Сотовая связь и навигация. Общие моменты, которые полезно знать. Как работают сотовые вышки
Как работает сотовая связь | Как это сделано
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:
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:
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. 
Источник
kak-eto-sdelano.ru
FAQ про работу сотовой сети для самых маленьких
— В чём отличие сотовой связи от связи с помощью раций? Связь — это так называемый вариант точка-многоточка, когда информация от одной рации передается на выделенной частоте, и все, кто настроен на ту же частоту, слышат вызов. Пока у вас 10 абонентов — всё просто. Когда людей становится больше, начинают быстро разбирать частоты, и очень скоро новые разговоры создавать негде – свободных частот не остается. Сотовая связь использует тот же частотный канал, но не отдает его в безраздельную собственность одного абонента, а разделяет его между несколькими, каждому выделяя лишь короткий промежуток времени для передачи информации. Вы можете в этом случае использовать частоты эффективнее и уметь соединять людей друг с другом напрямую. Однако для того, чтобы быстро обработать такой поток информации и разделить информацию одному абоненту в частотном канале от информации другому, необходим новый узел, который будет производить необходимые вычисления – появляется базовая станция или ретранслятор.
— Ок, пока просто. Пропустим пару шагов эволюции инфраструктуры, что получится? Телефон связывается с ближайшим ретранслятором (базовой станцией), она доставляет данные в контроллер базовых станций и далее через голосовую Core Network несёт на другую базовую станцию, которую использует второй абонент. Та, в свою очередь, отдаёт данные и голос ему. Таким образом, каждый абонент имеет точку входа в общую сеть, а сеть обеспечивает коммутацию и доставку информации.
— А как делается авторизация в такой сети? По специальному ключу. В вашу SIM-карту, кроме процессора, оперативки и средств I/O, вшит ключ, позволяющий авторизоваться в сотовой сети. Этот же ключ, с использованием других алгоритмов, обеспечивает шифрование сигнала: разговоры в сотовой сети «закрываются».
— А откуда базовая станция знает, что вызываемый абонент находится на её территории покрытия? Когда абонент звонит другому абоненту, от голосовой Core Network приходит команда на все базовые станции, с требованием проверить наличие вызываемого абонента: что-то вроде «Вася, ты тут?». Эта процедура проверки называется Paging. По идее, телефон абонента отвечает одной из них, что он здесь. Дальше устанавливается соединение через нужные узлы. Но с ростом количества базовых станций их стали объединять в географические группы – Location Area, которые управляются с узла голосового коммутатора — MSC.
— Ок, новый тип узла, коммутатор. Что он делает? Переходим на новый уровень сложности. Есть регионы, в каждом из них — своя группа базовых станций, координируемая общим узлом-контроллером. Контроллер обеспечивает подключение к себе всех базовых станций, и сбор от них звонков абонентов. Но что с этими звонками делать, он не знает и передает всю информацию на тот самый Коммутатор. Коммутатор знает, где и когда последний раз находился каждый абонент в его зоне действия, и поэтому, когда вы звоните Васе:
- Сначала ваш телефон по радиоканалу передает звонок на БС.
- БС ретранслирует данные до контроллера
- Контроллер передает те же данные на коммутатор
- Коммутатор проверяет номер, который вы вызываете – есть ли такой в зоне его обслуживания?
- Если да, коммутатор отправляет вызов в нужную Location Area, чтобы получить ответ от базовой станции, где последний раз регистрировался Вася
- Если такой номер не принадлежит нашему коммутатору, он отправляет вызов на другой коммутатор в соответствии с имеющимися у него таблицами маршрутизации и ищет нашего Васю в других сетях
- Коммутатор другой сети также отправляет вызов своим базовым станциям по известной ему Location Area, где последний раз регистрировался Вася
- Одна из базовых станций отвечает на наш вызов, и вы, наконец, можете начать разговор.
— То есть когда телефон лежит около колонок, и они делают странные звуки — это не пришельцы меня слушают? Нет, это просто Location Area Update или какой-то другой сигнальный пакет, которые телефон передает и принимает регулярно, даже если вы с ним ничего не делаете.
— Кто строит базовые станции? Сотовые операторы. Или точнее их подрядчики, которые имеют соответствующие лицензии на строительство и опыт работы. Как показывает нехитрый подсчёт, на Россию нужно от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч базовых станций для покрытия 95% территории. Очень приблизительно, одна БС стоит около 2 миллионов — это по затратам как открыть маленький ресторан. Это ещё если нашёлся подходящий годный столб. Если столба нет — смело пишите до 8 миллионов, особенно, если вышка где-то в степи или на горе со сложным доступом.
— Из чего состоит инфраструктура оператора и куда идут мои деньги? Кроме базовых станций, контроллеров, коммутаторов, магистральных транспортных линий и других узлов сети (которых только чтобы перечислить, потребуется полстраницы) нужны склады запчастей, инженерные службы, сервис и так далее. Базовые станции на домах требуют арендных отчислений собственникам, людям нужна зарплата, оборудование нужно менять, проводить техническое обслуживание, оплачивать счета за электричество, потребляемое оборудованием. Плюс операторы постоянно расширяются — это новое железо, обновление старого, новый софт. А ещё есть офисы с теми, кто пишет ПО, колл-центры, аналитики, маркетинг, реклама, салоны продаж и подключений — в общем, полный набор.
— Стойте-стойте, забыли ЦОД! Верно, для работы сотового оператора нужно обрабатывать огромное количество данных. Именно поэтому сотовые операторы обычно обладают не только хорошей магистральной сетью, но и наиболее современными дата-центрами. В дата-центрах считается всё. Одна из самых ресурсоёмких задач — подсчёт баланса в реальном времени. Кстати, операторы сотовых сетей настолько давно и успешно работают с ЦОД-ами, что их опытом и ресурсами пользуются многие другие – арендуя ресурсы дата-центров сотовых операторов для своих проектов.
— Ок, тут понятно. А как взаимосвязаны сети разных операторов? Принцип примерно похож на вызов одним коммутатором другого. Упрощая, вы связываетесь с БС, она — с контроллером, тот — с коммутатором, а коммутатор ищет узел входа в другую сеть по номеру вызываемого абонента. Коммутатор родной сети находит нужный номер в своих таблицах и определяет, на какой внешний коммутатор необходимо отправить вызов, после чего создается маршрут до нужного узла.
— А роуминг? Телефон обычно пробует найти домашнюю сеть. Если это не получается, он начинает искать другие сети и пытается в них регистрироваться. Коммутатор сотовой сети, где вы пытаетесь зарегистрироваться, проверяет, есть ли у данного оператора роуминговое соглашение с вашим домашним оператором. Если такое разрешение находится, коммутатор точно знает, что абонентов вроде вас можно обслуживать, и вы получите связь. Например, когда вы приезжаете в новую страну, вас почти сразу «подхватывает» другая сеть, с которой у вашего оператора есть соглашение. Эти соглашения в большинстве очень редко обновляются, поэтому цены на трафик могут быть очень высокими. Там, где у вас есть безлимитный трафик в роуминге, скорее всего, соглашение было обновлено относительно недавно невероятной кровью юридических отделов обоих операторов.
— Можно ли выйти в роуминг в своём регионе? Технически — да, другой оператор имеет возможность вас «подхватить». Но чтобы так не случилось, ваша SIM содержит настройки не цепляться к чужим отечественным сетям, а коммутаторы чужих сетей не разрешают вашему телефону регистрироваться на базовых станциях неродного оператора. Иначе бы вы оказывались в роуминге в лифте, на границе области и так далее. Исключение — аварийный межсетевой роуминг, когда все сети работают для всех абонентов во время чрезвычайных ситуаций. Ну и всегда нужно помнить, что звонки в службу спасения можно делать всегда, даже через чужую сеть! Когда на вашем экране появляется надпись «Только экстренные вызовы» или «SOS» это означает, что ваш оператор в данном месте не имеет своих базовых станций, но через сеть другого оператора вы можете сделать бесплатный звонок на экстренный номер «112».
— Почему телефоны Verizon не работают в РФ? Причин может быть масса. Самая распространенная – «залочка» телефона под конкретный код сети оператора. Согласно стандарту сотовой связи, каждый оператор имеет уникальный код, который не повторяется нигде в мире, и технически довольно легко обеспечить при включении телефона проверку SIM карты – тот ли код сети на ней использован. Другая возможная причина — в каждой стране используются свои частоты для организации связи, и у каждого оператора лицензия на определённые диапазоны. Соответственно, если устройство вдруг не поддерживает диапазоны, используемые в РФ, работать в отечественных сетях оно не будет.
— Что надо знать про транспорт до БС? Транспортный канал требуется каждой базовой станции, чтобы передавать информацию от абонентов, которая собирается через радиоканалы. Чаще всего транспорт до базовой станции сегодня — либо радиорелейный канал (РРЛ), либо кабели: медные и оптические. Оптика быстрая и крутая, медь дешевле и проще в использовании, а радио позволяет не класть кабель там, где это сложно или дорого делать. Учитывая, что каналы резервируются кольцами, обычная архитектура — пара оптических колец на город и область, плюс ветки базовых станций на медном транспорте и выносы на 1-2 хопа по РРЛ.
Чебоксары и Новочебоксарск, схема конца 2012 года
— Что с магистралями? Только оптика, причём, сегодня — со спектральным уплотнением (DWDM). Для надежности — тоже кольца. Главный враг магистрали — экскаватор, который решил покопать там, где лежит кабель-канал. И даже красная ленточка с предупреждениями за полметра до кабеля не спасает — её обычно снимают с ковша уже постфактум.
— Чем отличаются 2G, 3G и 4G? Это разные поколения стандартов сотовой сети, о чем можно догадаться по буковке G, которая означает Generation. Сети 2G, в основном, предназначены для передачи голоса, скорости передачи данных там очень невысоки по современным меркам. В сетях 3G можно передавать высококачественный голос, и одновременно предоставлять сервис передачи данных с высокой скоростью. Сети 4G сейчас являются сетями последнего поколения и предназначены только для высокоскоростных сервисов передачи данных, коммутация голосовых каналов в этой сети не предусмотрена стандартом, так что стоит помнить: даже если оператор предоставляет услуги голоса в сетях 4G, это какой-то вариант передачи голоса в IP сетях. Как правило, на одном сайте устанавливается несколько комплектов оборудования для создания сетей разных стандартов, которые предоставляют абонентам разные сервисы. В ближайших планах — замена множества разнотипных блоков базовых станций на общие – мультистандартные. Стандарты сотовой сети отличаются массой технического функционала, но вы этого почти не видите. Наиболее значимые отличия для обычного абонента — разная скорость интернета, разные зоны покрытия, разное качество голоса (HD-Voice очень крут).
habr.com
Принцип работы сетей GSM. Часть 1
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.
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.
Перейти к части 2 >>
Перейти к части 3 >>
www.mobile-networks.ru
Основа сотовой сети - как строят базовые станции / Сети и коммуникации
Краткая типология БС
Основной элемент сотовой сети любого стандарта - это базовая станция (BSS, Base Station System), которая занимается приемом звонков абонентов и передачей данных по радиоканалу. В зависимости от стандарта связи, базовые станции (БС) работают в диапазоне частот от 450 до 2100 МГц. БС составляют основу макроячеек, так называемых сот. Поскольку радиус работы таких станций составляет порядка 10-12 км за городом и около 3-5 км в городе, их строят много и располагают относительно недалеко друг от друга. Полностью автономные и автоматизированные базовые станции представляют собой небольшие контейнеры, которые устанавливаются, как правило, на крыше зданий. В обязательном порядке имеется беспроводной или кабельный канал связи с центром управления сетью, куда передается огромный поток данных - входящие и исходящие вызовы от абонентов. Кстати, мощность излучения базовых станций в течение суток не является постоянной. Загрузка определяется количеством сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и интенсивностью разговоров. А это, в свою очередь, зависит от времени суток, дня недели и др. В ночные часы загрузка базовых станций практически равна нулю, поэтому станции "молчат". Теоретически, стандартная 3-секторная двухдиапазонная БС может обслужить около 150 абонентов одновременно. Существует мнение, что базовые станции очень вредны для здоровья. Исследования электромагнитной обстановки на территории, прилегающей к БС, неоднократно проводились специалистами стран ЕС, США и России. Если изучить результаты этих измерений, то становится видно, что в 100% уровень электромагнитного поля в здании, на котором установлена БС, не отличается от фонового. А на прилегающей к станции территории в 91% случаев зафиксированный уровень электромагнитного поля был в 10 раз меньше ПДУ (предельно допустимого уровня), установленного для радиотехнических объектов в Москве.Практика строительства
В городе БС предпочитают устанавливать на уже существующих конструкциях - в основном, на высотных зданиях деловых центров или государственных органов власти: здесь и охрана помещения, и доминирующее положение по высоте присутствует. Антенны монтируют на кромке крыши или внешнем подвесе, чтобы не портить внешний вид таких зданий.Антенна базовой станции - часто только такой элемент указывает на то, что на здании располагается базовая станция сотовой связи
А на открытом пространстве все более наглядно - красно-белые вышки здесь уже давно часть сельского пейзажа. Если прокатиться по любой автомагистрали, то можно отметить, что форма этих башен различна: у одних три опоры, у других - четыре. Есть разница и в силуэте - большинству пользователей это не заметно, но тренированный взгляд все видит сразу. Станции для GSM-сетей обычно ставят на расстоянии 10-15 км друг от друга, а для UMTS - в два раза чаще, особенно в городе, где их эффективная дальность снижается из-за множества железобетонных зданий. Еще одна интересная особенность - базовые станции можно размещать не только на башнях, но и на существующих высотных сооружениях (трубы, элеваторы и т. д.). Зачастую это позволяет прилично сэкономить на стоимости мачты, высота которой составляет 72-100 м. Кстати, требования к расположению башни обычно очень строгие - желательно самое высокое место в округе, доступ к электричеству (если необходимо - устанавливают собственный трансформатор), вблизи населенных пунктов. Таких башен только в Московской области в летний период (наиболее пригодный для активного строительства) ставится по 30-40 штук в месяц.Вышки мобильной связи - уже давно привычная деталь российского пейзажа
Типовой монтаж
Смотреть на то, как монтируется оборудование на зданиях в городе, скучно - кран, рабочие и большая часть операций скрыта от глаз самых обычных пользователей. А вот вертолетный монтаж - это гораздо более зрелищно. Причем, технология за последние годы нисколько не изменилась. Базовая станция вступает в строй обычно в течение двух недель с момента монтажа металлоконструкции. Установка базовой станции проходит в несколько этапов.- 1. укрупнительная сборка (четыре секции под вертолет и одна под кран) организуется силами 6-8 человек и одним автокраном в течение 4-5 дней. В это же время тяжелым краном устанавливается первая секция сооружения, чтобы не тратить на нее время вертолетного монтажа.
- 2. монтаж вертолетом в один день.
- 3. измерения пространственного положения ствола опоры и ее "протяжка" (2-3 дня). Допуск очень жесткий - башня не должна отклоняться от вертикального положения более чем на 6-7 см.
- 4. благоустройство участка вокруг башни (водоотводные лотки, установка ограждения).
- 5. монтаж базовой станции, секторных (связь с терминалами пользователей) и радиорелейных (связь с другими башнями) антенн, а также оборудования внутри контейнера, подводится электричество, монтируется система светоограждения, молниезащиты, заземления.
- 6. включение базовой станции и настройка пролетов (точная настройка азимутов и сигналов антенн).
- 7. подключение базовой станции в сеть (иначе - интеграция) и затем - сдача оператору сотовой связи всего объекта связи в комплексе.
Стройплощадка - вагончик для оборудования и первая секция высотой в 20 метров, установленная краном
Обычно сборка происходит крайне оперативно. Все металлоконструкции привозят на длинномерных тягачах и после этого собирают в четыре крупные секции, которые вертолету предстоит водрузить одну на другую.Самая верхняя часть мачты, здесь будут установлены антенны
Перед началом монтажа конструкции разложены в строгом соответствии с порядком сборки, для того, чтобы вертолет не совершал лишних движений в воздухе. Остается только поднять секции башни в воздух и по прямой донести до места сборки. Значительную часть авиационного обслуживания монтажных работ осуществляет НПО "Взлет" (г. Москва). На их машинах специально для монтажа сложных конструкций предусмотрено несколько технических новшеств. Одно из них - специальная внешняя подвеска, на которую крепят трос с блоками башни. Она управляется компьютером, который учитывает все порывы ветра и удерживает несколько тонн металла в точно вертикальном направлении. На некоторых "бортах" есть и специальная прозрачная задняя кабина, из которой летчик осуществляет монтаж секций. Оттуда открывается вид на конструкцию, которую необходимо установить. После взлета пилот, находящийся в основной кабине, передает управление в дополнительную кабину, и уже оттуда идет управление вертолетом для установки конструкции на нужное место. Как только она закреплена, так называемый флажковой монтажник дает условный сигнал пилоту, тот сбрасывает трос и немедленно отлетает от башни, чтобы не зацепить ее при порыве ветра.Перед монтажом идет облегчение взлетного веса вертолета
Вертолет к монтажу готовят несколько техников - идет слив топлива во внешнюю цистерну, чтобы уравновесить машину и облегчить взлетный вес. Обычно конструкции башни весят по 2-3 тонны, при грузоподъемности машины до 5 тонн. Перед монтажом обычно запрашивается прогноз погоды по конкретному региону - должна быть хорошая видимость и небольшой ветер. При этом сам процесс сборки очень быстрый - можно уложиться минут в 40, ведь чтобы поставить одну секцию надо всего 6 минут. Технология вертолетного монтажа позволяет монтировать 3-4 конструкции в день, если они, конечно, близко расположены друг к другу.Обычно к монтажу привлекаются вертолеты типа Ми8 МТВ1, хотя для более тяжелых конструкций есть машины Ми10К, КА32 и даже самый большой вертолет Ми26.
Первый взлет - бело-синий вертолет Ми8 МТВ1 оживает, надрывно кашляет, вдыхая жизнь в свои двигатели, и приведенные в движение лопасти поднимают его над землей. Здесь можно оценить мастерство летчиков - громадная машина разворачивается буквально на пятачке и грациозно подплывает к первой конструкции, которую надо водрузить на уже собранные секции.Персонал занял места "по боевому расписанию" - люди поднимаются к стыковочным узлам башни.
Вертолет готов к подъему первой секции - все разложено в своей очередности.
Если стоять в 30-40 метрах от машины, то на деревьях бешено дергаются листья, вокруг свистит воздух, летят в разные стороны небольшие ветки и трава - все живое прижимается к земле под сильным воздушным напором от лопастей вертолета. Работа по вертолетному монтажу ювелирная и требует большой выдержки и точности, как от летчиков, так и от монтажников, которые все это время работают на башне.Плавное снижение с выпуском тросов, стыковка с конструкцией, медленный взлет в направлении башни.
К каждой многотонной секции, из которых собирают башню, привязаны направляющие тросы-ловители, с их помощью монтажники направляют конструкцию. Так вот сразу брать в руки тросы-ловители - нельзя! Надо, чтобы они сначала коснулись металлического остова башни, и заряд статического электричества ушел в землю. Или другая ситуация - весь процесс монтажа производится в режиме радиомолчания - управление только по визуальным командам "флажкового" с земли. Именно этот человек должен сам убедиться в том, что фланцы блоков соприкоснулись, и только после крепления секции дать команду пилоту вертолета отцепить трос с внешней подвески.Борясь с ветром, вертолет осторожно подходит к башне, касается тросами-ловителями металлических опор, после чего монтажники подтягивают конструкцию к основанию и закрепляют специальными болтами.
Все то же самое происходит с третьей и последующими секциями - только гораздо выше.
Захват последней секции и установка ее наверху. Самая сложная операция - ветер на высоте уже сильный, да и вертолету приходится каждый раз забираться все выше и выше, чтобы доставить секцию к башне.
Подтянуты уже все тросы, вставлены все оправки, закреплены болты, и вертолет, повинуясь взмаху флажка, отстегивает металлический трос и отходит в сторону от башни.
Антенно-фидерные трассы.
Все - монтаж башни закончен. Осталось протянуть антенно-фидерные трассы и установить оборудование в контейнер. Скоро и здесь будет устойчивая связь. Но для этого сотрудникам оператора связи еще предстоит поработать - установленное оборудование необходимо настроить.Контейнеры с оборудованием защищены металлической дверью и сигнализацией
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
3dnews.ru
Базовые основы оператора, или Как организуется работа сотовой связи
Как происходит строительство сотовой сети и базовых станций, с какими трудностями сталкивается оператор и как их решает, — на примере Tele2.
Большинство абонентов не задумывается о том, как осуществляется звонок по мобильному телефону, как происходит передача SMS-сообщения или data-трафика. Главное, чтобы в любой момент времени и в любой точке пространства они не испытывали проблем со связью. Между тем комфорт общения обеспечивается постоянно работающей огромной системой, состоящей из тысяч элементов, в числе которых базовые станции, контроллеры, коммутационное оборудование, ИТ-системы и многое другое, что позволяет оставаться на связи 24 часа в сутки. Стоит подчеркнуть, что один абонентский звонок одномоментно обслуживают порядка 14—17 операционных ИТ-систем, находящихся в постоянном взаимодействии друг с другом.
Одним из основных элементов сети любого сотового оператора является базовая станция (base station subsystem), представляющая собой системный комплекс приемопередающей аппаратуры, осуществляющей централизованное обслуживание группы конечных абонентских устройств. Проще говоря — благодаря базовым станциям (или коротко — БС) мобильные устройства абонентов (сотовые телефоны, планшеты, usb-модемы) могут связываться между собой через коммутационное оборудование, выходить в интернет, получать и отправлять сообщения и данные. Зона покрытия антенн базовой станции образует соту, а вместе — группу сот. Покрытие 1 БС в зависимости от настроек может быть от нескольких десятков метров до 50 километров (иногда и более). Каждая БС обслуживает только свой определенный участок сети с помощью нескольких нацеленных в различные участки сектора трансиверов. Рабочий радиус (ширина охвата), равно как и емкость, у БС может быть разной и зависит от установленного оборудования.
Базовые станции могут работать в различных радиочастотных ресурсах, которые принято относить к различным стандартам сотовой связи, например — 900 МГц, 1800 МГц и 2100 МГц, соответственно GSM900, GSM1800 и UMTS. Как нам пояснили в «Tele2 Казахстан», это стандарты связи, которые используются в Казахстане сотовыми GSM-операторами, представленные на мобильном рынке Казахстана. Разные операторы используют разные частотные диапазоны, что позволяет операторам работать и не оказывать влияния друг на друга. Каждая базовая станция состоит из следующих основных элементов: приемо-передающих антенных устройств или секторов, оборудования для ретрансляции радиосигнала. Также БС, помимо основного источника питания, обеспечиваются резервным источником автономного питания на случай отключения электричества (аккумуляторные батареи, иногда небольшой дизель-генератор).
Каждая базовая станция способна обслуживать определенное количество абонентов — так называемая емкость базовой станции. В случае, если емкость конкретной базовой станции исчерпана, например, БС способна обслужить только 30 абонентов, соответственно поддерживается разговор 30 абонентов, то 31-го абонента и всех последующих данная БС «передаст» на обслуживание соседней базовой станции. Этот процесс передачи, или перехода абонента, от одной базовой станции к другой называется «хэндовер». Управляет данным процессом устройство «контроллер базовых станций», который постоянно отслеживает работу нескольких десятков базовых станций и распределяет нагрузку внутри сети, при этом осуществляя связь с коммутационным оборудованием (коммутатором). При этом контроллер следит сразу за несколькими параметрами, в том числе и за уровнем принимаемого и передаваемого сигнала сотовым устройством, если сотовый телефон сигнализирует, что уровень сигнала от текущей базовой станции слабый, то контроллер дает команду на переключение на другую базовую станцию с более сильным сигналом. Количество «контроллеров» зависит от количества работающих базовых станций.
Связь между элементами сети и центром управления сетью осуществляется посредством радиорелейной связи или через кабельное соединение.
«У БС достаточно большие запасы по емкости, которые можно расширять за счет используемых частотных диапазонов. Важно знать, что базовые станции стандарта GSM900 способны обеспечивать покрытие на гораздо большем расстоянии, нежели базовые станции стандарта GSM1800. А значит, для обеспечения связи на определенной территории количество БС стандарта GSM 1800 нужно в несколько раз больше, чем БС стандарта GSM900», — пояснил Нуркен Халыкберген, PR-менеджер «Tele2 Казахстан».
В городе рабочий радиус одной БС может быть ограничен несколько сотнями метров, поэтому БС в городе строят недалеко друг от друга, устанавливая таким образом, чтобы не «мешать» как своим ближайшим БС, так и станциям других сотовых операторов.
Большое количество БС обеспечивает закрытие «дыр вещания», или «мертвых» зон, и, соответственно, увеличивает зону покрытия, емкость сети и повышает качество сотовой связи. Количество БС в крупных городах только у одного оператора может достигать нескольких сотен. Но при этом сразу же возрастает уровень капитальных затрат сотового оператора на строительство сети, что находит отражение в стоимости сотовой связи.
Так как же осуществляется строительство одной базовой станции в городе? С какими трудностями сталкивается оператор и как их решает? Этим опытом с Profit.kz поделился шведский оператор-дискаунтер Tele2.
Строительство и поддержка БС — это сложный и трудоемкий процесс, который обеспечивается работой нескольких служб внутри компании: отделом планирования, строительства, оптимизации и эксплуатации.
Первое, чем руководствуется оператор — это планом организации покрытия сотовой связью. При этом покрытие может быть в нескольких вариантах. Номинальное покрытие — когда у оператора есть хотя бы одна базовая станция в том или ином населенном пункте, что свидетельствует об его присутствии. Но, как правило, для тех сотовых операторов, кто решил серьезно заявить о себе на рынке, этого недостаточно, поскольку им необходимо 100%-ное покрытие, или «полная» зона. С пониманием этого и начинается слаженная работа всех подразделений сотового оператора.
Заказчиком строительства БС является коммерческая дирекция, которая определяет — какие конкретные регионы необходимо «закрыть» связью. «Логика строительства идет от крупного к малому, то есть вначале связь запускают в крупных городах-миллионниках, полумиллионниках, 200-тысячниках и далее вниз, к малым населенным пунктам в сельских регионах. Параллельно ведется работа по обеспечению связью дорог и магистралей республиканского значения, — рассказывает Нуркен Халыкберген. — Таким образом, все операторы начинают разворачивать свои сети в новых для них регионах. Ведь абонент рассуждает с точки зрения доступности услуг, а оператор — экономичности и позиции бизнеса. В этом отношении крупные и плотно заселенные регионы, например, Европа, Китай, Индия просто идеальны для оператора, поскольку затраты на оборудование окупаются гораздо быстрее, чем в малонаселенных районах».
В Казахстане ситуация иная, поскольку по площади территория занимает 9-е место среди крупнейших государств мира, при этом плотность населения — менее 6 человек на 1 кв км (для сравнения, в Индии плотность населения составляет свыше 300 человек на 1 кв км). Для операторов большая территория свидетельствует о больших затратах на строительство и обслуживание сети. Поэтому наиболее хорошими регионами для старта являются Астана, Алматы, Шымкент, Караганда и Тараз, где плотность населения наиболее высокая. Во всех остальных городах население словно «размазано слоем масла» по всей территории области. Поэтому говорить о том, что как только появляется новый оператор, он сразу застраивает весь регион — нельзя. Для этого необходимо время. «Сегодня мы переживаем свой бум строительства, который у других операторов пришелся на последние 10 лет. У нас нет столько времени, и мы вынуждены за один-два года достичь высоких показателей по связи, покрытию, сервису и обеспечить этим своего потребителя, который уже знает, что такое хорошая связь», — отметил г-н Халыкберген. Поэтому сегодня оператор выходит на такой уровень строительства, когда монтирует от 5 до 10 БС в день.
Проектирование сети сотовой связи
Итак, заказ на строительство БС в том или ином городе, исходя из количества абонентов, делает коммерческая дирекция сотового оператора. Ее заказ поступает в техническую дирекцию, где отдел планирования предварительно наносит базовые станции на карту города, обозначая ориентировочные зоны поиска. После чего карта передается подрядчикам, которые с выездом на место производят первичные осмотры обозначенных зон и определяют места установки БС, удовлетворяющих всем критериям поиска (а именно: высота подвеса антенны — в сельских регионах она обычно составляет 17—20 метров, отсутствие заграждающих строений, отсутствие таких близкорасположенных объектов, как школы, больницы, детсады). Таким образом, от каждого подрядчика оператор получает 2—3 альтернативных места установки, и далее отдел планирования выбирает наиболее подходящее, с точки зрения радиуса покрытия, место.
Параллельно отдел трансмиссии разрабатывает оптимальный план расположения БС, чтобы обеспечить качественную связь с новой базовой станцией через каналы трансмиссии, при этом канал связи (или трансмиссия с БС) может быть как собственным, так и арендованным.
При установке новой базовой станции планировщики будут учитывать множество факторов, которые будут влиять на работу БС и уровень сигнала сети, среди которых важнейшими являются условия распространения сигнала (рельеф местности, плотность застройки, антропогенные факторы, зеленые насаждения, наличие радиопомех и т.д.). При планировании специалисты также должны учесть возможное будущее строительство новых базовых станций, чтобы в последующем новые базовые станции не оказывали влияние на старые, учесть воздвигаемые новые здания, которые могут перекрыть сигнал, учесть погодные условия в конкретной местности и многое другое.
Чем сложнее условия распространения радиосигнала и выше плотность населения, тем меньше размеры сот, или зона покрытия базовой станции. В этих случаях устанавливаются БС с более высокой мощностью сигнала, и располагаются они на небольшом расстоянии друг от друга. Например, «закрытие» парков производится установкой БС с нескольких сторон, при этом сектора у БС могут работать не одинаково. Как рассказал Сергей Желдак, начальник отдела строительства и монтажа Технической дирекции Tele2 Казахстан, «листва деревьев очень сильно экранируют сигнал сотовой связи, мешая его прохождению. Поэтому с разных сторон парка устанавливаются базовые станции с секторами большой мощности, с помощью чего можно обеспечить в парках уверенное покрытие. Также покрытие таких зон может обеспечиваться путем изменения угла передачи сигналов», — добавил он.
Также на этапе планирования учитывается присутствие других сотовых операторов, которые тоже ведут строительство своих базовых станций, а также сторонних организаций, которые в своей работе могут использовать различные приемопередатчики, оказывая влияние на сеть.
Вообще, планирование строительства БС — довольно сложная работа. Как отметил специалист технического отдела Tele2, необходимо не только знать основы, но и чувствовать, как изменения в одной точке сети могут вызвать изменения во всем городе. Количество переменных огромно, и неправильно установленная одна БС может негативно сказаться на работе всей сети, поэтому производятся многократные итерации для улучшения сигнала.
Оформление документов на строительство базовой станции
На следующем этапе происходит оформление разрешительной документации из различных контролирующих служб. Это один из самых затяжных по времени этапов, поскольку на получение некоторых документов может уйти от месяца до полугода. И это зависит от разных, в том числе форс-мажорных, обстоятельств. Как правило, данные факторы не зависят ни от коммерческой, ни от технической дирекций. «Иногда в момент поиска позиции мы попадаем в регион, где нет подходящего места, например, все дома одноэтажные, что в итоге не позволит нам достигнуть нужного покрытия. В подобном случае возникает необходимость строительства дополнительных антенно-мачтовых сооружений, башен, конструкций типа монополь», — рассказывает Сергей Желдак. Что, естественно, вытекает в довольно большие финансовые затраты и временные задержки, поскольку строительство требует новых документов и новых разрешений, а это еще больше согласований и инстанций. В частности, для строительства башни оператору нужна земля, которую надо либо взять в аренду, либо купить. Соответственно надо получить землеотвод, провести топосъемку, подготовить технические условия, для чего подаются документы в соответствующие службы. И с момента подачи заявления до получения документа с техническим актом проходит порядка полугода.
Отличным местом для установки БС могут стать другие существующие высотные сооружения — трубы, элеваторы и т.д., если, конечно, таковые имеются. Использование полезной площади различных высотных конструкций позволяет ощутимо сэкономить время на строительство мачты.
Еще одна проблема, с которой оператор сталкивается в сельских регионах: изношенность линий электропередач или просто их отсутствие, что означает увеличение сроков получения технических условий на подключение и запуска сети, а значит и запуска новой БС, в разы.
Порой оператору за свой счет приходится либо менять несколько километров линий электропередач, либо подключаться к высоковольтным линиям электропередач. В последнем случае приходится строить рядом трансформаторную подстанцию для БС, а для этого нужны техплан, землеотвод, проектная документация, которую должны утвердить в РЭС и т.д.
После того, как вся проектная документация утверждена, начинаются строительно-монтажные работы. «При строительстве БС очень важен проектный подход, — говорят в „Tele2 Казахстан“. — Это когда ты учитываешь все, что прямо отражается на стоимости и себестоимости возведения БС». Кроме того, нужно помнить, что зачастую в селах нет стройматериалов, а значит все нужно везти с собой. Как финальный аккорд — есть согласование СЭС, пожарных служб, составление санитарного паспорта базовой станции. С учетом бюрократических процессов согласование и получение разрешений может длиться месяцами. Не стоит забывать, что иногда БС приходиться переносить (окончание срока договора аренды или просто снос здания), а значит весь процесс нужно проходить заново.
Строительство базовой станции и пусконаладочные работы
За десять лет технологии ушли далеко вперед, что позволяет сегодня намного быстрее возводить БС на местах. В частности, если ранее от БС к сенсорным антеннам тянули громоздкий фидерный кабель, требующий более аккуратной работы при установке, поскольку он очень критичен к геометрии прокладки — изгибы, перекручивания, также нельзя забывать про вес кабеля, что отнимало много сил и времени, то сегодня используется легкий и гибкий оптический кабель, значительно сокращающий и время, и ресурсы. Поэтому сроки строительства (до запуска БС), если все идет хорошо и никаких проблем не возникает, занимают от двух недель до месяца. Непосредственно сам запуск БС осуществляется за 1 день. В частности, производятся тест-драйвы: снимаются уровни и качество сигнала в каждой точке, накладываются на карту. После чего планировщик еще раз все проверяет: не остались ли «дыры вещания», нет ли конфликтов в работе оборудования, и принимает меры к их устранению.
Бывают случаи, когда в процессе строительства ранее построенные базовые станции начинают «конфликтовать» между собой, внося помехи в общую работу сети. Например, процесс хэндовера — передача абонента от одной базовой станции другой — происходит с ошибками или не происходит вообще, из-за чего могут возникать обрывы при разговорах, потеря сигнала сотовой связи. Подобные и другие конфликты как раз и проверяются при запусках новых базовых станций, и если не удается что-либо исправить, то оператор идет на такие крайние меры — снос вновь построенной БС и перенос ее в совершенно другое место.
«Строительство сети — это словно работа на живом организме. Здесь важно учитывать множество факторов, чтобы не допустить ошибку, которая может стать фатальной для всей сети», — подчеркнул Нуркен Халыкберген.
Несмотря на то, что на рынке присутствует несколько операторов сотовой связи, как правило, они друг другу не мешают, поскольку используют широкий диапазон имеющихся у них частот. Стоит отметить, что сегодня Tele2 ведет строительство сети по двум направлениям: это запуск новых регионов и дальнейшее развитие тех регионов, где сеть уже запущена. Что касается второго направления, то здесь надо отметить, что современное оборудование и технические возможности позволяют операторам постоянно наращивать пропускную способность и емкость сети. Это и установка новых базовых станций, увеличение мощности и емкости старых, использование дополнительных частот. По такому принципу сегодня работают все сотовые операторы, представленные на рынке Казахстана, в том числе и оператор Tele2. В частности, Tele2 развивает сеть, производя замену устаревшего оборудования от разных производителей на современное от одного поставщика — Huawei, чье оборудование поддерживает сразу два стандарта — 2G и 3G. При этом, как утверждает Андрей Смелков, председатель правления «Tele2 Казахстан», в следующем году темпы строительства сети будут выше.
То, что сегодня надо строить больше БС, подтверждают данные аналитического агентства ComNews Research. Так, на сегодняшний день проникновение сотовой связи в Казахстане составляет более 120%, при этом растет абонентская база, которая по итогам 2011 года составила 20,4 млн абонентов. Увеличивается и количество минут, приходящихся на одного абонента (MoU), что свидетельствует об изменениях в потребительских предпочтениях, происходит постепенная замена фиксированной телефонии на мобильную. Это положительный тренд для операторов. А значит, надо развиваться и улучшать свои позиции на рынке.
profit.kz
Как работает мобильная связь: ликбез
Мобильным телефоном пользуется порядка 90% всех живущих в России граждан. Но мало кто из них задумывался – как же все это работает? Правда ли, что сотовая связь работает на самом деле по проводам? Наш корреспондент нашел ответы на эти и некоторые другие вопросы.
Немного грустно, что подавляющее большинство людей на вопрос: «Как работает сотовая связь?», отвечают «по воздуху» или вообще - «не знаю».
В продолжение этой темы, у меня вышел один забавный разговор с другом на тему работы мобильной связи. Случилось это аккурат за пару дней до отмечаемого всеми связистами и телекомщиками праздника «Дня радио». Так уж сложилось, что в силу своей ярой жизненной позиции, мой друг считал, что мобильная связь работает вообще без проводов через спутник. Исключительно за счет радиоволн. Сначала у меня не получалось переубедить его. Но после непродолжительной беседы все встало на свои места.
После этой дружеской «лекции» появилась идея написать простым языком о том, как работает сотовая связь. Все как есть.
Когда вы набираете номер и начинаете звонить, ну, или вам кто-нибудь звонит, то ваш мобильный телефон по радиоканалу связывается с одной из антенн ближайшей базовой станции. Где же находятся эти базовые станции, спросите вы?
Обратите внимание на промышленные здания, городские высотки и специальные вышки. На них и располагаются большие серые прямоугольные блоки с торчащими антеннами разных форм. Но антенны эти не телевизионные и не спутниковые, а приемо-передающие операторов сотовой связи. Они направлены в разные стороны, чтобы обеспечить связью абонентов со всех сторон. Ведь мы же не знаем, откуда будет поступать сигнал и куда занесет «горе-абонента» с телефонной трубкой? На профессиональном жаргоне антенны также называют «секторами». Как правило, они устанавливаются от одной до двенадцати.
От антенны сигнал по кабелю передается непосредственно в управляющий блок станции. Вместе они и образуют базовую станцию [антенны и управляющий блок]. Несколько базовых станций, чьи антенны обслуживают отдельную территорию, например, район города или небольшой населенный пункт, подсоединены к специальному блоку – контроллеру. К одному контроллеру обычно подключается до 15 базовых станций.
В свою очередь, контроллеры, которых также может быть несколько, кабелями подключены к «мозговому центру» – коммутатору. Коммутатор обеспечивает выход и вход сигналов на городские телефонные линии, на других операторов сотовой связи, а также операторов междугородней и международной связи.
В небольших сетях используется только один коммутатор, в более крупных, обслуживающих сразу более миллиона абонентов, могут использоваться два, три и более коммутаторов, объединенных между собой опять-таки проводами.
Зачем же такая сложность? Спросят читатели. Казалось бы, можно антенны просто подключить к коммутатору и все будет работать. А тут базовые станции, коммутаторы, куча кабелей… Но, не все так просто.
Когда человек передвигается по улице пешком или идет на автомобиле, поезде и т.д. и при этом еще и разговаривает по телефону, важно обеспечить непрерывность связи. Связисты процесс эстафетной передачи обслуживания в мобильных сетях называют термином «handover». Необходимо вовремя переключать телефон абонента из одной базовой станции на другую, от одного контроллера к другому и так далее.
Если бы базовые станции были напрямую подключены к коммутатору, то всеми этими переключениями пришлось бы управлять коммутатору. А ему «бедному» и так есть, чем заняться. Многоуровневая схема сети дает возможность равномерно распределить нагрузку на технические средства. Это снижает вероятность отказа оборудования и, как следствие, потери связи. Ведь все мы заинтересованы в бесперебойной связи, не так ли?
Итак, достигнув коммутатора, наш звонок переводится далее – на сеть другого оператора мобильной, городской междугородной и международной связи. Конечно же, это происходит по высокоскоростным кабельным каналам связи. Звонок поступает на коммутатор другого оператора. При этом последний «знает», на какой территории [в области действия, какого контроллера] сейчас находится нужный абонент. Коммутатор передает телефонный вызов конкретному контроллеру, в котором содержится информация, в зоне действия какой базовой станции находится адресат звонка. Контроллер посылает сигнал этой единственной базовой станции, а она в свою очередь «опрашивает», то есть вызывает мобильный телефон. Трубка начинает причудливо звонить.
Весь этот длинный и сложный процесс в реальности занимает 2-3 секунды!
Точно также происходят телефонные звонки в разные города России, Европы и мира. Для связи коммутаторов различных операторов связи используются высокоскоростные оптоволоконные каналы связи. Благодаря им сотни тысяч километров телефонный сигнал преодолевает за считанные секунды.
Спасибо великому Александру Попову за то, что он дал миру радио! Если бы не он, возможно, мы бы сейчас были лишены многих благ цивилизации.
yamobi.ru
Сотовая связь и навигация - как они связаны и работают вместе
Приветствую, друзья. Сегодня у нас познавательная статья от специалиста, работающего в сфере сотовой связи. Вот мы и попросили его рассказать о принципах работы вышек, качестве сигнала, как его поймать/усилить, ну и конечно, как работает навигация, зависящая от наличия сотового сигнала.
Сотовые телефоны еще каких-то лет 15-20 назад представляли собой громоздкие устройства весом под килограмм и смешным, с современной точки зрения, набором функций. Сегодня же современные смартфоны (телефоны с продвинутой ОС) по своей мощности и функциональности легко конкурируют с компьютерами. Появилось множество функций: интернет, Wi-Fi и Bluetooth, камера, навигация GPS и т.д. Все эти устройства рассчитаны, по большей части, на использование в городах и местах с хорошим покрытием сотовой сети. Но как они ведут себя вдали от цивилизации? Давайте порассуждаем.
Особенности сотовой связи
Одним из основных компонентов сотовой связи является базовая станция. Наверное, многие видели вышки с продолговатыми светлыми прямоугольными антеннами, расположенные на земле или на зданиях.
Эти самые вышки расположены в наиболее заселенных местах, образуя зону покрытия. Сигналы от них частично перекрывают друг друга, образуя похожие на пчелиные соты узоры. Поэтому связь и называется сотовой. Называть сотовый телефон мобильным не совсем правильно, т.к. «мобильный телефон» — более обширное понятие. Например, многие портативные спутниковые телефоны также могут называться мобильными. Ну да ладно, это не столь важно.
Сотовые вышки связаны друг с другом, а также с системами спутниковой и городской связи, интернетом и может чем-то еще. Телефон постоянно обменивается с базовой станцией служебной информацией и может, незаметно для владельца, переключаться с одной на другую с более сильным сигналом даже во время разговора. Это происходит, например, при движении в автомобиле.
В городе проблем со связью обычно нет, так как базовые станции расположены близко друг к другу и образуют качественное покрытие. А вот вне крупных населенных пунктов вышек гораздо меньше, поэтому могут возникнуть проблемы со связью. Кто хоть раз бывал на природе, в деревнях и других местах вдали от цивилизации, прекрасно поймет, о чем речь.
Базовые станции имеют определенный радиус действия, который обычно составляет 35 км. Есть и другие, с радиусом 70 км, но их обычно устанавливаю вдоль побережий. Эти цифры обоснованы не мощностью передатчика, а особенностями стандарта, т.е. если вы находитесь дальше, чем 35 км от ближайшей вышки, то позвонить не получится.
Почему же не используют вышки с радиусом 70 км? Опять же, из-за особенностей связи: чем меньше радиус, тем большее количество абонентов способна обслуживать станция. На практике, поймать сигнал даже за 15-20 км уже довольно сложно, потому что здесь влияют рельеф, здания, деревья и даже погода. Но если до вышки менее 35 км, то шанс позвонить всегда есть.
Как поймать сигнал?
Прежде всего, перед тем как куда-нибудь ехать: на охоту, рыбалку или в богом забытое урочище попытать счастья с металлоискателем, полезно будет ознакомиться с картой покрытия сотовой связи вашего оператора. Эту карту можно найти на сайте каждого сотового оператора, по ней, кстати, можно определить, у кого самая большая зона покрытия в вашей области. Это стоит учесть при выборе оператора, особенно если вы часто бываете за городом.
К примеру, на этом рисунке карта покрытия 3G Московской области оператором МТС:
Итак, смотрим на карту покрытия, если место, куда вы собрались ехать, находится в зоне действия, то проблем со связью возникнуть не должно. Как правило, эти карты чисто теоретические и рисуются компьютерной программой, поэтому ситуация на карте может несколько отличаться от реальной. Ладно, если наше место в зоне покрытия, то все прекрасно.
Но что, если это не так. Такое обычно бывает в удаленных районах. В этом случае можно по карте определить примерное расположение ближайшей базовой станции (практически всегда находится в населенных пунктах) и померить от нее расстояние до вашего места. Если оно меньше 35 километров, то можно рассчитывать на наличие связи.
Если расстояние больше этого значения, то позвонить уже не получится, если только ваш телефон не подключится к оператору с более обширным покрытием (роуминг). Такое, чтобы связи не было вообще, случается редко и в очень отдаленных районах.
Мы определили, что связь есть, как же ее усилить. Все очень просто: нужно находиться как можно выше и на открытой территории. Можно пользоваться внешними антеннами для сотовых, но достать их, обычно, тяжело, да и сейчас мало телефонов, имеющих разъем под антенну. А чтобы во время разговора связь не прерывалась, стоит воспользоваться гарнитурой: обычной проводной или Bluetooth, неважно. Это помогает потому, что когда телефон подносишь к голове, связь обычно ухудшается, поэтому лучше держать трубку перед собой и повыше.
Какие телефоны лучше ловят сигнал?
А теперь рассмотрим, какие же телефоны обеспечивают лучшую связь в условиях плохого покрытия. Дискуссий на эту тему много, но однозначного ответа нет. Точно можно сказать, что дешевые китайские модели в большинстве своем связь ловят плохо. Все потому, что у них нет полноценного антенного модуля (из-за чего, отчасти, и низкая стоимость), т.к. в условиях качественного покрытия он не особо нужен. Бытует мнение, что смартфоны также плохо ловят сеть за городом. Но это относится далеко не ко всем, например мой Acer betouch e130 по качеству связи легко уделывает Нокию.
Кстати о Nokia; многие считают, что именно эта марка обладает лучшим показателем качества связи. Да, большинство моделей прекрасно проявляют себя в этом плане как легендарная 3310, но есть и модели не с самым лучшим качеством связи. Мой первый телефон, купленный в далеком 2003 году, был именно Нокия 3310. Легенда-аппарат, не так давно видел на рыбалке у одного человека такой аппарат. Сильно не удивился, ибо знаю, что вещь! В интернете о его неубиваемости уже тысячи мемов ))
Замечено, что старые модели телефонов, не только Nokia, ловят сеть лучше современных. Во многих случаях это правда, ибо в старых моделях мощность передатчика выше, чем в современных, где он слабее из соображений безопасности, энергопотребления и других.
Также стоит упомянуть про специальные модели телефонов и смартфонов с защищенным корпусом. Они прочны, водонепроницаемы, брутальны, надежны и отлично подходят любителям отдыха на природе. К тому же, они отлично ловят связь, поскольку рассчитаны на работу при слабом покрытии сотовой сети. Это относится даже к недорогим китайским моделям, например RugGear RG128 Mariner.
Мобильная связь и навигация: как они зависят друг от друга?
Некоторые современные телефоны (преимущественно защищенные) и почти все смартфоны оснащены системой навигации GPS. По сути, эта система может работать самостоятельно и абсолютно не зависит от сотовой связи. Для определения текущих координат достаточно лишь, чтобы спутники были в зоне видимости. Для работы навигации необходимы специальные программы, которые обычно уже установлены в смартфоне.
Например, Рмапс — отличное приложение для смартов.
А вот для их работы и нужна сотовая связь, точнее интернет для загрузки карт. Наше текущее положение выводится не в виде координат (хотя многие приложения поддерживают подобное отображение), а накладывается на карту, которую нужно предварительно закачать в телефон. Обычно это происходит в реальном времени при подключении к интернету.
Это очень удобно, особенно если у вас безлимитный интернет, загружается только необходимая часть карты и всегда есть возможность подгрузить недостающую. Поэтому большинство таких программ не умеют загружать и работать с полноценными оффлайн картами, что во многих случаях очень полезно. Такие программы можно установить самостоятельно, например простую и функциональную RMaps (ссылка на обзор выше), загрузить необходимые карты и отправляться, куда душе угодно. Получается, что для навигации вдали от городов можно вполне обойтись без связи, если установить нужные приложения и карты заранее.
Модуль GPS может работать как самостоятельно, так и в сочетании с сотовой сетью. Это сделано для ускорения холодного старта навигатора. Технология называется A-GPS и заключается в том, что телефон пытается определить свое местоположения по базовым станциям оператора. Точность начального определения зависит от плотности расположения вышек и может составлять от нескольких метров в городе до нескольких километров за городом. Эта технология определение координат позволяет узнать свое местоположения гораздо быстрее, чем с помощью одного лишь GPS.
Подобной технологией пользуется мобильное приложение 2ГИС. С его помощью можно определить свое довольно точное местоположения вообще без использования GPS, а только по сети сотового оператора и сетям Wi-Fi, ибо базовые станции и многие точки доступа Wi-Fi обладают фиксированными координатами, что и позволяет определить свое местоположение. Есть даже специальные сервисы в интернете, с помощью которых можно узнать расположение базовой станции по ее показателям LAC и CID. Конечно, например в лесу, такая технология бесполезна, но в городах она неплохо работает.
Как видите, обеспечить себе связь и навигацию даже в отдаленных районах вполне возможно. Если даже со связью и могут возникнуть проблемы (нет сети из-за большого удаления, обильной растительности и т.д.), то с GPS подобных ситуаций возникнуть не должно. Нужно лишь заранее позаботиться о необходимых приложениях, картах и, обязательно, зарядке.
Возможно, вас заинтересует:
Как с помощью приложения RMaps превратить телефон в полноценный навигатор?
Какой выбрать навигатор для Андроид-устройства, чтобы работал без Интернета.
gps-navigator-info.ru
