Сотовая связь: что такое и как работает

Сегодня речь пойдет о том, как все же работает современная сотовая связь, а также об устройстве типовых базовых станций, использующихся повсеместно. Также будет обращено внимание на характерные особенности размещения такого оборудования, особенности их конструкции, диапазона работы. Отдельного внимания заслуживает и техническая составляющая, которая и обеспечивает работу сотовой связи внутри нашей страны, а также на территории иных государств.

Базовые сведения о станциях сотовой связи.

Вероятно, вы уже видели ранее, как именно выглядят базовые станции, которые нередко можно видеть на крышах высотных зданий. Такие антенны – это лишь отдельный элемент классической базовой станции, который применяется строго для передачи и приема сигнала между абонентами. Также в этой системе присутствует и специальный усилитель, которые уже транслирует сигнал к контроллеру БС, а также иным устройствам системы. Такие антенны являются самой заметной частью конструкции, а видеть их можно практически повсеместно. Например, на территории России они встречаются на крышах домов, устанавливаются на соответствующие мачты, а также встречаются и более оригинальные виды монтажа. В России антенны сотовой связи монтируют даже на столбах освещения, а вот в Египте их даже начали маскировать под пальмы.

Что касательно подключения станции к сети оператора, то зачастую используется радиорелейный тип связи. Именно по этой причине часто можно увидеть рядом с антенными блоками и соответствующую тарелку, которая и обеспечивает эту самую связь.

Если говорить о внедрении современных технологий, сети четвертого и пятого поколения, то в этом случае подключение оборудование осуществляется исключительно с помощью волоконной оптики. Например, сегодня именно оптоволокно является основной средой передачи данных, в том числе и между различными блоками базовой станции. В интернете не составит труда отыскать схематические рисунки, наглядно демонстрирующие работу оборудования и принцип передачи данных.

Например, оптоволокно дает возможность передавать данные от выносных управляемых модулей вплоть до самой базовой станции, делая это максимально быстро и качественно.

Также обратим внимание на то, что БС устанавливаются на территории нежилых помещениях, крепятся на их стены, могут использоваться также и контейнеры. Фиксация оборудования допускается и на специально установленных столбах. Примечательно, что современное оборудование отличается минимальными размерами, а именно по этой причине расширяется спектр его использования, а монтажные работы не вызывают осложнений. Радио-модуль в большинстве случаев размещается в непосредственной близости от антенного блока, поскольку это дает возможность минимизировать потери сигнала и использовать антенну на максимальной мощности. Также вы можете изучить фотографии, на которых показано, как именно монтируется подобное оборудование на мачтах.

Зона обслуживания базовых станций

Этот вопрос вряд ли получится рассмотреть поверхностно, поэтому предлагаем углубиться в тематику. Прежде всего, стоит учитывать существование различных типов базовых станций. Например, в данном случае речь идет про макро, микро, пико и фемтосоты, а все они кардинально различаются между собой.

• Фемтосота – не является базовой станцией, а позиционируется в качестве отдельной точки доступа. Изначально оборудование производится для домашнего или офисного применения, поэтому его владельцами становятся частники или же юридические лица, не имеющего непосредственного отношения к оператору связи и его деятельности. Немаловажное преимущество такого оборудования – это полностью автоматическая конфигурация. Оно само может оценить качестве сигнала сотовой связи, подключиться к необходимой сети. Также это оборудование отличается минимальными размерами, визуально похожа на классический роутер.

 

• Пикосота – это уже полноценная базовая станция, имеющая минимальную мощность. Данное оборудование неизменно принадлежит оператору и может применяться в качестве сети транспортного типа. Такое оборудование нередко монтируется там, где предусматривается локальная концентрация абонентов в последующем. Размеры устройства также невелики и вполне сопоставимы с обычным ноутбуком.

 

• Микросота является уже приближенным вариантом к классической БС, но также и это оборудование очень часто используется на практике. В качестве преимущества также можно отметить максимальную компактность оборудования и простоту его монтажа. Практически все современные операторы связи используют данные устройства в своей практике. Основные отличия от основной базовой станции заключаются в урезанной емкости абонентов, чья поддержка может осуществляться, а также меньшая мощность излучения сигнала. Весит такое оборудование в районе пятидесяти килограмм и может работать в радиусе до пяти километров. Рационально использовать это оборудование удается там, где необходимо иметь довольно высокую емкость и мощность сети при условии, что установить большую станцию по какой-то причине нет возможности.

 

• Макросота – базовая станция стандартного типа, на основе которой и построены все современные мобильные сети. Мощность такого оборудования составляет около пятидесяти Ватт, а радиус работы достигает отметки в сто километров на пике. Масса такого устройства составляет около трехсот килограмм. Что касательно зоны покрытия каждой такой станции, то она во многом зависит от высоты размещения устройства, используемых антенн, а также от рельефа местности. Каждое препятствие для прохождения сигнала будет негативно сказываться на качестве связи. Когда представители оператора монтируют подобное оборудование, далеко не всегда они в первую очередь акцентируют внимание на радиусе покрытия.

 

С течением времени может не хватить пропускной способности используемого оборудования, а в данном случае на дисплее смартфона будет отображаться соответствующий значок. В этом случае оператор имеет возможность на отдельном участке свести к минимуму радиус действия базовой станции и дополнительно установить оборудование в тех местах, где просматривается пиковая нагрузка. В каждой отдельной ситуации представители оператора связи вынуждены действовать в индивидуальном порядке.

В ситуациях, когда важно повысить емкость сети и при этом снизить нагрузку на разные базовые станции, приходится использовать микросоты. Если говорить о ситуации на территории мегаполисов, то такое оборудование зачастую обеспечивает покрытие в радиусе до пятисот метров, а поэтому их приходится использовать часто. Бывают и такие места, подключение которых требуется выполнить в локальном формате, обеспечив максимальное количество трафика. Например, это актуально для станций метро, центральных улиц.

Если предстоит решение таковой задачи, то необходимо использовать микросоты и пикосоты, а также дополнительные антенные блоки. Последние размещаются на низких зданиях, а также на осветительных столбах. Нередко нужно обеспечить максимально качественное покрытие на территории закрытых зданий, а в этом случае рациональнее всего использовать пикосотовые БС, обеспечивающие довольно высокую производительность. Если говорить про относительно открытую территорию вдали городов, то здесь уже требуется добиться максимальной дальности работы станции. Установка каждой БС – это существенные расходы для оператора, так как само по себе это оборудование имеет высокую стоимость. Монтажные работы – часть дополнительных расходов, как и ввод оборудования в эксплуатацию.

Важно понимать, что для обеспечения работоспособности БС вдали от городов приходится прокладывать дополнительные линии электропередач, а это еще одна статья существенных расходов. Зачастую приходится работать в довольно сложных климатических условиях.

Если необходимо максимально увеличить зону покрытия, то стоит монтировать БС на специальных мачтах с увеличенной высокой. Также практикуется использование секторных излучателей. Практика задействования низких частот тоже распространена, поскольку они в минимальной степени подвержены затуханию. Например, если станция работает в диапазоне 1800 МГц, то дальность ее действия не будет превышать отметку в 6-7 километров. Если же использовать диапазон в 900 МГц, то зона покрытия достигнет отметки в 32 километра. Как видите, разница ощутимая, поэтому данную методику не планируется списывать со счетов.

Как устроены антенны базовых станций?

Если анализировать современную методику обустройства сотовой связи, то можно заметить преимущественное использование панельных антенн секторного типа, которые имеют диаграмму направленности шириной в 120, 90, 60 и 30 градусов.  На практике приходится использовать от 3 (ширина ДН 120 градусов) до 6 (ширина ДН 60 градусов) антенных блоков, чтобы перекрыть все диаграммы направленности. На фото показано, как именно добиться равномерного покрытия сети.

Львиная доля современных антенн для БС являются широкополосными, поэтому появляется возможность их эксплуатации сразу в нескольких частотных диапазонах.

Также стоит отметить, что при организации сетей UMTS применяются прогрессивные станции, которые автоматически меняют площадь покрытия в зависимости от того, какая именно нагрузка приходится н сеть в данный момент времени. Угол наклона используемой антенны – это один из наиболее эффективных методов корректировки излучаемой мощности. Например, это дает возможность менять площадь облучения в сжатые сроки и с максимально возможной точностью. Также существуют и антенны с фиксированным углом наклона, оснащаются модулями, позволяющими дистанционно корректировать их положение, производя точную регулировку. Разработано соответствующее программное обеспечение, которое дает возможность настраивать работу БС удаленно. Наличие встроенных фазовращателей также является характерной особенностью оборудования, которое актуально в настоящее время. Популярными становятся решения, которые дают возможность изменять и зону обслуживания, однако в данный момент они только начинают активно использоваться операторами.

Примечательно, что появляется возможность корректировки зоны обслуживания всего спектра БС. Что касательно антенн и их технического устройства, то в них может использоваться механическое управление, а также электрическое для изменения диаграммы. Механический тип считается более простым в плане реализации, однако по итогу форма диаграммы оказывается существенно искаженной. Это вызван воздействием определенных конструктивных частей оборудования. В настоящее время все чаще можно встретить антенны для БС, которые оснащены системой корректировки угла наклона электрического типа. По сути – это небольшая группа излучающих элементом. Расстояние между ними выбирается так, чтобы удалось добиться минимального уровня боковых лепестков.

Если говорить о длине этого оборудования, то она может быть от 0.7 до 2.6 метров, а последний вариант применяется зачастую для многодиапазонных панелей. Что касательно коэффициента усиления, то в данном случае он может быть от 12 до 20 dBi, а на изображении продемонстрирована конструкция популярной антенной панели.

Надо признать, что данная конструкция на данный момент является устаревшей, однако продолжает до сих пор применятся операторами.

Немаловажное преимущество этого решения в том, что оно дает возможность создавать диаграмму с шириной базового лепестка в 65 и 90 градусов, что немаловажно. Примечательно, что в этом формате производятся до настоящего времени антенные блоки двухдиапазонного типа, однако они имеют довольно большие размеры, что и является их основным недостатком на данный момент.

Если говорить про трехдиапазонную панель того типа, то она будет иметь практически вдвое большие габаритные размеры по сравнению с аналогом, ориентированным на работу в двух диапазонах. Важно понимать, что такие конструктивные особенности создают существенные проблемы на этапе обслуживания оборудования и поддержания его работоспособности. Стоит отдельно поговорить также и про возможность изготовления альтернативных антенн, где излучатели выполнены в виде металлических пластин квадратной формы.

Также бывают антенные блоки, когда в виде излучателя применяются полуволновые магнитные вибраторы – это решение не является наиболее популярным, однако также используется современными операторами в некоторых случаях. Что касательно линии питания оборудования, а также щели и экран в данном случае производятся на печатной плате, которая является фольгированным с обеих сторон текстолитом. Важно также учитывать и тот факт, что последнее время популярность беспроводных технологий существенно возросла, а именно по этой причине операторы сотовой связи должны принять максимально мощное оборудование.

Стоит учитывать и тот факт, что все основные блоки управления БС, независимо от типа и поколения, могут быть помещены в рамках одного коммутационного шкафа небольшого размера. Если же говорить про антенные блоки, то здесь уже возникают проблемы, так как сделать их столь компактными на данный момент не представляется возможным. Примечательно, то в многодиапазонных антенных блоках количество соединительных линий может превышать отметку в сотню метров. Это очень большая длина кабеля, при том имеющего многочисленные паянные соединения.

Все это способствует появлению определенных потерь сигнала и в целом снижению усиления. Были разработаны определенные меры, позволяющие минимизировать элементы пайки и электрические потери. Например, уже удалось осуществить запитку антенны с помощью единой технологии печатного типа. Немаловажное преимущество данного решения – это предельная простота производства, а также одинаковость характеристик производимого антенного оборудования при серийном производстве.

Антенные модули многодиапазонного типа

По мере развития третьего, а также и четвертого поколения сотовой связи возникла необходимость модернизировать последовательно антенную часть БС. Также пришлось усовершенствовать и мобильные телефоны, которыми пользуются абоненты. Например, с недавних пор антенны стали работать в новых диапазонах, которые превышают отметку в 2.2 ГГц. Существует также немаловажное условие – антенны одновременно должны иметь возможность функционирования в разных диапазонах. Именно по этой причине в современных антеннах стали появляться весьма сложные электромеханические схемы. Только благодаря ним удается добиться желаемой работы оборудования, независимо от климатических условий и других факторов.

В качестве излучателей также могут применяться и дипольные антенны, однако в этом случае возникает необходимость установки отдельного диполя для того или иного волнового диапазона. Некоторые диполи имеют собственную линию питания, однако, это негативно сказывается на целостной системе питания, способствует повышению потребляемой энергии в процессе эксплуатации. Существуют антенны такого типа от нескольких зарубежных производителей, которые на данный момент эксплуатируются и на территории нашей страны.

Из этого следует, что диполи нижнего диапазона располагаются внутри диполей верхнего диапазона – это характерная особенность данного типа оборудования.

Если нужно осуществить работу оборудования в трех диапазонах или большем их количестве, рациональнее всего использовать печатные антенны многослойного типа. Примечательно, что в них каждый слой ориентирован на работу в рамках отдельного и небольшого диапазона частот. Заметим, что такие вот антенные блоки производятся из печатных антенн при использовании индивидуальных излучателей. Такие антенны принудительно настраиваются на те или иные частот диапазона лицами, которые обслуживают оборудование и вводят его в эксплуатацию. Что касательно конструкции такого оборудования, то изучить ее можно по рисунку, размещенному ниже. Как и в любой сложной конструкции такого типа, здесь между собой взаимодействует большое количество элементов, адаптированных под работу в том или ином диапазоне. Именно это взаимодействие и позволяет добиться максимальной согласованности всех используемых антенн. Такие антенные модули последнее время нередко используются при организации сотовой сети.

Примечательно, что специалисты признают в качестве наиболее эффективного метода – это изменение конструктивных параметров посредством изменения местоположения возбуждающего устройства. Размеры облучателя могут корректироваться, что также отразится на работе данного оборудования. Стоит принимать во внимание, что все беспроводные технологии нашего времени относятся к категории широкополосных, а ширина полосы может быть разной. Например, довольно широкой полосой обладают те антенны, которые работают по принципу взаимодополняющих элементов.

Существуют и антенны типа «Бабочка», работающие именно по таковому принципу. Характерная особенность оборудования заключается в том, что согласование оборудование с линией передачи производится посредством выбора точки возбуждения, настройки ее конфигурации.

Когда стоит задача в расширении полосы рабочих частот, приходится дополнять конструкцию дополнительным сопротивлением. Примечательно, что предварительно нужно произвести немалое количество довольно серьезных расчетов. Для этого используется специализированное программное обеспечение, применяющееся для моделирования сети и ее характерных особенностей. Например, современные ресурсы дают возможность проектировать антенны в полупроводниковых корпусах, независимо от наличия других элементов антенной системы. Суть заключается в возможности проведения довольно тонкого инженерного анализа с помощью этого самого программного обеспечения. Важно понимать, что работы по проектированию всегда производятся в несколько отдельных этапов. Изначально создается базовый прототип, который в последующем подвергается детальной доработке.

После этого несколько печатных антенн под разные диапазоны совмещают в единую конструкцию и тестируют на практике в рабочей среде. Если прослеживаются причины взаимного влияния, то их следует незамедлительно устранить. Примечательно, что последний из рассмотренных нами типов антенн может использоваться и в качестве основы для печатных антенн. Существуют разные варианты конфигураций, отличающихся характерными особенностями. Например, такие антенны могут иметь разную форму реактивного элемента, а именно он и применяется в данном случае с целью расширения полосы используемых диапазонов частот. В любом случае, каждый из отдельных слоев внутри таковой антенны будет ориентирован на определенный частотный спектр.

Из всего выше сказанного получается, что есть непосредственная зависимость от уровня частот и размера антенного модуля. Каждый слой печатных плат обязательно должен отделяться с помощью качественного диэлектрика. Каждый из слоев работает в рамках определенного частотного диапазона и не конфликтует со смежными. Именно для этого и должен применяться диэлектрик, однако также сказывается и программные анализы на начальной стадии производства. Немаловажное преимущество в том, что антенные блоки такого типа могут осуществлять прием и передачу сигнала без использования постороннего оборудования активного типа. Именно поэтому удается обеспечивать сравнительно небольшие размеры антенного блока, что упрощает его монтаж и обслуживание.

Вредны ли базовые станции?

Нередко такое оборудование можно видеть непосредственно на крышах жилых домов, а из-за этого многие жители этих самых домов переживают о собственном здоровье. Существует огромное количество мифов на эту тему, будто бы такое оборудование крайне негативно воздействует на человеческий организм. На самом же деле, никакого критического излучения люди в данном случае не получают, так как в направлении вниз такое оборудование попросту не может работать, а поэтому нет никаких причин для беспокойства.

Существуют также и строго определенные нормы допустимого излучения на территории страны, которые берутся во внимание на этапе монтажа такого оборудования. Также важно учитывать, что такое оборудование никогда не эксплуатируется в черте города на пике своей мощностью. Именно из-за этого можно говорить, что никакого вреда от БС не может быть, если только вы не планируете длительное время находиться на крыше вблизи такого оборудования. Чаще бывает так, что внутри квартир используются многочисленные точки доступа, микроволновые печи и другое оборудование, которые также в теории могут нести не меньшую опасность. На самом деле, никакого вреда от сотовых телефонов и базовых станций для человека нет, поэтому можно не переживать по этому поводу.

Функциональная схема cистемы сотовой связи

Система сотовой связи — это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие как по вариантам конфигурации, так и по набору выполняемых функций. В качестве примера сложности и гибкости системы укажем, что она может обеспечивать передачу как речи, так и других видов информации, в частности факсимильных сообщений и компьютерных данных. В части передачи речи, в свою очередь, может быть реализована обычная двусторонняя телефонная связь, многосторонняя теле­фонная связь (так называемая конференц-связь — с участием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта.

При организации обычного двустороннего телефонного разговора, начинающегося с вызова, возможны режимы автодозвона, ожида­ния вызова, переадресации вызова (условной или безусловной). Ограничимся пока перечисленным, а дополнительные примеры сформулированного выше тезиса мы будем встречать на протяже­нии всего раздела. Более подробное рассмотрение возможностей системы и видов услуг будет приведено позже. Акцентируя внимание на термине техническая, мы имеем в виду, что лю­бые принципиальные решения воплощаются в виде некоторой вполне конкретной технической реализации, которая может быть существенно различной не только для разных стандартов сотовой связи, но даже для одного и того же стандарта, но в исполнении разных фирм.

Приступая к изложению принципов построения и техничес­ких основ сотовой связи, мы оказываемся перед проблемой: в ка­ком ключе и с какой степенью подробности вести изложение? Од­на крайность — изложение голой идеи, без всякого намека на при­вязку к технике. В этом случае, очевидно, мы получаем книгу ми­нимального объема, но трудно читаемую и с сомнительной практи­ческой ценностью.

Другая крайность — изложение,с жесткой при­вязкой к технике и всеми подробностями различных вариантов ре­ализации. При этом, однако, книга будет восприниматься еще тя­желее — читатель просто утонет в дебрях технических деталей, не говоря уже об объеме, который окажется неприемлемо большим.

Мы выбираем нечто среднее, более близкое, пожалуй, к первому варианту. В частности, мы ограничиваемся:

• схематичным представлением структуры системы, лишь кратко упоминая о некоторых возможных модификациях;
• передачей информации речи при обычной двусторонней ра­диотелефонной связи, почти не затрагивая вопросов пере­дачи других видов информации;
• цифровыми системами сотовой связи с TDMA, уделяя анало­говым системам, а также цифровым системам с CDMA, ми­нимум места и внимания.

В качестве конкретных примеров мы обращаемся к стандар­там D-AMPS и GSM. В результате, как нам кажется, удается полу­чить приемлемый компромисс по степени подробности, доходчи­вости изложения, практической полезности и объему сайта.

Функциональная схема

Система сотовой связи строится в виде совокупности ячеек, или сот, покрывающих обслуживаемую территорию, например тер­риторию города с пригородами. Ячейки обычно схематически изо­бражают в виде равновеликих правильных шестиугольников (рис.2Л), что по сходству с пчелиными сотами и послужило пово­дом назвать систему сотовой. Ячеечная, или сотовая, структура системы непосредственно связана с принципом повторного ис­пользования частот — основным принципом сотовой системы, оп­ределяющим эффективное использование выделенного частотного диапазона и высокую емкость системы. Принцип повторного ис­пользования частот мы рассмотрим в позднее, а пока будем про­сто полагать ячеечную схему удобным вариантом иерархического построения системы, принимая на веру утверждение о его преиму­ществах. В центре каждой ячейки находится базовая станция, об­служивающая все подвижные станции (абонентские радиотеле­фонные аппараты) в пределах своей ячейки (рис 2.2). При переме­щении абонента из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания от одной базовой станции к другой.

Все базо­вые станции системы, в свою очередь, замыкаются на центр ком­мутации, с которого имеется выход во Взаимоувязанную сеть свя­зи (ВСС) России, в частности, если дело происходит в городе, — выход в обычную городскую сеть проводной телефонной связи. На рис 2.3 приведена функциональная схема, соответствующая опи­санной структуре системы.

Отметим теперь некоторые моменты, связанные с упрощен­ностью изложенного выше схематичного представления.

Прежде всего, в действительности ячейки никогда не быва­ют строгой геометрической формы. Реальные границы ячеек име­ют вид неправильных кривых, зависящих от условий распростране­ния и затухания радиоволн, т.е. от рельефа местности, характера и плотности растительности и застройки и тому подобных факторов. Более того, границы ячеек вообще не являются четко определен­ными, так как рубеж передачи обслуживания подвижной станции из одной ячейки в соседнюю может в некоторых пределах смещаться с изменением условий распространения радиоволн и в зависимости от направления движения подвижной станции.

Точно так же и положение базовой станции лишь приближенно совпадает с центром ячейки, который к тому же не так просто определить однозначно, если ячейка имеет неправильную форму. Если же на базовых станциях используются направленные (не изотропные в горизонтальной плоскости) антенны, то базовые станции фактически оказываются на границах ячеек.

Рис.2.3.Упрощенная функциональная схема системы сотовой связи: БС — базовая станция; ПС — подвижная станция (абонентский радиотелефонный аппарат)

Далее, система сотовой связи может включать более одного центра коммутации, что может быть обусловлено, в частности, эволюцией развития системы или ограниченностью емкости коммутатора. Возможна, например, структура системы типа показанной на рис.2.4 — с несколькими центрами коммутации, один из которых условно можно назвать «головным» или «ведущим».

Рис.2.4. Система сотовой связи с двумя центрами коммутации

В такой ситуации может возникнуть вопрос: что же такое система сотовой связи, чем определяются ее границы? Иначе говоря, как понять, где заканчивается одна система и начинается другая? Ответ такой: система — это то, что замыкается на один общий домашний регистр.

В простейшей ситуации система содержит один центр коммутации (рис.2.3), при котором имеется домашний регистр, и она обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию («небольшой город»), с которой не граничат территории, обслуживаемые другими системами. Если, условно говоря, «город побольше», то система может содержать два или более центров коммутации (рис.2.4), из которых только при «головном» имеется домашний регистр, но обслуживаемая системой территория по-прежнему не граничит с территориями других систем.

В обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой системы — роминг. Наконец, если «город совсем большой», на его площади может оказаться несколько систем с граничащими территориями, каждая система — со своим домашним регистром. В таком случае при перемещении абонента из одной системы в другую может иметь место и так называемая межсистемная передача обслужива­ния. Как для роминга, так и для межсистемной передачи обслужи­вания необходима аппаратурная совместимость систем (принадле­жность их к одному и тому же стандарту сотовой связи), а также наличие соответствующих соглашений между компаниями-операторами.

Рис.2.5. Система базовой станции стандарта GSM: СБС — система базовой станции; КБС — контроллер базовой станции; БППС — базовая приемо-передающая станция; ПС — подвижная станция

Еще одна особенность связана с построением базовой стан­ции. В стандарте GSM используется понятие система базовой станции (СБС), в которую входит контроллер базовой станции (КБС) и несколько, например до шестнадцати, базовых приемопе­редающих станций (БППС) — рис.2.5. В частности, три БППС, рас­положенные в одном месте и ззамыкающиеся на общий КБС, могут обслуживать каждая свой 120-градусный азимутальный сектор в пределах ячейки (соты) или шесть БППС с одним КБС — шесть 60-градусных секторов. В стандарте D-AMPS в аналогичном случае могут использоваться соответственно три или шесть независимых базовых станций, каждая со своим контроллером, расположенных в одном месте и работающих каждая на свою секторную антенну; для обозначения такой «строенной» или «ушестеренной» конфигу­рации иногда употребляется термин позиция ячейки, или позиция соты (cell site), хотя чаще наименование cell site является синони­мом базовой станции.

Число примеров такого рода схематизма и упрощений на самом деле гораздо больше, но мы ограничимся пока приведен­ными пояснениями к функциональной схеме и, имея их в виду, пе­рейдем к рассмотрению отдельных элементов системы. При этом, если не оговаривается иное, будем адресоваться к простейшей схеме рис.2.3, чтобы не потерять за деталями основной логичес­кой нити рассуждений.

Как работает мобильная связь?

1. Ресурсы
2. Общие статьи
3. Прочее

Дата публикации: 07 апреля 2012 г. | Обновлено: 10 октября 2019 г. | Категория: Другие | Автор: Пареш Гуджарати | Уровень участника: Золотой | Очки: 60 |

Эта статья посвящена введению в мобильную связь или отвечает на вопрос «Как работает мобильная связь». Мобильная связь включает в себя преобразование голоса в аналогово-цифровую-микроволновую передачу, на ближайшую базовую станцию-цифровую форму-микроволновую передачу на ближайшую базовую станцию ​​приемника-цифровую форму-аналог и, наконец, обратно в голос.

Этот процесс включает в себя очень много преобразований голосовых форм и дает представление о его технологии.

Технология мобильной связи и ее влияние

В наше время почти у каждого есть собственный мобильный телефон, и они используют мобильный телефон для разговоров с родственниками и так далее. Но мало кто из них знает, как работает эта технология мобильной передачи. Удивительная технология мобильной передачи сделала мир очень маленьким для жизни с точки зрения связи. Сегодня никто в этом мире недосягаем. Все можно повторить. Дайте нам знать, как эта технология мобильной связи работает, и попробуйте узнать, что происходит, когда вы звоните кому-либо с помощью простых технических слов.

Как работают технологии мобильной связи?

Прежде чем узнать, как работает наша технология мобильной связи и ее система, дайте нам знать, какие технические средства необходимы для облегчения ваших звонков и звонков.

Введение в технологию беспроводной мобильной связи

Район, в котором вы живете, разделен на «ячейки» заданного размера, и каждая ячейка имеет одну мобильная базовая станция , которую мы называем мобильной вышкой. Это башня, чьи данные о сигнале телефона отображаются на экране.
Когда любой телефон находится в режиме включения, он продолжает посылать сигналы на ближайшую мобильную базовую станцию ​​через микроволновую передачу . Мобильная базовая станция хранит записи об этой SIM-карте и связанных с ней данных на сетевом компьютере. Это справедливо для каждого мобильного телефона, находящегося в зоне действия этой сетевой вышки.

Когда кто-либо (звонящий, например, вы) пытается позвонить кому-либо (например, вашему другу или получателю) в другой области, которая также покрыта другой ячейкой сети, путем ввода/набора номера мобильного телефона этого человека, данные номера мобильного телефона затем постоянно передается на сетевой компьютер ближайшей мобильной базовой станции вызывающего абонента. Сразу после проверки номера сетевой компьютер пытается определить местонахождение человека/вашего друга, которому вы звоните, через ближайшую соту и базовую станцию. Когда ваш друг отслеживается ближайшей базовой станцией вашего друга и когда вы набираете этот номер, и соответствующий звонок звонит на приемнике/телефоне вашего друга.

Разговор по мобильному телефону и процесс его передачи

Когда получатель/друг принимает вызов, базовая станция приемника и передатчика создает уникальный канал между ними. Когда звонящий/вы говорите, ваш/голос звонящего преобразуется в аналоговую форму микрофоном мобильного телефона. Затем этот аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму и отправляется на ближайшую мобильную базовую станцию ​​посредством микроволновых сигналов. Когда ближайшая мобильная базовая станция вызывающего абонента принимает микроволновые сигналы, она немедленно преобразует их в цифровую электрическую форму и отправляет на ближайшую к приемнику базовую станцию ​​мобильного телефона по уникальному каналу, созданному ранее.

Теперь ближайшая мобильная базовая станция приемника передает данные о вызове с помощью микроволновых сигналов , и эти сигналы принимаются телефонным приемником человека/вашего друга, которому вы звоните.
Приемник мобильного телефона вашего друга затем немедленно преобразует эти микроволновые сигналы в цифровую форму, а затем в аналоговую форму и, таким образом, в усиленную голосовую форму. И динамик этого телефона говорит этим голосом звонящего.
Когда получатель/друг отвечает или отвечает вам, это снова происходит в обратном порядке, и ваш разговор продолжается.

Так работают технологии мобильной связи.

Статья Пареша Гуджарати
Автор — инженер-механик с докторской степенью. Степень и страсть к написанию технических статей, включая механические и информационные технологии.

Подпишитесь на Paresh Gujarati или прочитайте 43 статьи, автором которых является Paresh Gujarati

Статьи по теме

Купить Huawei Ascend II бесплатно в сотовой сети США онлайн

Характеристики и характеристики бюджетного телефона Huawei Ascend II представлены здесь. Сотовая связь США предлагает Huawei Ascend II со скидкой 100 долларов по почте. Таким образом, вы можете купить Huawei Ascend II онлайн на сотовой связи США по цене 0,00 долларов США. Предоплаченная цена Huawei Ascend II в США составляет 139,99 долларов США.

Пять лучших мобильных телефонов в Индии стоимостью менее 5000 рупий

В этой статье вы узнаете пять лучших мобильных телефонов стоимостью менее 5000 рупий в Индии. Вы можете найти новейшие и наиболее доступные для поиска мобильные телефоны в Индии. Nokia C2-03 занял первое место среди пяти лучших мобильных телефонов в Индии. Другие мобильные телефоны от Motorola, Samsung и мобильных телефонов Karbonn.

Как работает беспроводная зарядка и какая технология за ней стоит

Возможно, вы слышали о выпуске на рынок новейших смартфонов, таких как Nokia Lumia 920. Последние смартфоны используют технологию беспроводной зарядки для зарядки аккумулятора. Это новый аватар старой теории электричества, существовавшей много лет назад. В этой статье я расскажу о природе беспроводной зарядки, о том, как она работает, и о ее последних разработках. Пожалуйста, читайте дальше.

Как номер IMEI. помогает восстановить потерянные или украденные мобильные телефоны?

Вы потеряли свой мобильный телефон и ищете информацию о том, как вернуть потерянный или украденный мобильный телефон? Вы хотите знать, как найти номер IMEI? вашего телефона Nokia, Sony Ericsson или Blackberry? Прочтите эту статью, чтобы узнать больше о IMEI No. и точную процедуру сообщения о потерянном или украденном мобильном телефоне.

5 лучших бюджетных планшетов 3G для голосовых вызовов до 10 000 рупий

Хотите узнать 5 лучших бюджетных планшетов 3G для голосовых вызовов до 10 000 рупий? Я предоставил обновленный список бюджетных планшетов 3G для голосовых вызовов стоимостью менее 10 000 рупий. Прочтите эту статью, чтобы узнать обо всех бюджетных голосовых вызовах на планшетах Samsung, Micromax, ASUS, Lenovo, HP и Dell.

Другие статьи: Мобильные телефоны 3G Technology

Комментарии

Отправить статью

Вернуться к указателю статей

Технология мобильных телефонов » Electronics Notes

Мобильный телефон или технология сотовой связи широко используются и основаны на концепции повторного использования частоты приложением в ряде сот покрытия.

---

Основы сотовой/мобильной связи Включает:
Что такое сотовая связь Концепция сотовой системы Сеть радиодоступа, РАН Антенная технология базовой станции Методы множественного доступа Дуплексные методы Что внутри мобильного телефона SIM-карты Сдавать Транспортное сообщение

---

Мобильный телефон или технология сотовой связи широко используются с начала 1980-х годов.

С момента своего первого появления его использование очень быстро возросло до такой степени, что большая часть населения мира имеет доступ к этой технологии.

Вид сверху на сеть мобильной связи

От развитых до развивающихся стран мобильные телефоны или технологии сотовой связи установлены во всех странах мира.

Индустрия сотовой связи была основной движущей силой роста радио- и электронной промышленности.

Развитие сотовой связи

Несмотря на то, что сотовая связь сейчас вошла в повседневную жизнь, на ее развитие ушло много лет.

Хотя основные концепции технологии сотовой связи были предложены в 1940-х годах, только в середине 1980-х радиотехнологии и системы были развернуты, чтобы обеспечить широкую доступность.

Использование систем сотовой связи быстро росло, и, например, было подсчитано, что к 2011 году в Соединенном Королевстве с мобильных телефонов было совершено больше звонков, чем с проводных устройств.

Другой пример роста сотовых телекоммуникационных систем произошел в 2004 г. , когда GSMA объявила на Всемирном мобильном конгрессе в феврале 2004 г., что количество абонентов мобильной связи GSM превышает 1 миллиард – с момента запуска первой сети прошло 12 лет. Для сравнения, потребовалось более 100 лет, чтобы достичь такого же показателя для проводных телефонных соединений.

Выбор мобильных телефонов GSM

Тогда к 2015 году было активно более 7 миллиардов мобильных абонентов (для всех технологий). Это большой подвиг, если учесть, что население Земли составляет немногим более 7 миллиардов человек. Это означало, что у многих людей было более одной подписки, хотя проникновение на рынок, очевидно, было очень значительным.

Заметка об истории технологии мобильных телефонов:

Технология мобильных телефонов развивается с каждым годом. С момента появления первых систем сотовой связи в 19 в.С 80-х годов по сегодняшний день развитие новых технологий неуклонно улучшало доступные системы. Начиная с аналоговых систем первого поколения, были введены новые цифровые системы 2G, и они продвинулись вперед, так что в настоящее время разрабатывается технология 5G.

Подробнее о История мобильного телефона.

Поколения сотовой связи

Много говорят о поколениях мобильных телефонов. 2G уступил место 3G, который затем перешел к 4G, а затем к 5G, 6G и так далее.

Эти новые поколения мобильных телефонов или сотовых телефонов появились по мере того, как старая технология была принята и к системе предъявлялись новые требования. Часто это были новые требования, поскольку становилось возможным увидеть, как можно использовать систему следующего поколения и какие преимущества она принесет.

Эти новые поколения стали возможными благодаря развитию общей электроники и радиотехнологий.

Каждое поколение мобильных телефонов преследовало свои цели и могло обеспечивать различные уровни функциональности.

Возможно, в разных поколениях также существовало несколько различных конкурирующих стандартов. Для сотовой связи 3G существовало два основных стандарта, а для 4G — только один, поскольку существовал глобальный консенсус в отношении системы, которую следует использовать, и это облегчало глобальный роуминг. 5G был таким же, и поэтому он не получил никакого брендинга, кроме 5G.

Поколение	Приблизительный год запуска	Фокус
1G	1979	Мобильный голос
2G	1991	Мобильный голос
3G	2001	Мобильный широкополосный доступ
4G	2009	Мобильный широкополосный доступ
5G	2018	Повсеместная связь

Ключевые концепции сотовой связи

Как видно из названия, технология сотовой связи основана на концепции использования большого количества базовых станций, каждая из которых покрывает небольшую область или ячейку.

Поскольку каждая базовая станция поддерживает связь с разумным числом пользователей, это означает, что вся система может поддерживать огромное количество соединений, а уровень использования частот является хорошим.

Система сотовой связи имеет ряд различных областей, каждая из которых выполняет свою функцию. Основные области, детализированные ниже, являются основными, на которые обычно ссылаются при обсуждении систем сотовой связи. Каждая из этих областей часто может быть разделена гораздо дальше на разные сущности.

По мере развития мобильных или сотовых сетей принимаются новые подходы, и хотя основные концепции остаются прежними, некоторые методы, используемые для их достижения, могут различаться.

Мобильный телефон или пользовательское оборудование, UE

Абонентское оборудование или мобильный телефон — элемент системы мобильной связи, видимый пользователю. Он подключается к сети и позволяет пользователю получать доступ к услугам передачи голоса и данных.

Фактическое оборудование может принимать различные формы, традиционные мобильные телефоны, большие и маленькие смартфоны и многие другие устройства, такие как планшеты и т. д., также подключаются к мобильной сети.

В дополнение к этому, многие устройства, используемые для мониторинга, обнаружения и приведения в действие в рамках так называемого Интернета вещей, также действуют как мобильные устройства, подключающиеся к сети.

Хотя мы часто думаем, что основными подключениями к мобильной сети являются мобильные телефоны, которые мы используем, количество подключенных устройств быстро растет, а их сложность и возможности также значительно возрастают.

Подробнее о . . . . что есть в мобильном телефоне.

Сеть радиодоступа, RAN

Сеть радиодоступа находится на периферии системы сотовой связи. Он обеспечивает связь с пользовательским оборудованием из сотовой сети.

Он состоит из ряда элементов и в целом включает базовую станцию ​​и контроллер базовой станции.

По мере развития технологий сотовой связи используемые термины и то, что они содержат, меняются, но их основная функция остается практически неизменной.

Также все большее распространение получают такие технологии, как Open RAN. Открытая сеть радиодоступа O-RAN — это непатентованная версия системы сети радиодоступа (RAN), которая обеспечивает взаимодействие между оборудованием сотовой сети, предоставляемым различными поставщиками.

Подробнее о . . . . сеть радиодоступа, РАН.

Базовая сеть

Базовая сеть является центром системы сотовой связи. Он управляет всей системой, а также хранит пользовательские данные, управляет контролем доступа, связывается с внешним миром и предоставляет множество других функций.

Сеть включает множество функций. Очевидно, что он обеспечивает значительный уровень связности между различными элементами сети радиодоступа, а также управляет передачей обслуживания от одной соты к другой, поскольку знает расположение ячеек, их загрузку и многие другие факторы.

Однако базовая сеть также имеет множество объектов и выполняет многие другие действия. Он обеспечивает аутентификацию и доступ для мобильных телефонов, разрешенных в сети, как для домашних пользователей, так и для тех, кто находится в роуминге.

Базовая сеть для сотовой сети также обеспечивает проверку самих мобильных телефонов, поскольку она проверяет IMEI, международный идентификатор мобильного оборудования и может блокировать мобильные телефоны, которые могут быть украдены или не разрешены для использования и т. д.

Другие виды деятельности включают выставление счетов — это основная деятельность, необходимая для обеспечения функционирующей и жизнеспособной сотовой или мобильной сети. Этот элемент будет связан с такими областями, как продажи, где устанавливаются новые контракты.

В целом, базовая сеть выполняет огромное количество действий, и хотя пользователь ее не видит, она является основным элементом любой сети мобильной связи.

Сети мобильной связи состоят из огромного количества элементов, которые должны работать эффективно, чтобы предоставлять услуги, которые мы привыкли ожидать от наших систем мобильной связи.