle, který je vidět z mého okna.
V městských oblastech je však obtížné najít místo pro masivní stavbu. Ve velkých městech jsou proto základnové stanice umístěny na budovách. Každá stanice zachytí signál z mobilní telefony na vzdálenost až 35 km.
Jedná se o antény, samotné zařízení BS je umístěno v podkroví, případně v kontejneru na střeše, což je dvojice železných skříní.
Některé základnové stanice jsou umístěny tam, kde byste to ani nehádali. Jako na střeše tohoto parkoviště.
BS anténa se skládá z několika sektorů, z nichž každý přijímá / vysílá signál svým vlastním směrem. Li vertikální anténa komunikuje s telefony, pak kulatý spojuje BS s ovladačem.
V závislosti na vlastnostech může každý sektor obsluhovat až 72 hovorů současně. BS se může skládat ze 6 sektorů a obsluhovat až 432 hovorů, ale obvykle je na stanicích instalováno méně vysílačů a sektorů. Mobilní operátoři, jako je Tele2, preferují instalaci více BS, aby zlepšili kvalitu komunikace. Jak mi bylo řečeno, používá se zde nejmodernější zařízení: základnové stanice Ericsson, dopravní síť - Alcatel Lucent.
Ze subsystému základnových stanic je signál přenášen do přepínacího subsystému, kde je navázáno spojení se směrem požadovaným účastníkem. Přepínací subsystém má řadu databází, které ukládají informace o předplatitelích. Kromě toho je tento subsystém zodpovědný za bezpečnost. Jednoduše řečeno, spínač je Má stejné funkce jako operátorky, které vás s předplatitelem spojovaly ručně, jen se to nyní vše děje automaticky.
Zařízení pro tuto základnovou stanici je ukryto v této železné skříni.
Kromě klasických věží existují i mobilní varianty základnových stanic umístěných na nákladních automobilech. Jsou velmi pohodlné pro použití během přírodní katastrofy nebo na přeplněných místech (fotbalové stadiony, centrální náměstí) během prázdnin, koncertů a různých akcí. Ale bohužel kvůli problémům v legislativě zatím nenašly široké uplatnění.
Aby bylo zajištěno optimální pokrytí rádiovým signálem na úrovni země, jsou základnové stanice navrženy speciálním způsobem, a to i přes dosah 35 km. signál nezasahuje do letové výšky letadla. Některé letecké společnosti však již začaly instalovat do svých letadel malé základnové stanice, které zajišťují mobilní komunikaci uvnitř letadla. Takový BS je spojen se zemí mobilní síť používáním satelitní kanál. Systém doplňuje ovládací panel, který umožňuje posádce systém zapínat a vypínat, a také určité druhy služeb, jako je vypínání hlasu při nočních letech.
Podíval jsem se také do kanceláře Tele2, abych viděl, jak specialisté kontrolují kvalitu mobilní komunikace. Pokud by před pár lety byla taková místnost zavěšena ke stropu s monitory zobrazujícími síťová data (přetížení, výpadky sítě atd.), tak časem potřeba takového množství monitorů zmizela.
Technologie se postupem času vyvíjela a na sledování provozu celé sítě v Moskvě stačí taková malá místnost s pár specialisty.
Pár pohledů z kanceláře Tele2.
Plány na dobytí hlavního města se projednávají na schůzce zaměstnanců společnosti) Tele2 od zahájení výstavby až po současnost dokázal pokrýt svou sítí celou Moskvu a postupně dobývá moskevskou oblast a spouští více než 100 základen stanic týdně. Vzhledem k tomu, že nyní žiji v této oblasti, je to pro mě velmi důležité. aby tato síť přišla do mého města co nejdříve.
Společnost plánuje na rok 2016 poskytovat vysokorychlostní komunikaci v metru na všech stanicích, na začátku roku 2016 je komunikace Tele2 přítomna na 11 stanicích: 3G / 4G komunikace na stanicích metra Borisovo, Delovoy Tsentr, Kotelniki, Lermontovsky Prospekt, Troparevo , Shipilovskaya, Zyablikovo, 3G: Belorusskaya (Koltsevaya), Spartak, Pjatnickoje Highway, Zhulebino.
Jak jsem řekl výše, Tele2 opustil formát GSM ve prospěch standardů třetí a čtvrté generace - 3G / 4G. To vám umožňuje instalovat základnové stanice 3G / 4G s vyšší frekvencí (například uvnitř moskevského okruhu stojí BS ve vzdálenosti asi 500 metrů od sebe), aby byla zajištěna stabilnější komunikace a vysoká rychlost mobilní internet, který v sítích předchozích formátů nebyl.
Z kanceláře firmy jdu ve společnosti inženýrů Nikifora a Vladimira do jednoho z bodů, kde potřebují změřit rychlost komunikace. Nikifor stojí před jedním ze stožárů, na kterém je instalováno zařízení pro komunikaci. Když se podíváte pozorně, všimnete si o něco dále vlevo ještě jednoho takového stožáru s vybavením jiných mobilních operátorů.
Ač se to může zdát zvláštní, ale mobilní operátořičasto umožňují svým konkurentům používat jejich věžové konstrukce k umístění antén (přirozeně za oboustranně výhodných podmínek). Stavba věže nebo stožáru je totiž drahá a taková výměna ušetří spoustu peněz!
Zatímco jsme měřili rychlost komunikace, kolemjdoucí babičky a strýcové se Nikifora několikrát ptali, jestli není špión)) "Ano, rušíme Rádio Liberty!").
Výbava vypadá vlastně neobvykle, z jejího vzhledu se dá předpokládat cokoli.
Specialisté společnosti mají hodně práce, vzhledem k tomu, že v Moskvě a regionu má společnost více než 7 tisíc zaměstnanců. základnové stanice: asi 5 tisíc z nich. 3G a cca 2tis. LTE základnové stanice a v poslední době se počet BS zvýšil asi o tisíc více.
Během pouhých tří měsíců bylo v moskevské oblasti vysíláno 55 % z celkového počtu nových základnových stanic operátora v regionu. V v současné době společnost poskytuje kvalitní pokrytí území, kde žije více než 90 % obyvatel Moskvy a moskevského regionu.
Mimochodem, v prosinci byla síť 3G Tele2 uznána jako nejlepší v kvalitě mezi všemi metropolitními operátory.
Rozhodl jsem se ale osobně ověřit, jak kvalitní připojení má Tele2, a tak jsem si v nejbližším nákupním centru na stanici metra Voikovskaja zakoupil SIM kartu s nej jednoduchý tarif„Velmi černá“ za 299 r (400 sms/minuta a 4 GB). Mimochodem, měl jsem podobný tarif Beeline, který je o 100 rublů dražší.
Zkontroloval jsem rychlost, aniž bych se vzdaloval od pokladny. Příjem - 6,13 Mbps, přenos - 2,57 Mbps. Vzhledem k tomu, že stojím v centru obchodního centra, je to dobrý výsledek, komunikace Tele2 dobře proniká zdmi velkého obchodního centra.
Na stanici metra Treťjakovskaja. Příjem signálu - 5,82 Mbps, přenos - 3,22 Mbps.
A na m. Krasnogvardeiskaya. Příjem - 6,22 Mbps, přenos - 3,77 Mbps. Měřeno u východu z metra. Když vezmeme v úvahu, že se jedná o okraj Moskvy, je to velmi slušné. Myslím, že spojení je docela přijatelné, můžeme s jistotou říci, že je stabilní, vzhledem k tomu, že Tele2 se objevil v Moskvě jen před pár měsíci.
V hlavním městě je stabilní připojení Tele2, což je dobré. Pevně doufám, že rychle přijedou do regionu a já budu moci plně využívat jejich spojení.
Nyní víte, jak funguje mobilní komunikace!
Pokud máte produkci nebo službu, o které chcete našim čtenářům říci, napište mi - Aslan ( [e-mail chráněný] ) a uděláme maximum nejlepší reportáž, kterou uvidí nejen čtenáři komunity, ale také web http://ikaketosdelano.ru
Přihlaste se také k odběru našich skupin v facebook, vkontakte,spolužáci a dovnitř google+plus, kde budou zveřejněny to nejzajímavější z komunity plus materiály, které zde nejsou a video o tom, jak to v našem světě chodí.
Klikněte na ikonu a přihlaste se!
Telefonická komunikace je přenos řečových informací na velké vzdálenosti. Telefonování umožňuje lidem komunikovat v reálném čase.
Pokud v době vzniku technologie existoval pouze jeden způsob přenosu dat - analogový, pak v tuto chvíli nejvíce různé systémy komunikace. Telefon, satelit a mobilní připojení, stejně jako IP-telefonie poskytují spolehlivý kontakt mezi účastníky, i když jsou v různých částech světa. Jak to funguje telefonní komunikace při použití každé z metod?
Stará dobrá drátová (analogová) telefonie
Pod pojmem „telefonní“ komunikace se nejčastěji rozumí analogová komunikace, způsob přenosu dat, který je známý již téměř půldruhého století. Při jeho použití jsou informace přenášeny nepřetržitě, bez mezikódování.
Spojení dvou účastníků je regulováno vytáčením a poté se komunikace provádí přenosem signálu od osoby k osobě po drátech v doslovném smyslu slova. Účastníky již nepropojují telefonní operátoři, ale roboti, což proces značně zjednodušilo a zlevnilo, ale princip fungování analogových komunikačních sítí zůstal stejný.
Mobilní (celulární) komunikace
Předplatitelé mobilních operátorů se mylně domnívají, že „přestřihli drát“ spojující je s telefonními ústřednami. Zdá se, že je vše tak - člověk se může pohybovat kdekoli (v rámci pokrytí signálem), aniž by přerušil konverzaci a aniž by ztratil kontakt s partnerem, a<подключить телефонную связь стало легче и проще.
Pokud však pochopíme, jak mobilní komunikace funguje, nenajdeme tolik rozdílů od provozu analogových sítí. Signál se ve skutečnosti "vznáší ve vzduchu", pouze z telefonu volajícího se dostane do transceiveru, který zase komunikuje s podobným zařízením nejblíže volanému účastníkovi ... přes optické sítě.
Datový radiový stupeň pokrývá pouze signálovou cestu z telefonu k nejbližší základnové stanici, která je zcela tradičním způsobem propojena s ostatními komunikačními sítěmi. Jak funguje mobilní komunikace, je jasné. Jaké jsou jeho klady a zápory?
Tato technologie poskytuje větší mobilitu než analogový přenos dat, ale nese všechna stejná rizika nežádoucího rušení a možnost odposlechu linek.
Cesta signálu buňky
Podívejme se podrobněji, jak přesně signál dosáhne volaného účastníka.
- Uživatel vytočí číslo.
- Jeho telefon naváže rádiové spojení s nejbližší základnovou stanicí. Jsou umístěny na výškových budovách, průmyslových budovách a věžích. Každá stanice se skládá z vysílacích a přijímacích antén (od 1 do 12) a řídící jednotky. K ovladači jsou připojeny základnové stanice, které obsluhují jednu oblast.
- Z řídicí jednotky základnové stanice je signál přenášen kabelem do ovladače a odtud také kabelem do přepínače. Toto zařízení poskytuje vstup a výstup signálu do různých komunikačních linek: dálkových, městských, mezinárodních a jiných mobilních operátorů. V závislosti na velikosti sítě může zahrnovat jeden nebo několik přepínačů vzájemně propojených vodiči.
- Z „jejich“ ústředny se signál přenáší vysokorychlostními kabely do ústředny jiného operátora a ten snadno určí, v jakém řadiči se účastník, kterému je hovor adresován, nachází.
- Přepínač zavolá požadovaný ovladač, který vyšle signál do základnové stanice, která „vyslechne“ mobilní telefon.
- Volaný přijímá příchozí hovor.
Taková vícevrstvá struktura sítě umožňuje rovnoměrně rozložit zátěž mezi všechny její uzly. To snižuje možnost selhání zařízení a zajišťuje nepřerušovanou komunikaci.
Jak funguje mobilní komunikace, je jasné. Jaké jsou jeho klady a zápory? Tato technologie poskytuje větší mobilitu než analogový přenos dat, ale nese všechna stejná rizika nežádoucího rušení a možnost odposlechu linek.
Satelitní připojení
Podívejme se, jak funguje satelitní komunikace, dnešní nejvyšší stupeň rozvoje radioreléové komunikace. Opakovač umístěný na oběžné dráze je schopen sám pokrýt rozsáhlou oblast povrchu planety. Síť základnových stanic, jako v případě celulární komunikace, již není potřeba.
Individuální předplatitel získá možnost cestovat prakticky bez omezení a zůstat ve spojení i v tajze nebo džungli. Účastník právnické osoby může svázat celou mini-PBX s jednou anténou opakovače (toto je již známá „miska“), je však třeba vzít v úvahu objem příchozích a odchozích a také velikost souborů, které potřebují k odeslání.
Nevýhody technologie:
- vážná závislost na počasí. Magnetická bouře nebo jiné kataklyzma může nechat účastníka bez komunikace po dlouhou dobu.
- pokud se na satelitním transpondéru něco fyzicky porouchá, doba, která uplyne, než se funkčnost plně obnoví, se protáhne na velmi dlouhou dobu.
- náklady na komunikační služby bez hranic často převyšují obvyklejší účty. Při výběru způsobu komunikace je důležité zvážit, jak moc takové funkční spojení potřebujete.
Satelitní komunikace: klady a zápory
Hlavním rysem „satelitu“ je, že poskytuje účastníkům nezávislost na pevných linkách. Výhody takového přístupu jsou zřejmé. Tyto zahrnují:
- mobilita zařízení. Může být nasazen ve velmi krátké době;
- schopnost rychle vytvářet rozsáhlé sítě pokrývající velké oblasti;
- komunikace s těžko dostupnými a vzdálenými územími;
- redundance kanálů, které lze použít v případě výpadku pozemní komunikace;
- flexibilita technických charakteristik sítě, která umožňuje její přizpůsobení téměř jakýmkoli požadavkům.
Nevýhody technologie:
- vážná závislost na počasí. Magnetická bouře nebo jiné kataklyzma může nechat účastníka bez komunikace po dlouhou dobu;
- pokud je něco na satelitním transpondéru fyzicky mimo provoz, doba, která uplyne do úplného obnovení funkčnosti systému, se protáhne na dlouhou dobu;
- náklady na komunikační služby bez hranic často převyšují obvyklejší účty.
Při výběru způsobu komunikace je důležité zvážit, jak moc takové funkční spojení potřebujete.
„V jakémkoli vědním oboru profesoři preferují své
teorie k pravdě, protože jejich teorie jsou jejich osobním vlastnictvím a pravda je společným vlastnictvím“
Charles Colton
Princip budování sítě a základní prvky sítě
Studium jakéhokoli předmětu začíná základy, což je základ, na kterém je postavena hierarchie stromu znalostí. Bez toho se jakákoliv, i ta nejmazanější stavba sesype jako domeček z karet. Jen blázni začínají stavět dům od střechy... I když pokud mluvíme o stavitelích metra nebo hornících, tak toto pravidlo neplatí. Jejich práce se ale neomezuje jen na bezmyšlenkovité přemisťování zemských útrob na železné vozíky. S každou akcí nebo formou se nezávisle na sobě seznámil jeden náš známý, počínaje základy. Jakákoli konverzace s ním, na to nejnepatrnější téma, se mohla protáhnout na několik hodin. Pečlivě zpracovával svou oběť a metodicky pumpoval do jejího mozku maximum informací o předmětu rozhovoru. Jinými slovy, kdybyste se ho zeptali na princip fungování emitorového sledovače, pak byste si zpočátku museli poslechnout hodinovou přednášku o vzniku a evoluci polovodičů. Nuda? Většině z nás to tak může připadat. Skutečný základní přístup k poznání však spočívá právě v tom. O složitých věcech můžete mluvit dlouze a nesrozumitelně, ale pokud nemáte základní znalosti, pak je všechno řečené tak krásné a pomíjivé jako cákance šampaňského. Dnes si vybudujeme určitý základ znalostí o celulárních komunikacích. Povíme si o základech budování moderní mobilní telefonní sítě.Mobilní sítě
Telefonní komunikace pronikla do našeho prostředí tak hluboko, že si bez ní neumíme život představit. Zvednout telefon, vytočit číslo a slyšet hlas přítele nebo milovaného? Co může být jednodušší? Za tím je ale obrovská práce fyziků, technologů, elektrikářů a lidí jiných odborností. V roce 1947 došlo k události, která sloužila jako výchozí bod pro vytvoření mobilní komunikace. Zaměstnanec Bell Laboratories, D. Ring, v interním memorandu předložil myšlenku buněčného principu pro organizaci mobilních sítí. Inženýr navrhl základní myšlenky, které jsou základem moderních celulárních sítí dodnes. Na jednu stranu je celulární komunikace jednoduchá a jasná, jako pohyb kola, ale jakmile ji začneme zkoumat blíže, odhalí se nejrůznější technické jemnosti podpořené desítkami patentů a autorských certifikátů. Na dálku se tyto detaily ztrácejí a opět se otevírá pohled na nedělitelný celek – celulární komunikační komplex. Pojďme tedy diskutovat o budování mobilního komunikačního systému. Je potřeba identifikovat hlavní problémy, se kterými se při jeho vytváření budeme potýkat. Chcete-li vytvořit mobilní síť, musíte získat sadu frekvencí nebo frekvenční rozsah. Právě v něm bude základnová stanice komunikovat s vaším mobilním terminálem. Základním principem celulárních sítí je princip opětovného použití frekvence. Právě on vám umožňuje výrazně zvýšit jeho kapacitu a pokrýt téměř neomezený prostor, a to při použití konečné množiny frekvencí. Věnujme pozornost obrázku.Máme k dispozici tři frekvence (f1, f2, f3). V první buňce (buňce) použijeme frekvenci f1. V druhé buňce (buňce) nemůžeme kvůli interferenčnímu jevu použít stejnou frekvenci, tedy f1. Interference je fyzikální jev, ke kterému dochází, když jsou dvě (nebo více) vln ze stejných zdrojů superponovány a vede ke zvýšení nebo snížení amplitudy vlny. Proto je boj proti rušení jedním z hlavních úkolů frekvenčního plánování, tedy rozdělování frekvencí po buňkách (buňkách). Protože tedy nemůžeme použít frekvenci f1 v druhé buňce (buňce), použijeme frekvenci f2. Ve třetí buňce použijeme frekvenci f3 a ve čtvrté buňce můžeme opět použít frekvenci f1. Obrázek je velmi jednoduchý. V praxi však inženýři čelí vážným problémům. Skutečně je možné kreslit hranice plástů tenkými rovnými čarami pouze na papír. Skutečná krajina, zejména městská, ukládá vážná omezení na geometrii oblasti pokrytí každé základnové stanice. Skutečné pokrytí lze tedy ověřit pouze experimentálně. Protože počet bodů v prostoru je nekonečný, není možné je všechny zkontrolovat. I když přiblížíme každé místo prostoru v oblasti pokrytí základnové stanice na metr krychlový, pak je práce nemožná. Proto se na mapě pokrytí objevují bílé skvrny a místa s aktivním rušením, což vede k rušení. V souladu s doporučeními CEPT standard GSM-900 zajišťuje provoz vysílačů ve dvou frekvenčních pásmech. Frekvenční pásmo (frekvence, na kterých jsou přenášeny informace) 890-915 MHz se používá pro přenos informací z mobilní stanice (mobilního telefonu) do základnové stanice (uplink). Kmitočtové pásmo 935-960 MHz - pro přenos informací ze základnové stanice do mobilní stanice (downlink). Při přepínání kanálů během komunikační relace je duplexní rozestup (rozdíl mezi vysílacími a přijímacími frekvencemi) konstantní a rovný 45 MHz. Frekvenční odstup mezi sousedními komunikačními kanály je 200 kHz. 124 komunikačních kanálů (124 kanálů pro všechny GSM operátory daného regionu) se tak nachází v širokém frekvenčním pásmu 25 MHz přiděleném pro příjem/vysílání. Kromě toho je u nás dobře známý další oblíbený sortiment - GSM-1800. Šířka pásma pro přenos informací z mobilní stanice (telefonu) do základnové stanice (uplink) je 1710-1785 MHz a šířka pásma pro přenos informací ze základnové stanice do mobilní stanice (downlink) je 1805-1880 MHz. Duplexní rozestup - 95 MHz. V pásmu 75 MHz je 374 komunikačních kanálů. Použití GSM-1800 je účelné v městském prostředí. Hustota předplatitelů je zde vyšší, a proto je doplňkový kanál velmi užitečný. Vysokofrekvenční elektromagnetické oscilace mají navíc lepší schopnost pronikat všemi druhy technických staveb, kterých je ve městech velké množství. Jaká je krása GSM-900? Protože tato řada žije, má své výhody. Za hlavní přednost lze považovat jeho dostatečnou čistotu a dostupnost vzhledem k předkům. S tím se dá polemizovat. Věříme však, že tomu tak je. Samozřejmě v něm sedí jak armáda, tak speciální služby, ale každý ví, že se tam řítí GSM, jako lokomotiva. To je obrovský stroj, který prakticky vyrostl spolu se státem a dává mu spoustu peněz. Kromě toho GSM-900 funguje lépe na dlouhé vzdálenosti. K této problematice se vrátíme o něco později. Diskuse o jiných frekvenčních pásmech je mimo naše zájmy, protože se v Rusku a Evropě neujaly. Rád bych poznamenal pouze jednu věc - neexistují žádné významné rozdíly. Vše je prakticky stejné. Jen jiný frekvenční rozsah. Probrali jsme tedy základní provozní prostředí celulární sítě GSM. Je čas rozebrat jeho obsah, který nám napoví, co, kde a za co je zodpovědné.
Základní prvky sítě GSM
Struktura a názvosloví – k pochopení jakékoli entity nás vedou dva pojmy. Představte si, že máte v rukou jednu z nejdůležitějších šifer, která odhaluje smrt prezidenta Johna F. Kennedyho. Hodnota tohoto odeslání je přímo úměrná tomu, zda z něj vlastníte kód. Nebo si představte, že sedíte v restauraci a číšník, který k vám přijde, mluví jen vzácným africkým dialektem. V obou případech je důležité pochopit, o čem mluví. Proto začneme mluvit o základních prvcích GSM sítě. Struktura sítě GSM zahrnuje:- BSS (subsystém základnové stanice)- podsystém základnových stanic.
- SSS (Switching Subsystem)- spínací subsystém
- OSS (operační subsystém)- podsystém provozu a údržby.
Schéma je tedy logicky rozděleno do tří čtverců. Každý z nich je uzavřeným systémem, který plní určitou roli, která mu byla přidělena. Zkušenosti ukazují, že takové oddělení se vyplatí z hlediska kontroly, sledování chyb a poruch a budování sítě. Musíme analyzovat všechny prvky tohoto schématu. Pro začátek vezměme v úvahu subsystém základnové stanice BSS (Subsystém základnové stanice). Skládá se z:
- - základnové vysílací a přijímací stanice;
- - ovladač základnové stanice;
- - transkodér.
- rádiové pokrytí;
- přijímání a vysílání dat a servisních informací z/do mobilní stanice;
- řízení výkonu mobilní stanice;
- kontrola kvality přenosu informací atd.
Jak jsme psali výše, základ GSM základnové stanice tvoří transceivery. Umožňují operátorovi využívat až osm kanálů. Standard GSM říká, že pro řízení a výměnu informací jsou potřeba dva kanály. Počet vysílačů na každé základnové stanici může být až 24 kusů. Záleží na typu základnové stanice a jejím účelu. Pamatujte, že jedna základnová stanice může konfigurovat až čtyři buňky. Experimenty na vlnové interferenci a vytváření vzdálených buněk zcela selhaly. O konfiguraci buňkových stanic budeme hovořit v dalším materiálu, když zvážíme rozhraní a principy GSM komunikace. Instalace základnových stanic a výpočet počtu vysílačů na nich je samostatným uměním. V první řadě je nutné provést radiový průzkum území. Například případ, kdy jednu ze základnových stanic zvednete vysoko a zajistíte z ní dobrou komunikaci na velké vzdálenosti, kde již fungují jiné buňky, je nepřijatelný. Mobilní telefony se budou hromadně věšet na buňku s dobrým signálem a „kazit“ její běžný provoz. Je velmi důležité zvážit počet vysílačů na jedné BS. Pokud je poměr BS/vysílač menší než 1:5, pak síť velmi často generuje signál „přetížení“. Každá základnová stanice je vybavena další radioreléovou komunikací. To se provádí za účelem použití dalších komunikačních mostů v rámci sítě. Frekvenční rozsah pro toto připojení je 3-40 GHz. Výkon vysílačů může být desítky wattů a je regulován speciálními dokumenty. Pro komunikaci s mobilním telefonem vysílá vysílač základnové stanice výkon pět až deset wattů. Všichni jste pravděpodobně věnovali pozornost anténám vysílačů základnových stanic. Na věžích jsou dobře patrné. V naší zemi jsme se setkali pouze se dvěma typy antén:
- slabě směrový s kruhovým vyzařovacím diagramem (DN) v horizontální rovině (typ „Omni“)
- směrové (sektorové) s úhlem (šířkou) otevření hlavního laloku DN v horizontální rovině, obvykle 60 nebo 120 stupňů
- – spínací centrum;
- HLR (Hlavní registr polohy)– registr umístění domova;
- – registr umístění hostů;
- AuC (Authentication Center)– Autentizační centrum.
- směrování signálu (směrování), tj. analýza čísel pro odchozí a příchozí hovory;
- zřizování, kontrola a rozpojování přípojek.
VLR (Registr umístění návštěvníků)- registr umístění hostů. HLR (Hlavní registr polohy)- domovský registr je počítačová databáze domácích účastníků - uživatelů mobilních komunikací bez ohledu na stav mobilního telefonu (zapnuto nebo vypnuto). Obsahuje identifikační čísla a adresy, dále parametry autentizace účastníka, seznam komunikačních služeb. Zaznamenaná data umožňují účastníkovi využívat některé základní a doplňkové služby poskytované systémem. HLR také ukládá tu část informací o poloze mobilní stanice, která umožňuje ústředně (MSC) doručit volání této stanici. Home Location Register (HLR) obsahuje International Mobile Subscriber Identity (IMSI-International Mobile Subscriber Identity). Používá se k identifikaci mobilní stanice v Authentication Center (AuC). Všechny MSC a VLR mají vzdálený přístup k datům obsaženým v HLR. Pokud je v síti více HLR, pak každý HLR představuje specifickou část celkové databáze předplatitelů sítě. VLR (Registr umístění návštěvníků)- registr polohy hosta obsahuje přibližně stejná data jako HLR, ale pouze o aktivních účastnících, to znamená o těch, kteří se aktuálně nacházejí v oblasti pokrytí přepínače (MSC), ke kterému VLR patří. Počet registrů umístění hosta (VLR) se rovná počtu přepínačů (MSC). Každý registr umístění hosta je přiřazen ke konkrétnímu přepínači. VLR obsahuje databázi roamingových uživatelů (roamerů - účastníků jiného systému GSM, dočasně využívajících služeb tohoto systému v rámci procedury "roaming") umístěných v zóně VLR. Komunikační subsystém tedy přebírá mnoho funkcí. GSM ústředna přímo obsluhuje skupinu buněk a zajišťuje všechny typy spojení (hlas, zprávy a přenos dat). Teoreticky MSC napodobuje provoz ISDN ústředny. Jedná se o rozhraní mezi pevnou a mobilní sítí. Samozřejmě nebudete moci pracovat podle zásady „Slečno? Připojit...“. Technicky však tato brána není o moc složitější než moderní přepínače, které se instalují pro pevné sítě. Poskytuje funkce směrování hovorů a ovládání hovorů. Jeho důležitým rozdílem však je, že zároveň musí řešit problémy s přepínáním rádiových kanálů. Díky tomu je dosaženo kontinuity komunikace, když se mobilní stanice pohybuje z buňky do buňky. Komunikační centrum navíc rozhoduje o přepínání pracovních kanálů v buňce, když dojde k rušení nebo poruchám. Obrovské hromady servisních informací z něj proudí nepřetržitým proudem do řídicího a servisního centra. Jedná se o statistická data potřebná k monitorování a optimalizaci sítě. Kromě toho MSC udržuje bezpečnostní postupy používané pro řízení přístupu k rádiovým kanálům. Už jste slyšeli o roamingu? Myslíme si, že ano. Když se dva operátoři dohodnou na roamingu svých účastníků, znamená to, že mohou využívat HLR (Hlavní registr polohy) A VLR (Registr umístění návštěvníků) spolu. Spíše každý z nich získá přístup ke vzájemnému registru hostů. S domovským registrem je to trochu složitější. Tomu se budeme podrobněji věnovat v následujících kapitolách. Authentication Center (AuC) umístěné v malém čtverci na diagramu k registru domácích umístění. AuC (Authentication Center)- autentizační centrum generuje parametry pro autentizační proceduru a určuje šifrovací klíče mobilních stanic účastníků. Autentizační procedura - procedura pro potvrzení pravosti účastníka (platnost, legalita, dostupnost práv k využívání celulárních služeb) sítě GSM. Provedením tohoto postupu je vyloučena přítomnost neoprávněných uživatelů („dvojčata buněk“) služeb GSM. V současné době je provoz tohoto bloku v sítích GSM doveden na fantastickou úroveň. Samozřejmě se jedná pouze o stroj ovládaný programem, který člověk napsal. Roky práce však nezůstaly bez povšimnutí. Oklamat autentizační centrum zvenčí systému je prakticky nemožné. Pokusy o klonování GSM zařízení selhaly téměř všude. Teoretická možnost zůstává. Ekonomicky však takové dvojče není absolutně opodstatněné. Zbývá nám seznámit se s posledním subsystémem – provozem a údržbou (OSS). OSS (operační subsystém)- subsystém provoz a údržba zajišťuje kontrolu kvality sítě a řízení jejích komponent. OSS může odstraňovat problémy v síti automaticky nebo s aktivním zásahem personálu; umožňuje spravovat zatížení sítě, provádět kontroly stavu zařízení. OSS se skládá ze dvou částí:
- - středisko provozu a údržby;
- - řídicí centrum sítě.