Как-то раз друг, работающий инженером у одного сотового оператора, предложил устроить экскурсию по высоткам Белгорода и рассказать о том, как работает сотовая связь. Я, само собой, отказаться от такого не мог, и этот обзор стал самым интересным, что мне приходилось видеть за последнее время, не говоря уже о том, что с этих крыш открываются невероятно красивые виды родного города. Прежде чем начать это рассказ, хочу искренне поблагодарить Кирилла и за организацию этой экскурсии, и за техническую консультацию в процессе написания этой статьи.
Первой крыша стала высотка на улице Костюкова рядом с жилым комплексом «Владимирский». Этот 18-этажный дом стоит на холме, таким образом являясь одной из самых высоких точек города.
В любом городе крыши высотных зданий всегда облюбованы операторами сотовой связи - здесь установлено множество антенн.
Эти антенны бывают двух типов. Панельные прямоугольные, похожие по форме на пастилу - антенны сотовой связи, или «сектора». Через них ваш сотовый телефон или модем связывается с управляющим блоком - базовой станцией. Обычно несколько подключённых к одной базовой станции секторных антенн установлены под разными углами, чтобы обеспечить связью абонентов со всех сторон. Для оптимального покрытия (как технически, так и экономически), базовые станции расставляют таким образом, что схема их расположения напоминает пчелиные соты - отсюда и термин «сотовая связь». В реальности, конечно, идеальные соты получаются редко, так как на их расположение влияет множество других факторов, как то рельеф, возможность установки БС и количество абонентов. Секторные антенны устанавливаются также и непосредственно в зданиях, для обеспечения сигнала внутри них. В частности, indoor-сектора установлены внутри различных белгородских ТРЦ (Сити-Молле, Мега-Гринне, Рио и др.), в противном случае ваши мобильники не ловили бы там сеть.
Круглая антенна - радиорелейная (РРЛ). При помощи таких антенн осуществляется связь между базовыми станциями, если никакой другой связи между ними нет. Такое соединение называется радиорелейным пролётом. При установке 2 антенн очень важно, чтобы они были чётко направлены друг на друга (этот процесс называется юстировкой), потому что при малейшем отклонении сигнал становится хуже, уменьшая пропускную способность. Антенны могут быть разного диаметра (от 30 см до двух с половиной метров) и работать в разных частотных диапазонах (в зависимости от длины пролёта, типа местности и требований оператора).
Базовой станцией называется помещение, в котором располагается оборудования. Это может быть контейнер, выгородка в здании, изредка - термошкаф. В контейнер подаётся внешнее 3-фазное электроснабжение на 380 вольт. Электричество попадает на вводной щит, от которого запитываются потребители переменного тока (кондиционеры и охранно-пожарная сигнализация). От вводного щита запитан ИБП (источник бесперебойного питания), преобразующий переменный ток в постоянный на 48 вольт, от которого работает большая часть оборудования базовой станции. На фото - стойки оборудования и ИБП базовой станции GSM.
Стойка GSM-овской базовой станции внутри.
Источник бесперебойного питания. У базовой станции и оборудования транспортной сети (внутренних блоков антенн РРЛ, мультиплексоров и прочего) должны быть разные источники питания, так как при отключении питания оборудование транспортной сети должно «продержаться» дольше.
Базовая станция является низшей ступенью в сетевой иерархии. Несколько десятков территориально связанных станций через кабель подключаются к BSC (Base Station Controller, контроллер базовых станций), осуществляющий контроль за их работоспособностью и многими процессами, такими как хэндовер (переключение абонента с одной станции на другую без разрыва соединения), обновление местоположения и сигнализирование, а также параметрами работы. Шкаф контроллера.
Оборудование контроллера.
Оптический магистральный мультиплексор (устройство, комбинирующее несколько различных потоков данных для передачи по одной линии связи).
BSC это серьёзный транспортный узел с кучей радиорелейного, оптического оборудования, критичный к качеству электропитания, из-за чего на случай перебоя с питанием оборудуется серьёзными аккумуляторами (на фото) или ДГУ (дизельным генератором).
Ядром сети в отдельно взятом городе или регионе, с которым соединены контроллеры базовых станций, является MSC (Mobile Switching Centre, центр мобильной коммутации) - автоматическая телефонная станция или коммутатор. Именно MSC определяет, куда направлять звонки, а также обрабатывает звонки из внешних сетей (городской, других операторов) и посылает информацию о длительности разговоров и заказанных услугах в биллинговый центр. Многоуровневая структура сети необходима для более равномерной нагрузки - ведь если бы MSC, например, должен был осуществлять функцию хэндовера и другие функции контроллера базовых станций, нагрузка на него выросла бы в разы. Для проложенных между регионами опорных сетей используются оптоволоконные кабели, позволяющие моментально передавать огромные потоки данных.
Привычное вам слово «симка» происходит от английского сокращения SIM (Subscriber Identity Module, модуль идентификации подписчика). Каждая карта имеет IMSI (International Subscriber Identification Number, международный опознавательный номер абонента, тот самый длинный номер, который написан на ней мелкими цифрами). Когда вы включаете телефон, он передаёт этот номер на БС, откуда он затем идёт на BSC и далее на MSC. MSC запрашивает операторскую базу данных (HLR) о наличии такого абонента, и о том, можно ли ему предоставлять услуги связи (заплатил ли он, подключены ли они), а затем прописывает его в VLR - временной базе данных абонентов, находящихся в зоне действия данного MSC (это включает как и абонентов данной сети, так и роумеров - абонентов других сетей, в данный момент подключённых к ней).
GSM (изначально происходит от Groupe Spécial Mobile) - разработанный в Европе стандарт мобильной связи, фактически ставший мировым (хотя существуют и другие стандарты, например популярный в Америке CDMA). Этот стандарт был ориентирован в первую очередь на голосовую передачу данных. Сети третьего поколения (UMTS), которые иногда для показания преемственности называют 3GSM и в которых используется протокол HSDPA, значительно увеличивающий скорость передачи, уже более заточены именно под данные, хотя при отсутствии GSM-сети через 3G всё же можно сделать звонок. Что же касается LTE, сети 4 поколения, то она полностью оптимизирована для высокоскоростной передачи данных (хотя в российских реалиях многое зависит от развития у операторов т.н. «транспортной сети» - совокупности ресурсов и возможностей по передаче больших объемов информации и распределения этих объемов по базовым станциям).
На фото ниже - базовая станция LTE. В случае отключения электричества аккумуляторов хватит ещё на 5 часов работы.
Большой преградой для развития скоростного мобильного интернета в России является дефицит радиочастот. Нельзя просто установить оборудование и начать обслуживание, нужно сначала получить разрешение на использование частоты. Однако, частоты, необходимые для развёртывания таких сетей, часто бывают зарезервированы Министерством обороны в соответствии со стандартами 60-70 годов прошлого века, когда оборудованию нужны были широкие диапазоны. Выделение («конверсия») таких частот для гражданского использования - процедура дорогая и сложная как технически, так и бюрократически. Помимо того, вплоть до декабря 2013 года в России по закону частоты выделялись только под конкретные технологии, и если компания получала частоту, на которой ей разрешалось предоставлять услуги GSM-связи, она не имела права использовать эту же частоту для LTE. Из-за этого, например, Теле2, не получившая в своё время отдельной частоты для 3G и 4G, долгое время не могла начать предоставлять услуги скоростного мобильного интернета.
Отвлечёмся немного от технической стороны, и посмотрим по сторонам. С этого дома город видно как на ладони. Посмотрим в самый центр. В середине - здание городской администрации. Из-за него выглядывает Преображенский собор. Видны диорама «Огненная дуга» и художественный музей, парк имени Ленина.
Памятник князю Владимиру отсюда кажется совсем крошечным.
Корпуса БелГУ.
Вокзал и городской пляж.
«Технолог», вдали видны районы Старый Город и Крейда.
Внутренний двор ЖК «Владимирский».
Надо зафигачить лук
И конечно, панорамы. Белгород, какая красота!
С большим приближением (к сожалению погода была не идеальной, хоть и светило солнце, воздух был затянут дымкой, несмотря на задранный контраст, видно не очень хорошо.
Если смотреть с этой же крыши в южную сторону. Южная половина города в народе называется «Харьковской горой».
Следующим объектом, который мы посетили, стала 70-метровая сотовая вышка недалеко от БГТУ.
На вышке располагаются антенны, а в металлических будках - оборудование базовых станций. Сама вышка окружена забором из колючей проволоки, чтобы туда не лазили.
Чтобы залезть на вышку, нужно быть в хорошей физической форме. Я, хоть и хожу всё время в спортзал, под конец начал уставать. А Кирилл, который сам здоровенный качок, предложил представить, каково лезть на неё, ещё и таща на себе тяжёлое оборудование.
Но вообще сам процесс залезания изрядно доставил. Это здорово. Никакой страховки нет - держитесь крепче.
Неиспользуемая советская радиорелейная антенна, установленная ещё в 1970-е годы, которую слишком сложно демонтировать из-за её веса и габаритов, поэтому она продолжает здесь висеть. Эта конкретная вышка довольно старая и была построена ещё в те времена, однако, большинство вышек, которые нам встречаются, появились уже во время бурного развития в России сотовой связи.
Монтаж таких вышек обычно осуществляется при помощи вертолёта. На место на длинномерных тягачах привозятся собранные части конструкции весом 2-3 тонны каждая, после чего машина их подымает , а монтажники закрепляют. Красно-белая раскраска, увеличивающая видимость конструкции для летательных аппаратов, является требованием, прописанным в Руководстве по эксплуатации гражданских аэродромов РФ. Такая раскраска наносится на все высотные конструкции, мачты и заводские трубы.
Наверху вышки, как и на высотках, установлены красные огни светового ограждения, нужные для тех же целей, что и раскраска, но в тёмное время суток.
Как правило, на одной вышке находится оборудование сразу нескольких компаний. Сама вышка, при этом, может принадлежать лишь одному оператору (а другие платят аренду), либо нескольким, либо вообще принадлежать какой-то другой организации, которая не занимается услугами связи, а лишь сдаёт объект в аренду. С недавнего времени в России стало появляться также и совместное использование базовых станций.
Вышка немного качается на ветру - так и должно быть.
Всё сильнее хочется стать бейсером.
Строящийся микрорайон Новый-2 и гаражи, сверху напоминающие трущобы какого-нибудь латиноамериканского города. Отдельный гаражный кооператив рядом с жилым массивом - это такое чисто советское изобретение, на западе вызывающее недоумение.
Улица Губкина, Харгора.
Чуть поодаль в середине видны корпуса БГТУ. Справа вдали городской пляж. Вверху слева - высотка, на которой мы только что были.
Общий вид с крыши здания. В самой левой части - начало района Болховец и западная промзона (жёлтое пятно на горизонте - карьер цементного завода). Район Левобережье, центр Хоркиной (синее здание), БелГУ, парк Победы, застроенный коттеджами район Супруновка, железная дорога, район «Салют», две городские телебашни, улица (правильнее было бы назвать её проспектом) Щорса, ТЦ «Сфера», Первомайский район.
Парк Победы и центральная часть города, Супруновка.
Улица Щорса.
Две городские телебашни - старая (слева) и новая. Ночью они красиво подсвечиваются. На них попасть очень и очень сложно (если вы только не Вадим Махоров).
Улицы Плеханова и Горовца.
Западная промзона (цементный завод, Энергомаш, Белаци).
Один из недостатков Белгорода заключается в том, что здесь практически полностью отсутствуют исторические достопримечательности, что делает его малоинтересным для туристов. Дореволюционные здания точечно встречаются в центре, но они со всех сторон окружены современными. Здесь нет ни одной старинной улицы, какие есть в городах вроде Тулы , Ярославля или Владимира, разве что пара улиц со сталинской архитектурой. Сейчас весь центр застраивается стеклобетонными высотками, а прочие районы полностью состоят из таких вот многоэтажек. Панельные дома на переднем плане характерны для 80-х годов, те что дальше - типичная современная архитектура белгородских спальных районов.
Устройство керамической облицовки зданий. Помимо новых домов, её часто применяют для реставрации построек эпохи Хрущёва и Брежнева - квадратные здания, которые уже через два года после побелки начинают выглядеть облезло, будучи облицованными, выглядят вполне себе современно и эстетично.
Вентиляция.
В заключение мы поднялись на крышу бывшего завода «Электроконтакт». В советское время завод производил различное электрооборудование, но в девяностых годах закрылся из-за нерентабельности. Сейчас в его зданиях располагаются офисы и магазины, цеха используются как склады или пустуют.
На крыше одного из зданий установлены радиомачты.
Уютная такая крыша.
Рядом находится одна из городских достопримечательностей, деревянный храм святых мучениц Веры, Надежды, Любови и матери их Софии. В 2009 году эпически сгорел , но с того времени был отстроен заново.
Крыши цехов напоминают улицы заброшенного посёлка. Интересно, как можно туда попасть?
Улица Горького и кольцо Щорса-Королёва-Горького.
Не побоюсь сказать, что в познавательном плане эта была самая интересная экскурсия с момента посещения Зоны отчуждения 6 лет назад. Больше всего на свете я обожаю индустриальные инсайдерские экскурсии, когда можно посмотреть на то, что находится рядом с нами, тесно связано с нашей жизнью, но при этом малоизвестно и закрыто человеку с улицы.
Побывал в Дубовом (пригород Белгорода на юге от Харгоры). Привет, Настя:-)
Такой тихий и приятный спальный райончик. Большую часть его занимают коттеджи.
В этом году тут наконец-то заработал горнолыжный комплекс, который строился очень долго (правда, судя по отзывам, заработал скорее условно).
Если вечером прийти на пешеходный мост над разделяющим северную и южную части города частным сектором, можно встретить Повелительницу коз. Можно ли её вносить в список городских сумасшедших?
Прогулочные лодки на Везёлке.
Почему современные выпускники все такие габаритные? Я в 17 лет весил 55 килограммов, а тут посмотришь - прямо дяди и тёти какие-то. Наверное, виноваты голодные девяностые, в которые мы росли:-)
Обычно вид заходящего за белгородский университет солнца ассоциируется с J:Морсовской песней «Паветра», но в этот момент было странно осознавать, что лето ещё даже не началось, хотя накрепко привязавшаяся к прошлому апрелю «Весна» «Воплів Відоплясова» сюда тоже уже как-то не подходила... Было бы интересно понять, откуда у меня такое желание привязывать ко всему саундтреки.
З тобою літаю я там, де літо, там, де літо,
Там, де душа моя, ллється через край.
З тобою літаю я там, де літо, там, де літо,
Там, де душа моя понесе мене за небокрай.
З нами літо бавилось і сміялось,
З нами літо ділилось своїм теплом,
А під вечір так непомітно вкривалось
Синє небо золотом і вином ©
Хотя большинство из нас считают стационарный телефон само собой разумеющимся, телефон в вашем доме — одно из самых удивительных устройств, когда-либо созданных. Если вы хотите поговорить с кем-нибудь, все, что вам нужно сделать, это поднять трубку телефона и набрать несколько цифр. Вы в любой момент обратитесь к этому человеку и пообщаетесь с ним.
Телефонная сеть распространяется по всему миру, так что вы можете дозвониться почти к каждому на планете. Если вспомнить, что всего 100 лет назад и даже менее, посылка письменного сообщения кому-либо могла занимать несколько недель…
Удивительно, но телефон это одно из самых простых устройств в вашем доме. Принципы телефонной связи не изменялись почти столетие. Если у вас есть старинный телефон, сохранившийся с 1930-х годов, можно подключить его к вашей телефонной розетке, и он будет работать нормально!
Внутренности телефона
Простейший телефон состоит из трех частей:
1. Переключатель, подключающий и отключающий телефон от сети. Этот переключатель обычно называют рычажным переключателем . Он подключает телефон к сети, когда вы поднимаете трубку.
2. Д инамик . Это, самый обычный динамик размером с 50 копеечную монету и сопротивлением 8 Ом.
3. Микрофон . В прошлом, телефонные микрофоны были крайне просты и состояли из гранул активированного угля, зажатого между двух тонких металлических пластин. Звуковые волны от вашего голоса сжимали и разжимали гранулы, меняя их сопротивление и регулировали ток, протекающий через микрофон.
И он будет работать! Вы можете набрать номер на этом телефоне, быстро нажимая на рычажный переключатель — все телефонные коммутаторы по-прежнему распознают «импульсный набор номера ». Если вы поднимете трубку и быстро простучите по переключателю четыре раза, коммутатор телефонной компании поймет, что вы набрали «4».
Единственная проблема с таким телефоном, что во время разговора вы будете слышать свой голос через динамик.
Провода и кабели
Телефонная сеть начинается в вашем доме. Пара медных проводов бежит от вашего телефона до толстого кабеля, содержащего множество таких медных пар. В зависимости от того, где вы находитесь, этот толстый кабель будет входить непосредственно в коммутатор телефонной станции в вашем районе, или будет подключен в коробку размером, примерно, с холодильник, которая выступает в качестве цифрового концентратора .
Оцифровка и доставка голоса
Концентратор оцифровывает ваш голос с дискретизацией 8000 раз в секунду и 8-битным разрешением. Затем он собирает в себе ваш голос и десятки других, и отправляет их все в один провод (обычно коаксиальный кабель или волоконно-оптический кабель) ведущий к телефонной станции. Так или иначе, ваша линия соединяется с линейным разъединителем, и вы можете услышать длинный гудок, поднимая трубку.
Если вы вызываете кого-то, связанного с той же самой станцией, то переключатель просто создает замкнутую цепь между вашим телефоном и телефоном человека, которого вы набрали. Если это междугородний звонок, то ваш голос оцифровывается и объединяется с миллионами других голосов. Ваш голос, обычно, идет по волоконно-оптической линии в телефонную станцию принимающей стороны, но он может также быть передан спутником или вышками связи.
Создание собственной телефонной сети
Не только телефон простое устройство. Связь между вами и телефонной станцией еще проще. В самом деле, вы можете легко создать свою собственною телефонную сеть с использованием двух телефонов, 9-вольтового аккумулятора и резистора на 300 Ом, который можно купить на радиорынке. Вы можете собрать все это оборудование следующим образом: один провод соединяет оба телефона напрямую, а ко второму проводу, соединяющему телефоны, последовательно подключены источник питания и резистор. Если оба человека одновременно возьмут телефонные трубки, то они смогут нормально разговаривать друг с другом на расстоянии нескольких километров.
Единственное, что ваш маленький домофон не сможет сделать — это позвонить на другой телефон, чтобы попросить человека на другом конце провода взять трубку. Для сигнала звонка подается 90 вольт переменного тока частотой 20 герц.
Подключение к телефонной станции состоит из двух медных проводов. По одному из них передается от 6 до 12 вольт постоянного тока, примерно 30 мА. Микрофон модулирует звуковые волны, динамик на другом конце воспроизводит этот модулированный сигнал. Вот и все.
Если вернуться к временам ручного коммутатора, то легко понять, как работала когда-то большая телефонная сеть. В те дни было множество пар медных проводов, идущих от каждого дома к телефонной станции в центре города. Оператор коммутатора сидела перед большим щитом с одним гнездом для каждого абонента. Над каждым разъемом была небольшая лампочка. Большой аккумулятор был подключен через резистор для каждой проводной пары. Когда кто-то поднимал трубку на своем телефоне, рычажный переключатель замыкал цепь и пускал ток по проводам между домом и телефонной станцией. Это зажигало свет лампочки над этим разъемом на распределительном щите. Оператор соединял свою гарнитуру с этим разъемом и спрашивал, с кем этот человек хотел бы поговорить. Затем оператор отправлял сигнал звонка получающей стороне и ждал, чтобы там кто-то взял трубку. После того, как трубка поднималась, оператор соединял двух людей вместе, точно так же, как простая интерком-связь. Это очень просто!
Тональный набор
В телефонах современной системы, операторы были заменены на электронный переключатель . Когда вы поднимаете трубку, переключатель чувствует замыкание цепи и играет звук длинного гудка. Таким образом, вы знаете, что переключатель и ваш телефон работают. Звук длинного гудка — это сочетание 350 Герц тона и 440 Герц тона. Набор цифр номера также сопровождается звуками различной тональности. Если номер занят, вы слышите прерывистый сигнал «занято», который составлен из 480 Герц и 620 Герц тона.
Ширина полосы пропускания
В целях обеспечения более дальних звонков, передаваемые частоты ограничены полосой пропускания около 3000 Герц. Все частоты в вашем голосе ниже 400 Герц и выше 3400 Герц исключаются. От этого голос по междугородному телефону имеет характерное звучание.
Поэтому лучше не устраивать музыкальные перформансы по телефону, чтобы не стать героем анекдота:
Встречаются Петька и Василий Иванович. Василий Иванович говорит: «Что только люди находят в этих Битлз?! Они же поют монотонно!» Петька спрашивает: «Василий Иванович, да где же ты Битлов то слушал?!» Василий Иванович: «Как где? Мне вчера Фурманов пару их вещей напел по телефону…»
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.
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.
aslan wrote in February 2nd, 2016Сотовая связь с недавних пор так прочно вошла в нашу повседневную жизнь, что трудно представить современное общество без нее. Как и многие другие великие изобретения мобильный телефон сильно повлиял на нашу жизнь, и на многие ее сферы. Трудно сказать каким было бы будущее, если бы не этот удобный вид связи. Наверняка таким же, как и в фильме "Назад в Будущее-2", где есть летающие авто, ховерборды, и многое другое, но нет сотовой связи!
Но сегодня в специальном репортаже для будет рассказ не о будущем, а о том, как устроена и работает современная сотовая связь.
Для того, чтобы узнать о работе современной сотовой связи в формате 3G/4G, я напросился в гости к новому федеральному оператору Tele2 и провел целый день с их инженерами, которые объяснили мне все тонкости передач данных через наши мобильные телефоны.
Но расскажу вначале немного об истории возникновения сотовой связи.
Принципы работы беспрводной связи были опробованы почти 70 лет назад - первый общественный подвижный радиотелефон появился в 1946 г. в Сент-Луисе, США. В Советском союзе опытный образец мобильного радиотелефона был создан в 1957 году, потом ученые других стран создавали подобные устройства с различными характеристиками, и только в 70-х годах прошлого века в Америке были определены современные принципы работы сотовой связи, после чего и началось ее развитие.
Мартин Купер - изобретатель прототипа портативного сотового телефона Motorola DynaTAC весом в 1,15 кг и размерами 22,5х12,5х3,75 см
Если в западных странах к середине 90-х годов прошлого века сотовая связь была распространена повсеместно и ей пользовалась большая часть населения, то в России она только начала появляться, и стала доступной для всех чуть более 10 лет назад.
Громоздкие кирпичеобразные мобильники работавшие в форматах первого и второго поколений ушли в историю, уступив место смартфонам с 3G и 4G, лучшей голосовой связью и высокой скоростью интернета.
Почему связь называется сотовой? Потому что территория, на которой обеспечивается связь, разбивается на отдельные ячейки или соты, в центре которых располагаются базовые станции (БС). В каждой "соте" абонент получает одинаковый набор услуг в определенных территориальных границах. Это означает, что перемещаясь от одной "соты" к другой, абонент не чувствует территориальной привязанности и может свободно пользоваться услугами связи.
Очень важно, чтобы была непрерывность соединения при перемещении. Это обеспечивается благодаря так называемому хэндовер (Handover), при котором соединение установленное абонентом как бы подхватывается соседними сотами по эстафете, а абонент продолжает разговаривать или копаться в соцсетях.
Вся сеть делится на две подсистемы: подсистема базовых станций и подсистема коммутации. Схематически это выглядит так:
В середине "соты", как было сказано выше находится базовая станция, которая обычно обслуживает три "соты". Радиосигнал от базовой станции излучается через 3 секторные антенны, каждая из которых направлена на свою "соту". Бывает так, что на одну "соту" направлены сразу несколько антенн одной базовой станции. Это связано с тем, что сеть сотовой связи работает в нескольких диапазонах (900 и 1800 МГц). Кроме того, на данной базовой станции может присутствовать оборудование сразу нескольких поколений связи (2G и 3G).
Но на вышках БС Tele2 стоит оборудование только третьего и четвертого поколения - 3G/4G, так как компания решила отказаться от старых форматов в пользу новых, которые помогают избегать обрывов голосовой связи и обеспечивают более стабильный интернет. Завсегдатаи соцсетей поддержат меня в том, что в наше время скорость интернета очень важна, 100-200 кб/с уже не достаточно, как это было пару-тройку лет назад.
Наболее привычным местом размещения БС является башня или мачта, построенная специально для нее. Наверняка вы могли видеть красно-белые вышки БС где-то в отдаленности от жилых домов (в поле, на холме), или там, где поблизости нет высоких зданий. Как вот эта, которая видна из моего окна.
Однако, в условиях городской местности трудно найти место под размещение массивного сооружения. Поэтому в крупных городах базовые станции размещаются на зданиях. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 км.
Это антенны, само оборудование БС находится на чердаке, или в контейнере на крыше, которое представляет из себя пару железных шкафов.
Некоторые базовые станции расположены там, где вы даже не догадаетесь. Как например на крыше этой парковки.
Антенна БС состоит из нескольких секторов, каждый из которых принимает/отправляет сигнал в свою сторону. Если вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, то круглая соединяет БС с контроллером.
В зависимости от характеристик, каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно. БС может состоять из 6 секторов, и обслуживать до 432 звонков, однако обычно на станциях устанавливают меньше передатчиков и секторов. Сотовые операторы, такие как Tele2, предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи. Как мне сказали, здесь используется самое современное оборудование: базовые станции Ericsson, транспортная сеть - Alcatel Lucent.
От подсистемы базовых станций сигнал передается в сторону подсистемы коммутации, где и происходит установление соединения с нужным абоненту направлением. В подсистеме коммутации есть ряд баз данных, в которых хранятся сведения об абонентах. Кроме того эта подсистема отвечает за безопасность. Если сказать проще, то коммутатор выполняет те же функции, что и девушки операторы, которые раньше руками соединяли вас с абонентом, только сейчас все это происходит автоматически.
Оборудование для этой базовой станции спрятано в этом железном шкафу.
Кроме обычных вышек есть также и мобильные варианты базовых станций, размещенные на грузовиках. Их очень удобно использовать во время стихийных бедствий или в местах массового скопления людей (футбольные стадионы, центральные площади) на время праздников, концертов и различных мероприятий. Но, к сожалению, из-за проблем в законодательстве широкого применения они пока не нашли.
Для обеспечения оптимального покрытия радиосигналом на уровне земли, базовые станции проектируются специальным образом, потому несмотря на дальность в 35 км. сигнал не распространяется на высоту полета самолетов. Однако некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих бортах небольшие базовые станции, обеспечивающие сотовую связь 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.
Также я заглянул в офис Tele2, чтобы увидеть как специалисты контролируют качество сотовой связи. Если несколько лет назад такая комната была бы увешана до потолка мониторами показывающими данные сети (загруженность, аварии сети, и т.п.) то со временем надобность в таком количестве мониторов отпала.
Технологии со временем сильно развились и достаточно вот такой небольшой комнаты с несколькими специалистами, чтобы наблюдать за работой всей сети в Москве.
Немного видов из офиса Tele2.
На совещании сотрудников компании обсуждаются планы по захвату столицы) С начала стройки до сегодняшнего дня Tele2 успел покрыть своей сетью всю Москву, и постепенно завоевывает Подмосковье, запуская более 100 базовых станций еженедельно. Так как я живу теперь в области, мне очень важно. чтобы эта сеть как можно быстрее пришла в мой городок.
В планах компании на 2016 г. обеспечение высокоскоростной связи в метро на всех станциях, на начало 2016 связь Tele2 присутствует на 11 станциях: связь стандарта 3G/4G на метро «Борисово», «Деловой центр», «Котельники», «Лермонтовский проспект», «Тропарево», «Шипиловская», «Зябликово», 3G: «Белорусская» (Кольцевая), «Спартак», «Пятницкое шоссе», «Жулебино».
Как я говорил выше, Tele2 отказалась от формата GSM в пользу стандартов третьего и четвертого поколения - 3G/4G. Это позволяет устанавливать базовые станции 3G/4G с большей частотой (например, внутри МКАД БС стоят на расстоянии около 500 метров друг от друга), чтобы обеспечивать более стабильную связь и высокую скорость мобильного интернета, чего не было в сетях предыдущих форматов.
Из офиса компании я в компании инженеров Никифора и Владимира отправляюсь на одну из точек, где им нужно замерить скорость связи. Никифор стоит напротив одной из мачт, на которой установлено оборудование для обеспечения связи. Если приглядитесь, то заметите чуть далее слева еще одну такую мачту, с оборудованием других сотовых операторов.
Как это ни странно, но сотовые операторы часто разрешают своим конкурентам использовать свои башенные сооружения для размещения антенн (естественно на взаимовыгодных условиях). Это вызвано тем, что строительство башни или мачты - дорогое удовольствие, и такой обмен позволяет сэкономить немало средств!
Пока мы замеряли скорость связи, Никифора несколько раз прохожие бабушки и дядьки спросили не шпион ли он)) "Да, глушим радио "Свобода"!).
Оборудование на самом деле выглядит необычно, по его виду можно предположить все что угодно.
У специалистов компании немало работы, если учесть, что в Москве и области у компании более 7тыс. базовых станций: из них порядка 5тыс. 3G и около 2тыс. базовых станций LTE, а за последнее время количество БС увеличилось еще примерно на тысячу.
Всего за три месяца в Подмосковье было выведено в эфир 55% от общего количества новых базовых станций оператора в регионе. В настоящий момент компания обеспечивает качественное покрытие территории, на которой проживает более 90% населения Москвы и Московской области.
Кстати, в декабре сеть 3G Tele2 была признана лучшей по качеству среди всех столичных операторов.
Но я решил лично проверить насколько хороша связь у Tele2, потому приобрел симку в ближайшем ко мне торговом центре на м.Войковская, с самым простым тарифом "Очень черный" за 299 р (400 смс/минут и 4 ГБ). Кстати, у меня был подобный билайновский тариф, который на 100 рублей дороже.
Проверил скорость не отходя далеко от кассы. Прием - 6.13 Mbps, передача - 2.57 Mbps. Учитывая, что я стою в центре торгового центра это неплохой результат, связь Tele2 хорошо проникает сквозь стены большого ТЦ.
На м.Третьяковская. Прием сигнала - 5.82 Mbps, передача - 3.22 Mbps.
И на м.Красногвардейская. Прием - 6.22 Mbps, передача - 3.77 Mbps. Замерил у выхода из метро. Если принять во внимание, что это окраина Москвы, очень даже прилично. Считаю, что вполне приемлемая связь, уверенно можно сказать, что стабильная, если учитывать, что Tele2 появилась в Москве всего пару месяцев назад.
В столице стабильная связь Tele2 есть, это хорошо. Очень надеюсь, что они побыстрее придут в область и я смогу в полной мере пользоваться их связью.
Теперь и вы знаете как работает сотовая связь!
Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите пишите мне - Аслан ([email protected] ) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта http://ikaketosdelano.ru
Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс , где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.
Жми на иконку и подписывайся!
Мобильный телефон является неотъемлемой частью современного, технологически развитого общества. Несмотря на обыденность и внешнею простоту этого прибора, очень не многие знают как работает мобильный телефон.
Устройство мобильного телефона
Современные технологии и постоянно движущийся вперёд прогресс позволяют создавать телефоны с огромным количеством функций и возможностей. С каждой новой моделью телефоны становятся всё тоньше, красивее и доступнее по финансам. Несмотря на огромную разновидность моделей и производителей, все эти приборы устроены по одному принципу.
По сути, мобильный телефон - это приёмно-передающее устройство, которое в своём корпусе имеет приёмник, передатчик и радиоантенну. Приёмник обеспечивает приём радиосигнала, преобразовывает его в электрические импульсы и посылает на динамик вашего телефона в виде электрических волн. Динамик преобразует эти электрические импульсы в звук, который мы слышим при разговоре с собеседником.
Микрофон воспринимает вашу речь, преобразует её в электрические сигналы и посылает на встроенный передатчик. Задача передатчика преобразовать электрические импульсы в радиоволны и передать на ближайшую станцию посредством антенны. Антенна служит для усиления приема и передачи радиоволн от телефона на ближайшую станцию сотовой связи.
Как работает телефон стационарный
Устройство стационарного телефона не сильно отличается от мобильного. В стационарном телефоне нет необходимости преобразовывать электрические импульсы в радиоволны, поскольку контакт с абонентом происходит по телефонному кабелю через Автоматическую Телефонную Станцию (АТС). Станция не нуждается в поиске аппарата по зоне своего действия и при наборе номера она автоматически вас соединяет с тем телефонным аппаратом, на который зарегистрирован этот номер.
Как работает мобильная связь?
Каждый из нас имеет возможность визуально наблюдать большое количество радиовышек, расположенных в разных частях города. Эти вышки, как правило, устанавливаются на максимально возвышенных местах, на крышах высотных зданий, на конструкциях других коммуникаций или на собственных стационарных вышках. Эти радиовышки называются базовыми станциями (БС). Вы можете заметить что в городах такие станции установлены гораздо чаще чем на междугороднем пространстве. Это связано с тем, что в городских условиях существует много естественных помех в виде бетонных зданий и различных металлических сооружений, которые значительно ухудшают качество сигнала. Одновременно в городах сосредоточено большее количество абонентов, которые создают сильную нагрузку на сотовую сеть и для поддержания хорошего качества связи требуется усиление зоны покрытия.
Ваш телефон имеет собственную идентификацию в виде мобильного номера вашей SIM карты. Во включённом состоянии, мобильный телефон постоянно сканирует пространство в поисках сети и автоматически выбирает ту Базовую станцию, которая обеспечивает лучшее качество сигнала. Одновременно он сообщает станции о своём местоположении и состоянии, таким образом, центральный компьютер оператора сотовой связи всегда знает, в зоне действия какой базовой станции находится телефон и готов ли он принять сигнал вызова. Как только другой абонент делает вызов вашего номера, компьютер определяет ваше местонахождение и посылает сигнал вызова на ваш телефон. Если телефон выключен или не находится в зоне действия ближайшей Базовой Станции, то компьютер сообщает вам что абонент находится вне зоны покрытия и не может принять звонок.