Сотовая связь: как это работает

Прошел уже добрый десяток лет с тех пор, когда сотовая связь в Украине начала плотно укореняться в нашу жизнь. Сегодня большинство украинцев не мыслят своей жизни без мобильного телефона. Но знаете ли вы, как работает сотовая связь, какая аппаратура для этого используется, какие технологии помогают нам находить друг друга за тысячи километров? А почему связь может неожиданно прерваться или возникают помехи? Обо всем этом и о многом другом можно прочитать в данной статье.


Сергей Доля, livejournal

Большая площадь населенной части нашей страны покрыта Базовыми Станциями (БС). В поле они выглядят как красно-белые вышки, а в городе спрятаны на крышах нежилых домов. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров и общается с мобильным телефоном по служебным или голосовым каналам.

 

 


После того, как вы набрали номер друга, ваш телефон связывается с ближайшей к вам Базовой Станцией (БС) по служебному каналу и просит выделить голосовой канал. Базовая Станция отправляет запрос на контроллер (BSC), а тот переадресует его на коммутатор (MSC). Если ваш друг является абонентом той же сотовой сети, то коммутатор сверится с Home Location Register (HLR), выяснит, где в данный момент находится вызываемый абонент (дома, в Турции или на Аляске), и переведет звонок на соответствующий коммутатор, откуда тот его переправит на контроллер и затем на Базовую Станцию. Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном и соединит вас с другом. Если ваш друг абонент другой сети или вы звоните на городской телефон, то ваш коммутатор обратится к соответствующему коммутатору другой сети.

Сложно? Давайте разберемся подробнее.

Базовая Станция представляет из себя пару железных шкафов, запертых в хорошо кондиционируемом помещении. Учитывая, что в Москве было на улице +40, мне захотелось немного пожить в этом помещении. Обычно, Базовая Станция находится либо на чердаке здания, либо в контейнере на крыше:

 


Антенна Базовой Станции разделена на несколько секторов, каждый из которых "светит" в свою сторону. Вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, круглая соединяет Базовую Станцию с контроллером:

 


Каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно, в зависимости от настройки и конфигурации. Базовая Станция может состоять из 6 секторов, таким образом, одна Базовая Станция может обслуживать до 432 звонков, однако, обычно на станции установлено меньшее количество передатчиков и секторов. Сотовые операторы предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи.

Базовая Станция может работать в трех диапазонах:

900 МГц - сигнал на этой частоте распространяется дальше и лучше проникает внутрь зданий
1800 МГц - сигнал распространяется на более короткие расстояния, но позволяет установить большее количество передатчиков на 1 секторе
2100 МГц - Сеть 3G

Вот так выглядит шкаф с 3G оборудованием:

 


На Базовые Станции в полях и деревнях устанавливают передатчики 900 МГц, а в городе, где Базовые Станции натыканы как иглы у ежика, в основном, связь осуществляется на частоте 1800 МГц, хотя на любой Базовой Станции могут присутствовать передатчики всех трех диапазонов одновременно.

 

 


Сигнал частотой 900 МГц может бить до 35 километров, хотя "дальность" некоторых Базовых Станций, стоящих вдоль трасс, может доходить до 70 километров, за счет снижения числа одновременно обслуживаемых абонентов на станции в два раза. Соответственно, наш телефон с его маленькой встроенной антенной также может передавать сигнал на расстояние до 70 километров…

Все Базовые Станции проектируются таким образом, чтобы обеспечить оптимальное покрытие радиосигналом на уровне земли. Поэтому, несмотря на дальность в 35 километров, на высоту полета самолетов радиосигнал просто не посылается. Тем не менее, некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих самолетах маломощные базовые станции, которые обеспечивают покрытие внутри самолета. Такая БС соединяется с наземной сотовой сетью с помощью спутникового канала. Система дополняется панелью управления, которая позволяет экипажу включать и выключать систему, а также отдельные типы услуг, например, выключать голос на ночных рейсах.

Телефон может измерять уровень сигнала от 32 Базовых Станций одновременно. Информацию о 6-ти лучших (по уровню сигнала) он отправляет по служебному каналу, и уже контроллер (BSC) решает, какой БС передать текущий звонок (Handover), если вы находитесь в движении. Иногда телефон может ошибиться и перебросить вас на БС с худшим сигналом, в этом случае разговор может прерваться. Также может оказаться, что на Базовой Станции, которую выбрал ваш телефон, все голосовые линии заняты. В этом случае разговор также прервется.

Еще мне рассказали о так называемой "проблеме верхних этажей". Если вы живете в пентхаусе, то иногда, при переходе из одной комнаты в другую, разговор может прерываться. Это происходит потому, что в одной комнате телефон может "видеть" одну БС, а во второй - другую, если она выходит на другую сторону дома, и, при этом эти 2 Базовые Станции находятся на большом удалении друг от друга и не прописаны как "соседние" у сотового оператора. В этом случае передача звонка с одной БС на другую происходить не будет:

 


Связь в метро обеспечивается так же, как и на улице: Базовая Станция – контроллер – коммутатор, с той лишь разницей, что применяются там маленькие Базовые Станции, а в тоннеле покрытие обеспечивается не обычной антенной, а специальным излучающим кабелем.

Как я уже писал выше, одна БС может производить до 432 звонков одновременно. Обычно этой мощности хватает за глаза, но, например, во время некоторых праздников БС может не справиться с количеством желающих позвонить. Обычно это случается на Новый Год, когда все начинают поздравлять друг друга.

SMS передаются по служебным каналам. На 8 марта и 23 февраля люди предпочитают поздравлять друг друга с помощью SMS, пересылая смешные стишки, и телефоны зачастую не могут договориться с БС о выделении голосового канала.

Мне рассказали интересный случай. Из одного района Москвы стали поступать жалобы от абонентов о том, что они не могут никуда дозвониться. Технические специалисты стали разбираться. Большинство голосовых каналов было свободно, а все служебные были заняты. Оказалось, что рядом с этой БС находился институт, в котором шли экзамены и студенты беспрерывно обменивались эсэмэсками.

Длинные SMS телефон делит на несколько коротких и отправляет каждое отдельно. Сотрудники технической службы советуют отправлять такие поздравления с помощью MMS. Это будет быстрее и дешевле.

С Базовой Станции звонок попадает на контроллер. Выглядит он так же скучно, как и сама БС - это просто набор шкафов:

 


В зависимости от оборудования, контроллер может обслуживать до 60 Базовых Станций. Связь между БС и контроллером (BSC) может осуществляться по радиорелейному каналу либо по оптике. Контроллер осуществляет управление работой радиоканалов, в т.ч. контролирует передвижение абонента, передачу сигнала с одной БС на другую.

Гораздо интереснее выглядит коммутатор:

 

 


Каждый коммутатор обслуживает от 2 до 30 контроллеров. Он занимает уже большой зал, заставленный различными шкафами с оборудованием:

 

 

 


Коммутатор осуществляет управление трафиком. Помните старые фильмы, где люди сначала дозванивались до "девушки", а затем она уже соединяла их с другим абонентом, перетыкивая проводки? Этим же занимаются и современные коммутаторы:

 


Для контроля за сетью у Билайна есть несколько автомобилей, которые они ласково называют "ежики". Они передвигаются по городу и измеряют уровень сигнала собственной сети, а также уровень сети коллег из "Большой Тройки":

 


Вся крыша такого автомобиля утыкана антеннами:

 


Внутри стоит оборудование, осуществляющее сотни звонков и снимающее информацию:

 


Круглосуточный контроль за коммутаторами и контроллерами осуществляется из Центра Управления Полетами Центра Контроля Сети (ЦКС):

 


Существует 3 основных направления по контролю за сотовой сетью: аварийность, статистика и обратная связь от абонентов.

Так же, как и в самолетах, на всем оборудовании сотовой сети стоят датчики, которые посылают сигнал в ЦКС и выводят информацию на компьютеры диспетчеров. Если какое-то оборудование вышло из строя, то на мониторе начнет "мигать лампочка".

ЦКС также отслеживает статистику по всем коммутаторам и контроллерам. Он анализирует ее, сравнивая с предыдущими периодами (часом, сутками, неделей и т.д.). Если статистика какого-то из узлов стала резко отличаться от предыдущих показателей, то на мониторе опять начнет "мигать лампочка".

Обратную связь принимают операторы абонентской службы. Если они не могут решить проблему, то звонок переводится на технического специалиста. Если же и он оказывается бессильным, то в компании создается "инцидент", который решают инженеры, занимающиеся эксплуатацией соответствующего оборудования.

За коммутаторами круглосуточно следят по 2 инженера:

 


На графике показана активность московских коммутаторов. Хорошо видно, что ночью практически никто не звонит:

 


Контроль за контроллерами (простите за тавтологию) осуществляется со второго этажа Центра Контроля Сети:

 

 


Источник: http://sergeydolya.livejournal.com

SocButtons v1.5

Комментарии  

 
0 #5 gnus 04.02.2011 11:54
Цитирую Dzvinka:
и вот я.... какой год... первая в Украине... и щас тоже... зимой работаю альпинистом...

Девушке зимой на столбах антенны крутить - наверное не очень...
Цитировать
 
 
0 #4 Dzvinka 03.02.2011 00:18
и вот я.... какой год... первая в Украине... и щас тоже... зимой работаю альпинистом... крутю ети релейки, ставлю 3G, и время от времени слыщу с соседних домов: я щас с винтовки по вам постреляю... мне голова болит.. весают они там... фидер шоли попилять и на медь здать-))) (никак не могу собраццо и попкорн перед релейкой повесить, буждуд юстировать и жувать... или ниче не будет.... но то шо на ютубе от телефона взрываеццо попкорн правда - сама пробовала)))
Цитировать
 
 
0 #3 25Сергей 15.09.2010 03:28
Цитирую Дмитриус:
А Вы не путаете мощность 0.25 с cdma? Насколько мне известно gsm сифонит аж до 2Вт (клас 4)

До 70 км может бить cdma 800 mhz

Возможно, да. Может слегка чего и спутал, НО...
Цитата из Википедии:"для систем CDMA2000 максимальная излучаемая мощность составляет 250 мВт. Для сравнения: в системах GSM-900 этот показатель равен 2 Вт (это в импульсе, при использовании GPRS+EDGE с максимальным заполнением (ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ДАННЫХ); максиму м при усреднении по времени при обычном разговоре - около 200мВт).
http://ru.wikipedia.org/wiki/CDMA

А если бы даже и 2 Wt - это не та мощность, при которой в УКВ-диапазоне можно ПЕРЕДАВАТЬ сигнал на 70 км. Тут принцип чуть-чуть иной. Модуляция сигнала. И в CDMA та же история.
Цитировать
 
 
0 #2 Дмитриус 14.09.2010 15:49
А Вы не путаете мощность 0.25 с cdma? Насколько мне известно gsm сифонит аж до 2Вт (клас 4)

До 70 км может бить cdma 800 mhz
Цитировать
 
 
0 #1 25Сергей 17.08.2010 20:33
Цитата:
...наш телефон с его маленькой встроенной антенной также может передавать сигнал на расстояние до 70 километров…
Не совсем корректное выражение. Наш маленький телефон с мощностью не более 0.25 Wt в отличии от радиостанции не может ПЕРЕДАВАТЬ СИГНАЛ на большое расстояние. Правильнее было бы сказать: осуществлять разговор, передавать информацию. Осуществляется такая передача информации посредством изменения несущей частоты в зоне распространения радиоволн от БС. Приёмник БС воспринимает эти изменение, как передачу информации от телефона.
Цитировать
 

Добавить комментарий

Обращайтесь к посетителям сайта так, как вы хотите чтобы они обращались к вам

Защитный код
Обновить

Допрос

Сколько вы готовы платить за качественный интернет для личного пользования 100 Мбит/c на загрузку и отдачу?

Вы здесь: Главная Пресса Сотовая связь: как это работает