Как работает сотовая связь и какие технологии для этого нужны
https://ria.ru/20220921/svyaz-1812068870.html
Как работает сотовая связь и какие технологии для этого нужны
Как работает сотовая связь и какие технологии для этого нужны — РИА Новости, 21.09.2022
Как работает сотовая связь и какие технологии для этого нужны
Мобильная связь стала критически важным сервисом для каждого из нас, наравне с электричеством или водой. Как работает базовая станция, почему связь сотовая и… РИА Новости, 21.09.2022
2022-09-21T11:00
2022-09-21T11:00
2022-09-21T11:00
россия
технологии
билайн
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e6/08/1f/1813422200_0:110:2100:1291_1920x0_80_0_0_8177d8eca7ebed9ba9d0404bebf6ae78.jpg
МОСКВА, 21 сен — РИА Новости, Кирилл Каримов. Мобильная связь стала критически важным сервисом для каждого из нас, наравне с электричеством или водой.
Как работает базовая станция, почему связь сотовая и чем отличаются ее поколения — в материале РИА Новости.Почему сотоваяВопрос, почему мобильную связь часто называют сотовой, банальный, но достаточно важный для понимания принципов ее работы. Зона покрытия сотовой связи оператором дробится на ячейки. В центре каждой находится базовая станция (БС), а иногда и несколько.Но ведь речь идет о радиусе, причем здесь соты? Да, на идеально ровной поверхности, где нет физических препятствий, зона покрытия базовой станции представляет собой круг. В реальности базовая станция, как правило, имеет 3 антенны, каждая из которых покрывает угол в 120 градусов. Чтобы соседние БС вместе образовали единую сеть, зоны покрытия будут неизбежно перекрываться. Тогда-то каждая ячейка выглядит, как шестигранник или сотой.Для построения сот операторы связи используют радиопланирование — специалисты рассчитывают где, как и какую базовую станцию установить, учитывая уже существующее окружение. Современные базовые станции еще и «общаются» между собой — совсем необязательно, что ваш смартфон подключается к большой вышке, виднеющейся из окна квартиры, возможно, сигнал идет от миниатюрной фемтосоты, которую и рассмотреть неспециалисту трудно.
А что с мертвыми зонами — ведь каждый встречался с ними, когда сигнал внезапно прерывался даже посреди большого города? Именно для борьбы с этим неприятным явлением индустрия пошла на миниатюризацию станций и внедрение многочисленных ретрансляторов сигнала. Порой случаются помехи и перегрузы — секторы базовой ситуации способны обработать ограниченное количество голосовых звонков. С современным оборудованием (и переходом части пользователей в мессенджеры) проблема стоит не так остро, а ведь еще несколько лет назад ситуация, когда не дозвонился на Новый год с поздравлением, была привычной.Принцип работы сотовой связиСовременная мобильная связь отличается эшелонированием, а БС не просто так называются базовыми. Фактически, это основа мобильной связи, на которую завязано обслуживание абонентов оператора.»Сотовая связь сейчас состоит из нескольких сетевых слоев: ядро сети, транспортная сеть и RAN (Radio access network). Последнее связано с базовыми станциями, их контроллерами, приемо-передающими антеннами.
Современная базовая станция универсальна, чего не было раньше. Она, как правило, содержит в себе поддержку трех поколений — 2G, 3G и LTE. Но на сетях еще есть какое-то количество базовых станций, например, только с 2G-радиомодулями», — говорит директор по стратегии и долгосрочному планированию развития сети билайн Владимир Валькович.Всякая базовая станция работает на определенном частотном диапазоне — от него зависит радиус действия вокруг БС. И чем ниже частота, тем он больше: за городом LTE в нижних диапазонах может «бить» на почти 20 км. В городе, где много препятствий, а частоты буквально «друг на друге», базовая станция часто покрывает до нескольких сотен метров. В особенности это касается высокочастотной мобильной сети пятого поколения.Смартфон (или другой гаджет, работающий с мобильной сетью) связывается с базовой станцией, отправляя ей «международный идентификатор мобильного абонента» — IMSI. Это 15 цифр, в которых зашифрованы код страны, код сети и конкретная SIM-карта в сети мобильной связи.
Именно поэтому IMSI уникален и в отличие от вашего номера телефона, не может быть перенесен на другую симку.И да, хоть телефон без сим-карты и не регистрируется в сети, но устанавливать связь с базовой станцией способен — благодаря этому, например, можно совершать экстренные вызовы.Перемещаясь со своим смартфоном в пространстве, вы даже не заметите, как он подключается к разным БС. Правда, это зависит от зоны и качества покрытия — если в больших городах это происходит бесшовно, то в поездке на поезде процесс переподключения может занять гораздо больше времени.Поколения стандартов мобильной связиРазвитие сотовой связи идет с 70-х годов прошлого века, пройдя через несколько поколений стандартов — от аналогового 1G до перспективного 6G, развертывание которого ожидается в конце текущего десятилетия. Актуальны 2G, 3G, LTE и 5G. Причем устаревшие форматы пока не собираются на покой, ведь для них и сейчас работа находится.По данным билайн, до 20 процентов абонентов используют преимущественно 2G — это голосовые вызовы и SMS.
Следующий за ним 3G активно применяется умной техникой, а также в системе «ЭРА-Глонасс»: устройство вызова, расположенное в транспортном средстве, передает цифровые данные в голосовом канале в сетях второго и третьего поколения.»Любой оператор, в том числе и билайн, постоянно занят оптимизацией радиодиапазона — действующие частоты, например, 3G, передаются в использование новым LTE-станциям. Речи о полном отключении устаревающих стандартов мобильной связи не идет в ближайшие 1-2 года: они до сих пор востребованы, особенно в интернете вещей, однако идет постоянная оптимизация и перераспределение частот в пользу 4G/LTE», — подчеркивает Владимир Валькович.Пятое поколение мобильной связи или 5G было представлено в середине десятых, а уже к 2022 году по всему миру работают сотни тысяч таких БС. Главное отличие от предшественниц заключается в принципе широкополосной мобильной связи: скорость интернета равняется 1-2 Гбит/с, а экспериментальные сети разгоняли и до 5 Гбит/с. Для справки — хороший проводной интернет по оптоволоконной линии выдает 1 Гбит/с.
Развитие сетей пятого поколения в России продолжается, хотя темпы и не такие быстрые, как это было с LTE — регуляторы и государство пока окончательно не определились, какие частоты достанутся операторам для работы. Но «большая четверка» активно готовится к внедрению 5G: так, большая часть сети билайн готова к модернизации до следующего поколения, то есть это 5G-ready.В билайн внедряется технология 5G в частных мобильных сетях для обеспечения работы предприятий, пром. площадок и технопарков. Крупные пользователи используют ее не столько ради высокой скорости, но из-за низких задержек, чего LTE обеспечить не может. В отдельных сценариях использования, например, связи с беспилотным автомобилем или квадрокоптером, это критически важная характеристика.Перспективы сотовой связи в РоссииПомимо 5G, тестовые зоны для которого работают по всей России, мобильная связь имеет и другие векторы развития. Среди них, это поддержание стабильности качества связи.Покрытие мобильной связью территории России становится лучше каждый год, но операторам и государству есть еще над чем работать — например, над качеством сигнала вдоль федеральных трасс.
Ряд совместных программ уже дали свои плоды, например, именно государственно-частное партнерство помогло обеспечить мобильной связью поселки и села с населением более 1000 человек.Отдельный вопрос связан с телекоммуникационным оборудованием. Часть из него попало под санкционные ограничения — операторы оптимизируют пути поставок и ищут альтернативных производителей. Ожидается, что перспективные российские разработки, в частности базовые станции 4G и 5G, появятся на рынке до конца 2023 года. Потенциальный спрос на него огромен — только билайн в 2021 году развернул более 20 тысяч новых базовых станций.В билайн создали запас оборудования с учетом уже запланированной программы модернизации на 2022-23 годы. Чтобы абоненты не столкнулись с падением качества связи, оператор повышает эффективность использования уже существующей техники — анализ больших данных помогает решать, где сейчас требуется более мощные БС, а куда можно установить менее производительное оборудование без потери качества связи.
https://ria.ru/20220915/telefon-1813459673.html
https://ria.ru/20220831/razrabotka-1813259150.html
россия
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2022
Артем Смирнов
Артем Смирнов
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e6/08/1f/1813422200_117:0:1984:1400_1920x0_80_0_0_504f3962853ad05df9d3119e583e83ec.jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.
7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Артем Смирнов
россия, технологии, билайн
Россия, Технологии, Билайн
МОСКВА, 21 сен — РИА Новости, Кирилл Каримов. Мобильная связь стала критически важным сервисом для каждого из нас, наравне с электричеством или водой. Как работает базовая станция, почему связь сотовая и чем отличаются ее поколения — в материале РИА Новости.
Почему сотовая
Вопрос, почему мобильную связь часто называют сотовой, банальный, но достаточно важный для понимания принципов ее работы. Зона покрытия сотовой связи оператором дробится на ячейки. В центре каждой находится базовая станция (БС), а иногда и несколько.
Мачта базовой станции
Но ведь речь идет о радиусе, причем здесь соты? Да, на идеально ровной поверхности, где нет физических препятствий, зона покрытия базовой станции представляет собой круг.
В реальности базовая станция, как правило, имеет 3 антенны, каждая из которых покрывает угол в 120 градусов. Чтобы соседние БС вместе образовали единую сеть, зоны покрытия будут неизбежно перекрываться. Тогда-то каждая ячейка выглядит, как шестигранник или сотой.
Для построения сот операторы связи используют радиопланирование — специалисты рассчитывают где, как и какую базовую станцию установить, учитывая уже существующее окружение. Современные базовые станции еще и «общаются» между собой — совсем необязательно, что ваш смартфон подключается к большой вышке, виднеющейся из окна квартиры, возможно, сигнал идет от миниатюрной фемтосоты, которую и рассмотреть неспециалисту трудно.
А что с мертвыми зонами — ведь каждый встречался с ними, когда сигнал внезапно прерывался даже посреди большого города? Именно для борьбы с этим неприятным явлением индустрия пошла на миниатюризацию станций и внедрение многочисленных ретрансляторов сигнала. Порой случаются помехи и перегрузы — секторы базовой ситуации способны обработать ограниченное количество голосовых звонков.
С современным оборудованием (и переходом части пользователей в мессенджеры) проблема стоит не так остро, а ведь еще несколько лет назад ситуация, когда не дозвонился на Новый год с поздравлением, была привычной.
15 сентября, 11:00
Эволюция телефона: от мечты о передаче голоса на расстояние до 5G
Принцип работы сотовой связи
Современная мобильная связь отличается эшелонированием, а БС не просто так называются базовыми. Фактически, это основа мобильной связи, на которую завязано обслуживание абонентов оператора.
«Сотовая связь сейчас состоит из нескольких сетевых слоев: ядро сети, транспортная сеть и RAN (Radio access network). Последнее связано с базовыми станциями, их контроллерами, приемо-передающими антеннами. Современная базовая станция универсальна, чего не было раньше. Она, как правило, содержит в себе поддержку трех поколений — 2G, 3G и LTE. Но на сетях еще есть какое-то количество базовых станций, например, только с 2G-радиомодулями», — говорит директор по стратегии и долгосрочному планированию развития сети билайн Владимир Валькович.
Всякая базовая станция работает на определенном частотном диапазоне — от него зависит радиус действия вокруг БС. И чем ниже частота, тем он больше: за городом LTE в нижних диапазонах может «бить» на почти 20 км. В городе, где много препятствий, а частоты буквально «друг на друге», базовая станция часто покрывает до нескольких сотен метров. В особенности это касается высокочастотной мобильной сети пятого поколения.
Смартфон (или другой гаджет, работающий с мобильной сетью) связывается с базовой станцией, отправляя ей «международный идентификатор мобильного абонента» — IMSI. Это 15 цифр, в которых зашифрованы код страны, код сети и конкретная SIM-карта в сети мобильной связи. Именно поэтому IMSI уникален и в отличие от вашего номера телефона, не может быть перенесен на другую симку.
И да, хоть телефон без сим-карты и не регистрируется в сети, но устанавливать связь с базовой станцией способен — благодаря этому, например, можно совершать экстренные вызовы.
Перемещаясь со своим смартфоном в пространстве, вы даже не заметите, как он подключается к разным БС.
Правда, это зависит от зоны и качества покрытия — если в больших городах это происходит бесшовно, то в поездке на поезде процесс переподключения может занять гораздо больше времени.
31 августа, 10:00
«Вымпелком» разработал систему «Маяк», прогнозирующую загрузку сети
Поколения стандартов мобильной связи
Развитие сотовой связи идет с 70-х годов прошлого века, пройдя через несколько поколений стандартов — от аналогового 1G до перспективного 6G, развертывание которого ожидается в конце текущего десятилетия. Актуальны 2G, 3G, LTE и 5G. Причем устаревшие форматы пока не собираются на покой, ведь для них и сейчас работа находится.
По данным билайн, до 20 процентов абонентов используют преимущественно 2G — это голосовые вызовы и SMS. Следующий за ним 3G активно применяется умной техникой, а также в системе «ЭРА-Глонасс»: устройство вызова, расположенное в транспортном средстве, передает цифровые данные в голосовом канале в сетях второго и третьего поколения.
«Любой оператор, в том числе и билайн, постоянно занят оптимизацией радиодиапазона — действующие частоты, например, 3G, передаются в использование новым LTE-станциям. Речи о полном отключении устаревающих стандартов мобильной связи не идет в ближайшие 1-2 года: они до сих пор востребованы, особенно в интернете вещей, однако идет постоянная оптимизация и перераспределение частот в пользу 4G/LTE», — подчеркивает Владимир Валькович.
Пятое поколение мобильной связи или 5G было представлено в середине десятых, а уже к 2022 году по всему миру работают сотни тысяч таких БС. Главное отличие от предшественниц заключается в принципе широкополосной мобильной связи: скорость интернета равняется 1-2 Гбит/с, а экспериментальные сети разгоняли и до 5 Гбит/с. Для справки — хороший проводной интернет по оптоволоконной линии выдает 1 Гбит/с.
© Flickr / smithВышка сотовой связи
© Flickr / smith
Вышка сотовой связи
Развитие сетей пятого поколения в России продолжается, хотя темпы и не такие быстрые, как это было с LTE — регуляторы и государство пока окончательно не определились, какие частоты достанутся операторам для работы.
Но «большая четверка» активно готовится к внедрению 5G: так, большая часть сети билайн готова к модернизации до следующего поколения, то есть это 5G-ready.
Вышка мобильной связи в стандарте LTE
В билайн внедряется технология 5G в частных мобильных сетях для обеспечения работы предприятий, пром. площадок и технопарков. Крупные пользователи используют ее не столько ради высокой скорости, но из-за низких задержек, чего LTE обеспечить не может. В отдельных сценариях использования, например, связи с беспилотным автомобилем или квадрокоптером, это критически важная характеристика.
Перспективы сотовой связи в России
Помимо 5G, тестовые зоны для которого работают по всей России, мобильная связь имеет и другие векторы развития. Среди них, это поддержание стабильности качества связи.
Покрытие мобильной связью территории России становится лучше каждый год, но операторам и государству есть еще над чем работать — например, над качеством сигнала вдоль федеральных трасс.
Ряд совместных программ уже дали свои плоды, например, именно государственно-частное партнерство помогло обеспечить мобильной связью поселки и села с населением более 1000 человек.
Отдельный вопрос связан с телекоммуникационным оборудованием. Часть из него попало под санкционные ограничения — операторы оптимизируют пути поставок и ищут альтернативных производителей. Ожидается, что перспективные российские разработки, в частности базовые станции 4G и 5G, появятся на рынке до конца 2023 года. Потенциальный спрос на него огромен — только билайн в 2021 году развернул более 20 тысяч новых базовых станций.
В билайн создали запас оборудования с учетом уже запланированной программы модернизации на 2022-23 годы. Чтобы абоненты не столкнулись с падением качества связи, оператор повышает эффективность использования уже существующей техники — анализ больших данных помогает решать, где сейчас требуется более мощные БС, а куда можно установить менее производительное оборудование без потери качества связи.
Как работают сети мобильных операторов?
Почти каждый в нашей стране пользуется мобильной связью, но мало кто задумывается, как она работает. Лучший способ внести немного ясности – увидеть работающий объект. Для этого мы отправились на базовую станцию «Интертелекома», и после необычной экскурсии можем рассказать не только о самой базовой станции (БС), но и о проблемах, с которыми сталкиваются операторы при постройке и эксплуатации сетей.
Для простоты описания, инфраструктуру любого оператора можно разделить на две части: сеть радиодоступа и опорную сеть. Сеть радиодоступа – это в первую очередь базовые станции, которые создают покрытие, а опорная сеть – узлы, соединяющие БС и обеспечивающие остальную работу. В момент совершения звонка телефон связывается со станцией. Та обращается к контроллеру, к которому подсоединены несколько базовых, а контроллер – к коммутатору. Система знает, в зоне действия какой БС находится вызываемый абонент и процесс повторяется в обратном порядке.
Если абонент пользуется услугами другого оператора, коммутатор связывается с чужим оборудованием.
Курс
WOMEN IN LEADERSHIP
Дізнайтеся, як утримувати work-life-баланс, від топменеджерки з досвідом в NPR, Microsoft, IBM та Amazon Alexa.
РЕЄСТРУЙТЕСЯ!
Зміст
- 1 Базовая станция
- 2 Обслуживание, внештатные ситуации
- 3 Развитие сети
Базовая станция
Базовая станция (сайт – на профессиональном сленге) сложный комплекс из антенн, аппаратного оборудования и подсистемы питания. Из перечисленного, абонент видит разве что антенны, а остальное скрыто от глаз в отдельной железной коробке под вышкой или комнате на чердаке.
Оборудование БС, на которой мы побывали, собрано в маленькой комнате размерами 2 на 2 метра – места в ней немного, но и тесной не назовешь. Часть компонентов сильно греется, поэтому в обязательном порядке в помещении устанавливается кондиционер.
Справа на стене – электрический щиток со счетчиком и автоматами.
В центре стоит шкаф средних размеров с оборудованием, которое отвечает за связь. К нему подключены толстые фидерные кабели, которые идут к антеннам на крыше. По ним сигнал передается на усилители.
Во время работы усилитель сильно нагревается. Холодный воздух проходит каких-то 50 см, а выходит ощутимо теплым.
Существуют усилители, предназначенные для установки на улице, они охлаждаются естественным образом.
Большой шкаф слева – это подсистема питания и система мониторинга. Первая заряжает аккумуляторы и преобразовывает переменный ток в постоянный (48 В), необходимый оборудованию базовой станции. Набор из восьми аккумуляторов (12 В, 200 А), который виден на фото, может обеспечить работу базовой станции на протяжении примерно 10 часов.
Если электроэнергия пропала на больший период времени, к щитку подключается дизельный электрогенератор. При любом сценарии у абонентов должна остаться связь, уверены в «Интертелекоме».
Система мониторинга постоянно собирает данные о состоянии оборудования и передает их в центр управления оператора.
Для связи с сетью к базовой станции подводится оптоволокно. Если сделать это затруднительно или дорого, то станция связывается с соседними через релейную систему. Небольшая круглая антенна на вышке – приемо-передающая часть.
Диаграмма направленности такой антенны – пара градусов, поэтому она устанавливается с высокой точностью. Любопытно, что передача данных идет на частоте порядка 11 ГГц – это позволяет «Интертелекому» обеспечивать канал передачи в сотни мегабит в любых погодных условиях.
На крыше здания стоит мачта с тремя панельными антеннами, создающими покрытие сети – стандартное решение, обеспечивающие качественное покрытие. Ширина диаграммы направленности каждой из них – 60 градусов (оптимально для городских условий).
Для базовых станций стандарта CDMA обязательно наличие GPS, он нужен для реализации handover – «перебрасывания» абонента с одной базовой на другую без прерывания звонка.
Монтаж вышек происходит с соблюдением множества правил. Перед заводом в помещение обязательна «антикапля» — изгиб фидерных кабелей направлен вниз, поэтому вода стекает и не попадает внутрь комнаты. Через каждые 15 метров на антенных кабелях установлено заземление.
Обслуживание, внештатные ситуации
Сайт требует периодического обслуживания. Обычная проверка может включать снятие показаний счетчиков и тест подсистемы питания. В аварийных ситуациях инженеры «Интертелекома» не действуют «в слепую». Благодаря системе мониторинга они заранее имеют информацию о возможных неисправностях. Если сломался какой-то элемент базовой станции, его можно заменить «на горячую», потому что конструкция современных БС является модульной.
Все сделано с расчетом на то, чтобы даже в нештатных ситуациях у абонента оставалась связь.
Часть управляющих плат чувствительна к статическому электричеству, поэтому обслуживающий «шкаф» инженер обязательно надевает браслет, который снимает статику с тела. Любопытно, что покупка оборудования – только часть затрат операторов, периодически они платят за лицензионное ПО, установленное на нем.
Срабатывание сигнализации требует выезда на место службы безопасности. Воров обычно интересуют аккумуляторы и кондиционеры – их легче продать, а дорогостоящее оборудование сбыть тяжело, поэтому его не трогают.
Развитие сети
Месторасположение базовой станции определяет отдел планирования развития сети оператора. С помощью моделирования специалисты рассчитывают, где установить базовую станцию для оптимального покрытия, какие у нее будут характеристики. Практика вносит коррективы – не всегда получается найти подходящее здание, важна и стоимость аренды.
Работа вышек контролируется в центрах управления сетью. «Интертелеком», благодаря меньшему числу БС, обходится одним таким центром, расположенным в Одессе. У GSM-операторов несколько центров управления, отвечающих за отдельные регионы.
Редакция выражает благодарность компании «Интертелеком» за помощь в подготовке материала.
Как работает ваш мобильный телефон?
29 ноября 2019 г.
Для большинства из нас мобильный телефон является частью нашей жизни, но я уверен, что ваши любопытные умы всегда поражались такими вопросами, как мобильный телефон звонит и почему существуют разные поколения мобильных телефонов. коммуникации. Давайте рассмотрим технологию, лежащую в основе мобильной связи.
Рация и мобильный телефон
Чтобы понять сложность сотового телефона, давайте сравним его с рацией.
Рации наполовину
дуплексные устройства, которые означают, когда общаются 2 человека; использовать ту же частоту. Таким образом, только один человек может говорить в
время. Принимая во внимание, что мобильный телефон является полнодуплексным устройством, что означает, что вы можете использовать одну частоту для разговора, а вторую
частота для прослушивания. Таким образом, оба человека могут говорить по вызову одновременно.
Как ваш голос преобразуется в электромагнитные сигналы?
Когда вы говорите по телефону, ваш голос улавливается микрофоном телефона. Микрофон превращает ваш голос
в цифровой сигнал с помощью МЭМС-датчика и ИС (рис. 1А). Цифровой сигнал содержит ваш голос в
в виде 0 и 1. Антенна внутри телефона принимает эти 0 и 1 и передает их в виде
электромагнитные волны (рис. 1B). Электромагнитные волны передают 0 и 1, изменяя волновые характеристики.
такие как амплитуда, частота, фаза или их комбинации. Например, в случае частоты 0 и 1
передаются с использованием низких и высоких частот соответственно.
Рис. 1A. Микрофон внутри телефона превращает голос в цифровой сигнал.
Рис. 1B Антенна внутри телефона принимает цифровые сигналы от микрофона
и передает их.
в виде электромагнитных волн
Итак, если бы вы нашли способ передать эти электромагнитные волны на телефон вашего друга, вы бы смогли установить вызов, однако электромагнитные волны не способны распространяться на большие расстояния. Они теряют прочность из-за наличия физических объектов, электрического оборудования и некоторых факторов окружающей среды, как показано на Рис:2.
наличию физических объектов, электрического оборудования и некоторых факторов окружающей среды
На самом деле, если бы не было таких проблем, даже тогда электромагнитные волны не распространялись бы вечно из-за
изогнутая структура Земли (рис.
3). Чтобы преодолеть эти проблемы, были введены вышки сотовой связи с использованием концепции
сотовая технология.
Концепция сотовой технологии
В сотовой технологии географическая область делится на шестиугольные ячейки (рис.4). Шестиугольная форма ячейки
идеально подходит для квадратной или треугольной формы ячеек в клеточной архитектуре, потому что она покрывает всю площадь без
перекрываются, что означает, что они могут охватывать весь географический регион без каких-либо пробелов. Каждая клетка имеет
имея собственную башню и частотный слот. Это башня, мощность сигнала которой отображается на экране телефона.
Как правило, эти вышки сотовой связи соединяются проводами или, точнее, оптоволоконными кабелями. Эти
волоконно-оптические кабели прокладываются под землей или в океане для обеспечения связи на национальном или международном уровнях.
Как ваши электромагнитные сигналы доходят до вашего друга?
Электромагнитные волны, создаваемые вашим телефоном, улавливаются вышкой в вашей соте (рис. 5А) и преобразуются в их в высокочастотные световые импульсы (рис. 5B). Эти световые импульсы передаются в базовый блок приемопередатчика, расположенный у основания башни, для дальнейшей обработки сигнала. После обработки ваш голосовой сигнал маршрутизируется к башне назначения (рис. 5C). Получив импульсы, башня назначения излучает их наружу, в в виде электромагнитных волн, и телефон вашего друга получает сигнал. Этот сигнал проходит обратный процесс, и ваш друг слышит ваш голос (рис. 5D). Так что это правда, что мобильная связь не полностью беспроводной, они также используют проводную среду.
Рис. 5A. Электромагнитные волны, создаваемые вашим телефоном, улавливаются вышкой в вашем мобильном телефоне.
Рис. 5B На вышке сотовой связи электромагнитные волны преобразуются в световые импульсы и наоборот.
Рис. 5C. Световые импульсы передаются к башне назначения
по натянутому оптическому волокну.
под землей или под водой
Рис. 5D. Динамик внутри телефона преобразует электромагнитный сигнал в голос 9.0005
Как ваша вышка определяет, на какую вышку должен передаваться ваш электромагнитный сигнал?
Так осуществляется мобильная связь, однако есть большой вопрос, который мы намеренно оставили без ответа. Мобильная связь успешна только тогда, когда ваша вышка передает сигнал на вышку вашего друга, но как ваша вышка узнает, в какой области сотовой вышки находится ваш друг? Ну для этого процесса сотовая вышка получает помощь от так называемого центра коммутации мобильных устройств. MSC является центральным управлением для группы сотовых башни и база данных (рис. 6).
Рис:6 MSC является центральной точкой группы вышек сотовой связиЦентр коммутации мобильной связи: домашний MSC и иностранный MSC
Прежде чем двигаться дальше, давайте поясним больше информации о MSC.
При покупке SIM-карты все
информация о подписке регистрируется в указанном MSC. Этот MSC будет вашим домашним MSC. Домашние магазины МСК
такую информацию, как тарифные планы, ваше текущее местоположение и статус вашей активности. Если вы выходите за пределы диапазона
вместо вашего домашнего MSC новый MSC, который обслуживает вас вместо него, известен как иностранный MSC. При входе в иностранный MSC
регион, он связывается с вашим домашним MSC (рис. 7). Короче говоря, ваш домашний MSC всегда знает, в каком районе MSC вы находитесь.
в. В зарубежных MSC ваш телефон временно зарегистрирован, чтобы вы могли принимать и совершать звонки из-за пределов
домашний район МСК.
Процедура обновления местоположения
Чтобы понять, в какой ячейке находится абонент в зоне MSC, MSC использует несколько методов.
1. Одним из способов является обновление местоположения абонента через определенный период времени.
2. Когда телефон пересекает заданное количество вышек, снова выполняется обновление местоположения.
3. Последний из них, когда телефон включен.
Благодаря процедуре обновления местоположения MSC может легко определить местонахождение телефона во время запроса на вызов.
Как MSC помогает звонить?
Попробуем разобраться во всех этих процедурах на примере. Предположим, Эмма хочет позвонить Джону. Когда Эмма набирает
Джона, запрос на вызов поступает в домашний MSC Эммы, как показано на рис. 8А. Получив номер Джона,
запрос будет направлен на домашний MSC Джона, теперь MSC Джона проверяет его текущий MSC. Если Джон в своем доме
MSC, запрос на вызов будет немедленно отправлен в его текущую ячейку. Сотовая вышка текущей ячейки
транслировать номер Джона, чтобы проверить, занят ли Джон другим вызовом или выключен ли его мобильный телефон. Если
все положительно, телефон Джона получает это сообщение и отвечает на свою сотовую вышку, идентифицируя себя.
После идентификации телефон Джона звонит, и вызов будет соединен. При соединении оба MSC инструктируют
соответствующих вышек сотовой связи, чтобы перевести вызов на их неиспользуемую частоту (рис. 8B). Весь этот процесс занимает менее 3
сек.
Рис. 8A. Когда Эмма набирает номер Джона, запрос на вызов поступает на домашний номер Эммы MSC
.
Рис. 8B. Получив номер Джона, домашний MSC
Эммы перенаправляет этот запрос на домашний MSC Джона.
Однако, если Джон не находится в своем домашнем MSC, домашний MSC Джона просто перенаправляет запрос вызова на иностранный MSC. иностранный MSC будет следовать ранее объясненной процедуре, чтобы найти телефон Джона, а затем установит звонок (рис. 9).
Рис. 9 Если Джона нет в своем домашнем MSC, домашний MSC Джона просто перенаправляет запрос вызова на внешний MSCКак сотовые технологии решают кризис частотного спектра?
Теперь давайте обсудим, почему частотный спектр так важен для мобильной связи.
Для передачи 0s
и 1с в цифровой связи каждому абоненту выделяется частотный диапазон. Однако частотный спектр
доступная для сотовой связи весьма ограничена и насчитывает миллиарды абонентов. Эта проблема решена
с помощью 2-х технологий.
1. Распределение частотных слотов или повторное использование частот:
При распределении частотных слотов разные частотные слоты тщательно распределяются между разными вышками сотовой связи.
(Фиг.10А). Преимущество этого распределения заключается в использовании одного и того же частотного интервала для разных вышек сотовой связи. Но
здесь есть загвоздка, соседние вышки сотовой связи не выделяют тот же частотный слот. Это делается для того, чтобы
чтобы ограничить прием телефоном сигналов соседних вышек сотовой связи. Итак, во время разговора, если вы двигаетесь
в соседнюю соту, вам выделяется частота, отличная от частоты соседней вышки сотовой связи, без сброса вызова.
Этот процесс известен как передача обслуживания или передача обслуживания.
Решение о распределении частот было принято MSC в 1G, тогда как
от 2G до сих пор это решение принимается самой мобильной связью.
2. Техника множественного доступа:
Еще одной проблемой является управление несколькими пользователями одновременно в пределах соты. Здесь частота вышек сотовой связи должна делиться между несколькими пользователями. Эта проблема решается с помощью одного из методов множественного доступа. в метод множественного доступа, этот частотный слот эффективно распределяется между всеми активными пользователями в соте области (рис. 10В).
Рис. 10A. В распределении интервалов частот доступный спектр
делится на частоту
слоты и выделены для нескольких вышек сотовой связи
Рис. 10B Метод множественного доступа разделяет выделенный интервал частоты
между несколькими пользователями на
одно и то же время внутри ячейки
Оценка поколений мобильных телефонов
Теперь большой вопрос, почему существуют разные поколения технологий мобильных телефонов?
От 1G к 4G в мире наблюдается резкий рост числа пользователей мобильных телефонов.
Основная помощь
Фактором этого увеличения стали значительные изменения скорости передачи данных, которые наблюдались с
внедрение каждого нового поколения.
1G : Внедрение сотовых сетей
1G изначально позволял пользователям впервые носить с собой телефон без подключенного к нему кабеля (рис. 11), но 1G
столкнулся с двумя серьезными проблемами. Первая проблема заключалась в том, что беспроводная передача была в аналоговом формате.
Аналоговые сигналы легко изменяются внешними источниками. Таким образом, это обеспечивало плохое качество передачи голоса и плохую безопасность.
Вторая проблема заключалась в том, что он использовал метод множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), в котором использовалась доступная
спектр неэффективным образом. В FDMA весь доступный спектр делится на частотные слоты. Каждый пользователь
выделяется уникальный частотный слот. Во время разговора ни один другой пользователь не мог использовать ту же частоту
слоты.
2G : Переход на цифровые технологии
Эти факторы проложили путь для второго поколения мобильной связи (Рис.12). 2G используется цифровой множественный технологии доступа, а именно множественный доступ с временным разделением (TDMA) или множественный доступ с кодовым разделением (CDMA) технологии. Система TDMA позволяет пользователю совместно использовать общий частотный спектр, но в разных временных интервалах. В CDMA каждый информацию пользователей, закодированную уникальным кодом, и передавать эти коды по общему частотному интервалу. Секунда поколение также представило революционную услугу передачи данных, SMS и просмотр Интернета.
Рис:12 Второе поколение было основано на цифровой технологии3G : Внедрение более высокой скорости передачи данных
Технология 3G была ориентирована на обеспечение более высокой скорости передачи данных (Рис:13). Он использовал множественный код с широким кодовым разделением.
технологии доступа (WCDMA) вместе с увеличением пропускной способности для достижения этой цели. Скорость 3G 2 Мбит/с позволила
передача данных для таких целей, как GPS, видео, голосовые вызовы и т. д. 3G стал огромным шагом в преобразовании
обычный телефон на смартфон.
4G : скорость передачи данных до 100 Мбит/с
Затем появился 4G со скоростью от 20 до 100 Мбит/с, он подходил для фильмов с высоким разрешением и
телевизор (рис. 14). Эта более высокая скорость стала возможной благодаря множественному доступу с ортогональным частотным разделением.
(OFDMA) и технология множественного ввода-вывода (MIMO). В OFDMA доступный диапазон делится на
большое количество меньших диапазонов, известных как поднесущие. Эти поднесущие математически ортогональны друг другу.
и каждый из них модулируется индивидуально. MIMO использует несколько приемопередающих антенн как внутри
мобильные телефоны и вышки.
5G: будет поддерживать Интернет вещей (IoT) использовать усовершенствованную технологию MIMO и миллиметровые волны. Он обеспечит беспрепятственное подключение для поддержки Интернета вещей, например беспилотных автомобилей. и «умные» дома (рис. 15).
Рис:15 Следующее поколение мобильной связи 5G, поддержка Интернета вещей (IoT)ОБ АВТОРЕ
PRERNA GUPTA
Аспирант в области управления и контрольно-измерительных приборов. В настоящее время она работает в Lesics Engineers Pvt.Ltd в качестве
Руководитель группы визуального образования. В сферу ее интересов входят телекоммуникации, полупроводниковые материалы и
устройства, Встроенные системы и дизайн. Prerna выполнила такие проекты, как MOSFET, волоконно-оптический кабель, маршрутизация,
Система GPS, модуляция, спутник, работа мобильного телефона, электромагнитное излучение и т.
д. Чтобы узнать больше
об авторе по этой ссылке
Как работает беспроводная связь. Вы когда-нибудь задумывались, как текст… | Дэвид Пфайффер | Science Journal
Задумывались ли вы, как текстовые сообщения, изображения и видео отправляются на ваш беспроводной телефон? Каждый день миллиарды устройств по всему миру подключаются и обмениваются данными со скоростью света. Это может выглядеть как магия, но на самом деле это просто мощная, невидимая и недооцененная сила, известная как электромагнетизм.
Электромагнетизм — одна из четырех фундаментальных сил в природе. Как следует из названия, это взаимодействие между электрическим и магнитным полями. Первоначально считалось, что электричество и магнетизм являются отдельными силами, но они были объединены, когда Джеймс Клерк Максвелл опубликовал свой «Трактат об электричестве и магнетизме» в 1873 году, показав, что оба явления могут быть объяснены одной силой. В этой статье мы исследуем, как эта сила используется во всех формах беспроводной связи.
Электромагнитные волны
Электромагнитная волна представляет собой возмущение в электромагнитном поле. Это поле существует везде, и возмущения в этом поле существуют вокруг присутствия электричества или магнетизма. Если электромагнитное поле подобно воде в озере, то электромагнитные волны подобны ряби на воде.
Как передаются волны
Электромагнитная волна возникает при возмущении электромагнитного поля. Подобные помехи могут быть созданы, когда вы делаете что-то простое, например, кратковременно прикасаетесь обоими концами провода к клеммам батареи. Это позволяет электрическому току течь по проводу, что, в свою очередь, создает слабую электромагнитную волну, которая распространяется наружу во всех направлениях. Волна, созданная в нашем примере, не будет распространяться далеко и не будет содержать никакой информации. Если бы его перехватил радиопередатчик, он бы звучал как помехи. Но этот пример иллюстрирует мощь и простоту радиотехнологий и готовит почву для нашей следующей темы.
Как волны несут информацию
В начале 20 века радиоволны передавали данные в виде азбуки Морзе. Этот процесс передачи информации был медленным и имел ограниченные возможности. Первая и Вторая мировые войны резко ускорили развитие современных радиоприемников, способствуя первому коммерческому радиовещанию в 1920-х годах.
Сегодня электромагнитные волны могут представлять и, следовательно, передавать практически любые мыслимые данные. Точно так же, как волны в озере движутся вверх и вниз, расширяясь наружу, электромагнитные волны делают то же самое. Обратите внимание, что эти виды волн напоминают синусоидальную функцию, как показано ниже.
Стандартная синусоидальная функция. Изображение Geek3 (собственная работа) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) или CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], через Wikimedia Commons Мы можем закодировать информацию в стандартную синусоидальную функцию, модулируя (или изменяя) некоторые свойства функции, такие как амплитуда или частота.
Отсюда мы получаем названия для AM- и FM-радио: AM-радио использует амплитудную модуляцию, а FM-радио использует частотную модуляцию. Каждая созданная волна распространяется в пространстве со скоростью света, чтобы в конечном итоге быть перехваченной электрическим проводником, подобным антенне, где исходная информация может быть получена путем декодирования модулированной функции.
Например, предположим, что вы хотите отправить двоичные цифры с помощью этого метода. Вы можете представить ноль, используя стандартную синусоиду, и представить единицу, используя синусоиду с вдвое большей амплитудой. Для каждого периода времени каждую волну можно интерпретировать либо как ноль, либо как единицу, что позволяет передавать двоичные данные со скоростью света с использованием стандартной радиотехнологии.
Для передачи электромагнитных волн можно использовать ограниченное количество частот, поэтому для определенных целей мы выделяем диапазоны частот, которые в совокупности составляют радиочастотный спектр.
Использование разных частот позволяет одновременно передавать несколько радиосигналов в одной и той же области и отличать их друг от друга. Когда вы посещаете радиостанцию 95.1 FM, например, вы настраиваетесь на радиостанцию, которая вещает на электромагнитной частоте 95 100 000 циклов в секунду. Слушая только эту частоту, ваше радио сможет отличить эту радиостанцию от других.
Отправка и получение информации
Для передачи информации между двумя устройствами с помощью радиоволн требуется передатчик и приемник. Передатчик принимает информацию, такую как аудио или видео, кодирует ее в синусоидальную функцию и передает эту функцию в эфир в виде электромагнитной волны. Приемник обнаруживает волну и декодирует данные. Антенны используются передатчиками для передачи волн, а также приемниками для их обнаружения.
Электромагнитные волны могут распространяться на расстояние от нескольких миль (для телевизионных передач) до миллионов километров (для передач в дальний космос) в зависимости от мощности передачи.
