Сотовые сети

Технология сотовых сетей

Сейчас сложно представить, как жили люди без мобильных телефонов и безлимитным тарифам. Все уже привыкли к тому, что можно легко позвонить на другой конец страны или даже мира. Раньше люди могли об этом только мечтать об этих чудо-устройствах. Но мало кто задумывался как же это работает. Давайте разберемся в этом.

Не смотря на то, что сам мобильный телефон компактное устройство, для того, чтобы обеспечить сотовую связь необходимо множество элементов. Первым из которых является базовая станция(Base Station). Наверное, каждый из вас замечал бело-красные вышки на открытой местности или на вершине нежилых зданий, это и есть базовая станция. Ее функцией является улавливание сигналов от мобильного телефона и передача этих сигналов на длительное расстояние( около 35 километров).

Каждый раз, когда вы набираете номер и нажимаете кнопку вызов, ваш мобильный телефон начинает непрерывно искать базовую станцию, которая находиться ближе всего к вашему месторасположению. Затем мобильный телефон посылает запрос на голосовой сигнал. Базовая станция пересылает сигнал контроллеру(Base Station Controle), который передает его на коммутатор. После длительных передач сигнала, производиться проверка данных с информационной базой (Home Location Register) и определяется каким оператора сотовой связи обслуживается вызываемый абонент. Это необходимо для того, чтобы выбрать на какой коммуникатор и базовую станцию нужно перенаправить сигнал.

Рассмотрим подробнее, что представляет базовая станция. Это система состоит из двух металлических шкафов с антеннами, которую часто устанавливают в специальном контейнере. Антенны направлены в разные стороны, каждая из них выполняет определенную функцию: вертикальная антенна- связь с мобильным телефоном, круглая осуществляет связь с контроллером. Антенна разделена на 6 секторов, каждый из которых может обработать до 72 звонков. В итоге, если подсчитать базовая станция может обработать 432 звонка одновременно, хотя в реальности используют меньше секторов для антенн.

Базовые станции могут работают на трех частотах: 900 МГц, 1800 МГц, 2100 МГц.

900 МГц — частота, которую операторы в основном стараются использовать за городом. В городе, где базовых станций вокруг очень много, сигналу не нужно преодолевать большие расстояния, поэтому используются базовые станции на частоте 1800 МГц. Бывает, что базовая станция содержит в себе передатчики всех трех диапазонов.

Частота 900 МГц позволяет сигналу преодолевать расстояние до 35 километров. Если снизить нагрузку на базовую станцию примерно в два раза, то сигнал уже может преодолеть и до 70 километров. Таким образом, маленькие антенны, которые встроены в наши мобильные телефоны способны передавать сигнал на расстояние 70 километров.

35 километров достаточное расстояние, чтобы сигнал достиг самолетов в небе. Но на деле базовые станции настраиваются так, чтобы покрытие сети было наиболее плотным на уровне земли. Хотя, сейчас некоторые авиаперевозчики придумали устанавливать на борт самолетов небольшие базовые станции. Мощность у таких станций достаточно маленькая, а с наземной базовыми станциями связывается с помощью спутниковых каналов. Бортовая базовая станция модифицирована и в ней присутствует специальная панель для особых команд. Например, можно отключить голос в определенное время суток или совсем отключить.

Когда абонент впервые подключился к одному из сотовых операторов и активизировали SIM-карту, мобильный сразу же начинает просматривать диапазоны частот и отбирать из них те, которые принадлежат вашему сотовому оператору. Телефон может проанализировать сигналы от 32 базовых станций. Из них телефон выбирает 6, записывает в свою память, а затем посылает информацию о них контроллеру, который выбирает одну. После выбора частот, телефон передает сообщение-приветствие (International Mobile Subscriber Identity), аутентифицирующее его в сети и определяющее его положение.

Ваш сотовый телефон способен проанализировать уровни сигналов 32 Базовых станций. Затем мобильный выбирает шесть из них с самым лучшим сигналом и отправляет данные контроллеру. Он уже и выберет какую из шести станций выбрать и отправить сигнал.

Изредка случаются ситуации, когда сотовый выбирает не самую оптимальную базовую станцию, в таком случае, разговор может прерываться. Также возможно, что на базовой станции нет свободных линий. В обычные дни мощности базовых станций хватает для того, чтобы абоненты общались без перебоев, но в праздничные дни, особенно под Новый год, могут возникать трудности, из-за того, что абоненты пытаются разом обратиться к базовой станции.SMS-сообщения передаются от абонента к абоненту также по служебным каналам через базовую станцию, поэтому даже сообщения имеют проблемы с "дозвоном".

Существует такое понятие, как " проблема верхних этажей ". Если ваша квартира выходится на одном из верхних этажей, то совершая звонок и двигаясь по квартире, у вас может периодически пропадать сигнал. Это происходит в следствии того, что с разных сторон квартиры ваш мобильный может находить разные станции с наилучшим сигналом и переключаться между ними.

В режиме ожидания телефон постоянно следит за системной информацией, режимом работы, своим местоположением, работоспособностью и вызовами со стороны сотовой сети.

Продолжим рассматривать оборудование, которое обеспечивает работу сотовой сети. Контроллер базовой сети похож на саму базовую станцию, между собой они связаны по средствам оптоволокна или радиорелейного канала. Предназначен контроллер для управления радиоканалами. Коммутатор управляет трафиком, который заменяет телефонистку, которая раньше вручную переключала провода. Один коммутатор обслуживает от 2 до 30 контроллеров.

Функционирование сотовой сети нужно тщательно отслеживать. Работоспособность контролируют с помощью трех пунктов. Первое и самое главное, за чем следят работники компании — это обнаружение и ликвидирование проблем и неполадок. Для того, чтобы следить за этим было проще на всем оборудовании устанавливают особые датчики, которые передают сигнал в Центре Контроля Сети. Тогда все диспетчеры видят всю нужную информацию на мониторах своих компьютеров. Если возникает ситуация, что в одном каком-то устройстве произошла неполадка, диспетчер тут же сможет узнать об этом, так как на дисплее начнет мигать лампочка.

Втором, тоже очень важным пунктом работы по контролю сети является составление статистики. Центр Контроля Сети собирает все данные по работе контроллеров и коммутаторов. Затем производится анализ этой информации и сравнение текущей статистики с полученной раньше. Если при сравнение выявлены существенные отклонения в цифрах, то это может является сигналом о неисправности одного из устройств.

Также сотрудники Центра Контроля Сети следят за данными полученными от абонентов, то есть обратной связью. Если проблему пользователя сети не смогли решить ни операторы абонентской службы, ни технические специалисты, то в делом занимаются сотрудники Центра Контроля Сети. Работу коммутатора круглые сутки отслеживают два дежурных диспетчера.

Специальные сим-карты здесь