ЧТО ТАКОЕ СОТОВАЯ СВЯЗЬ? Улучшение качества сотовой связи, усиление сигнала GSM
Сотовая связь — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть.
Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).
Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.
Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции.
Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией идет по одному из цифровых протоколов (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS, LTE). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество радио сигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой (англ. handover).
Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.
Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.
Операторы могут заключать между собой договоры роуминга.
Сайт www.GSMport.ru носит исключительно информационный характер и никакая информация, опубликованная на нём ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями пункта 2 статьи 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Для получения подробной информации о реализуемых товарах, работах и услугах и их цене необходимо обращаться к менеджерам ООО «СЕТЕВЫЕ СИСТЕМЫ».
Copyright 2005-2015
При использовании материалов в сети Интернет гиперссылка на www.GSMport.ru обязательна
Мы продаем оборудование — GSM репитеры PicoCell и материалы для систем усиления сотовой связи. Производим монтажные работы и гарантийное обслуживание, постгарантийное обслуживание (цена договорная). Мы поможем ВАМ оперативно купить усилитель сигнала сотовой связи и решить любой вопрос по улучшению сигнала связи на любом объекте — дача, квартира и т.
Ликбез 17. Малые соты (Small Cells) для мобильных сетей.
Малые соты (Small Cells) – это портативные недорогие антенные системы с радиоблоком для сотовой связи, которые имеют минимальное энергопотребление и могут размещаться на расстоянии нескольких десятков или сотен метров друг от друга. Такие плотно размещенные соты дают возможность обеспечить качественную связь в любом районе города. Они легко передают обслуживание движущегося пользователя с соты на соту (хэндовер) и с высокой скоростью передают данные для пользователя, пермещающегося между ними.
Хотя в традиционных сотовых сетях также растет число базовых станций и размер соты уменьшается, в сетях 5G эта тенденция многократно усиливается за счёт очень большого числа подключённых устройств и перехода на высокочастотные диапазоны 5G-NR (New Radio). Достижение хорошей пропускной способности сетей при помощи традиционной структуры базовых станций приводит к огромным затратам. Однако, антенны в маленьких сотах 5G могут быть гораздо меньше обычных антенн, поскольку они работают в диапазоне миллиметровых волн.
Уменьшение размера антенн приводит к тому, что их можно размещать на обычных фонарных столбах, стенах домов и пр. таким образом, значительно упрощая и удешевляя инфраструктуру радиосети. Более того, такая инфраструктура позволяет гораздо лучше использовать радиочастотный спектр.
Следует учесть, что, хотя использование малых сот в городской среде очень эффективно, в сельской и пригородной области эффективность такого решения падает.
На рисунке ниже показан пример Small Cell (слева) по сравнению с обычной базовой станцией[1].
Рис. 1. Сравнение Small Cell (слева) с обычной базовой станцией традиционной сотовой сети(источник: http://www.digitalfuturealliance.com).
Решение Small Cells также помогает решить проблему покрытия сети внутри помещений[2].
Рис. 2. Решение проблемы покрытия внутри помещений при помощи решения Small Cell (источник: http://www.ibwave.com).Малые соты работают так же, как и обычные соты, но используют новые технологии, такие как множественность антенн передачи и приёма (MIMO), формирование луча (Beamforming), и миллиметровые волны (5G New Radio).
Базовые станции малой мощности могут легко разворачиваться. Кроме того, устройства с малыми сотами спроектированы так, чтобы снизить сложность, и, следовательно, их установка и запуск будут происходить быстрее и проще.
Небольшие базовые станции могут быть закреплены на стене для применения внутри помещений, а небольшие мачты или фонарные столбы можно использовать для наружного применения малых сот. Транзитные соединения могут быть выполнены с использованием оптоволоконных или проводных соединений, а также через микроволновые каналы. Конфигурация малой соты не сложна, её просто нужно закрепить на столбе и подключить к транспортной сети и источнику питания (см. фото ниже).
Рис. 3. Малая сота уличного исполнения.Виртуализация в беспроводных сетях
Раннее поколение базовых станций было конструктивно сложным и требовало большого количества аппаратного обеспечения (BBU – базовый блок, RRU – радиопередающий блок и пр.). В LTE и более поздних версиях беспроводных технологий централизованные сети радиодоступа C-RAN заменили распределённые RAN.
В C-RAN блоки BBU и RRU виртуализированы и располагаются в ближайших дата-центрах на границе сети. Сложная задача обработки сигналов выполняется на центральной облачной станции, виртуализированной в дата-центре, и расположенной вдали от местоположения соты. Сама сота представляет собой только матричную антенну MIMO и занимается только приёмом и передачей радиосигнала.
Будущие применения маленьких сот
- Основными применениями маленьких сот являются сети LTE-Adnvanced и сети доступа 5G для мобильной широкополосной связи в густонаселённых районах, чтобы избежать перегрузок трафика и обеспечить лучшее воспринимаемое пользователем качество услуг.
- Поддержка критически важных служб, требующих малой задержки и высокой надёжности сети.
- Различные приложения Интернета вещей, такие как промышленный IoT (IIoT), Умное здравоохранение, Умный город, Умный дом и пр.
- Поддержка огромного количества пользователей во время специальных мероприятий, таких как спортивные состязания и игры, при быстром развёртывании дополнительных сот
- Приложение по борьбе со стихийными бедствиями, например, базовые станции на автотранспорте COW (Cell On Wheel) и дронах.
Преимущества маленьких сот
- Маленькие соты могут обеспечить более высокую скорость передачи данных до нескольких гигабит в секунду
- Менее сложные технические решения, которые могут легко разворачиваться
- Экономическая эффективность
- Более быстрое развёртывание сетей доступа 5G
- Требования к местоположению минимальны (удобно для развёртывания в помещении и на улице)
Недостатки маленьких сот
- Ограничение покрытия из-за низкой мощности
- Количество пользователей в одной ячейке ограничено
- Большой бюджет для большого количества развертываний (сотни тысяч сот)
Заключение
Концепция малых сот – это хорошее решение для предоставления пользователям расширенной мобильной широкополосной связи, малой задержки и надёжного обслуживания, что требуется в 5G. Методы модуляции высоких порядков, технология MIMO и спектр миллиметровых волн обеспечат хорошее качество услуг при развёртывании малых сот.
[1] https://www.digitalfuturealliance.com/article/the-200-ft-5g-hurdle
[2] http://www.ibwave.com/media-and-events/blog/post/the-technological-future-of-small-cells
Понравилось это:
Нравится Загрузка…
Запись опубликована в рубрике Ликбез с метками 5G-NR, Cell On Wheel, COW, Умный город, малая сота, IoT, Small Cell. Добавьте в закладки постоянную ссылку.
Что такое соты в мобильной связи? – Commsbrief
Мобильные сети также называют сотовыми сетями, поскольку они состоят из большого количества соединенных между собой ячеек. В мобильной связи соты являются наиболее фундаментальной частью сети, обеспечивающей беспроводную связь.
Сота — это географическая область, определяющая зону покрытия сотовой связи, создаваемую базовой станцией мобильной сети. Базовая станция, также известная как вышка сотовой связи, оснащена приемопередатчиками, которые передают и принимают радиосигналы на лицензированных частотах между сетью и мобильными телефонами.
Вышки сотовой связи, также известные как базовые радиостанции, являются частью сети мобильной связи, принадлежащей оператору мобильной связи – оператору мобильной связи. Базовая радиостанция отвечает за связь с мобильным телефоном и является частью радиосети оператора мобильной связи. Соты в мобильной связи работают вместе, чтобы создать сотовую сеть.
Сеть мобильной связи состоит из множества взаимосвязанных ячеек, созданных большой сетью вышек сотовой связи, которые операторы мобильной связи развертывают в деревнях, поселках и городах страны. Эти соты создают покрытие сотовой связи, которое позволяет мобильным устройствам с SIM-картой подключаться к мобильной сети.
Понятие соты в мобильной связи
Соты в мобильной сети представлены взаимосвязанными шестиугольниками, покрывающими географическую область, где требуется сотовое покрытие. В реальной жизни форма ячейки определяется ее диапазоном, который зависит от того, как далеко могут пройти радиосигналы от базовой станции, прежде чем полностью исчезнуть.
Шестиугольная форма предназначена только для концептуального вида при планировании ячеек и документации. В реальной жизни соты имеют определенный уровень перекрытия с соседними сотами, чтобы обеспечить передачу обслуживания, когда пользователь перемещается из одного места в другое. Радиосигналы передаются между базовой станцией и нашими мобильными телефонами на определенных частотах и мощности передачи. Когда мобильный телефон находится в зоне действия базовой станции, он может передавать радиосигналы на базовую станцию на частотах, выделенных базовой станцией. Таким образом, ячейка — это просто географический диапазон, в пределах которого связь между базовой станцией и мобильным телефоном может осуществляться посредством радиоволн. Базовые станции передают и принимают радиосигналы на определенных частотах в пределах четко определенного диапазона, а мобильные телефоны в этом диапазоне делают то же самое для двусторонней связи.
Концептуальная схема подключения сотового телефона к мобильной сетиСоты являются частью сети радиодоступа (RAN)
Соты создаются радиоволнами, излучаемыми базовой радиостанцией, которая является частью мобильной радио сеть.
Сеть радиосвязи в мобильной связи называется сетью радиодоступа или RAN. Радиосеть отвечает за беспроводную связь через радиоинтерфейс.
Эти базовые станции имеют приемопередатчики (передатчик + приемник), которые могут принимать сигналы от сотового телефона и передавать сигналы из сети обратно на телефон для обеспечения двусторонней связи. Излучение радиоволн от базовых станций создает зону покрытия сети, которую сотовые телефоны используют для подключения к мобильной сети.
Зона покрытия сети, создаваемая излучением определенного радиоблока в пределах базовой станции, называется ячейкой. Радиосеть, к которой принадлежат базовые станции, является лишь частью общей сети мобильной связи. Сеть мобильной радиосвязи подключается к базовой сети мобильной связи, которая затем подключается к внешним сетям, таким как PSTN и Интернет. Таким образом, поставщик услуг мобильной связи может соединить вас с кем угодно, независимо от того, в какой мобильной или фиксированной сети он находится.
Группа ячеек называется кластером
Под кластером в мобильных сетях понимается группа взаимосвязанных ячеек в определенной географической области. Термин «кластер» используется при планировании сот, когда инженеры по радиочастотам обеспечивают выделение доступных частотных каналов (например, ARFCN, UARFCN, EARFCN) сотам с минимальными помехами.
На самом базовом уровне, если любым двум соседним ячейкам выделяется один и тот же частотный канал, это может привести к внутриканальным помехам. Если любым двум соседним ячейкам выделены соседние частотные каналы, т.е. ARFCN # 1 и ARFCN # 2, которые могут привести к другому типу помех, называемых помехами по соседнему каналу.
Пример кластера ячеек Наши мобильные телефоны всегда связываются с мобильной сетью, даже в режиме ожидания, когда телефоном никто не пользуется. Мобильный телефон информирует сеть о своем местоположении и присутствии. В случаях, когда мы переезжаем, например.
двигаясь из дома на работу, мы можем выйти из зоны действия одной ячейки и попасть в зону действия другой ячейки.
Когда это происходит во время активного сеанса, т.е. во время голосового вызова наш сеанс (или вызов) «передается» из одной соты в другую. Таким образом, на протяжении всего пути наш вызов или сеанс передачи данных постоянно перескакивает с соты на ячейку, чтобы убедиться, что мы остаемся на связи, не прерывая вызов и не прерывая сеанс данных.
Частотные каналы, используемые ячейками: ARFCN, UARFCN и EARFCN
ARFCN означает Абсолютный номер радиочастотного канала, и это диапазон частотных каналов, доступных в сетях GSM. UARFCN или UTRA ARFCN относится к ARFCN в сетях 3G UMTS, тогда как EARFCN или Evolved-UTRA ARFCN относится к ARFCN в сетях 4G LTE.
ARFCN имеют присвоенные им номера, и каждый ARFCN представляет пару частот, одну для передачи и одну для приема, когда для восходящего и нисходящего каналов используются разные полосы частот (дуплекс с частотным разделением – FDD).
Посмотрите наш специальный пост о частотах GSM, чтобы понять, как распределяются ARFCN. Чтобы узнать больше о FDD и о том, как он используется в сетях 4G LTE, ознакомьтесь с этой специальной публикацией о схемах дуплекса для сетей LTE.
Что такое передача обслуживания между двумя ячейками?
Хэндовер, также известный как хэндовер, — это передача голосового вызова или сеанса передачи данных из одной обслуживающей соты в другую. Переключение происходит, когда вы начинаете вызов или сеанс передачи данных в определенном месте, а затем во время сеанса вы выходите за пределы области, так что сота, которая вас обслуживала, больше не может связаться с вами.
В этом случае обслуживающая ячейка передаст обязанности по обслуживанию вашего сеанса другой соседней ячейке, которая лучше подходит для обслуживания вас. Например, если вы садитесь в поезд из лондонского аэропорта Хитроу в центр Лондона и начинаете смотреть видео на YouTube (при условии, что вы используете мобильные данные, а не Wi-Fi), ваш сеанс передачи данных будет передаваться из одной ячейки в другую по мере вашего перемещения.
из одного места в другое.
Почему мобильные телефоны называются сотовыми?
Мобильный телефон также называют сотовым телефоном, поскольку он работает с такими сотовыми технологиями, как GSM, UMTS, IS-95, CDMA2000, UMTS, LTE и NR. В то время как термин «сотовый телефон» часто используется в США, а термин «мобильный телефон» в основном в Европе, термин «сотовый» относится к сотовым технологиям.
Мобильный телефон часто называют сотовым телефоном, потому что он использует сотовые технологии, такие как GSM, UMTS, cdmaOne, CDMA2000, LTE и NR для связи с другими телефонами. С точки зрения терминологии термин «сотовый телефон» в основном используется в США и странах, которые следуют американской терминологии.
Однако в Великобритании и многих частях Европы термин «мобильный телефон» используется для обозначения сотовых телефонов. Сотовые телефоны подключаются к сети взаимосвязанных ячеек, что позволяет им связываться с другими телефонами и устройствами, находящимися в той же или других сетях.
Мобильные сотовые сети используют передовые технологии для установления соединения между сотовым телефоном и самой мощной доступной базовой станцией, используемой поставщиком услуг мобильной связи.
Операторы мобильной связи постоянно внедряют новые сотовые технологии и усовершенствования, чтобы не отставать от спроса на сетевой трафик. Для пользователя это означает необходимость время от времени обновлять телефоны. Например, вы можете быть тем, кто когда-то купил телефон GSM, а затем ему пришлось перейти на телефон 3G, а затем на телефон 4G.
Благодаря таким усовершенствованиям, как высокоскоростной пакетный доступ, LTE-Advanced и Advanced Pro, а теперь и 5G NR, у мобильных пользователей может возникнуть путаница, когда они узнают, нужно ли им покупать новый телефон. Как правило, все сотовые технологии обратно совместимы. Это означает, что если у вас есть телефон 3G для определенной технологии 3G (например, UMTS), телефон также будет работать с технологией 2G (например, GSM), относящейся к этой технологии 3G.
Однако технологии сотовой связи будут продолжать развиваться, и старые технологии в какой-то момент будут упразднены. Посмотрите этот пост GSM vs CDMA, если вы живете в США и используете технологию CDMA (например, CDMA2000/cdmaOne). Если у вас есть телефон с поддержкой 4G и вы задаетесь вопросом, должен ли он работать в сети 5G или нет, ознакомьтесь с этой статьей о телефонах с поддержкой 4G в сетях 5G.
Типы сот, используемых сетью мобильной связи
Сеть мобильной связи состоит из различных типов сот, включая макросоты, микросоты, пикосоты и фемтосоты. Микросоты, пикосоты и фемтосоты вместе называются малыми сотами. Макросоты имеют самый большой радиус действия (десятки км), тогда как фемтосоты имеют самый короткий радиус действия (до 10 м).
В мобильной связи используются различные типы сот, включая макросоты, микросоты, фемтосоты и пикосоты. Таким образом, клетки дифференцируются в зависимости от диапазона, который они охватывают, и емкости, которую они имеют.
Макросоты являются самыми крупными сотами и могут охватывать десятки километров, тогда как фемтосоты являются самыми маленькими сотами, которые охватывают диапазон до 10 метров. Микроячейки являются самыми крупными из мелких клеток, с радиусом действия до 2 километров. Пикосоты немного больше, чем фемтосоты, с радиусом действия до 200 метров.
| Cell Type | Cell range |
|---|---|
| Macrocells | Tens of kilometres |
| Microcells | Up to 2 kilometres |
| Picocells | Up to 200 metres |
| Femtocells | До 10 метров |
—Таблица, показывающая типы сот и диапазон для макросот, микросот, пико и фемтосот —
Макросоты — это большие или обычные соты, обеспечивающие основное покрытие мобильной сети в вашем районе. Антенны этих ячеек обычно устанавливаются на вершинах высоких мачт на земле, на крышах высотных зданий и в других подобных местах.
Макросоты имеют дальность действия в десятки километров, и их необходимо устанавливать на высоте, откуда они имеют (в основном) хороший обзор обслуживаемой территории. Эти соты требуют выделенных площадок с адекватным электроснабжением, и обычно оператор платит арендную плату за эти площадки. Макросоты формируют основной слой сотового покрытия в географической области.
Микросоты — это разновидность малых сот, представляющих собой маломощные базовые станции сотовой связи. Это самые большие из малых ячеек с радиусом действия до 2 километров. Микросоты могут увеличить пропускную способность и покрытие существующей мобильной сети наряду с макросотами, пикосотами и фемтосотами. Благодаря площади, которую они могут покрывать, микросоты могут быть хорошим решением для таких областей, как крупные вокзалы, и удовлетворять временные потребности в пропускной способности для любых спортивных мероприятий, концертов и т. д.
Macrocell — это сота, которая обеспечивает первичное сотовое покрытие
Макросоты — это соты, отвечающие за обеспечение основного сотового покрытия, и используются в географических районах, где основной проблемой является покрытие сети, а не емкость.
Когда мобильный оператор обслуживает территорию с низкой плотностью населения, ему требуется меньше сот на квадратный километр.
Макросоты идеально подходят для сельских и малонаселенных районов, таких как отдаленные деревни и города, которые могут иметь большую территорию, но численность населения невелика. Макросоты обладают высокой мощностью передачи и приема, что дает им большую дальность действия для обеспечения основного сетевого покрытия в обширных географических районах.
Макросоты больше подходят для обслуживания сельских районов, где нагрузка на мобильную сеть не так высока, как в густонаселенных городах. Макросоты устанавливаются, эксплуатируются, контролируются и управляются оператором мобильной связи и используют лицензированный частотный спектр. Несколько макроячеек могут исходить от одной и той же базовой станции сотовой связи.
Какие ячейки используются для густонаселенных районов?
Операторы мобильной связи используют более мелкие, более целевые соты для улучшения пропускной способности сети и покрытия в густонаселенных районах, где больше людей на квадратный километр пытается получить доступ к сети.
Малые соты, включая микросоты, пикосоты и фемтосоты, являются продолжением первичной сотовой сети.
В густонаселенных районах, таких как центр Лондона, с тысячами людей на квадратный километр, существует огромный спрос на мобильную сеть, чтобы гарантировать, что каждый может получить доступ к сети, получить достаточную пропускную способность/скорость передачи данных и не иметь покрытия. пробелы. В городских районах многие пользователи пытаются получить доступ к сети одновременно для голосовых вызовов, просмотра веб-страниц, потокового видео и т. д., что увеличивает потребность в пропускной способности сети.
Городские районы также имеют проблемы с покрытием из-за слишком большого количества препятствий, таких как большие здания, кирпичные стены, лифты, станции метро, помехи от сигналов WiFi/WLAN и отражающие поверхности, и это лишь некоторые из них. В этих густонаселенных районах оператор мобильной связи может использовать меньшие, более целевые соты, например.
микросоты и пикосоты, чтобы восполнить пробелы в покрытии и пропускной способности.
Микроячейки являются продолжением первичной сотовой сети, состоящей из макроячеек. Микросоты контролируются и управляются самими операторами мобильной связи. Ключевые аспекты развертывания микроячеек включают возможность подключения к базовой сети мобильной связи, частотный спектр и источник питания.
Вы можете загрузить нашу презентацию, в которой представлены различные типы ячеек.
Фемто-, пико-, микро- и макроячейкиВот несколько полезных загрузок
Спасибо, что прочитали этот пост. Я надеюсь, что это помогло вам лучше понять сотовые сети. Иногда нам нужна дополнительная поддержка, особенно при подготовке к новой работе, изучению новой темы или покупке нового телефона. Чем бы вы ни занимались, вот несколько загрузок, которые могут вам помочь:
Студенты и выпускники : Если вы только начинаете, сложность индустрии сотовой связи может быть немного ошеломляющей.
Но не волнуйтесь, я создал эту БЕСПЛАТНУЮ электронную книгу, чтобы вы могли ознакомиться с основами, такими как 3G, 4G и т. д. В качестве следующего шага ознакомьтесь с последним изданием той же электронной книги с более подробной информацией о сетях 4G и 5G со схемами. . Затем вы можете прочитать Mobile Networks Made Easy, в которой объясняются сетевые узлы, например, BTS, MSC, GGSN и т. д.
Профессионалы: Если вы опытный профессионал, но новичок в мобильной связи, вам может показаться сложным конкурировать с кем-то, кто имеет десятилетний опыт работы в сотовой отрасли. Но не все, кто работает в этой отрасли, всегда в курсе общей картины и проблем, учитывая, как быстро развивается отрасль. Более широкая картина приходит из опыта, поэтому я тщательно собрал несколько слайдов, чтобы вы могли быстро приступить к работе. Поэтому, если вы работаете в сфере продаж, маркетинга, продуктов, проектов или в любой другой сфере бизнеса, где вам требуется общее представление, «Введение в мобильные коммуникации» может помочь вам быстро начать работу.
Кроме того, вот несколько шаблонов, которые помогут вам подготовить собственные слайды с обзором продукта и дорожной картой продукта.
Сотовая связь | Изучайте науку в Scitable
Изучение клеточной коммуникации сосредоточено на том, как клетка передает и получает сообщения с окружающей средой и самой собой. Действительно, клетки не живут изолированно. Их выживание зависит от получения и обработки информации из внешней среды, независимо от того, относится ли эта информация к наличию питательных веществ, изменениям температуры или уровням освещенности. Клетки также могут напрямую общаться друг с другом — и в ответ изменять свою внутреннюю работу — с помощью различных химических и механических сигналов. В многоклеточных организмах клеточная передача сигналов допускает специализацию групп клеток. Затем несколько типов клеток могут соединяться вместе, образуя ткани, такие как мышцы, кровь и ткань мозга. В одноклеточных организмах передача сигналов позволяет популяциям клеток координировать свои действия друг с другом и работать как команда для выполнения задач, которые ни одна клетка не может выполнить самостоятельно.
Изучение передачи сигналов клетками затрагивает несколько биологических дисциплин, таких как биология развития, нейробиология и эндокринология. Следовательно, актуальность клеточной коммуникации довольно велика, но основные области фундаментальных исследований часто делятся между изучением сигналов на клеточной мембране и изучением сигналов внутри и между внутриклеточными компартментами. Мембранная передача сигналов включает белки, сформированные в виде рецепторов, встроенных в клеточную мембрану, которые биофизически связывают триггеры во внешней среде с текущей динамической химией внутри клетки. Передача сигналов на мембране также включает ионные каналы, которые обеспечивают прямое прохождение молекул между внешними и внутренними компартментами клетки. Ученые спрашивают: какова структура рецептора, которая позволяет ему реагировать на внешний сигнал (например, на лиганд или даже на механическую силу)? Другие спрашивают: как после срабатывания сигнал обрабатывается внутри клетки?
Клетки развили множество сигнальных механизмов для передачи важной биологической информации.
Некоторыми примерами этого разнообразия являются рецепторы, которые позволяют ионным потокам течь в ответ на фотоны, что эффективно переводит свет в химические мессенджеры внутри колбочек и палочек сетчатки; факторы роста, которые взаимодействуют с клеточной мембраной и могут запускать рецепторы, сильно влияющие на структуру хроматина и модуляцию экспрессии генов; метаболиты в крови, которые могут активировать клеточные рецепторы, вызывая высвобождение гормона, необходимого для регуляции уровня глюкозы; рецепторы адгезии, которые могут передавать силы, создаваемые напряжением, которые заставляют клетку оставаться на месте или изменять направление движения; и рецепторы, регулируемые развитием, которые могут строго направлять путь мигрирующей клетки, в конечном итоге контролируя, как весь организм связан вместе.
Как ученые изучают такую сложную сеть взаимодействий на стыке химии, физики и биологии? Один метод является редукционистским, при котором клетки выделяют и культивируют in vitro, чтобы можно было тщательно протестировать специфические сигналы с помощью химических веществ и измерить клеточные реакции.
Несмотря на технические достижения, глобальное понимание передачи сигнала, его внутренних иерархий, а также его высоко интегрированной и чрезвычайно динамичной природы остается в значительной степени загадочным. Потенциальный прорыв в этой области произошел недавно, когда ученые поняли, что существуют поразительные аналогии между сигнальными сетями в биологических системах и электронными схемами; оба они включают иерархии, переключатели, модульность, избыточность и наличие мощных механизмов обратной связи. Такая реализация дала толчок развитию области вычислительной биологии применительно к клеточной передаче сигналов. Сегодня изучение передачи клеточных сигналов не ограничивается биологами; благодаря вкладу инженеров и биофизиков ученые теперь могут создавать вычислительные алгоритмы, которые моделируют структуру сигнальной сети на основе биологических измерений, и эти модели можно использовать для прогнозирования результатов в физически невозможных экспериментальных условиях.
