Принцип работы базовой станции сотовой связи - Electrik-Ufa.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Принцип работы базовой станции сотовой связи

Как работает сотовый телефон

Общаться на расстоянии люди научились довольно давно. В древние времена с вестями посылали гонцов, немного позже активно стали писать письма. Сейчас, чтобы поговорить с далёким собеседником, достаточно позвонить по телефону. Но главным условием такого звонка является наличие мобильного устройства у абонента и его потенциального собеседника. Но вот интересно, посредством чего происходит связь, если между телефонами нет проводов? В этой статье подробно рассмотрим, как же работает мобильный телефон.

Принцип работы мобильных устройств в сотовой сети

Мобильный телефон – это своеобразный приёмо-передатчик, который работает на одной из частот диапазона 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц и 1900МГц. При этом передача и приём сигнала разнесена по разным частотам. Вся система под названием GSM включает три основных компонента.

  • Подсистема базовых станций;
  • Подсистема коммуникации;
  • Центр управления и обслуживания.

Если объяснять это простыми словами, то принцип работы такой. Мобильное устройство взаимодействует с сетью мобильных вышек или базовых станций. Такие вышки чаще всего устанавливают на специальных наземных вышках, крышах жилых домов, а также других арендованных зданий. Также они могут располагаться на промышленных трубах и трубах котельных.

Телефон сразу после включения и даже в выключенном состоянии , но с вставленным аккумулятором, постоянно сканирует эфир, в писках сигнала своей базовой станции. Этот сигнал определяется по особому идентификатору, который задаётся вставленной сим-картой. Если какие-то сигналы в радиусе действия есть, то мобильником выбирается максимально сильный, после чего базовой станции посылается запрос на регистрацию в сети. Этот процесс считается авторизацией в системе.

Каждая сим-карта, вставленная в мобильное устройство, наделена своими уникальными идентификаторами IMSI. При регистрации мобильника в сети данные передаются на базовую станцию, а именно в центр идентификации. Далее этот центр передаёт на телефон некое секретное число, которое является своеобразным кодом и нужно для вычислений по особому алгоритму. Такие вычисления проводятся одновременно на мобильнике и в центре идентификации, если данные совпадают, то телефон присоединяется к сети.

Для мобильных телефонов идентификатором является уникальный номер IMEI, состоящий из 15 цифр в десятичном формате.

IMEI хранится в памяти мобильного аппарата. Стоит знать, что в устаревших моделях мобильников этот номер нетрудно изменить при помощи специальной программы, в современных смартфонах эти данные дублируются. Один экземпляр хранится в памяти, которую можно изменять, а вот дубликат находится в памяти ОТР, которую перепрограммировать невозможно.

По IMEI любое мобильное устройство легко отследить в сети. Это очень полезная функция, так как при краже мобильного устройства его можно отследить и изъять у злоумышленника. Если же номер изменили, то шансы найти мобильник почти равны нулю.

Стоит знать, что IMEI может быть повреждён в случае сбоя программного обеспечения или неправильного обновления программы. В этом случае устройство становится непригодным для работы. Вот тут нужна помощь специалистов, чтобы восстановить всю информацию и вернуть работоспособность мобильнику.

Чтобы сотовый телефон работал, в него следует вставить сим-карту. На этой небольшой карте есть вся информация об абоненте. После этого телефон начинает проверять доступность частот, которых около 160. Из них выбирается 6 наиболее мощных сигналов, и данные записываются на сим-карту.

После того, как абонент кому-то позвонил, мобильник передаёт информацию на базовую станцию с самым сильным сигналом. Оператор распознаёт симку и автоматически находит свободный канал для связи. Всё это занимает всего лишь несколько секунд.

Схематическое исполнение мобильных телефонов

Схема каждого мобильного телефона очень сложная. Так простому обывателю даже трудно представить, как можно на одном миллиметре процессора разместить миллионы транзисторов, пусть и миниатюрного размера. Так мало того, все эти детали должны обеспечит слаженную работу мобильного устройства.

Рассмотрим основные составляющие мобильных устройств и их предназначение.

  1. Процессор. На схемах он обозначен аббревиатурой CPU или RAPIDO. Именно эта деталь и является мозговым центром любого мобильника.
  2. Флешка. Это не что иное, как карта памяти. В схемах обозначается словом flash, но могут быть обозначения mem, memory. Чаще всего она прямоугольной формы, в зависимости от модели мобильного устройства может иметь разные габариты и объём памяти.
  3. Контролёр питания. Он может быть отмечен на схеме как betty, retu, tahvo или UEM. Это миниатюрные микросхемы квадратной формы.
  4. Передатчик и приёмник сигнала. Помечается на схеме как RF chip & GSM FEM. Такие передатчики могут быть похожи между собой, но у них отличаются последние цифры в маркировке.
  5. У некоторых мобильников предусмотрен терморезистор и предохранитель.

Большая часть современных мобильных телефонов может работать в различных стандартах. Это позволяет без проблем пользоваться услугами роуминга в сетях разных мобильных операторов.

Как только абонент пересекает границу, на его мобильном устройстве высвечивается уведомление, что он находится в роуминге. Стоит помнить, что за эту услугу чаще всего взимается довольно большая сумма.

Что такое базовая станция и как она работает

Базовой станцией называется комплекс специальной радиопередающей аппаратуры, к которой относятся пе6редатчики, приёмники и ретрансляторы, которые осуществляют связь с мобильным устройством абонента. Каждая базовая станция стандарта GSM рассчитана на 12 передатчиков, каждый из которых может поддерживать связь между 8 разговаривающими абонентами. Комплекс таких станций, расположенных рядом, образует так называемую соту.

Базовые станции соединяются со специальным коммутатором посредством контроллёра базовых станций. Коммутатор и контролёр устанавливаются в одном помещении и соединяются прямой оптической линией. Подключение проводится через транспортную сеть, которая работает на базе радиорелейных, медных и волоконно-оптических линий.

В ряде стран мобильные вышки оригинально маскируют под деревья и иную растительность, что позволяет не нарушать общий пейзаж.

Зона покрытия каждой отдельно взятой базовой станции напрямую зависит от высоты установки антенны, рельефа населённого пункта и различных препятствий на пути к мобильному устройству абонента. В результате постепенного роста абонентской базы максимальной пропускной способности базовой станции может не хватать, в таком случае при попытке позвонить абонент видит на экране уведомление, что сеть занята. если такие случаи возникают часто, то оператор может принять решение, установить дополнительные мобильные вышки в местах повышенной нагрузки.

В городских условиях иногда встречаются такие участки, где телекоммуникационной компании требуется локально подключить определённый объект с большим количеством трафика. Сюда относятся станции метро, крупные городские улицы и крупные торговые комплексы. В таком случае используется оборудование малой мощности, такое как микросоты и пикосоты. Это оборудование можно размещать даже на небольшой высоте, к примеру, на жилых домах или фонарях освещения.

Когда необходимо обеспечить качественное покрытие внутри закрытых зданий, используются небольшие пикосотовые базовые станции.

Как происходит сам разговор

Сам телефонный разговор – это довольно сложный процесс. При разговоре голос абонента разбивается на небольшие отрезки продолжительностью 20 миллисекунд, а потом преобразовывается в особый цифровой сигнал. После этого данные кодируются при помощи особой системы. После этого зашифрованные сигналы подвергаются обработке повторно, это необходимо для устранения постороннего шума.

У многих сотовых операторов есть ограничение по длительности разговоров. Чаще всего общаться можно не больше 30 минут, после чего разговор автоматически прерывается и требуется перезванивать.

Современные мобильные телефоны служат не только для общения абонентов между собой. В этом небольшом устройстве есть встроенные часы, калькулятор, будильник, календарь и фонарик. Помимо этого смартфоны имеют фотоаппарат, с высоким разрешением камеры, выход в интернет, а также музыкальный плеер. При помощи современного смартфона можно не только общаться, но и вести переписку в электронной почте, смотреть любимые фильмы и слушать музыку.

Как работает сотовая связь

Знаете ли вы, что происходит после того, как вы набрали номер друга на мобильном телефоне? Как сотовая сеть находит его в горах Андалусии или на побережье далекого острова Пасхи? Почему иногда неожиданно разговор прерывается? На прошлой неделе я побывал в компании Beeline и попытался разобраться, как устроена сотовая связь…

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:

2.

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:

3.

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:

Читайте также:  Почему мерцают энергосберегающие лампы в выключенном состоянии?

4.

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.

5.

6.

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:

7.

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:

8.

9.

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

10.

11.

12.

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:

13.

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»:

14.

Вся крыша такого автомобиля утыкана антеннами:

15.

Внутри стоит оборудование, осуществляющее сотни звонков и снимающее информацию:

16.

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

17.

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:

18.

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

19.

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

22.

21.

Принцип работы сетей GSM

20.03.2012 | «Мобильные сети»

Часть 1: структура мобильных сетей

Все мы пользуемся мобильными телефонами, но при этом редко кто задумывается – как же они работают? В данной статье мы постараемся разобраться, как, собственно, реализуется связь относительно вашего мобильного оператора.

Когда вы осуществляете звонок своему собеседнику, или кто-то звонит вам, ваш телефон соединяется по радиоканалу с одной из антенн соседней базовой станции (БС, BS, Base Station).Каждая базовая станция сотовой связи (в простонародье – вышки сотовой связи) включает в себя от одной до двенадцати приемо-передающих антенн, имеющих направления в разные стороны с целью обеспечения качественной связью абонентов в радиусе своего действия. Такие антенны специалисты на своем жаргоне называют «секторами», представляющими собой серые прямоугольные конструкции, которые вы можете практически каждый день видеть на крышах зданий или специальных мачтах.


Сигнал от такой антенны поступает по кабелю прямо в управляющий блок базовой станции. Базовая станция является совокупностью секторов и управляющего блока. При этом определенную часть населенного пункта или территории обслуживают сразу несколько базовых станций, подключенных к специальному блоку – контроллеру локальной зоны (сокращенно LAC, Local Area Controller или просто «контроллер»). Как правило, один контроллер объединяет до 15 базовых станций определенного района.

Со своей стороны, контроллеры (их также может быть несколько) соединены с самым главным блоком – Центром управления мобильными услугами (MSC, Mobile services Switching Center), который для упрощения восприятия принято называть просто «коммутатором». Коммутатор, в свою очередь, осуществляет вход и выход на любые линии связи – как сотовой, так и проводной.

Если отобразить написанное в виде схемы, то получится следующее:GSM-сети небольшого масштаба (как правило, региональные) могут использовать всего один коммутатор. Крупные же, такие как наши операторы «большой тройки» МТС, Билайн или МегаФон, обслущивающие одновременно миллионы абонентов, используют сразу несколько объединенный между собой устройств MSC.

Давайте разберемся, зачем нужна столь сложная система и почему нельзя подключить антенны базовых станций к коммутатору напрямую? Для этого нужно рассказать про еще один термин, называемый на техническом языке handover (хэндовер). Он характеризует собой передачу обслуживания в мобильных сетях по эстафетному принципу. Иными словами, когда вы перемещаетесь по улице пешком или в транспортном средстве и говорите при этом по телефону, то, чтобы ваш разговор при этом не прерывался, следует своевременно переключать ваш аппарат из одного сектора БС в другой, из зоны действия одной базовой станции или контроллера локальной зоны в другую и т.д. Следовательно, если бы сектора базовых станций подключались к коммутатору напрямую, ему бы пришлось самому осуществлять данную процедуру хендовера всех своих абонентов, а у коммутатора и без того хватает задач. Поэтому для уменьшения вероятности отказов оборудования, связанных с его перегрузками, схема построения сотовых сетей GSM реализуется по многоуровнему принципу.

В итоге, если вы со своим телефоном перемещаетесь из зоны обслуживания одного сектора БС в зону действия другого, то данное перемещение осуществляет блок управления данной базовой станции, не касаясь при это более «высокостоящих» устройств – LAC и MSC. Если же хэндовер происходит между разными БС, то за него берется уже LAC и т. д.

Коммутатор – ни что иное, как основной «мозг» сетей GSM, поэтому его работу следует рассмотреть более детально. Коммутатор сотовой сети берет на себя примерно те же задачи, что и АТС в сетях проводных операторов. Именно он понимает, куда вы осуществляете звонок или кто звонит вам, регулирует работу дополнительных услуг и, собственно, решает – можете ли вы в настоящее время осуществить свой звонок или нет.

Читайте также:  Какой штукатуркой лучше штукатурить стены из газобетона?

Теперь давайте разберемся, что же происходит, когда вы включаете свой телефон или смартфон?

Итак, вы нажали «волшебную кнопку» и ваш телефон включился. На SIM-карте вашего сотового оператора находится специальный номер, который носит название IMSI – International Subscriber Identification Number (Международный опознавательный номер абонента). Он является уникальным номером для кажой SIM-карты не только у вашего оператора МТС, Билайн, МегаФон и т.п., а уникальным номером для всех мобильных сетей в мире! Именно по нему операторы отличают абонентов между собой.

В момент включения телефона ваш аппарат посылает данный код IMSI на базовую станцию, которая передает его далее на LAC, он же, в свою очередь, отсылает его на коммутатор. При этом в нашу игру вступают два дополнительных устройства, свзанных непосредственно с коммутатором – HLR (Home Location Register) и VLR (Visitor Location Register). В переводе на русский это, соответственно, Регистр домашних абонентов и Регистр гостевых абонентов. HLR хранит в себе IMSI всех абонентов своей сети. В VLR же содержится информация о тех абонентах, которые пользуются сетью данного оператора в настоящее время.

Номер IMSI передается в HLR с помощью системы шифрования (за этот процесс отвечает еще одно устройство AuC – Центр аутентификации). HLR при этом проверяет, существует ли в его базе абонент с данным номером, и если факт его наличия подтверждается, система смотрит, может ли он в настоящее время пользоваться услугами связи или, скажем, имеет финансовую блокировку. Если все нормально, то данный абонент отправляется в VLR и после этого получает возможность звонить и пользоваться другими услугами связи.

Для наглядности отобразим данную процедуру с помощью схемы:

Таким образом, мы коротко описали принцип работы сотовых сетей GSM. На самом деле, это описание достаточно поверхностно, т.к. если углубиться в технические детали подробнее, то материал бы получился во много раз объемнее и гораздо менее понятным для большинства читателей.

Во второй части мы продолжим знакомство с работой сетей GSM и рассмотрим, как и за что оператор списывает средства с нашего с вами счета.

Как работает сотовая связь

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СОТОВОЙ СВЯЗИ

На большей части территории нашей страны размещается оборудование для сотовой связи, называется оно базовые станции. Их хорошо заметно на открытых площадях – в полях, между населенными пунктами. В городской черте их часто размещают на крышах зданий. Базовая станция способна уловить сигнал от смартфона на расстоянии до тридцати пяти километров, контакт между вышками осуществляется посредством специального служебного или голосового сигнала.

Активное развитие мобильной связи породило проблему, заключающуюся в ограничении частоты, а именно, рабочие каналы, расположенные близко, начали перекликаться, создавая помехи. Много лет наза была предложена идея, по которой определенный участок обслуживания оператором сотовой связи необходимо разбить на ячейки. Каждая ячейка обслуживается специальным передатчиком, предполагающим фиксированный частотный диапазон и радиус действия. Такая система исключает помехи при использовании той же частоты, но уже в другой соте. Чтобы разделить определенную площадь на равные участки наиболее оптимальной является фигура с шестью углами, напоминающая пчелиную соту, так как установленная в центе соты антенна с круговой диаграммой будет обеспечивать свободный устойчивый доступ ко всем точкам ячейки. У всех сот есть собственная полоса частот и обслуживающая базовая станция. Ячейки смежного расположения не используют одинаковые частоты, тем самым исключая перекрестные помехи и интерференции, и наоборот, соты, располагающиеся далеко друг от друга могут использовать идентичные частоты.

КАК РАБОТАЮТ БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ

Когда смартфон пребывает в режиме ожидания, его приёмный механизм сканирует каналы системы. Если пользователь собираясь совершить звонок набирает номер аппарат автоматически находит станцию, которая располагается к нему ближе и посылает запрос о выделении голосового канала. Те базовые станции, которые принимают ответный сигнал, перенаправляют его данные в центр коммутации, где происходит переключение разговора на ближайшую станцию к вызываемому абоненту с более высоким уровнем сигнала. В центре коммутации, также, определяют, какой оператор мобильной связи используется вызываемым абонентом.

В том случае, если звонок осуществляется между абонентами внутри одной сети, то в центре коммутации сразу происходит идентификация месторасположения вызываемого абонента, причем, неважно где находится человек: дома, в транспорте или в командировке в другой стране. Физическое месторасположение абонента ни коим образом не помешает соединению и осуществлению звонка. Если в центр коммутации поступает информация о том, что вызываемый абонент использует оператора другой связи, тогда запрос будет отправлен в центр коммутации другой сети. В общем-то, выходит, что система довольно проста, и как работает сотовая связь понятно. Интересным остается вопрос, как же выглядит устройство базовой станции: и здесь все просто – это всего лишь несколько металлических тумб, располагающихся на крышах зданий и для бесперебойной их работы достаточно качественной вентиляции.

ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОСТИ СВЯЗИ

Понятно, что в момент набора номера аппарат занимает незанятый канал с максимально возможным уровнем сигнала. Но, если в процессе разговора абонент начинает удаляться от базовой станции или условия расширения радиоволн ухудшатся – все это неблагоприятным образом скажется на связи и ее качестве. Логично, что ее улучшение происходит после переключения абонентов на другие, более устойчивые, каналы связи.

Каждая базовая станция имеет антенну, состоящую из нескольких элементов, так называемых секторов, отвечающих за «свою» площадь. Вертикальная составляющая антенны ответственна за связь с мобильными аппаратами, круглая – с контроллером. С учетом того, что одна станция чаще всего состоит из 6-ти секторов, и каждый из них способен принять минимум 70 звонков, после нехитрых вычислений выходит, что обслужить более 400 абонентов одновременно для нее не проблема. Такой производительности, зачастую, вполне достаточно. Но, случаются и внештатные ситуации, когда все абоненты всех операторов мобильной связи начинают звонить, например, на большие праздники (Новый Год), и базовые станции просто не справляются – начинаются перебои и помехи. Тем не менее для средней загрузки шести секторов более чем достаточно.

Следует отметить, что в зависимости от площади населенного пункта и плотности населения операторы мобильной связи устанавливают базовые станции с разным диапазоном частот:
900 МГц. Установка такой станции более целесообразна в небольших городках, поселках городского типа и т.д. В данном режиме базовая станция охватывает площадь радиусом порядка 35 км, или даже 70 км если на данный момент она обслуживает малое количество мобильных устройств.
1 800 МГц. Оптимальный вариант для больших городов, когда необходимо проникнуть сквозь толщину бетонной стены, однако, даже при таком диапазоне частот в городской черте базовых станций понадобится намного больше, чем в малонаселенных пунктах.
2 100 МГц. Это связь нового, более современного поколения 3G.

Одна базовая станция способна поддерживать сразу все возможные частотные диапазоны. Основная задача базовых станций заключается в том, чтобы покрыть максимальную площадь земли и обеспечить большое количество абонентов качественной связью. То есть улавливать сигналы на таких же расстояниях, но не на земле, а в воздушном пространстве базовые станции не могут.

Базовая станция сотовой связи — описание оборудования, принцип работы

Наверно на территории России невозможно найти человека, никогда не звонившего по сотовому телефону. Но не каждый понимает, как функционирует эта связь. А тем более как устроены и работают базовые станции сотовой связи. Хотя они скорее всего попадаются на глаза каждый день всем жителям городов и сёл. Базовые сотовые станции стоят в чистом поле и близко от домов, практически на соседних крышах. Поэтому нелишним будет знать как они выглядят, работают и позволяют нам общаться с соседями через стенку и родственниками за тысячи километров.

p, blockquote 1,0,0,0,0 –>

Общие сведения о базовой станции

Чтобы понять, что такое базовая станция, необходимо иметь представление из чего вообще состоят сотовые сети. Опыт развития мобильной технологии привёл к разделению функций и логической разбивке системы на три подсистемы. Каждая из которых это замкнутый элемент, выполняющий определенные обязанности. Это целесообразно, и позволяет эффективно контролировать работу, отслеживать неисправности и исправлять ошибки в процессе развития и эксплуатации мобильной связи.

p, blockquote 2,0,0,0,0 –>

Доступность, качество и непрерывность связи осуществляется благодаря трём подсистемам:

p, blockquote 3,0,0,0,0 –>

  • эксплуатации и технического обслуживания — Operation Subsystem или OSS.
  • коммутации — Switching Subsystem или SSS.
  • базовых сотовых станций — Base Station Subsystem или BSS.

В общей системе подсистема OSS контролирует качество обмена данными и управляет всеми компонентами. Устранение неисправностей, управление нагрузкой и контроль работы оборудования осуществляются автоматически или в ручном режиме обслуживающим персоналом.

p, blockquote 4,0,0,0,0 –>

Подсистема коммутации это скелет всей сети GSM. Она обеспечивает коммутацию, регистрацию домашнего и гостевого месторасположения, аутентификацию абонентов.

p, blockquote 5,0,0,0,0 –>

И наконец, подсистема базовых сотовых станций. В её состав входят:

p, blockquote 6,0,0,0,0 –>

  • Транскодеры — TRAU.
  • Контроллеры — BSC.
  • И непосредственно базовые сотовые станции BTS.

Транскодеры и контроллеры помогают функционировать подсистеме, а на отдельные станции возложены следующие обязанности:

p, blockquote 7,0,0,0,0 –>

  • Радиосвязь в определённой соте;
  • Контроль качества обмена данными (связи);
  • Обмен данными между собой;
  • Управление мощностью сигнала.

Каждая базовая сотовая станция это центр соты, обеспечивающая передачу данных и создающая регламентированную зону обслуживания (покрытия). Отсюда и появилось название — сотовая связь.

p, blockquote 8,0,0,0,0 –>

Сама базовая сотовая станция это комплекс из антенны (антенн), радио модуля и блока питания. Антенны принимают и передают, радио модуль обрабатывает и усиливает сигнал, а блок питания снабжает базу электроэнергией. Располагают базовые антенны на зданиях и сооружениях, возвышенностях, мачтах, вышках до 300 м высотой и просто на столбах. В любом случае, самая заметная и выделяющаяся из общего пейзажа часть — это мачта с несколькими антеннами. Они окружают нас , часто мы просто их не замечаем. Но мобильный телефон работает, значит приёмо-передатчик где-то рядом.

Читайте также:  Интернет через электрическую розетку

p, blockquote 9,0,0,0,0 –>

Виды базовых станций

Прежде всего, сотовые базовые станции различаются размерами. По этому параметру их можно поделить на:

p, blockquote 10,0,0,0,0 –>

  • фемтосоты
  • пико
  • микро
  • макро

Фемтосота – самая маленькая и её скорее можно назвать точкой доступа. Обычно оператор сотовой связи не имеет отношения к данному оборудованию, оно является собственностью потребителя, и обеспечивает связь для домохозяйства или предприятия. Устройство не требует вмешательства оператора, автоматически определяет радио параметры и подключения к сети операторов. Размещается внутри помещений и имеет размеры сопоставимые с домашними роутерами.

p, blockquote 11,0,1,0,0 –>

p, blockquote 12,0,0,0,0 –>

Следующие по размеру устройства, это базовые сотовые станции маленькой мощности – Пикосоты. Устройство сравнимо по размеру с ноутбуком или даже портативным компьютером. Используются в местах потенциально большой концентрации пользователей интернета для распространения локального сигнала сети IP/Ethernet. Устанавливаются в больших офисных зданиях, гипермаркетах, выставочных, бизнес и ярмарочных комплексах. Хотя и устанавливаются мобильными операторами, но еще не являются полноценными базовыми сотовыми станциями.

p, blockquote 13,0,0,0,0 –>

p, blockquote 14,0,0,0,0 –>

Следующей по размеру и уже вполне функциональная станция сотовой связи, это микросота. Обладая небольшими размерами и весом до 50 кг, обеспечивает связь в радиусе до 5 км.

p, blockquote 15,0,0,0,0 –>

Её габариты ограничивают количество поддерживаемых абонентов. Поэтому микросоты применяются в небольших населённых пунктах, для обеспечения локальных участков больших городов, там где нет необходимости в мощных излучателях или их некуда установить. Они практически незаметны на столбах. А в последнее время их научились еще и маскировать под деревья.

p, blockquote 16,0,0,0,0 –>

p, blockquote 17,0,0,0,0 –>

И наконец полноценные, мощные базовые сотовые станции, которые смонтированы повсюду. Особенно актуальна их установка на возвышенностях в городах. За городом мощные станции устанавливают чтобы обеспечить как можно больший радиус покрытия, потому что установка каждой связана с созданием хотя бы минимальной инфраструктуры. Это линия электропередачи и возможность подъезда для монтажа и обслуживания. Поэтому проще поставить одну мощную чем несколько небольших станций сотовой связи.

p, blockquote 18,0,0,0,0 –>

p, blockquote 19,0,0,0,0 –>

Зона действия каждой базовой сотовой станции зависит рельефа окружающей местности, высоты антенны, количества помех и препятствий в радиусе работы сотовой связи. Поэтому при планировании места установки радиус покрытия не всегда имеет первостепенную важность. Помимо перечисленных факторов учитывают ещё и возможный рост числа абонентов. Такой рост может спровоцировать ограничение на одновременное подключение сотовых телефонов. В этом случае операторам приходится уменьшать радиус действия установленной и дополнительно монтировать несколько станций сотовой связи.

p, blockquote 20,0,0,0,0 –>

Оборудование базовых станций сотовой связи

Структурно все базовые станции gsm и lte состоят из трех основных компонентов. Это антенна, радио блок и система питания.

p, blockquote 21,0,0,0,0 –>

Визуально расположение базовой сотовой станции можно определить по антеннам. Это обязательный элемент устройства. Именно антенны принимают и передают сигналы между собой и абонентами. Антенна это очень важная часть базы, от которой зависит качество мобильной связи. Такие вышки с антеннами уже привычно вписались в городские и сельские пейзажи.

p, blockquote 22,1,0,0,0 –>

Для связи с сетью (соседними станциями) проводят оптоволокно. Если это сделать затруднительно или вовсе не представляется возможным, то на мачте устанавливается ещё и антенна релейной связи. Она имеет вид тарелки и немного похожа на спутниковые антенны.

p, blockquote 23,0,0,0,0 –>

p, blockquote 24,0,0,0,0 –>

С антенн сигнал поступает на радио блоки, которые устанавливаются открыто (наружно), либо в специальных помещениях.

p, blockquote 25,0,0,0,0 –>

Радио блоки в процессе работы греются. Поэтому установленные внутри аппаратных помещений требуют принудительного охлаждения с помощью кондиционера. Наружные охлаждаются естественным путём.

p, blockquote 26,0,0,0,0 –>

p, blockquote 27,0,0,0,0 –>

Третьей основной составляющей базовых станций является система питания. В неё входят преобразователь переменного тока в постоянный с управляющей и защитной аппаратурой. И конечно же аккумуляторы для бесперебойного питания.

p, blockquote 28,0,0,0,0 –>

Остальное оборудование обеспечивает нормальное функционирование основных систем, и находится в самом помещении либо рядом с ним в специальных шкафах или контейнерах. Это климат-контроль (кондиционер и обогреватель), система вентиляции и безопасности, противопожарные устройства и прочая вспомогательная аппаратура.

p, blockquote 29,0,0,0,0 –>

Принцип работы базовой станции, как они связываются между собой

Удобство пользования мобильной связью заключается в свободе передвижения. Мы можем идти пешком или ехать в автомобиле, при этом разговаривать по телефону. Мы передвигаемся, но связь не прерывается. Непрерывность обеспечивается за счет способности коммутатора или по другому Центра коммутации подвижной связи моментально переключать абонента из зоны действия одной базовой сотовой станции в другую. Это схематично видно на рисунке.

p, blockquote 30,0,0,0,0 –>

p, blockquote 31,0,0,0,0 –>

При этом абонент может передвигаться не прерывая разговор не только между антеннами, но от одного контроллера к другому. Эффективные технологии базовых станций позволят проехать тысячи километров не прерывая беседы. Если конечно хватит средств на роуминг.

p, blockquote 32,0,0,0,0 –>

При этом коммутаторы обеспечивают не только непрерывную связь в сети, но и оптимальное распределение нагрузки на базовые антенны. Это делается, чтобы обеспечить качественный сигнал, исключить перегрузку отдельных сегментов (сот) и снизить вероятность поломки оборудования.

p, blockquote 33,0,0,1,0 –>

Все это происходит моментально, задержка бывает только при начальном соединении и может составлять до трёх секунд. Так происходит потому, что должна произойти цепочка событий. А именно:

p, blockquote 34,0,0,0,0 –>

  • Сигнал должен добраться до коммутатора.
  • Он передает звонок на сторону получателя (в международные или междугородные сети, в городскую АТС, или другому оператору мобильной связи). Это происходит быстро при помощи оптоволоконных кабелей или радиорелейных каналов.
  • Далее звонок поступает на коммутатор принимающей стороны. В этом коммутаторе уже есть данные о местонахождении вызываемого абонента. А именно — в какой соте находится и к какой базовой антенне ближе всего.
  • И вот уже адресату поступил вызов.

Коротко можно сказать, что абоненты общаются между собой через БС, а сотовые станции соединяет Центр коммутации.

p, blockquote 35,0,0,0,0 –>

Как определить базовую станцию на карте

Иногда возникают ситуации, когда связь пропадает, а данные невозможно передать. Такие случаи бывают из-за удаленности или маломощности базовых антенн или множества препятствий для сигнала. Хочется найти место для устойчивого приёма и комфортного разговора. Это достаточно легко сделать, если в руках есть смартфон или находитесь рядом с компьютером. С помощью приложений для телефонов и сайтов в интернете, определить местоположение базовых станций на карте и уровень сигнала не представляет труда.

p, blockquote 36,0,0,0,0 –>

Для телефонов разработаны множество программ, которые можно скачать с сайтов или в магазинах приложений. Приложение найдет базовую антенну на карте, определит уровень сигнала и координаты. Например, для андроид, будут полезными следующие приложения:

p, blockquote 37,0,0,0,0 –>

  • GSM Monitor
  • Gsm Signal Monitor
  • Antennas
  • Network Signal Strength
  • Cell Phone Coverage Map
  • Network Signal

p, blockquote 38,0,0,0,0 –>

Для устройств под руководством iOS выбор меньше, это:

p, blockquote 39,0,0,0,0 –>

  • Signal 2
  • Find Tower — Locate 4G antenna

Но с iPhone, так же как и с компьютера всегда можно выйти в интернет, и определить окружающие станции. Это можно сделать на сайтах операторов и популярных сторонних сервисах. Таких как англоязычный — opensignal.com или сайт на русском — netmonitor.ru или xinit.ru. Недостатком информации на сайтах является отсутствие сведений о силе сигнала ближайших базовых антенн.

p, blockquote 40,0,0,0,0 –>

Обслуживание базовых станций мобильной связи

Любое оборудование требует периодической профилактики и обслуживания. Обычная проверка включает снятие показаний электросчетчиков, тест блока питания, осмотр электроники, мачты, антенн и кабелей. При аварийных ситуациях обслуживающие инженеры действуют не в слепую. Для отслеживания неполадок существует дистанционная система мониторинга оборудования. Поэтому они заранее знают о возможных неполадках, и поломка какого-либо элемента не вызывает паники у сотрудников сотовых компаний. Современные сотовые станции собираются по модульной системе, блоки меняются достаточно легко и быстро. Обслуживание базовых станций сотовой связи выстроено таким образом, чтобы неполадки устранялись немедленно и абоненты всегда оставались на связи.

p, blockquote 41,0,0,0,0 –>

Для мониторинга общей работы сотовых сетей существует специальная аппаратура, которая обычно стационарно устанавливается в автомобиле. Такая лаборатория на колёсах служит для оценки качества сигнала в различных уголках городов и при выезде на открытую местность. Причем компании мониторят как свои, так и сети конкурентов.

p, blockquote 42,0,0,0,0 –>

Ещё один способ мониторинга своих сетей компании осуществляют с помощью имитатора базовой станции. Он нужен для поиска, идентификации и обнаружения устройств негласного съёма информации и прослушивания абонентов сотовой связи. Сотовики стремятся обезопасить себя и своих клиентов от негласного вторжения в обмен данными и прослушки телефонных звонков.

p, blockquote 43,0,0,0,0 –>

Правила работы на высоте при обслуживании антенно-мачтовых сооружений

p, blockquote 44,0,0,0,0 –> p, blockquote 45,0,0,0,1 –>

Все хотят иметь хороший сотовый сигнал дома и вне его. Но немногие знают, что комфортное общение по мобильному телефону зависит от количества, расположения и мощности базовых антенн на металлических вышках и мачтах вокруг нас. Зная принцип работы, расположение и уровень сигнала ближайших сотовых станций, всегда можно найти место для комфортного разговора по мобильному телефону и обмена большими файлами.

Читайте далее:
Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector