Список всех статей
Сотовая связь прочно вошла в жизнь современного человека и стала чем-то совершенно обыденным. А ведь когда-то о возможности поговорить с человеком, находящимся за сотни и тысячи километров, с помощью маленького устройства, помещающегося в руке, люди могли только мечтать. Давайте разберемся, как происходит это «волшебство», или, проще говоря, попробуем узнать, как устроена сотовая связь.
Для этого предлагаем вам отправиться в компанию «Билайн».
На территории России установлено огромное количество БС – базовых станций. Наверное, многие из вас сами видели возвышающиеся в полях красно-белые конструкции или установленные на крышах нежилых зданий сооружения. Каждая такая базовая станция способна поймать сигнал от сотового телефона на расстоянии до 35 км, связываясь с ним по служебным или голосовым каналам.
После того, как вы набрали на своем телефоне номер нужного абонента, происходит следующее: мобильник находит ближайшую БС, связывается с ней по служебному каналу и запрашивает голосовой канал. После этого БС отсылает запрос на контроллер (BSC), который затем поступает на коммуникатор. Если вызываемый абонент обслуживается у того же оператора, что и вы, то коммуникатор проведет сверку с базой данных Home Location Register (HLR), чтобы выяснить, где именно находится тот, кому вы звоните, и перенаправит вызов на нужный коммутатор, который затем переведет звонок на контроллер и далее на Базовую Станцию. Ну и наконец, Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном нужного человека и соединит вас с ним. А если тот, с кем вы хотите поговорить, является абонентом другого сотового оператора, или вы звоните на городской номер, то коммутатор «найдет» соответствующий коммутатор другой сети и обратится к нему. Звучит достаточно запутанно, правда? Попробуем разобрать этот вопрос более подробно.
Физически Базовая Станция выполнена в виде двух железных шкафов (напоминающих холодильники,) установленных в помещениях с хорошей системой вентиляции. Как правило, Базовые Станции устанавливаются на чердаках или крышах в специальных контейнерах.
Антенна Базовой Станции разбита на несколько участков, каждый из которых направлен в свою сторону. При этом связь с телефонами осуществляется с помощью вертикальной антенны, в то время как круглая необходима для соединения Базовой станции с контроллером.
Антенна станции может включать в себя до шести секторов, каждый из которых в состоянии обрабатывать до 72 звонков одновременно. То есть теоретически одна Базовая Станция может обрабатывать до 432 звонков, правда на практике используется меньшее количество секторов антенны.
Существует три частотных диапазона, в которых функционируют базовые Станции: 900 МГц, 1800 МГц, 2100 МГц. Сигнал на частоте 900 МГЦц может распространяться на большее расстояние и лучше проникает сквозь стены зданий. При работе на частоте 1800 МГц сигнал распространяется на меньшее расстояние, но зато позволяет увеличить количество передатчиков на секторе. На частоте 2100 МГц работают 3G сети. На фото ниже вы можете увидеть, что из себя представляет шкаф с оборудованием 3G.
Как правило, за городом операторы предпочитают использовать передатчики, работающие на частоте 900 Мгц, а в городах, где станции установлены буквально повсюду, и сигналу нет необходимости преодолевать большие расстояния – передатчики 1800 МГц. Впрочем, Базовая Станция может быть снабжена передатчиками всех трех диапазонов сразу.
Сигнал частотой 900 МГц может распространяться на расстояние до 35 км. Хотя это еще не предел: если БС расположены вдоль трасс, то, благодаря сокращению количества одновременно обслуживаемых абонентов вдвое, сигнал может преодолевать расстояние в 70 км. Получается, что небольшие встроенные антенны наших мобильных телефонов способны «пробивать» до 70 км.
Несмотря на дальность приема в 35 км, до летящих в небе самолетов сигнал не посылается. Связано это с тем, что БС разрабатываются таким образом, чтобы покрытие сети на уровне земли было по возможности оптимальным. Правда, сейчас некоторые авиакомпании устанавливают на бортах своих самолетов маленькие базовые станции. Такие станции отличаются меньшей мощностью и связываются с наземной сетью посредством спутниковых каналов. Еще одна специфика бортовых БС – наличие специальной панели для управления отдельными услугами (можно, например, отключать голос в ночное время) и всей системой в целом.
Мобильный телефон способен анализировать уровни сигналов, получаемых от 32 Базовых станций. Выбрав шесть БС с лучшим уровнем сигнала, он посылает данные о них контроллеру (BSC), который затем будет выбирать, какой из этих БС направить текущий вызов, если вы перемещаетесь в пространстве. Мобильный телефон, как и все в этом мире, несовершенен и иногда допускает ошибки – передает звонок на станцию с худшим уровнем сигнала, и тогда разговор может прерваться. Еще одна причина того, что связь обрывается – это то, что на той БС, которую выбрал мобильный телефон, нет свободных голосовых линий.
Также в сфере сотовой связи есть такое выражение, как «проблема верхних этажей». Если вы живете в высотке, то периодически вызов может прерываться при переходе из одного помещения в другое. Причина этого проста – если одна комната выходит на одну сторону дома, а другая на другую, то вполне возможно, что в каждой из них телефон подключается к своей БС.
Схема работы сотовой связи в метрополитене такая же: БС-контроллер-коммутатор. Хотя пара отличий все же есть: во-первых, в подземке используют БС меньшего размера, во-вторых, роль антенны в этом случае выполняет особый излучающий кабель.
Как правило, мощности Базовых Станций хватает с лихвой, но иногда (например, по праздникам) БС просто не справляются с огромным количеством одновременно звонящих абонентов. С такой проблемой большинство абонентов сталкивается каждый Новый Год.
SMS-сообщения идут от абонента к абоненту по служебным каналам. С Днем Защитника отечества и 8 марта пользователи, как правило, поздравляют друг друга SMS-ками. Из-за этой лавины текстовых сообщений мобильники часто не имеют возможности добиться у Базовой Станции выделения голосовой линии. Поэтому опять же возникают определенные трудности с дозвоном.
Впрочем, с такой проблемой можно столкнуться и в простые будни. Как пример можно привести такой случай. Жители одного из районов столицы вдруг дружно стали обращаться в абонентскую службу с одной и той же проблемой: они не могли никому дозвониться. Работники технической службы никак не могли разобраться, в чем же дело: свободных голосовых каналов было более чем достаточно, а вот служебные были все заняты. В итоге выяснилось, что в ВУЗе, который располагался неподалеку от Базовой Станции, в этот день проходили экзамены, и студенты постоянно обменивались друг с другом SMS-ками.
Но вернемся к оборудованию. Как мы уже говорили, с БС вызов переводится на контроллер (BSC). Внешне он мало чем отличается от Базовой Станции:
Количество БС, которые в состоянии обслужить контроллер, может достигать шести десятков. Контроллер и БС связываются по оптическому или радиорелейному каналам. Контроллер управляет работой радиоканалов.
Ниже вы можете увидеть, что из себя представляет коммутатор:
Количество обслуживаемых коммутатором контроллеров варьируется от двух до тридцати. Коммутаторы размещают в больших помещениях, заполненных металлическими шкафами с оборудованием.
Задача коммутатора состоит в управлении трафиком. Если раньше чтобы поговорить друг с другом, абонентам нужно было сначала связываться с телефонисткой, которая затем вручную переставляла нужные провода, то теперь с ее ролью отлично справляется коммутатор.
У компании Билайн есть специальные автомашины, предназначенные для контроля сотовой сети. Из-за того, что крыши таких авто покрыты множеством антенн, их прозвали «ежиками». Такие «ежики» ездят по улицам города и меряют уровень сигнала своей сети и сетей своих конкурентов – операторов «МТС» и «МегаФон».
Внутри автомобилей располагаются устройства, предназначенные для съема и обработки данных:
Контроллеры и коммутаторы находятся под бдительным контролем 24 часа в сутки. Слежение ведется в так называемом ЦКС (Центре Управления Полeтами Цeнтра Контрoля Сeти):
Контроль функционирования сотовой сети ведется по трем основным пунктам. Первоочередная задача работников компании – обнаружение и устранение неполадок. Специально для этой цели на все оборудование устанавливаются специальные датчики, которые подают сигнал в ЦКС и отображают данные на мониторах диспетчеров. В том случае, если в каком-то устройстве произошла поломка, узнать о неисправности диспетчер сможет по миганию лампочки на дисплее.
Еще одно направление контроля над работой сети – составление статистики. Центр Контрoля Сeти собирает данные по работе всех коммутаторов и контроллеров, после чего производит анализ, в ходе которого сравнивает свежую статистику с данными, полученными ранее. Если разница между ними существенна, то диспетчер также получает сигнал о неисправности устройства.
К тому же под контролем сотрудников ЦКС находится обратная связь от пользователей. Если проблему абонента не смогли решить ни операторы абонентской службы, ни технические специалисты, то за дело берутся инженеры ЦКС.
24 часа в сутки за работой коммутатора наблюдают два дежурных инженера.
На фото внизу вы можете увидеть график активности коммутаторов в г. Москве. По нему можно судить о том, что в ночное время звонков совершается намного меньше, чем в дневное.
За работой контроллеров наблюдение ведется со 2 этажа ЦКС.
См. также:
Краткий обзор всех поколений сотовых сетей
Первое поколение сотовых сетей - 1G
Первое поколение сотовых сетей - 2G
Первое поколение сотовых сетей - 3G
Первое поколение сотовых сетей - 3,5G
Первое поколение сотовых сетей - 4G
Первое поколение сотовых сетей - 5G
Сотовая сеть
История развития сотовой связи
Чувствительность сотовых телефонов
Факты и вымыслы о мобильных телефонах
Вредно ли излучение сотовой связи?
Как работают сотовые сети?
Сотовые телефоны излучают меньше нормы
Список всех статей