Стільниковий зв'язок принцип дії. Принцип дії стільникового зв'язку

мобільний зв'язок- це радіозв'язок між абонентами, місце розташування одного або кількох з яких змінюється. Одним із видів мобільного зв'язку є стільниковий зв'язок.

стільниковий зв'язок- один із видів радіозв'язку, в основі якого лежить стільникова мережа. Ключова особливість: загальна зона покриття ділиться на стільники, що визначаються зонами покриття. базових станцій. Стільники перекриваються і разом утворюють мережу. На ідеальній поверхні зона покриття однієї базової станції є коло, тому складена з них мережа має вигляд сот шестикутними осередками.

Принцип дії стільникового зв'язку

Отже, спочатку розглянемо, як здійснюється дзвінок по мобільному телефону. Як тільки користувач набирає номер, телефонна трубка (HS - Hand Set) починає пошук найближчої базової станції (BS - Base Station) - приймальне, керуюче та комунікаційне обладнання, що становить мережу. До її складу входять контролер базової станції (BSC – Base Station Controller) та кілька ретрансляторів (BTS – Base Transceiver Station). Базові станції управляються мобільним комутуючим центром (MSC – Mobile Service Center). Завдяки стільниковій структурі, ретранслятори покривають місцевість зоною впевненого прийому в одному або кількох радіоканалах з додатковим службовим каналом, яким відбувається синхронізація. Точніше відбувається узгодження протоколу обміну апарату та базової станції за аналогією з процедурою модемної синхронізації (handshacking), у процесі якого пристрої домовляються про швидкість передачі, канал і т.д. Коли мобільний апарат знаходить базову станцію і відбувається синхронізація, контролер базової станції формує повнодуплексний канал на мобільний центр комутації через фіксовану мережу. Центр передає інформацію про мобільний термінал у чотири регістри: відвідувачний регістр рухомих абонентів або "гостей" (VLR - Visitor Layer Register), "домашній" регістр місцевих рухомих абонентів (HRL - Home Register Layer), регістр передплатника або аутентифікації (AUC - AUthentiCator) та регістр ідентифікації обладнання (EIR - Equipment Identification Register). Ця інформація унікальна і знаходиться у пластиковій абонентській мікроелектронної телекартки або модуля (SIM - Subscriber Identity Module), за яким здійснюються перевірка правомочності абонента та тарифікація. На відміну від стаціонарних телефонів, за користування якими плата стягується залежно від навантаження (числа зайнятих каналів), що надходить за фіксованим абонентської лінії, плата за користування рухомим зв'язком стягується не з телефону, а з SIM-картки, яку можна вставити в будь-який апарат.

Картка є не що інше, як звичайний флеш-чіп, виконаний за смарт-технологією (SmartVoltage) і має необхідний зовнішній інтерфейс. Його можна використовувати в будь-яких апаратах, і головне – щоб збігалася робоча напруга: ранні версії використовували 5.5В інтерфейс, а у сучасних карток зазвичай 3.3В. Інформація зберігається у стандарті унікального міжнародного ідентифікатораабонента (IMSI - International Mobile Subscriber Identification), завдяки чому виключається можливість появи "двійників" - навіть якщо код картки буде випадково підібраний, система автоматично виключить фальшивий SIM, і не доведеться оплачувати чужі розмови. При розробці стандарту протоколу стільникового зв'язку цей момент спочатку був врахований, і тепер кожен абонент має свій унікальний і єдиний у світі ідентифікаційний номер, що кодується при передачі 64біт ключем. Крім цього, за аналогією зі скремблерами, призначеними для шифрування/дешифрування розмови в аналоговій телефонії, у стільниковому зв'язку застосовується 56біт кодування.

На підставі цих даних формується уявлення системи про мобільного користувача (його розташування, статус у мережі тощо) і відбувається з'єднання. Якщо мобільний користувач під час розмови переміщається із зони дії одного ретранслятора до зони дії іншого, або навіть між зонами дії різних контролерів, зв'язок не обривається і погіршується, оскільки система автоматично вибирає ту базову станцію, з якою зв'язок краще. Залежно від завантаженості каналів телефон вибирає між мережею 900 і 1800 МГц, причому перемикання можливе навіть під час розмови абсолютно непомітно для того, хто говорить.

Дзвінок із звичайної телефонної мережі мобільного користувачаздійснюється у зворотній послідовності: спочатку визначаються місцезнаходження та статус абонента на підставі даних, що постійно оновлюються в регістрах, а потім відбуваються з'єднання та підтримка зв'язку.

Системи рухомого радіозв'язку будуються за схемою "точка-точка" (point-multipoint), оскільки абонент може знаходитися в будь-якій точці стільники, контрольованої базовою станцією. У найпростішому випадку кругової передачі потужність радіосигналу вільному просторітеоретично зменшується обернено пропорційно квадрату відстані. Однак на практиці сигнал загасає набагато швидше - у кращому випадку пропорційно кубу відстані, оскільки енергія сигналу може поглинатися або зменшуватися на різних фізичних перешкодах, і характер таких процесів залежить від частоти передачі. При зменшенні потужності на порядок площа стільники, що охоплюється, зменшується на два порядки.

"ФІЗІОЛОГІЯ"

Найважливішими причинами підвищеного згасання сигналів є тіньові зони, створювані будинками чи природними височинами біля. Дослідження умов застосування рухомого радіозв'язку у містах показали, що навіть дуже близьких відстанях тіньові зони дають згасання до 20дБ. Інший важливою причиноюзгасання є листя дерев. Наприклад, на частоті 836МГц у літній час, коли дерева покриті листям, рівень сигналу, що приймається, виявляється приблизно на 10дБ нижче, ніж у тому ж місці взимку, за відсутності листя. Завмирання сигналів від тіньових зон іноді називають повільними з погляду умов їх прийому в русі при перетині такої зони.

Важливе явище, яке доводиться враховувати при створенні стільникових систем рухомого радіозв'язку - відображення радіохвиль, і, як наслідок, їхнє багатопроменеве поширення. З одного боку, це явище корисне, оскільки воно дозволяє радіохвилям огинати перешкоди та поширюватися за будинками, у підземних гаражах та тунелях. Але з іншого боку, багатопроменеве поширення породжує такі важкі для радіозв'язку проблеми, як розтягування затримки сигналу, релеївські завмирання та посилення ефекту Доплера.

Розтягування затримки сигналу виходить через те, що сигнал, що проходить кількома незалежними шляхами різної протяжності, приймається кілька разів. Тому імпульс, що повторюється, може вийти за межі відведеного для нього інтервалу часу і спотворити наступний символ. Спотворення, що виникають за рахунок розтягнутої затримки, називаються міжсимвольною інтерференцією. При невеликих відстаняхрозтягнута затримка не є небезпечною, але якщо соту оточують гори, затримка може розтягнутися на багато мікросекунди (іноді 50-100 мкс).

Релеєвські завмирання викликаються випадковими фазами, із якими надходять відбиті сигнали. Якщо, наприклад, прямий і відбитий сигнали приймаються і протифазі (зі зсувом фази на 180 °), сумарний сигнал може бути ослаблений майже до нуля. Релеєвські завмирання для даного передавача і заданої частоти є чимось подібним до амплітудних "провалів", що мають різну глибину і розподілені випадковим чином. В цьому випадку при стаціонарному приймачі уникнути замирань можна просто переставивши антену. При русі ж транспортного засобу такі "провали" проходять щомиті тисячами, чому замирання, що відбуваються при цьому, називаються швидкими.

Ефект Доплера проявляється при русі приймача щодо передавача і полягає у зміні частоти коливання, що приймається. Подібно до того, як тон шуму поїзда або автомобіля, що рухається, здається нерухомому спостерігачеві трохи вище при наближенні транспортного засобу і дещо нижче при його видаленні, частота радіопередачі зміщується при русі приймача. Більше того, при багатопроменевому поширенні сигналу окремі промені можуть давати зміщення частоти в той чи інший бік одночасно. В результаті, за рахунок ефекту Доплера виходить випадкова частотна модуляціяпереданого сигналу подібно до того, як за рахунок релеївських замирань відбувається випадкова амплітудна модуляція. Таким чином, в цілому багатопроменеве поширення створює великі труднощі в організації стільникового зв'язку, особливо для рухливих абонентів, що пов'язано з повільними і швидкими завмираннями амплітуди сигналу в приймачі, що рухається. Подолати ці труднощі вдалося за допомогою цифрової техніки, яка дозволила створити нові методи кодування, модуляції та вирівнювання характеристик каналів.

"АНАТОМІЯ"

Передача даних здійснюється за радіоканалами. Мережа GSM працює у діапазонах частот 900 або 1800 МГц. Більш конкретно, наприклад, у разі розгляду діапазону 900МГц рухомий абонентський апарат передає на одній із частот, що лежать у діапазоні 890-915 МГц, а приймає на частоті, що лежить у діапазоні 935-960 МГц. Для інших частот принцип той самий, змінюються лише чисельні характеристики.

За аналогією з супутниковими каналами напрямок передачі від абонентського апарату до базової станції називається висхідним (Rise), а напрямок від базової станції до абонентського апарату - низхідним (Fall). У дуплексному каналі, що складається з висхідного та низхідного напрямів передачі, для кожного з названих напрямків застосовуються частоти, що різняться точно на 45МГц. У кожному із зазначених вище частотних діапазонівстворюються по 124 радіоканалу (124 для прийому та 124 для передачі даних, рознесених на 45МГц) шириною по 200кГц кожен. Цим каналам присвоюються номери (N) від 0 до 123. Тоді частоти висхідного (F R) та низхідного (F F) напрямків кожного з каналів можна обчислити за формулами: F R (N) = 890+0.2N (МГц), F F (N) = FR (N) + 45 (МГц).

У розпорядження кожної базової станції може бути надано від однієї до 16 частот, причому кількість частот і потужність передачі визначаються залежно від місцевих умов та навантаження.

У кожному з частотних каналів, якому надано номер (N) і який займає смугу 200кГц, організуються вісім каналів з тимчасовим поділом (тимчасові канали з номерами від 0 до 7), або вісім канальних інтервалів.

Система з розподілом частот (FDMA) дозволяє отримати 8 каналів по 25кГц, які, у свою чергу, поділяються за принципом системи з розподілом часу (TDMA) ще на 8 каналів. У GSM використовується GMSK-модуляція, а частота, що несе, змінюється 217 разів на секунду для того, щоб компенсувати можливе погіршення якості.

Коли абонент отримує канал, йому виділяється не тільки частотний канал, а й один з конкретних канальних інтервалів, і він повинен вести передачу в строго відведеному часовому інтервалі, не виходячи за його межі - інакше створюватимуться перешкоди в інших каналах. Відповідно до вищевикладеного робота передавача відбувається у вигляді окремих імпульсів, які відбуваються у строго відведеному канальному інтервалі: тривалість канального інтервалу становить 577мкс, а всього циклу – 4616мкс. Виділення абоненту лише одного з восьми канальних інтервалів дозволяє розділити в часі процес передачі та прийому шляхом зсуву канальних інтервалів, що виділяються передавачам рухомого апарату та базової станції. Базова станція (BS) завжди передає на три канальні інтервали раніше рухомого апарату (HS).

Вимоги до характеристик стандартного імпульсу описуються як нормативного шаблону зміни потужності випромінювання у часі. Процеси включення та вимикання імпульсу, що супроводжуються зміною потужності на 70дБ, повинні укладатися в проміжок часу тривалістю всього 28мкс, а робочий час, протягом якого передаються 147 двійкових розрядів, становить 542.8мкс. Значення потужності передачі, зазначені у таблиці раніше, відносяться саме до потужності імпульсу. Середня ж потужність передавача виявляється у вісім разів меншою, оскільки 7/8 часу передавач не випромінює.

Розглянемо формат нормального стандартного імпульсу. З нього видно, що не всі розряди несуть корисну інформацію: тут у середині імпульсу розташовується навчальна послідовність з 26 двійкових розрядів для захисту сигналу від перешкод багатопроменевого поширення. Це - одна з восьми спеціальних послідовностей, що легко розпізнаються, за якою прийняті розряди правильно розташовуються в часі. Така послідовність огороджується однорозрядними покажчиками (PB - Point Bit), а з обох сторін цієї настроювальної послідовності розташовується корисна кодована інформація у вигляді двох блоків по 57 двійкових розрядів, що у свою чергу огороджуються граничними розрядами (BB - Border Bit) - по 3біт з кожної сторони. Таким чином, імпульс переносить 148біт даних, які займають 546.12мкс часовий інтервал. До цього часу додається ще проміжок, що дорівнює 30.44мкс захисного часу (ST - Shield Time), протягом якого передавач "мовчить". По тривалості цей проміжок відповідає часу передачі 8.25 розряду, але передачі у цей час немає.

Послідовність імпульсів утворює фізичний канал передачі, який характеризується номером частоти та номером тимчасового канального інтервалу. На основі цієї послідовності імпульсів організується ціла серія логічних каналів, що відрізняються своїми функціями. Крім каналів, що передають корисну інформацію, існує ще ряд каналів, що передають сигнали керування. Реалізація таких каналів та його робота вимагають чіткого управління, яке реалізується програмними засобами.

Найпоширенішим на сьогодні видом мобільного зв'язку є стільниковий зв'язок. Послуги мобільного зв'язку надаються абонентам компаніями-операторами.

Бездротовий зв'язок мобільному телефону надає мережу базових станцій.

Кожна станція забезпечує доступ до мережі на обмеженій території, площа та конфігурація якої залежить від рельєфу місцевості та інших параметрів. Зони покриття, що перекриваються, створюють структуру, схожу на бджолині стільники; від цього образу і походить термін «стільниковий зв'язок». При переміщенні абонента його телефон обслуговується то однією, то іншою базовою станцією, причому перемикання (зміна стільники) відбувається в автоматичному режимі, абсолютно непомітно для абонента, і ніяк не впливає на якість зв'язку. Такий підхід дозволяє, використовуючи радіосигнали малої потужності, покривати мережею мобільного зв'язку великі території, що забезпечує цьому виду комунікацій, крім ефективності, ще й високий рівень екологічності.

Компанія-оператор не тільки технічно забезпечує мобільний зв'язок, а й вступає в економічні взаємини з абонентами, які набувають у неї деякого набору основних і додаткових послуг. Так як видів сервісів досить багато, розцінки на них поєднують у комплекти, іменовані тарифними планами. Обчисленням вартості наданих кожному абоненту послуг займається білінгова система (програмно-апаратна система, яка веде облік наданих абоненту послуг та сервісів).

Білінгова система оператора взаємодіє з аналогічними системамиінших компаній, наприклад, які надають абоненту послуги роумінгу (можливість користуватися мобільним зв'язком в інших містах та країнах). Усі взаєморозрахунки за мобільний зв'язок, у тому числі й у роумінгу, абонент здійснює зі своїм оператором, який є для нього єдиним розрахунковим центром.

Роумінг – доступ до сервісів мобільного зв'язку за межами зони покриття мережі домашнього оператора, з яким у абонента укладено контракт.

Перебуваючи у роумінгу, абонент зазвичай зберігає свій номер телефону, продовжує користуватися своїм стільниковим телефоном, здійснюючи і приймаючи дзвінки так само, як і в домашньої мережі. Усі необхідні для цього дії, включаючи міжоператорський обмін трафіком та залучення при необхідності ресурсів інших комунікаційних компаній (наприклад, що забезпечують трансконтинентальний зв'язок), виробляються автоматично та не вимагають від абонента додаткових дій. Якщо домашня та гостьова мережанадають послуги зв'язку різних стандартах, роумінг все одно можливий: абоненту на час поїздки можуть видати інший апарат, зберігаючи його телефонний номер і автоматично маршрутизуючи дзвінки.

Історія стільникового зв'язку.

Роботи зі створення цивільних систем мобільного зв'язку розпочалися у 1970-х. До цього моменту розвиток звичайних телефонних мереж у європейських країнах досяг такого рівня, що наступним кроком в еволюції комунікацій могла стати лише доступність телефонного зв'язку скрізь.

Мережі на першому цивільному стандарті стільникового зв'язку - NMT-450 - з'явилися в 1981. Хоча найменування стандарту є скороченням слів Nordic Mobile Telephony ("мобільна телефонія північних країн"), перша на планеті стільникова мережа була розгорнута в Саудівській Аравії. У Швеції, Норвегії, Фінляндії (та інших країнах Північної Європи) мережі NMT запрацювали на кілька місяців пізніше.

Через два роки – у 1983 – на території США було запущено першу мережу стандарту AMPS ( Advanced Mobile Phone Service), створеного у дослідному центрі Bell Laboratories.

Стандарти NMT та AMPS, які прийнято відносити до першого покоління систем стільникового зв'язку, передбачали передачу даних в аналоговій формі, що не дозволяло забезпечити належний рівень стійкості до перешкод і захисту від несанкціонованих підключень. Згодом вони з'явилися удосконалені з допомогою використання цифрових технологій модифікації, наприклад, DAMPS (перша буква абревіатури своєю появою зобов'язана слову Digital – «цифровий»).

Стандарти другого покоління (так званого 2G) – GSM, IS-95, IMT-MC-450 та ін., спочатку створені на основі цифрових технологій, перевершували стандарти першого покоління за якістю звуку та захищеності, а також, як з'ясувалося згодом, по закладеному стандарт потенціалу розвитку.

Вже в 1982 р. Європейська Конференція Адміністрацій Пошт і Електрозв'язку (CEPT) створила групу для розробки єдиного стандарту цифрового стільникового зв'язку. Дітищем цієї групи став GSM (Global System for Mobile Communications).

Перша мережа GSMбула запущена в експлуатацію в Німеччині в 1992 році. Сьогодні GSM є панівним стандартом стільникового зв'язку як в Росії, так і в усьому світі. У 2004 році в нашій країні GSM-мережі обслуговували понад 90% абонентів стільникового зв'язку; у світі GSM використало 72% абонентів.

Для роботи обладнання стандарту GSM виділено кілька діапазонів частот – на них вказують числа у назвах. У європейському регіоні в основному використовуються GSM 900 і GSM 1800, в Америці - GSM 950 і GSM 1900 (на момент затвердження стандарту в США «європейські» частоти там зайняті іншими службами).

Популярність стандарту GSM забезпечили його значущі для абонентів особливості:

– захищеність від перешкод, перехоплення та «двійників»;

- Наявність великої кількості додаткових сервісів;

– можливість за наявності «надбудов» (таких як GPRS, EDGE та ін.) забезпечувати передачу даних з високими швидкостями;

– присутність на ринку великої кількості телефонних апаратів, що працюють у мережах стандарту GSM;

- Простота процедури зміни одного апарату на інший.

У процесі розвитку стільникові мережі стандарту GSM придбали можливості розширення за рахунок деяких надбудов над діючою інфраструктурою, що забезпечують швидкісну передачу даних. GSM-мережі з підтримкою GPRS (General Packet Radio Service) отримали назву 2,5G, а GSM-мережі з підтримкою стандарту EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) іноді називають мережами 2,75G.

Наприкінці 1990-х у Японії та Південній Кореї з'явилися мережі третього покоління (3G). Основна відмінність стандартів, на яких побудовано мережі 3G, від попередників – розширені можливості швидкісної передачі даних, що дозволяє реалізовувати в таких мережах нові сервіси, зокрема відеотелефонію. У 2002–2003 перші комерційні мережі 3G почали працювати у деяких країнах Західної Європи.

Хоча в даний час мережі 3G існують лише в низці регіонів світу, в інженерно-технічних лабораторіях найбільших компаній вже ведуться роботи зі створення стандартів стільникового зв'язку четвертого покоління. На чільне місце при цьому ставиться не тільки подальше збільшенняшвидкості передачі даних, а й підвищення ефективності використання пропускну здатністьчастотних діапазонів, виділених для мобільного зв'язку, щоб отримувати доступ до сервісів могло велика кількістьабонентів, що знаходяться на обмеженій території (що особливо актуальне для мегаполісів).

Інші системи мобільного зв'язку.

Окрім стільникового зв'язку, сьогодні існують і інші цивільні комунікаційні системи, що також забезпечують мобільний зв'язок по радіоканалах, але побудовані на інших технічних принципах та орієнтовані на інші абонентські термінали. Вони менш поширені, ніж стільниковий зв'язок, але знаходять застосування, коли використання стільникових телефонів утруднено, неможливо чи економічно невигідно.

Стає все популярнішим стандарт мікростільникового зв'язку DECT, який використовується для комунікацій на обмеженій території. Базова станція стандарту DECT здатна забезпечувати трубкам (їх може обслуговуватися до 8 одночасно) зв'язок між собою, переадресацію викликів, а також вихід у телефонну мережузагального користування. Потенціал стандарту DECT дозволяє забезпечувати мобільний зв'язок у межах міських мікрорайонів, окремих компаній чи квартир. Вони виявляються оптимальними в регіонах з малоповерховою забудовою, абоненти яких потребують лише голосового зв'язкута можуть обходитися без мобільної передачі даних та інших додаткових сервісів.

У супутниковій телефонії базові станції мають у своєму розпорядженні на супутниках, що знаходяться на навколоземних орбітах. Супутники забезпечують зв'язок там, де розгортання звичайної стільникової мережі неможливе чи нерентабельне (у морі, на великих малонаселених територіях тундри, пустель тощо.).

Транкінгові мережі, що забезпечують абонентським терміналам (їх прийнято називати не телефонами, а радіостанціями) зв'язок у межах певної території, є системами базових станцій (ретрансляторів), які здійснюють передачу радіосигналу від одного терміналу до іншого при їх значному видаленні один від одного. Оскільки транкінгові мережі зазвичай забезпечують зв'язок співробітникам відомств (МВС, МНС, «Швидка допомога» тощо) чи технологічних майданчиках великого розміру(вздовж автотрас, на будівництві, на території заводів тощо), то транкінгові термінали не мають розважальних можливостей та дизайнерських вишукувань в оформленні.

Носімі радіостанції встановлюють зв'язок один з одним безпосередньо без проміжних комунікаційних систем. Мобільний зв'язок такого типу віддають перевагу як державним (міліція, пожежна охорона тощо) і відомчим структурам (для комунікацій у межах складського комплексу, паркінгу або будівництва), так і приватним особам (грибники, мисливці-рибалки або туристи), в ситуаціях , коли простіше і дешевше використовувати для зв'язку між собою кишенькові радіостанції, ніж стільникові телефони (наприклад, у віддалених районах, де немає покриття стільникових мереж).

Пейджинговий зв'язок забезпечує отримання коротких повідомленьна абонентські термінали – пейджери. В даний час пейджингові комунікації у цивільному зв'язку практично не використовуються, через свої обмеження вони витіснені в область вузькоспеціалізованих рішень (наприклад, служать для оповіщення персоналу у великих медичних установ, передачі даних на інформаційні електронні табло тощо).

З 2004 все більш широке поширення набуває нового підвиду мобільного зв'язку, що надає можливість. високошвидкісної передачіданих по радіоканалу (у більшості випадків для цього використовується протокол Wi-Fi). Зони з Wi-Fi-покриттям, доступним для публічного використання (платного або безкоштовного), називаються хот-спотами. Абонентськими терміналами в цьому випадку є комп'ютери як ноутбуки, так і КПК. Вони можуть забезпечувати і двосторонній голосовий зв'язок через Інтернет, але ця можливість використовується вкрай рідко, в основному з'єднання застосовується для доступу до найпоширеніших інтернет-сервісів. електронній пошті, веб-сайти, системи миттєвого обміну повідомленнями (наприклад, ICQ) і т.д.

Куди рухається мобільний зв'язок.

У розвинених регіонах основним напрямом розвитку мобільного зв'язку на найближче майбутнє є конвергенція: забезпечення абонентським терміналам автоматичного перемикання з однієї мережі в іншу з метою найбільш ефективного використання можливостей усіх комунікаційних систем. Заощаджувати кошти абонентів та покращувати якість зв'язку дозволить автоматичне перемикання, наприклад, з GSM на DECT (і назад), з супутникового зв'язкуна «наземну», а при забезпеченні бездротової передачі даних – між GPRS, EDGE, Wi-Fi та іншими стандартами, багато з яких (наприклад, WiMAX) тільки очікують свого часу.

Місце мобільного зв'язку у світовій економіці.

Комунікації є галуззю світової економіки, що найбільш динамічно розвивається. Але мобільні комунікаціїнавіть проти іншими напрямами «телекому» розвиваються випереджаючими темпами.

Ще в 2003 році загальна кількість мобільних телефонів на планеті перевищила кількість стаціонарних апаратів, підключених до провідним мережамзагального користування. У деяких країнах кількість абонентів мобільного зв'язку вже в 2004 була більша за кількість жителів. Це означає, що деякі люди використовували більше одного «мобільного» – наприклад, два стільникові телефони, що обслуговуються у різних операторів, або телефон для голосового зв'язку та бездротовий модемдля мобільного доступув інтернет. З іншого боку, дедалі більше модулів бездротового зв'язку потрібно забезпечення технологічних комунікацій (у разі абонентами є люди, а спеціалізовані комп'ютери).

В даний час оператори стільникового зв'язку забезпечують повне покриття території всіх економічно розвинених регіонів планети, проте екстенсивний розвиток мереж продовжується. Нові базові станції встановлюються для покращення прийому в тих місцях, де наявна мережа з якихось причин стійкий прийом забезпечити не може (наприклад, у довгих тунелях, біля метрополітену тощо). Крім того, стільникові мережі поступово проникають у регіони. низьким рівнемдоходів населення. Розвиток технологій мобільного зв'язку, що супроводжується різким здешевленням обладнання та послуг, робить стільникові сервісидоступними все більшій кількості людей на планеті.

Виробництво стільникових телефонів є одним з напрямків індустрії високих технологій, що найбільш динамічно розвиваються.

Швидко зростає та індустрія обслуговування мобільних телефонів, що пропонує аксесуари для персоніфікації апаратів: від оригінальних дзвінків (рингтонів) до брелоків, графічних заставок, наклейок на корпус, змінних панелей, чохлів та шнурків для носіння апарата.

Види телефонів.

Стільниковий (мобільний) телефон – абонентський термінал, що працює в мережі. По суті, кожен стільниковий телефонє спеціалізованим комп'ютером, який орієнтований, насамперед, на забезпечення (у зоні покриття домашньої чи гостьової мережі) голосового спілкування абонентів, але також підтримує обмін текстовими та мультимедійними повідомленнями, має модем і спрощений інтерфейс. Передачу голосу та даних сучасні мобільні телефони забезпечують у цифровій формі.

Раннє поділ апаратів, що існував, на «недорогі», «функціональні», «бізнес-» і «іміджеві» моделі все більше втрачає сенс – бізнес-апарати набувають рис іміджевих моделей і розважальних функцій, в результаті використання аксесуарів недорогі телефонистають іміджевими, а у іміджевих швидко зростає функціональність.

Мініатюризація трубок, пік якої припав на 1999–2000, завершилася цілком об'єктивними причинами: апарати досягли оптимального розміруподальше їх зменшення робить незручним натискання кнопок, читання тексту на екрані і т.д. Натомість мобільний телефон став справжнім предметом мистецтва: до розробки зовнішнього вигляду апаратів залучають провідних дизайнерів, а власникам надаються широкі можливостіперсоніфікувати свої апарати самостійно.

В даний час виробники приділяють особливу увагу функціональності мобільних телефонів, причому як основним (збільшується час автономної роботи, покращуються екрани і т.д.), так і додатковим можливостям (в апарати вбудовують цифрові фотокамери, диктофони, МР3-плеєри та інші «супутні»). » Пристрої).

Практично всі сучасні апарати, крім деяких моделей нижнього цінового діапазону, дозволяють завантажувати програми. Більшість апаратів можуть виконувати Java-додатки, збільшується кількість телефонів, що використовують операційні системи, успадковані від КПК або портовані з них: Symbian, Windows Mobile for Smartphones і т.д. Телефони з вбудованими операційними системами називають смартфонами (від комбінації англійських слів "smart" та "phone" - "розумний телефон").

Як абонентські термінали сьогодні можуть використовуватися також комунікатори – кишенькові комп'ютери, з модулем з підтримкою GSM/GPRS, а іноді EDGE і стандартів третього покоління.

Неголосові послуги стільникових мереж.

Абонентам стільникових мереж доступна ціла низка неголосових сервісів, «асортимент» яких залежить від можливостей конкретного телефону та від спектру пропозицій компанії-оператора. Перелік сервісів у домашній мережі може відрізнятись від списку послуг, доступних у роумінгу.

Сервіси можуть бути комунікаційними (забезпечуючими різні формизв'язки з іншими людьми), інформаційними (наприклад, що повідомляють про прогноз погоди або ринкові котирування), що забезпечують доступ до Інтернету, комерційними (для оплати з телефонів різних товарів та послуг), розважальними (мобільні ігри, вікторини, казино та лотереї) та іншими ( сюди належить, наприклад, мобільне позиціонування). Сьогодні з'являється все більше сервісів, що знаходяться «на стику», наприклад, більшість ігор та лотерей є платними, з'являються ігри, що використовують технології мобільного позиціонування, і т.д.

Практично всіма операторами та більшістю сучасних апаратів підтримуються наступні послуги:

– SMS – Short Message Service – передача коротких текстових повідомлень;

– MMS – Multimedia Messaging Service – передача мультимедіа-повідомлень: фотографій, відеороликів тощо;

– автоматичний роумінг;

- Визначення номера абонента;

– замовлення та отримання різних засобівперсоніфікації безпосередньо каналами стільникового зв'язку;

– вихід в Інтернет та перегляд спеціалізованих (WAP) сайтів;

- Закачування рінгтонів, картинок, інформаційних матеріалівзі спеціалізованих ресурсів;

– передача даних за допомогою вбудованого модему (вона може здійснюватись за різними протоколами залежно від того, які технології підтримує конкретний апарат).

Мобільний зв'язок у Росії.

У СРСР цивільних систем мобільного зв'язку був. З деякою натяжкою «цивільною» можна назвати систему мобільної телефонії «Алтай», побудовану на базі стандарту МРТ-1327, яка на рубежі 1970–80-х років створювалася для забезпечення зв'язком представників партійного, державного та господарського керівництва. «Алтай» успішно експлуатується й досі. Зрозуміло, він може конкурувати зі стільниковими мережами, але знаходить застосування вирішення деяких вузькоспеціалізованих завдань: забезпечення зв'язком мобільних підрозділів міських аварійних служб, телефонізації літніх кафе тощо.

Перші комерційні мережі, побудовані за стандартом NMT, були створені в Росії восени 1991. Піонерами мобільної телефонії в нашій країні були компанії «Дельта Телеком» (Санкт-Петербург) і «Московський стільниковий зв'язок». Перший дзвінок по стільниковому телефону було зроблено 9 вересня 1991 року в Санкт-Петербурзі: Анатолій Собчак, який тоді обіймав посаду мера міста, дзвонив своєму колегі - меру Нью-Йорка.

У липні 1992 року перші дзвінки були здійснені в AMPS-мережі «БіЛайн».

Перша російська мережастандарту GSM, створена компанією МТС, розпочала підключення абонентів у липні 1994 року.

У 2005 в Росії існують три федеральні оператори стільникового зв'язку, що надають послуги в стандарті GSM: МТС, "Білайн" і "Мегафон". Спектр та якість пропонованих ними телекомунікаційних послуг, а також розцінки на них приблизно однакові. До 2005 р. кількість базових станцій у мережах провідних столичних операторів у Москві та найближчому Підмосков'ї склала близько 3000, а площа зони покриття перевищила площі більшості європейських держав. Крім них, існують і ефективно працюють численні локальні оператори – як дочірні структури «великої трійки», так і самостійні компанії.

Оператори активно розвивають ринок, збільшуючи покриття своїх мереж і популяризуючи мобільний зв'язок серед різних верств населення. Якщо в середині 1990-х стільниковий телефон був доступний лише представникам найзабезпеченіших верств населення, то сьогодні мобільним зв'язком може користуватися практично кожен. Російські операторивпроваджують у своїх мережах новітні сервіси та пропонують побудовані на їх основі послуги, нерідко навіть випереджаючи більшість європейських компаній. В даний час всі три федеральні GSM-оператори ведуть підготовчу роботу до розгортання комерційних мережтретього покоління.

Крім GSM-мереж федеральних та локальних операторів стільникового зв'язку в Росії продовжують експлуатуватися мережі інших стандартів: DAMPS, IS-95, NMT-450, DECT та IMT-MC-450. Останній стандарт має статус федерального, і побудовані на його базі мережі (наприклад, SkyLink) розвиваються дуже активно. Однак ні за площею покриття, ні за кількістю абонентів мережі всіх стандартів, відмінних від GSM, помітну конкуренцію провідній трійці федеральних операторів створити не можуть.

Література:

Маляревський А., Олевська Н. Ваш мобільний телефон(популярний самовчитель). М, "Пітер", 2004
Закіров З.Г., Надєєв А.Ф., Файзуллін Р.Р. Стільниковий зв'язок стандарту GSM. Сучасний стан, перехід до мереж третього покоління("Бібліотека МТС"). М., "Еко-Трендз", 2004
Попов В.І. Основи стільникового зв'язку стандарту GSM(«Інженерна енциклопедія ПЕК»). М., "Еко-Трендз", 2005

Чи знаєте ви, що відбувається після того, як ви набрали номер друга на мобільному телефоні? Як стільникова мережа знаходить його в горах Андалусії чи узбережжя далекого острова Великодня? Чому іноді несподівано розмова переривається? Минулого тижня я побував у компанії Beeline і спробував розібратися, як влаштований стільниковий зв'язок.

Велика площа населеної частини нашої країни вкрита Базовими Станціями (БС). У полі вони виглядають як червоно-білі вежі, а в місті сховані на дахах нежитлових будинків. Кожна станція ловить сигнал від мобільних телефонів на відстані до 35 кілометрів і спілкується з мобільним телефоном службовими або голосовими каналами.

Після того, як ви набрали номер друга, телефон зв'язується з найближчою до вас Базовою Станцією (БС) по службовому каналу і просить виділити голосовий канал. Базова станція надсилає запит на контролер (BSC), а той переадресує його на комутатор (MSC). Якщо ваш друг є абонентом тієї ж мережі, то комутатор звіриться з Home Location Register (HLR), з'ясує, де в Наразізнаходиться абонент (вдома, в Туреччині або на Алясці), і переведе дзвінок на відповідний комутатор, звідки той його переправить на контролер і потім на Базову Станцію. Базова станція зв'яжеться з мобільним телефоном і з'єднає вас з другом. Якщо ваш друг абонент іншої мережі або ви телефонуєте на міський телефон, то ваш комутатор звернеться до відповідного комутатора іншої мережі. Важко? Давайте розберемося докладніше. Базова Станція являє собою пару залізних шаф, замкнених у приміщенні, що добре кондиціонується. Зважаючи на те, що в Москві було на вулиці +40, мені захотілося трохи пожити в цьому приміщенні. Як правило, Базова Станція знаходиться або на горищі будівлі, або в контейнері на даху:

Антена Базової Станції розділена на кілька секторів, кожен з яких світить у свій бік. Вертикальна антена здійснює зв'язок із телефонами, кругла з'єднує Базову Станцію з контролером:

Кожен сектор може обслуговувати до 72 дзвінків одночасно, залежно від настроювання та конфігурації. Базова Станція може складатися з 6 секторів, таким чином одна Базова Станція може обслуговувати до 432 дзвінків, однак, зазвичай на станції встановлено меншу кількість передавачів і секторів. Стільникові оператори воліють ставити більше БС підвищення якості зв'язку. Базова Станція може працювати в трьох діапазонах: 900 МГц - сигнал на цій частоті поширюється далі і краще проникає всередину будівель 1800 МГц - сигнал поширюється на більш короткі відстані, але дозволяє встановити більшу кількість передавачів на 1 секторі 2100 МГц - Мережа 3G з 3G обладнанням:

На Базові Станції в полях і селах встановлюють передавачі 900 МГц, а в місті, де Базові Станції натикані як голки у їжачка, в основному, зв'язок здійснюється на частоті 1800 МГц, хоча на будь-якій Базовій Станції можуть бути присутніми передавачі всіх трьох діапазонів одночасно.

Сигнал частотою 900 МГц може бити до 35 кілометрів, хоча «дальність» деяких Базових Станцій, що стоять уздовж трас, може доходити до 70 кілометрів, за рахунок зниження числа абонентів, що одночасно обслуговуються, на станції в два рази. Відповідно, наш телефон з його маленькою вбудованою антеною також може передавати сигнал на відстань до 70 кілометрів… Всі базові станції проектуються таким чином, щоб забезпечити оптимальне покриття радіосигналом на рівні землі. Тому, незважаючи на дальність 35 кілометрів, на висоту польоту літаків радіосигнал просто не посилається. Проте деякі авіакомпанії вже почали встановлювати на своїх літаках малопотужні базові станції, які забезпечують покриття усередині літака. Така БС з'єднується з наземною мережею за допомогою супутникового каналу. Система доповнюється панеллю управління, яка дозволяє екіпажу вмикати та вимикати систему, а також окремі типипослуг, наприклад, вимикати голос на нічних рейсах. Телефон може вимірювати рівень сигналу від 32 базових станцій одночасно. Інформацію про 6 кращих (за рівнем сигналу) він відправляє службовим каналом, і вже контролер (BSC) вирішує, який БС передати поточний дзвінок (Handover), якщо ви перебуваєте в русі. Іноді телефон може помилитися і перекинути вас на БС з найгіршим сигналом, у разі розмова може перерватися. Також може виявитися, що на базовій станції, яку вибрав ваш телефон, всі голосові лінії зайняті. У цьому випадку розмова також перерветься. Ще мені розповіли про так звану проблему верхніх поверхів. Якщо ви живете у пентхаусі, то іноді, при переході з однієї кімнати в іншу, розмова може перериватися. Це відбувається тому, що в одній кімнаті телефон може «бачити» одну БС, а в другій — іншу, якщо вона виходить на інший бік будинку, і, при цьому ці 2 Базові Станції знаходяться на великій відстані один від одного і не прописані як « сусідні» у стільникового оператора. В цьому випадку передача дзвінка з однієї БС на іншу не відбуватиметься:

Зв'язок у метро забезпечується так само, як і на вулиці: Базова Станція – контролер – комутатор, з тією лише різницею, що застосовуються там маленькі Базові Станції, а в тунелі покриття забезпечується не звичайною антеною, а спеціальним випромінюючим кабелем. Як я вже писав вище, одна БС може робити до 432 дзвінків одночасно. Зазвичай цієї потужності вистачає за очі, але, наприклад, під час деяких свят БС може не впоратися з кількістю охочих зателефонувати. Зазвичай це трапляється на Новий Рік, коли всі починають вітати одне одного. SMS передаються службовими каналами. На 8 березня і 23 лютого люди вважають за краще вітати один одного за допомогою SMS, пересилаючи смішні віршики, і телефони часто не можуть домовитися з БС про виділення голосового каналу. Мені розповіли цікавий випадок. З одного району Москви почали надходити скарги від абонентів у тому, що вони можуть нікуди додзвонитися. Технічні фахівці почали розумітися. Більшість голосових каналів була вільною, а всі службові були зайняті. Виявилося, що поруч із цією БС знаходився інститут, в якому йшли іспити та студенти безперервно обмінювалися есемесками. Довгі SMS телефонділить на кілька коротких та відправляє кожне окремо. Співробітники технічної служби радять надсилати такі привітання з допомогою MMS. Це буде швидше та дешевше. З Базової станції дзвінок потрапляє на контролер. Виглядає він так само нудно, як і сама БС - це просто набір шаф:

Залежно від обладнання, контролер може обслуговувати до 60 базових станцій. Зв'язок між БС і контролером (BSC) може здійснюватися радіорелейним каналом або оптикою. Контролер здійснює керування роботою радіоканалів, у т.ч. контролює пересування абонента, передачу сигналу з однієї БС в іншу. Набагато цікавіше виглядає комутатор:

Кожен комутатор обслуговує від 2 до 30 контролерів. Він займає вже велику залу, заставлену різними шафами з обладнанням:

10.

11.

12.

Комутатор здійснює керування трафіком. Пам'ятаєте старі фільми, де люди спочатку додзвонювалися до «дівчини», а потім вона вже з'єднувала їх з іншим абонентом, перетикуючи проводки? Цим же займаються і сучасні комутатори:

13.

Для контролю за мережею Білайн має кілька автомобілів, які вони ласкаво називають «їжачками». Вони пересуваються містом і вимірюють рівень сигналу власної мережі, а також рівень мережі колег з « Великої Трійки»:

14.

Весь дах такого автомобіля утиканий антенами:

15.

Усередині стоїть обладнання, що здійснює сотні дзвінків та знімає інформацію:

16.

Цілодобовий контроль за комутаторами та контролерами здійснюється з Центру Управління Польотами Центру Контролю Мережі (ЦКС):

17.

Існує 3 основні напрямки контролю за стільниковою мережею: аварійність, статистика та зворотний зв'язок від абонентів. Так само, як і в літаках, на всьому устаткуванні мережі стоять датчики, які посилають сигнал в ЦКС і виводять інформацію на комп'ютери диспетчерів. Якщо якесь обладнання вийшло з ладу, то на моніторі почне блимати лампочка. ЦКС також відстежує статистику за всіма комутаторами та контролерами. Він аналізує її, порівнюючи з попередніми періодами (годиною, добою, тижнем тощо). Якщо статистика якогось із вузлів почала різко відрізнятися від попередніх показників, то на моніторі знову почне «блимати лампочка». Зворотний зв'язок приймають оператори абонентської служби. Якщо вони не можуть вирішити проблему, дзвінок перекладається на технічного фахівця. Якщо ж і він виявляється безсилим, то в компанії створюється інцидент, який вирішують інженери, які займаються експлуатацією відповідного обладнання. За комутаторами цілодобово стежать по 2 інженери:

18.

На графіку показано активність московських комутаторів. Добре видно, що вночі практично ніхто не дзвонить:

19.

Контроль за контролерами (вибачте за тавтологію) здійснюється з другого поверху Центру Контролю Мережі:

22.

21.

17 серпня 2010

Після того, як ви набрали номер друга, телефон зв'язується з найближчою до вас Базовою Станцією (БС) по службовому каналу і просить виділити голосовий канал. Базова станція надсилає запит на контролер (BSC), а той переадресує його на комутатор (MSC). Якщо ваш друг є абонентом тієї ж мережі, то комутатор звіриться з Home Location Register (HLR), з'ясує, де в даний момент знаходиться абонент (вдома, в Туреччині або на Алясці), і переведе дзвінок на відповідний комутатор, звідки той його переправить на контролер і потім Базову Станцію. Базова станція зв'яжеться з мобільним телефоном і з'єднає вас з другом. Якщо ваш друг абонент іншої мережі або ви телефонуєте на міський телефон, то ваш комутатор звернеться до відповідного комутатора іншої мережі.

Важко? Давайте розберемося докладніше.

Базова Станція являє собою пару залізних шаф, замкнених у приміщенні, що добре кондиціонується. Зважаючи на те, що в Москві було на вулиці +40, мені захотілося трохи пожити в цьому приміщенні. Як правило, Базова Станція знаходиться або на горищі будівлі, або в контейнері на даху:

Базова Станція може працювати у трьох діапазонах:

900 МГц - сигнал на цій частоті поширюється далі і краще проникає всередину будівель
1800 МГц - сигнал поширюється більш короткі відстані, але дозволяє встановити більше передавачів на 1 секторі
2100 МГц - Мережа 3G

Ось так виглядає шафа з 3G обладнанням:

Сигнал частотою 900 МГц може бити до 35 кілометрів, хоча "дальність" деяких Базових Станцій, що стоять уздовж трас, може доходити до 70 кілометрів, за рахунок зниження числа абонентів, що одночасно обслуговуються на станції в два рази. Відповідно наш телефон з його маленькою вбудованою антеною також може передавати сигнал на відстань до 70 кілометрів.

Всі базові станції проектуються таким чином, щоб забезпечити оптимальне покриття радіосигналом на рівні землі. Тому, незважаючи на дальність 35 кілометрів, на висоту польоту літаків радіосигнал просто не посилається. Проте деякі авіакомпанії вже почали встановлювати на своїх літаках малопотужні базові станції, які забезпечують покриття усередині літака. Така БС з'єднується з наземною мережею за допомогою супутникового каналу. Система доповнюється панеллю управління, яка дозволяє екіпажу вмикати та вимикати систему, а також окремі типи послуг, наприклад, вимикати голос на нічних рейсах.

Телефон може вимірювати рівень сигналу від 32 базових станцій одночасно. Інформацію про 6 кращих (за рівнем сигналу) він відправляє службовим каналом, і вже контролер (BSC) вирішує, який БС передати поточний дзвінок (Handover), якщо ви перебуваєте в русі. Іноді телефон може помилитися і перекинути вас на БС із найгіршим сигналом, у цьому випадку розмова може перерватися. Також може виявитися, що на базовій станції, яку вибрав ваш телефон, всі голосові лінії зайняті. У цьому випадку розмова також перерветься.

Ще мені розповіли про так звану "проблему верхніх поверхів". Якщо ви живете у пентхаусі, то іноді, при переході з однієї кімнати в іншу, розмова може перериватися. Це відбувається тому, що в одній кімнаті телефон може "бачити" одну БС, а в другій - іншу, якщо вона виходить на інший бік будинку, і, при цьому ці 2 Базові Станції знаходяться на великій відстані один від одного і не прописані як " сусідні" у стільникового оператора. В цьому випадку передача дзвінка з однієї БС на іншу не відбуватиметься:

Як я вже писав вище, одна БС може робити до 432 дзвінків одночасно. Зазвичай цієї потужності вистачає за очі, але, наприклад, під час деяких свят БС може не впоратися з кількістю охочих зателефонувати. Зазвичай це трапляється на Новий Рік, коли всі починають вітати одне одного.

SMS передаються службовими каналами. На 8 березня і 23 лютого люди вважають за краще вітати один одного за допомогою SMS, пересилаючи смішні віршики, і телефони часто не можуть домовитися з БС про виділення голосового каналу.

Мені розповіли цікавий випадок. З одного району Москви почали надходити скарги від абонентів у тому, що вони можуть нікуди додзвонитися. Технічні фахівці почали розумітися. Більшість голосових каналів була вільною, а всі службові були зайняті. Виявилося, що поруч із цією БС знаходився інститут, в якому йшли іспити та студенти безперервно обмінювалися есемесками.

Довгі SMS телефон поділяє на кілька коротких і відправляє кожне окремо. Співробітники технічної служби радять надсилати такі вітання за допомогою MMS. Це буде швидше та дешевше.

З Базової станції дзвінок потрапляє на контролер. Виглядає він так само нудно, як і сама БС – це просто набір шаф:

Набагато цікавіше виглядає комутатор:

10.

11.

12.

Комутатор здійснює керування трафіком. Пам'ятаєте старі фільми, де люди спочатку додзвонювалися до "дівчини", а потім вона вже з'єднувала їх з іншим абонентом, перетикаючи проводки? Цим же займаються і сучасні комутатори:

13.

Для контролю за мережею Білайн має кілька автомобілів, які вони ласкаво називають "їжачками". Вони пересуваються містом та вимірюють рівень сигналу власної мережі, а також рівень мережі колег з "Великої Трійки":

14.

Весь дах такого автомобіля утиканий антенами:

15.

Усередині стоїть обладнання, що здійснює сотні дзвінків та знімає інформацію:

16.

17.

Існує 3 основні напрямки контролю за стільниковою мережею: аварійність, статистика та зворотний зв'язок від абонентів.

Так само, як і в літаках, на всьому устаткуванні мережі стоять датчики, які посилають сигнал в ЦКС і виводять інформацію на комп'ютери диспетчерів. Якщо якесь обладнання вийшло з ладу, то на моніторі почне "блимати лампочка".

ЦКС також відстежує статистику за всіма комутаторами та контролерами. Він аналізує її, порівнюючи з попередніми періодами (годиною, добою, тижнем тощо). Якщо статистика якогось із вузлів почала різко відрізнятися від попередніх показників, то на моніторі знову почне "блимати лампочка".

Зворотний зв'язок приймають оператори абонентської служби. Якщо вони не можуть вирішити проблему, дзвінок перекладається на технічного фахівця. Якщо ж і він виявляється безсилим, то в компанії створюється інцидент, який вирішують інженери, які займаються експлуатацією відповідного обладнання.

За комутаторами цілодобово стежать по 2 інженери:

18.

На графіку показано активність московських комутаторів. Добре видно, що вночі практично ніхто не дзвонить:

19.

Контроль за контролерами (вибачте за тавтологію) здійснюється з другого поверху Центру Контролю Мережі:

22.

21.

Розумію, що у вас залишилася купа питань про те, як влаштована стільникова мережа. Тема складна, і я попросив спеціаліста з "Білайн" допомогти мені відповідати на ваші коментарі. Єдине прохання – дотримуйтесь теми. А питання типу "Білайн редиски. Вкрали у мене 3 рублі з рахунку" – адресуйте абонентській службі 0611.

Завтра буде пост про те, як переді мною вистрибнув кит, а я не встиг його сфотографувати. Stay Tuned!

Принцип роботи стільникового зв'язку

Основні принципи мобільної телефонії досить прості. Спочатку Федеральна комісія зі зв'язку встановила географічні зони покриття стільникових радіосистем на основі змінених даних перепису 1980 р. Ідея стільникового зв'язку полягає в тому, що кожна зона поділяється на комірки шестикутної форми, які, поєднуючись, утворюють структуру, що нагадує бджолині стільники, як показано на малюнку 6.1 а. Шестикутна форма була обрана тому, що вона забезпечує найбільш ефективну передачу, приблизно відповідаючи круговій діаграміспрямованості і усуваючи щілини, які завжди виникають між сусідніми колами.

Сота визначається своїми фізичними розмірами, чисельністю населення та структурою трафіку. Федеральна комісія зв'язку не регламентує кількості сотів у системі та їх розмір, надаючи операторам можливість встановити ці параметри відповідно до очікуваної структури трафіку. Кожній географічній області виділяється фіксована кількість стільникових мовних каналів. Фізичні розміристільники залежать від абонентської щільності та структури викликів. Наприклад, великі стільники (макросоти) зазвичай мають радіус від 1,6 до 24 км при потужності передавача базової станції від 1 Вт до 6 Вт. Найменші стільники (мікростільники) зазвичай мають радіус 460 м або менше при потужності передавача базової станції від 0,1 Вт до 1 Вт. На малюнку 6.1 б показана стільникова конфігурація з стільниками двох розмірів.

Малюнок 6.1. - Стільникова структура осередків а); стільникова структура з стільниками двох розмірів б) класифікація стільників в)

Мікростільники найчастіше використовуються в регіонах з високою щільністю населення. В силу свого невеликого радіусу дії мікростільники менш схильні до впливів, що погіршують якість передачі, наприклад, відображенням і затримкам сигналу.

Макросота може накладатися на групу мікросот, при цьому мікростільники обслуговують мобільні апарати, що повільно переміщаються, а макросота - швидко переміщаються апарати. Мобільний апарат здатний визначати швидкість свого переміщення як швидку чи повільну. Це дозволяє зменшити кількість переходів з однієї стільники в іншу та корекції даних про місцезнаходження.

Алгоритм переходу з однієї стільники в іншу може бути змінений за малих відстаней між мобільним апаратом і базовою станцією мікростільники.

Іноді радіосигнали в соті надто слабкі, щоб забезпечити надійний зв'язок усередині приміщень. Особливо це стосується добре екранованих ділянок та зон з високим рівнемперешкод. У таких випадках використовуються дуже маленькі стільники – пікосоти. Пікосоти всередині приміщень можуть використовувати ті ж частоти, що і звичайні стільники даного регіону, особливо при сприятливій навколишньому середовищі, як, наприклад, у підземних тунелях.

При плануванні систем, що використовують стільники шестикутної форми, передавачі базової станції можуть розміщуватися в центрі стільники, на ребрі стільники або у вершині стільники (рисунок 6.2 а, б відповідно). У стільниках з передавачем у центрі використовуються зазвичай всеспрямовані антени, а в стільниках з передавачами на ребрі або у вершині – секторні спрямовані антени.

Всеспрямовані антенивипромінюють і приймають сигнали однаково у всіх напрямках.

Малюнок 6.2 – Розміщення передавачів у стільниках: у центрі а); на ребрі б); у вершині в)

В системі стільникового зв'язку одна потужна стаціонарна базова станція, розташована високо над центром міста, може замінюватися численними однаковими малопотужними станціями, які встановлюються в зоні покриття на майданчиках, розташованих ближче до землі.

Стільники, які використовують ту саму групу радіоканалів, можуть уникнути взаємних впливів, якщо вони правильно рознесені. У цьому спостерігається повторне використання частот. Повторне використання частот - це виділення однієї і тієї ж групи частот (каналів) кільком сотам за умови, що ці стільники розділені значними відстанями. Повторне використання частот сприяє зменшення зони обслуговування кожної стільники. Базової станції кожної стільники виділяється група робочих частот, що відрізняються від частот сусідніх стільників, а антени базової станції вибираються таким чином, щоб охопити бажану зону обслуговування в межах своєї стільники. Оскільки зона обслуговування обмежена межами однієї стільники, різні стільники можуть використовувати одну і ту ж групу робочих частот без взаємних впливів за умови, що дві таких стільники знаходяться на достатній відстані один від одного.

Географічна зона обслуговування стільникової системи, що містить кілька груп сот ділиться на кластери (Рисунок 6.3). Кожен кластер складається з семи сотень, яким виділяється однакова кількість повно дуплексних каналівзв'язку. Стільники з однаковими літерними позначеннямивикористовують ту саму групу робочих частот. Як видно з малюнка, однакові групи частот використовуються у всіх трьох кластерах, що дозволяє втричі збільшити кількість доступних каналівмобільного зв'язку. Літери A, B, C, D, E, Fі Gпозначають сім груп частот.

Рисунок 6.3 – Принцип повторного використання частот у стільниковому зв'язку

Розглянемо систему з фіксованою кількістюповнодуплексних каналів, доступних у певній галузі. Кожна зона обслуговування поділяється на кластери і отримує групу каналів, які розподіляються між Nсотами кластера, групуючись у неповторні комбінації. Усі стільники мають однакову кількість каналів, але вони можуть обслуговувати зони разового розміру.

Таким чином, загальна кількість каналів стільникового зв'язку, доступних у кластері, можна уявити виразом:

F = GN (6.1)

де F- Число повнодуплексних каналів стільникового зв'язку, доступних в кластері;

G- Число каналів в соті;

N- Число сот в кластері.

Якщо кластер "копіюється" в межах заданої зони обслуговування mраз, то сумарна кількість повно дуплексних каналів складе:

C = mGN = mF (6.2)

де З– сумарна кількість каналів у заданій зоні;

m- Число кластерів у заданій зоні.

З виразів (6.1) і (6.2) видно, що сумарна кількість каналів у стільниковій телефонної системипрямо пропорційно до кількості «повторень» кластера в заданій зоні обслуговування. Якщо розмір кластера зменшується, а розмір стільники залишається незмінним, то покриття заданої зони обслуговування потрібно більше кластерів, і сумарне число каналів у системі зросте.

Число абонентів, які можуть одночасно використовувати ту саму групу частот (каналів), перебуваючи не в сусідніх осередках невеликої зони обслуговування (наприклад, у межах міста), залежить від загальної кількості осередків у цій зоні. Зазвичай число таких абонентів дорівнює чотирьом, однак у густонаселених регіонах воно може бути значно більшим. Це число називають коефіцієнтом повторного використання частот або FRF – Frequency reuse factor. Математично його можна висловити ставленням:

(6.3)

де N– загальна кількість повно дуплексних каналів у зоні обслуговування;

З– загальна кількість повнодуплексних каналів у соті.

В умовах прогнозованого збільшення трафіку стільникового зв'язку збільшений попит на обслуговування задовольняють шляхом зменшення розміру стільники, поділяючи її на кілька сотень, кожна з яких має свою базову станцію. Ефективний поділ сот дозволяє системі обробляти більше дзвінків за умови, що стільники не будуть надто маленькими. Якщо діаметр стільника стає менше 460 м, то базові станції сусідніх осередків впливатимуть одна на одну. Співвідношення між повторним використанням частот та розміром кластера визначає, як можна змінити масштаб стільникової системи у разі збільшення абонентської густини. Чим менше сот у кластері, тим більша ймовірність взаємних впливів між каналами.

Оскільки стільники мають шестикутну форму, кожна з них має шість рівновіддалених сусідніх стільників, і кути між лініями, що з'єднують центр будь-якої стільники з центрами сусідніх стільників, кратні 60°. Тому кількість можливих розмірів кластера та схем розміщення сотів обмежена. Для з'єднання стільників між собою без пробілів (мозаїчним способом) геометричні розміри шестикутника повинні бути такими, щоб число стільників у кластері задовольняло умові:

(6.4)

де N- Число сот у кластері; iі j- Невід'ємні цілі числа.

Знаходження маршруту до найближчих стільників з суміщеним каналом (так званих стільників першого ярусу) відбувається таким чином:

Переміщення на iсот (через центри сусідніх сот):

Переміщення на jсот вперед (через центри сусідніх сот).

Наприклад, кількість сот у кластері і місце розташування сот першого ярусу для наступних значень: j = 2. i = 3 визначатиметься з виразу 6.4 (рисунок 6.4) N = 3 2 + 3 2 + 2 2 = 19.

На малюнку 6.5 показано шість найближчих стільників, що використовують ті ж канали, що і стільника А.

Процес передачі обслуговування з однієї стільники до іншої, тобто. коли мобільний апарат віддаляється від базової станції 1 до базової станції 2 (рисунок 6.6) включає чотири основні етапи:

1) ініціювання – мобільний апарат чи мережу виявляє необхідність у передачі обслуговування та ініціює необхідні мережеві процедури;

2) резервування ресурсів – за допомогою відповідних мережевих процедур резервуються ресурси мережі, необхідні для передачі обслуговування (мовний канал і канал управління);

3) виконання - безпосередня передача управління від однієї базової станції до іншої;

4) закінчення – зайві мережеві ресурси звільняються, стаючи доступними іншим мобільним апаратам.