Руководство сотовой связи

Первые проекты сотовой связи

Изобретение мобильного телефона стало важной технологической
вехой, изменившей способ общения. Хотя у многих людей разработка мобильных
телефонов ассоциируется с американскими компаниями, самый первый мобильный
телефон был создан в Советском Союзе.

В 1958 году Воронежский научно-исследовательский институт
связи (ВНИИС, ныне «Созвездие») разработал систему «Алтай» – первый в мире
мобильный телефон. Система состояла из абонентских телефонов, базовых станций и
антенных систем, которые обеспечивали устойчивую связь между абонентами. Она
представляла собой полноценную телефонную связь, работающую как обычный телефон
– сама находила свободный радиоканал, устанавливала соединение, передавала
набранный телефонный номер и гарантированно соединяла абонентов.

При разработке системы «Алтай» советские инженеры
столкнулись с рядом проблем. Одна базовая станция могла обслуживать только один
мегаполис и имела всего 16 радиоканалов. Антенна, установленная на самой
высокой точке местности, могла обеспечить связь только на десятки километров
вокруг. Несмотря на эти трудности, к 1970 году система «Алтай» работала в
тридцати городах Советского Союза, включая Москву и Ленинград.

Системой «Алтай» в основном пользовались советские партийные
и хозяйственные руководители, которые использовали телефоны, установленные
прямо в их служебных автомобилях. Успех системы заставил советских инженеров
продолжать совершенствовать систему, в том числе расширить диапазон
радиоканалов, сделать абонентские станции меньше по размеру и развернуть систему
к Олимпийским играм 1980 года.

Стоит отметить, что американский прототип такого мобильного
телефона был запущен через год после ввода в эксплуатацию советской мобильной
системы, а его коммерческая эксплуатация началась в 1969 году. Поэтому можно утверждать,
что СССР был лидером в развитии мобильной связи на заре развития этой
технологии. Система «Алтай» была выдающимся достижением в истории технологии
мобильных телефонов, которое проложило путь для будущих инноваций в мобильной
связи.

Первые западные проекты сотовой связи были коммерческими.
Одной из самых ранних инициатив была система Advanced Mobile Phone System
(AMPS), которая была запущена в 1978 году компанией Bell Labs в США. AMPS была
аналоговой системой, которая использовала множественный доступ с частотным
разделением (FDMA) для разделения частотного спектра на отдельные каналы для
нескольких пользователей. Эта технология позволяла одновременно использовать
одну и ту же частоту несколькими пользователями в разных местах, что было
большим прорывом для того времени.

В начале 1980-х годов в Скандинавии была разработана система
Nordic Mobile Telephone (NMT), которая представляла собой цифровую систему,
использующую множественный доступ с временным разделением (TDMA) для разделения
частотного спектра на временные интервалы для нескольких пользователей. Это
позволило увеличить емкость и улучшить качество звонков по сравнению с AMPS.

В 1983 году первая коммерческая сотовая сеть была запущена в
США компанией Ameritech в Чикаго. Эта сеть использовала технологию AMPS и
позволяла пользователям совершать телефонные звонки со своих автомобильных
телефонов. В течение следующих нескольких лет сотовые сети были запущены в
других странах, включая Японию, Великобританию и Германию.

Первая цифровая сотовая сеть была запущена в 1991 году в США
компанией Sprint с использованием технологии множественного доступа с кодовым
разделением каналов (CDMA). CDMA позволила увеличить емкость и улучшить
качество звонков по сравнению с AMPS и TDMA.

Принцип работы мобильной связи

Сотовая связь – это сложная система, обеспечивающая
беспроводную связь между двумя или более мобильными устройствами на больших
расстояниях с помощью радиоволн. Принцип работы сотовой связи — сеть ячеек, каждая из
которых обслуживается базовой станцией.

Когда пользователь совершает звонок или отправляет
сообщение, мобильное устройство посылает сигнал на ближайшую базовую станцию.
Затем базовая станция направляет сигнал через ряд сотовых вышек и центров
коммутации, пока он не достигнет места назначения. Сигнал передается в виде
радиоволн, которые транслируются в определенном частотном диапазоне.

Сотовая сеть разделена на несколько частотных диапазонов, каждый
диапазон также разделен на несколько каналов, каждый из которых способен
одновременно передавать несколько вызовов или данных. Когда пользователь
совершает звонок или отправляет сообщение, сигнал передается по одному из этих
каналов.

Сотовая связь использует две основные технологии: множественный
доступ с кодовым разделением (CDMA, считается устаревшей, но еще используется в
США) и глобальная система мобильной связи (GSM). CDMA присваивает каждому
вызову уникальный код, что позволяет одновременно передавать несколько вызовов
по одному и тому же каналу. В GSM используется метод мультиплексирования с
разделением времени, который делит каждый канал на несколько временных
интервалов, что позволяет передавать несколько вызовов последовательно.

Помимо голосовых вызовов и сообщений, сеть мобильной связи также
поддерживает передачу данных, таких как просмотр интернет-страниц, электронная
почта и обмен мультимедийными сообщениями. Данные передаются с помощью различных технологий, включая General Packet Radio Service (GPRS), Enhanced
Data rates for GSM Evolution (EDGE), Long-Term Evolution (LTE) и 5G.

Сотовая связь опирается на сложную сеть базовых станций,
сотовых вышек, коммутационных центров и частотных диапазонов для обеспечения
беспроводной связи на больших расстояниях.

Базовые станции

Базовая станция сотовой связи – это ключевой компонент
сотовой сети, обеспечивающий беспроводную связь между мобильными устройствами и
инфраструктурой. Она играет важнейшую роль в обеспечении беспроводной связи
между мобильными устройствами и сотовой сетью.

Базовая станция сотовой связи обычно состоит из следующих
компонентов:

·
Приемопередатчик: приемопередатчик отвечает за
передачу и прием радиосигналов от мобильных устройств. Он состоит из
передатчика и приемника, которые способны передавать и принимать сигналы в
определенном частотном диапазоне.

·
Антенна: антенна используется для передачи и
приема радиосигналов между базовой станцией и мобильными устройствами. Обычно
она устанавливается на башне или крыше для обеспечения оптимального покрытия.

·
Источник питания: для работы базовой станции
требуется постоянное электропитание. Обычно она подключается к электросети или
резервному источнику питания.

·
Блок обработки базовой полосы: блок обработки
базовой полосы отвечает за кодирование и декодирование цифровых сигналов,
получаемых от мобильных устройств.

·
Блок управления: блок управления управляет
работой базовой станции и взаимодействует с другими компонентами сотовой сети.

Работа базовой станции сотовой связи включает в себя
следующие этапы:

·
Сканирование: базовая станция сканирует
доступные радиоканалы для установления связи с мобильными устройствами.

·
Аутентификация: базовая станция проверяет
подлинность мобильных устройств, чтобы убедиться, что они авторизованы для
доступа к сотовой сети.

·
Передача: когда мобильные устройства переходят
из одной соты в другую, базовая станция передает связь в следующую соту для
обеспечения непрерывной связи.

·
Кодирование и декодирование: базовая станция
кодирует и декодирует цифровые сигналы, полученные от мобильных устройств,
чтобы обеспечить целостность и безопасность связи.

·
Управление сетью: базовая станция
взаимодействует с другими компонентами сотовой сети для управления сетевым
трафиком и обеспечения оптимальной производительности.

Аппараты сотовой связи

Сотовый телефон, также известный как мобильный телефон, – это
сложное устройство, состоящее из нескольких модулей, работающих вместе для
обеспечения связи, мультимедийных и интернет-возможностей. Вот основные модули
типичного сотового телефона и принцип их работы:

·
Процессор: это «мозг» телефона, отвечающий за
управление и координацию всех его функций. Современные телефоны оснащены
мощными процессорами, которые могут выполнять такие сложные задачи, как игры,
редактирование видео и так далее.

·
Память: память телефона включает в себя как ОЗУ
(память с произвольным доступом), так и накопитель. Оперативная память
используется для временного хранения данных и приложений, которые используются
в данный момент, а долговременная память используется для хранения файлов,
фотографий и приложений, установленных на телефоне.

·
Дисплей: дисплейный модуль включает в себя
экран, подсветку и сенсорный датчик. Экран обычно представляет собой ЖК- или
OLED-панель, на которой отображаются изображения и текст, а сенсорный датчик
позволяет пользователям взаимодействовать с телефоном, касаясь, проводя или
нажимая на экран.

·
Аккумулятор: модуль аккумулятора обеспечивает
питание телефона, позволяя ему работать без подключения к сети. В современных
телефонах используются литий-ионные аккумуляторы, которые обеспечивают высокую
плотность энергии и длительное время автономной работы.

·
Камера: большинство телефонов оснащены как
минимум одним модулем камеры, который включает в себя объектив, сенсор и
процессор изображения. Камера позволяет пользователям снимать фото и видео, а
некоторые телефоны высокого класса даже оснащены несколькими камерами для
лучшего качества изображения и более творческих возможностей.

·
Модуль сотовой связи: модуль сотовой связи
отвечает за подключение телефона к сотовой сети, позволяя пользователям
совершать звонки и отправлять сообщения. Он включает в себя антенну,
радиоприемник и модем, которые преобразуют цифровые данные в радиоволны,
передаваемые по сети.

·
Модули Wi-Fi и Bluetooth: эти модули позволяют
телефону подключаться к другим устройствам и сетям с помощью технологии Wi-Fi
или Bluetooth. Wi-Fi используется для высокоскоростной передачи данных и
доступа в Интернет, а Bluetooth – для связи на коротких расстояниях с другими
устройствами, такими как наушники, динамики и смарт-часы.

·
Датчики: многие телефоны имеют несколько
встроенных датчиков, включая акселерометр, гироскоп, компас и датчик
приближения. Эти датчики предоставляют информацию об ориентации телефона, его
движении и окружении, а также используются для включения таких функций, как
автоповорот, GPS и фитнес-трекинг.

Поколения сотовой связи

Сотовые сети значительно эволюционировали с момента своего
появления, начиная с первого поколения (2G) и заканчивая новейшими сетями
пятого поколения (5G). Каждое поколение сотовых сетей приносило значительные
улучшения в плане скорости, надежности и пропускной способности передачи
данных.

Сотовые сети 2G

Второе поколение (2G) сотовых сетей представило цифровую
сотовую связь в 1990-х годах, заменив аналоговую технологию сотовой связи
первого поколения. В сетях 2G использовались технологии множественного доступа
с временным разделением каналов (TDMA) и множественного доступа с кодовым
разделением каналов (CDMA) для передачи голоса и данных. Основным преимуществом
сетей 2G было то, что они более эффективно использовали радиочастотный спектр,
позволяя большему количеству пользователей использовать один и тот же частотный
диапазон.

Сотовые сети 3G

Третье поколение (3G) сотовых сетей появилось в начале
2000-х годов и принесло несколько улучшений по сравнению с сетями 2G. Сети 3G
обеспечивали более высокую скорость передачи данных, позволяя предоставлять
мультимедийные услуги, такие как видеоконференции, мобильное телевидение и
высокоскоростной доступ в Интернет. Основной технологией, используемой в сетях
3G, является широкополосный множественный доступ с кодовым разделением (WCDMA),
который обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем сети 2G. Сети
3G также внедрили новые меры безопасности для защиты пользовательских данных и
конфиденциальности.

Сотовые сети 4G

Четвертое поколение (4G) сотовых сетей появилось в конце
2000-х годов и принесло значительные улучшения по сравнению с сетями 3G. Сети
4G обеспечили более высокую скорость передачи данных, меньшую задержку и
большую пропускную способность по сравнению с сетями 3G, что сделало их
подходящими для приложений с высокой пропускной способностью, таких как
потоковое видео, онлайн-игры и виртуальная реальность. Основной технологией,
используемой в сетях 4G, является Long-Term Evolution (LTE), которая
обеспечивает пиковую скорость загрузки до 1 Гбит/с и скорость выгрузки до 500
Мбит/с. В сетях 4G также внедрены такие передовые функции, как передача голоса
по технологии LTE (VoLTE) и агрегация несущих для увеличения пропускной
способности сети.

Сотовые сети 5G

Пятое поколение (5G) сотовых сетей – это новейшая и самая
передовая технология сотовой связи на сегодняшний день. Сети 5G обещают
обеспечить чрезвычайно высокую скорость передачи данных, сверхнизкую задержку и
огромную емкость, что позволит использовать их в таких новых областях, как
самоуправляемые автомобили, удаленная хирургия и «умные» города. Основной
технологией, используемой в сетях 5G, является новое радио (NR), которое
использует частоты миллиметровых волн и технологию MIMO (множественный вход и
множественный выход) для обеспечения пиковых скоростей загрузки до 20 Гбит/с и
загрузки до 10 Гбит/с.

Перспективы

Одной из наиболее значимых перспектив для сотовых технологий
является продолжающийся рост Интернета вещей (IoT). Под IoT понимается
взаимосвязь устройств, объектов и систем, позволяющая им обмениваться данными и
общаться друг с другом. Сотовая технология является важным фактором развития
IoT, поскольку она обеспечивает надежную, безопасную и высокоскоростную
передачу данных.

Еще одной важной перспективой для сотовых технологий
является развитие сетей 6G. Хотя 5G все еще находится на стадии развертывания,
исследователи и ученые уже работают над созданием следующего поколения сотовых
технологий. Ожидается, что сети 6G обеспечат еще более высокую скорость
передачи данных, более надежное соединение и меньшую задержку, чем 5G. Кроме
того, ожидается, что сети 6G будут поддерживать новые приложения, такие как
голографическая связь, виртуальная реальность и дистанционное управление
автономными транспортными средствами.

Наконец, ожидается, что сотовые технологии сыграют решающую
роль в преодолении цифрового разрыва. Доступ к высокоскоростному соединению
данных становится все более важным не только для личного общения и развлечений,
но и для доступа к важнейшим услугам, таким как здравоохранение, образование и
государственные службы. Благодаря дальнейшему развертыванию сотовых сетей в
сельских и малообслуживаемых районах, все больше людей будут иметь доступ к
Интернету и преимуществам, которые он предоставляет.

Сотовая связь — это… 

Сотовая связь относится к усовершенствованной службе мобильной телефонной связи (AMPS).

Сотовая мобильная связь основана на географическом разделении зоны покрытия связи. Каждой ячейке выделяется определенное количество частот (или каналов), которые позволяют большому количеству абонентов одновременно вести разговоры.

История развития

Работы по созданию гражданских систем мобильной связи начались в 1970-х. К этому моменту развитие обычных телефонных сетей в европейских странах достигло такого уровня, что следующим шагом в эволюции коммуникаций могла стать только доступность телефонной связи везде и всюду.

Сети на первом гражданском стандарте сотовой связи – NMT-450 – появились в 1981. Хотя наименование стандарта представляет собой сокращение слов Nordic Mobile Telephony («мобильная телефония северных стран»), первая на планете сотовая сеть была развернута в Саудовской Аравии. В Швеции, Норвегии, Финляндии (и других странах Северной Европы) сети NMT заработали на несколько месяцев позднее.

Через два года – в 1983 – на территории США была запущена первая сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), созданного в исследовательском центре Bell Laboratories.

Стандарты NMT и AMPS, которые принято относить к первому поколению систем сотовой связи, предусматривали передачу данных в аналоговой форме, что не позволяло обеспечить должный уровень помехоустойчивости и защиты от несанкционированных подключений. Впоследствии у них появились усовершенствованные за счет использования цифровых технологий модификации, например, DAMPS (первая буква аббревиатуры своим появлением обязана слову Digital – «цифровой»).

Стандарты второго поколения (так называемого 2G) – GSM, IS-95, IMT-MC-450 и др., изначально созданные на основе цифровых технологий, превосходили стандарты первого поколения по качеству звука и защищенности, а также, как выяснилось впоследствии, по заложенному в стандарт потенциалу развития.

Уже в 1982 Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (CEPT) создала группу для разработки единого стандарта цифровой сотовой связи. Детищем этой группы стал GSM (Global System for Mobile Communications).

Первая сеть GSM была запущена в эксплуатацию в Германии в 1992. Сегодня GSM является господствующим стандартом сотовой связи как в России, так и во всем мире. В 2004 в нашей стране GSM-сети обслуживали свыше 90% абонентов сотовой связи; в мире GSM использовало 72% абонентов.

Для работы оборудования стандарта GSM выделено несколько диапазонов частот – на них указывают числа в названиях. В европейском регионе в основном используются GSM 900 и GSM 1800, в Америке – GSM 950 и GSM 1900 (на момент утверждения стандарта в США «европейские» частоты там оказались заняты другими службами).

Популярность стандарту GSM обеспечили его значимые для абонентов особенности:

• высокое качество передачи голоса;
• защищенность от помех, перехвата и «двойников»;
• наличие большого числа дополнительных сервисов;
• возможность при наличии «надстроек» (таких, как GPRS, EDGE и др.) обеспечивать передачу данных с высокими скоростями;
• присутствие на рынке большого количества телефонных аппаратов, работающих в сетях стандарта GSM;
• простота процедуры смены одного аппарата на другой.

В процессе развития сотовые сети стандарта GSM приобрели возможности расширения за счет некоторых «надстроек» над действующей инфраструктурой, обеспечивающих скоростную передачу данных. GSM-сети с поддержкой GPRS (General Packet Radio Service) получили название 2,5G, а GSM-сети с поддержкой стандарта EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) иногда называют сетями 2,75G.

В конце 1990-х в Японии и Южной Корее появились сети третьего поколения (3G). Основное отличие стандартов, на которых построены сети 3G, от предшественников – расширенные возможности скоростной передачи данных, что позволяет реализовывать в таких сетях новые сервисы, в частности, видеотелефонию. В 2002–2003 первые коммерческие сети 3G начали работать и в некоторых странах Западной Европы.

Хотя в настоящее время сети 3G существуют лишь в ряде регионов мира, в инженерно-технических лабораториях крупнейших компаний уже ведутся работы по созданию стандартов сотовой связи четвертого поколения. Во главу угла при этом ставится не только дальнейшее увеличение скорости передачи данных, но и повышение эффективности использования пропускной способности частотных диапазонов, выделенных для мобильной связи, чтобы получать доступ к сервисам могло большое количество абонентов, находящихся на ограниченной территории (что особенно актуально для мегаполисов).

Как работает

На основе сотового принципа организованы все современные системы мобильной связи. Сегодня практически все территории, достаточно плотно населенные людьми, покрыты сетью сотовых станций. Эти станции работают как ретрансляторы – принимают сигнал от наших телефонов и передают его другим станциям.

Пройдя через несколько сотовых ретрансляторов, сигнал попадает в телефон второго абонента, и мы слышим голос своего знакомого или близкого человека.

Зона действия одной станции ограничена мощностью ретрансляционной аппаратуры и составляет круг радиусом примерно 30 километров, если поблизости нет возвышенностей или высотных зданий, преграждающих путь сигналам.

В пределах крупных городов с высотной застройкой базовые станции приходится располагать гораздо ближе друг к другу из-за высокого уровня помех, создаваемых застройкой, линиями электропередачи, работающей техникой и т.д.

Откуда взялось название

Оптимальное расположение станций, обеспечивающее их минимальное количество при максимуме покрываемого пространства, напоминает рисунок пчелиных сот – правильные шестигранники. Поэтому мобильную связь раньше, в самом начале ее распространения, называли сотовой связью.

На самом деле это самая обычная и привычная для нас мобильная связь, которой мы пользуемся с помощью наших мобильных телефонов. Но если бы вдруг исчезли все соты, то связь сразу перестала бы работать, потому что без сотовых станций телефоны не смогут передавать сигналы и принимать их с других телефонов.

Какие стандарты бывают

Первые мобильники работали с технологий 1G — это самое первое поколение сотовой связи, которое опиралось на аналоговые телекоммуникационные стандарты, главным из которых стал NMT — Nordic Mobile Telephone. Он предназначался исключительно для передачи голосового трафика.

К 1991 году относят рождение 2G — главным стандартом нового поколения стал GSM (Global System for Mobile Communications). Данный стандарт поддерживается до сих пор. Связь в этом стандарте стала цифровой, появилась возможность шифрования голосового трафика и отправки СМС.

Скорость передачи данных внутри GSM не превышала 9,6 кбит/с, что делало невозможной передачу видео или высококачественного звука. Проблему был призван решить стандарт GPRS, известный как 2.5G. Он впервые позволил пользоваться сетью Интернет владельцам мобильных телефонов.

Еще одним отличием 3G стало присвоение каждому абоненту IP-адреса, что позволило превратить мобильники в маленькие компьютеры, подключенные к интернету. Первая коммерческая сеть 3G была запущена 1 октября 2001 года в Японии. В дальнейшем пропускная способность стандарта неоднократно увеличивалась.

Наиболее современный стандарт — связь четвертого поколения 4G, которая предназначена только для высокоскоростных сервисов передачи данных. Пропускная способность сети 4G способна достигать 300 Мбит/сек, что дает пользователю практически неограниченные возможности работы в интернете.

Препятствия в развитии сотовой связи

Системные операторы разработали идею расщепления клеток. Когда зона обслуживания становится заполненной пользователями, этот подход используется для разделения одной зоны на более мелкие. Таким образом, городские центры могут быть разбиты на столько областей, сколько необходимо для обеспечения приемлемого уровня обслуживания.

Это препятствие связано с проблемой, возникшей, когда абонент сотовой связи во время вызова перемещался из одной ячейки в другую. Поскольку соседние зоны не используют одни и те же радиоканалы, вызов должен быть либо отброшен, либо переведен с одного радиоканала на другой, когда пользователь пересекает линию между соседними ячейками.

Общие сведения о базовой станции

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

Доступность, качество и непрерывность связи осуществляется благодаря трём подсистемам:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды

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

• фемтосоты
• пико
• микро
• макро

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

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

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

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

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

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

Оборудование

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы базовой станции, как они связываются между собой

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

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

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

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

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

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

Вредоносность вышек сотовой связи

Вредны ли вышки сотовой связи? К сожалению, да. Микроволны могут влиять на электромагнитные поля вашего тела, вызывая множество потенциальных проблем со здоровьем:

1. Головные боли.
2. Потеря памяти.
3. Сердечно-сосудистый стресс.
4. Низкое количество сперматозоидов.
5. Врожденные дефекты.
6. Рак.

Какие перспективы развития мобильной связи

Дальнейшее развитие мобильной связи возможно по нескольким направлениям:

• создание принципиально новых технологий и протоколов передачи данных;
• доработка существующих стандартов передачи данных;
• разработка технологий и стандартов для «Интернета вещей».

С 2014 года в России и мире тестируют технологию Pre-5G. Скорость передачи данных во время экспериментальных замеров в России варьировалась от 4 до 35 Гбит/секунду.

В 2015 году Международный союз электросвязи разработал концепцию развитию сетей 5G IMT-2020. С тех пор полноценная инфраструктура пятого поколения появилась в Соединенных Штатах Америки, Китайской Народной Республике, Республике Корея, некоторых странах и городах Евросоюза.

Минимальная пропускная способность новой технологии в 136 раз выше максимальной для предыдущего поколения 4G. В тестовых сетях скорость передачи данных доходит до 25 Гбит/с. По оценкам специалистов, 5G позволит предоставить скорость в 100 Мбит/секунду для 1 миллиона устройств на 1 км².

Pre-5G и 5G в России

С 2016 года ПАО «МегаФон» и ПАО «Мобильные ТелеСистемы» тестирует Pre-5G совместно с международными компаниями Nokia и Huawei.

Главная сложность технологии 5G в том, что полоса сигнала гораздо шире, чем у предыдущих поколений сетей. Поэтому в России до сих пор не определили доступный диапазон частот для строительства сетей связи. Активно ведется дискуссия по поводу частот 3,4-3,8 ГГц. Они наиболее удобны из доступных в мире, но в Российской Федерации закреплены за специальными службами, государственным компаниями и стандартом беспроводного широкополосного доступа WiMAX. Правительство рассматривает варианты в диапазоне 4,79-5 ГГц.

Решением Государственной Комиссии по использованию радиочастот для тестирования инфраструктуры 5G в России выделен диапазон радиочастот 25,25-29,5 ГГц. Летом 2019 года в Москве начали тестирование пятого поколения сотовой связи. Первой экспериментальной площадкой выступит территория Морозовской детской городской клинической больницы. Инфраструктуру там уже выстроили операторы федеральной четверки – ПАО «Вымпел-Коммуникации», ПАО «МегаФон», ПАО «Мобильные ТелеСистемы» и ООО «Т2 Мобайл».

Окончательно освободить место в радиочастотном спектре под 5G Правительство РФ планирует в течение 2,5 лет. А Huawei обещает смартфоны с поддержкой 5G не раньше 2021 года.

С июля 2019 также ведется разработка российского программного обеспечения для взаимодействия с технологией 5G.

Интернет вещей

Internet of items (IoT) – концепция, при которой техника решает задачи без участия человека или с минимальным его вмешательством. Яркими примерами IoT являются умный дом и беспилотный автомобиль.

Сети связи пятого поколения первоначально проектировались и для «интернета вещей». 5G станет первым стандартом, который объединит IoT и выведет роботизацию процессов на новый уровень. Благодаря снижению времени задержки 5G можно использовать даже на беспилотном транспорте, двигающемся со скоростью до 500 км/ час.

Скорость развития технологий растет ежегодно. Если от 1G до 2G прошло около 16 лет, то теперь смена поколений происходит раз в 7-10 лет. Важно правильно и своевременно использовать новые технологии и вовремя отказываться от старых.

Место мобильной связи в мировой экономике

Коммуникации являются наиболее динамично развивающейся отраслью мировой экономики. Но мобильные коммуникации даже по сравнению с другими направлениями «телекома» развиваются опережающими темпами.

Еще в 2003 общее число мобильных телефонов на планете превысило количество стационарных аппаратов, подключенных к проводным сетям общего пользования. В некоторых странах количество абонентов мобильной связи уже в 2004 было больше числа жителей. Это означает, что некоторые люди использовали более одного «мобильного» – например, два сотовых телефона, обслуживаемых у разных операторов, или телефон для голосовой связи и беспроводной модем для мобильного доступа в Интернет. Кроме того, все больше модулей беспроводной связи требовалось для обеспечения технологических коммуникаций (в этих случаях абонентами являются не люди, а специализированные компьютеры).

В настоящее время операторы сотовой связи обеспечивают полное покрытие территории всех экономически развитых регионов планеты, однако экстенсивное развитие сетей продолжается. Новые базовые станции устанавливаются для улучшения приема в тех местах, где имеющаяся сеть по каким-либо причинам устойчивый прием обеспечить не может (например, в длинных тоннелях, на территории метрополитена и т.д.). Кроме того, сотовые сети постепенно проникают в регионы с низким уровнем доходов населения. Развитие технологий мобильной связи, сопровождающееся резким удешевлением оборудования и услуг, делает сотовые сервисы доступными все большему числу людей на планете.

Производство сотовых телефонов является одним из наиболее динамично развивающихся направлений индустрии высоких технологий.

Быстро растет и индустрия обслуживания мобильных телефонов, предлагающая аксессуары для персонификации аппаратов: от оригинальных звонков (рингтонов) до брелоков, графических заставок, наклеек на корпус, сменных панелей, чехлов и шнурков для ношения аппарата.

https://ria.ru/20220921/svyaz-1812068870.html

Как работает сотовая связь и какие технологии для этого нужны

Как работает сотовая связь и какие технологии для этого нужны — РИА Новости, 21.09.2022

Как работает сотовая связь и какие технологии для этого нужны

Мобильная связь стала критически важным сервисом для каждого из нас, наравне с электричеством или водой. Как работает базовая станция, почему связь сотовая и… РИА Новости, 21.09.2022

2022-09-21T11:00

2022-09-21T11:00

2022-09-21T11:00

россия

технологии

билайн

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e6/08/1f/1813422200_0:110:2100:1291_1920x0_80_0_0_8177d8eca7ebed9ba9d0404bebf6ae78.jpg

МОСКВА, 21 сен — РИА Новости, Кирилл Каримов. Мобильная связь стала критически важным сервисом для каждого из нас, наравне с электричеством или водой. Как работает базовая станция, почему связь сотовая и чем отличаются ее поколения — в материале РИА Новости.Почему сотоваяВопрос, почему мобильную связь часто называют сотовой, банальный, но достаточно важный для понимания принципов ее работы. Зона покрытия сотовой связи оператором дробится на ячейки. В центре каждой находится базовая станция (БС), а иногда и несколько.Но ведь речь идет о радиусе, причем здесь соты? Да, на идеально ровной поверхности, где нет физических препятствий, зона покрытия базовой станции представляет собой круг. В реальности базовая станция, как правило, имеет 3 антенны, каждая из которых покрывает угол в 120 градусов. Чтобы соседние БС вместе образовали единую сеть, зоны покрытия будут неизбежно перекрываться. Тогда-то каждая ячейка выглядит, как шестигранник или сотой.Для построения сот операторы связи используют радиопланирование — специалисты рассчитывают где, как и какую базовую станцию установить, учитывая уже существующее окружение. Современные базовые станции еще и «общаются» между собой — совсем необязательно, что ваш смартфон подключается к большой вышке, виднеющейся из окна квартиры, возможно, сигнал идет от миниатюрной фемтосоты, которую и рассмотреть неспециалисту трудно.А что с мертвыми зонами — ведь каждый встречался с ними, когда сигнал внезапно прерывался даже посреди большого города? Именно для борьбы с этим неприятным явлением индустрия пошла на миниатюризацию станций и внедрение многочисленных ретрансляторов сигнала. Порой случаются помехи и перегрузы — секторы базовой ситуации способны обработать ограниченное количество голосовых звонков. С современным оборудованием (и переходом части пользователей в мессенджеры) проблема стоит не так остро, а ведь еще несколько лет назад ситуация, когда не дозвонился на Новый год с поздравлением, была привычной.Принцип работы сотовой связиСовременная мобильная связь отличается эшелонированием, а БС не просто так называются базовыми. Фактически, это основа мобильной связи, на которую завязано обслуживание абонентов оператора.»Сотовая связь сейчас состоит из нескольких сетевых слоев: ядро сети, транспортная сеть и RAN (Radio access network). Последнее связано с базовыми станциями, их контроллерами, приемо-передающими антеннами. Современная базовая станция универсальна, чего не было раньше. Она, как правило, содержит в себе поддержку трех поколений — 2G, 3G и LTE. Но на сетях еще есть какое-то количество базовых станций, например, только с 2G-радиомодулями», — говорит директор по стратегии и долгосрочному планированию развития сети билайн Владимир Валькович.Всякая базовая станция работает на определенном частотном диапазоне — от него зависит радиус действия вокруг БС. И чем ниже частота, тем он больше: за городом LTE в нижних диапазонах может «бить» на почти 20 км. В городе, где много препятствий, а частоты буквально «друг на друге», базовая станция часто покрывает до нескольких сотен метров. В особенности это касается высокочастотной мобильной сети пятого поколения.Смартфон (или другой гаджет, работающий с мобильной сетью) связывается с базовой станцией, отправляя ей «международный идентификатор мобильного абонента» — IMSI. Это 15 цифр, в которых зашифрованы код страны, код сети и конкретная SIM-карта в сети мобильной связи. Именно поэтому IMSI уникален и в отличие от вашего номера телефона, не может быть перенесен на другую симку.И да, хоть телефон без сим-карты и не регистрируется в сети, но устанавливать связь с базовой станцией способен — благодаря этому, например, можно совершать экстренные вызовы.Перемещаясь со своим смартфоном в пространстве, вы даже не заметите, как он подключается к разным БС. Правда, это зависит от зоны и качества покрытия — если в больших городах это происходит бесшовно, то в поездке на поезде процесс переподключения может занять гораздо больше времени.Поколения стандартов мобильной связиРазвитие сотовой связи идет с 70-х годов прошлого века, пройдя через несколько поколений стандартов — от аналогового 1G до перспективного 6G, развертывание которого ожидается в конце текущего десятилетия. Актуальны 2G, 3G, LTE и 5G. Причем устаревшие форматы пока не собираются на покой, ведь для них и сейчас работа находится.По данным билайн, до 20 процентов абонентов используют преимущественно 2G — это голосовые вызовы и SMS. Следующий за ним 3G активно применяется умной техникой, а также в системе «ЭРА-Глонасс»: устройство вызова, расположенное в транспортном средстве, передает цифровые данные в голосовом канале в сетях второго и третьего поколения.»Любой оператор, в том числе и билайн, постоянно занят оптимизацией радиодиапазона — действующие частоты, например, 3G, передаются в использование новым LTE-станциям. Речи о полном отключении устаревающих стандартов мобильной связи не идет в ближайшие 1-2 года: они до сих пор востребованы, особенно в интернете вещей, однако идет постоянная оптимизация и перераспределение частот в пользу 4G/LTE», — подчеркивает Владимир Валькович.Пятое поколение мобильной связи или 5G было представлено в середине десятых, а уже к 2022 году по всему миру работают сотни тысяч таких БС. Главное отличие от предшественниц заключается в принципе широкополосной мобильной связи: скорость интернета равняется 1-2 Гбит/с, а экспериментальные сети разгоняли и до 5 Гбит/с. Для справки — хороший проводной интернет по оптоволоконной линии выдает 1 Гбит/с.Развитие сетей пятого поколения в России продолжается, хотя темпы и не такие быстрые, как это было с LTE — регуляторы и государство пока окончательно не определились, какие частоты достанутся операторам для работы. Но «большая четверка» активно готовится к внедрению 5G: так, большая часть сети билайн готова к модернизации до следующего поколения, то есть это 5G-ready.В билайн внедряется технология 5G в частных мобильных сетях для обеспечения работы предприятий, пром. площадок и технопарков. Крупные пользователи используют ее не столько ради высокой скорости, но из-за низких задержек, чего LTE обеспечить не может. В отдельных сценариях использования, например, связи с беспилотным автомобилем или квадрокоптером, это критически важная характеристика.Перспективы сотовой связи в РоссииПомимо 5G, тестовые зоны для которого работают по всей России, мобильная связь имеет и другие векторы развития. Среди них, это поддержание стабильности качества связи.Покрытие мобильной связью территории России становится лучше каждый год, но операторам и государству есть еще над чем работать — например, над качеством сигнала вдоль федеральных трасс. Ряд совместных программ уже дали свои плоды, например, именно государственно-частное партнерство помогло обеспечить мобильной связью поселки и села с населением более 1000 человек.Отдельный вопрос связан с телекоммуникационным оборудованием. Часть из него попало под санкционные ограничения — операторы оптимизируют пути поставок и ищут альтернативных производителей. Ожидается, что перспективные российские разработки, в частности базовые станции 4G и 5G, появятся на рынке до конца 2023 года. Потенциальный спрос на него огромен — только билайн в 2021 году развернул более 20 тысяч новых базовых станций.В билайн создали запас оборудования с учетом уже запланированной программы модернизации на 2022-23 годы. Чтобы абоненты не столкнулись с падением качества связи, оператор повышает эффективность использования уже существующей техники — анализ больших данных помогает решать, где сейчас требуется более мощные БС, а куда можно установить менее производительное оборудование без потери качества связи.

https://ria.ru/20220915/telefon-1813459673.html

https://ria.ru/20220831/razrabotka-1813259150.html

россия

2022

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e6/08/1f/1813422200_117:0:1984:1400_1920x0_80_0_0_504f3962853ad05df9d3119e583e83ec.jpg

россия, технологии, билайн

Время на прочтение
6 мин

Количество просмотров 225K

В комментариях к постам про сеть WiMAX (1, 2) и про GPRS был выражен интерес к сетям сотовой связи, поэтому решил реализовать свою давнюю задумку и описать хабрасообществу как же устроены современные сети сотовой связи.

На приведённой картинке изображена общая структура сетей сотовой связи. Изначально сеть разделяется на 2 больших подсети — сеть радиодоступа (RAN — Radio Access Network) и сеть коммутации или опорную сеть (CN — Core Network).

Хочу подчеркнуть, что буду описывать именно существующие сети сотовой связи для СНГ, потому что в Европе, Америке и Азии сети более развиты и их структура несколько отличается от наших сетей, про это напишу как-нибудь позже, если будет интерес.

Сперва, хотелось бы рассказать в общих словах про сеть, а потом более подробно расскажу про функции каждого из элементов сети.

Сеть радиодоступа

Существующие сети радиодоступа у наших операторов — продукт долгой эволюции, поэтому они состоят из сети радиодоступа к GSM (GERAN — GSM EDGE Radio Access Network) и сеть радиодоступа к UMTS (UTRAN — UMTS Terrestrial Radio Access Network). Сверху слева на картинке вы видите GERAN, внизу слева, соответственно UTRAN. Наибольшие изменения при переходе от GSM к UMTS происходят как раз в сети радиодоступа — оператору нужно построить вторую сеть и заново покрыть уже имеющиеся территории.

Сеть радиодоступа — эта та паутина, которой охвачены огромные территории городов и открытых местностей, за счёт неё как раз и обеспечивается то огромное погрытие, которое предоставляют сети сотовой связи.

Опорная сеть

Опорная сеть — ядро сетей сотовой связи. Название опорная — мой вольный перевод, в GSM эту часть сети называют сетью коммутации, в UMTS — Core Network, что по сути можно перевести как ядро сети. К этому ядру, как периферийные устройства к системному блоку, могут подключаться различные сети радиодоступа. Опорная сеть мало эволюционирует в связи с эволюцией от GSM к UMTS, эта сильная эволюция происходит немного позже — её уже прошли западные и азиатские операторы, у нас же она только начинается.

Опорная сеть на приведённой выше картинке разделена на 2 части — верхняя правая часть отвечает за голосовые соединения, или CS-соединения (Circuit Switch), нижняя правая часть отвечает за пакетные соединения, или же PS-соединения (Packet Switch).

Опорная сеть сосредоточена в одном или нескольких зданий, принадлежащих оператору сотовой связи, в больших машинных залах — проще говоря огроменнейшая серверная, где стоит большое количество шкафов оборудования, их ещё холодильниками иногда называют, потому что с виду очень похожи

HLR

HLR — Home Location Register, Регистр положения домашних абонентов.
По сути это большая база данных, в которой хранится всё об абоненте данной сети. В крупных сетях, таких, как у операторов большой тройки, таких узлов несколько — они разбросаны по регионам. Их количество измеряется единицами штук. Для того, чтобы понимать порядки — в Питере такой узел один, в Москве другой, на Урале ещё один, ещё на Кавказе, в Сибири — 3-4 штучки… На практике это может быть распределённая БД, потому что ёмкости одного HLR может не хватить для хранения данных обо всех абонентах. Тогда оператор докупает ещё один HLR (физическое устройство) и организует распределённую БД.

Какая же информация там хранится? По большей части, это информация об услугах, подключенных у абонента:
— может ли абонент совершать исходящие звонки
— может ли абонент отправлять/принимать SMS
— разрешена ли услуга конференц-связи
— ну и все остальные возможные услуги
Также здесь хранится такая важная информация, как идентификатор того MSC, в зоне действия которого сейчас находится абонент. Позже мы увидим для чего это может быть нужно.

MSC/VLR

MSC — Mobile Switching Center, центр коммутации для мобильных абонентов;
VLR — Visitor Location Register, регистр положения гостевых абонентов.
Логически это 2 раздельных узла, но на практике, это реализовано в одном и том же устройстве.
VLR хранит в себе копию тех данных, которые записаны в HLR с той лишь разницей, что тут уже нет информации о том MSC, в зоне действия которого находится абонент. Здесь хранится информация о том, в зоне действия какого BSC находится данный абонент. Ну и здесь, естественно, хранятся данные только о тех абонентах, которые сейчас находятся в зоне действия того MSC, к которому подключен данный VLR.

MSC — классический коммутатор (конечно, не такой классический, который можно увидеть в музеях, где сидели бабушки и перетыкали проводки). Основные его функции — для исходящего вызова — определить куда переключить вызов, для входящего же соединения — определить на какой BSC отправить вызов. Для выполнения этих то функций он и обращается в VLR за хранящейся там информацией. Здесь стоит заметить, что это плюс разнесения HLR и VLR — MSC не будет стучаться в HLR каждый раз, когда абоненту что-то нужно, а будет всё делать своими силами. Также MSC собирает данные для биллинга, далее эти данные скармливаются соответствующим системам.

AUC

AUC — AUthentication Center, центр аутентификации абонентов. Этот узел отвечает за то, чтобы злоумышленник не мог получить доступ к сети от вашего лица. Также этот узел генерирует ключи шифрования, с помощью которых шифруется ваше соединение с сетью в самом уязвимом месте — на радиоинтерфейсе.

GMSC

GMSC — Gateway MSC, шлюзовой коммутатор. Этот узел сети используется только при входящих вызовах. У операторов есть определённая номерная ёмкость, этой номерной ёмкости сопоставляются шлюзовые коммутаторы сетей связи (сотовых, фиксированных). Когда вы набираете номер друга, ваш звонок доходит до коммутатора (MSC) вашей сети и он определяет куда дальше отправить этот вызов на основе имеющихся у него соответствий между номерами и шлюзами сетей. Звонок отправляется на GMSC сотового оператора, которым пользуется ваш друг. Далее GMSC делает запрос в HLR и узнаёт в зоне действия какого MSC сейчас находится вызываемый абонент. Туда дальше и перенаправляется вызов.

SGSN

SGSN — Serving GPRS Support Node, обслуживающий узел поддержки GPRS. Этот узел отвечает за то, чтобы определить каким образом предоставлять услуги на основе запрошенной APN (Access Point Name, точки доступа, например, mms.beeline.ru). Также на этом узле осуществляется посчёт трафика.

GGSN

GGSN — Gateway GPRS Support Node, шлюзовой узел поддержки GPRS. Ну это шлюз, отвечает за правильную доставку пакетов до пользователя.

BSC

BSC — Base Station Controller, контроллер базовых станций. Узел, к которому подключаются базовые станции, дальше он осуществляет управление базовыми станциями — назначает какому абоненту где сколько ресурсов выделить, определяет каким образом осуществляются хэндоверы. Когда с MSC приходит сигнал о входящем соединении для абонента, контроллер осуществляет процедуру пейджинга — через все подчинённые ему базовые станции посылает вызов данному абоненту, который должен отозваться через одну из базовых станций.

TRC

TRC — TRansCoder, транскодер. Устройство, отвечающее за перекодирование речи из формата GSM в стандартный формат телефонии, используемый в фиксированных сетях связи и обратно. Таким образом, получается, что речь передаётся в формате сетей фиксированной связи в сети GSM на участке от GMSC до TRC.

BTS

BTS — Base Transceiver Station, базовая приёмопередающая станция. Это то, что непосредственно находится близко к самому пользователю. Именно базовые станции образуют ту самую паутину, которой накрывают операторы сотовой связи, именно от их количества зависит территория, на которой предоставляют услуги операторы сотовой связи. По сути — довольно глупое устройство, оно обеспечивает выделение пользователям отдельных каналов связи, преобразует сигнал в высокочастотный, который будет передаваться в эфир, ну и выдаёт этот самый высокочастотный сигнал на антенны. А вот антенны то мы и можем наблюдать каждый день.

Хочу заметить, что антеннки — это не есть базовая станция Базовая станция похожа на холодильник — шкафчик с модулями, который стоит в специальном месте. Это специальное место — например, синенькие вагончики, которые ставятся под красно-белыми вышками где-нибудь в пригороде.

Более подробно можно почитать в недавно опубликованной статье про базовые станции.

RNC

RNC — Radio Network Controller, контроллер сети радиодоступа. По сути выступает в той же роли, что BSC в GERAN.

NodeB

NodeB, базовая станция в UMTS. Аналог BTS в GSM.

В целом, здесь описаны все жизненно важные элементы сети GSM/UMTS. Здесь я не упоминал ещё некоторые узлы, такие как SMS-C (SMS-Center), MMS-C (MMS-Center), WAP-GW (WAP-Gateway).

Если статья вызовет интерес, то в дальнейшем могу рассказать более подробно про сети радиодоступа GERAN и UTRAN, потому что я занимаюсь по большей части именно радийными вещами.

Также уже есть идеи для ряда статей на основе вопросов, вызвавших интерес, в комментариях к статьям по телекоммуникациям, пока не буду раскрывать интригу — задавайте интересные вопросы — будут интересные статьи!

UPD: в комментариях отписались эксперты в своих областях, что очень интересно почитать:
1. Ветка про ПО, устанавливаемом на оборудовании;
2. Ветка про отличия наших (СНГшных) сетей и сетей в Европе/США/Азии;
3. Комментрии от пользователя DeSh с поправлениями и уточнениями: тыц, тыц.
Да и вообще в комментариях довольно много всего интересного всплыло помимо выделенных мной комментариев.

Современный мир немыслим без мобильной связи, благодаря которой мы звоним друг другу и пользуемся интернетом просто с наших мобильных телефонов. Но как в целом работает мобильная связь и как устроены мобильные сети, представляющие прямо таки мегаполезную технологию, дающую нам доступ к интернету в любом месте, даже в отдаленных районах. Что же, о том как все это работает и устроено, читайте далее.

Путь мобильных данных

Путь ваших мобильных данных очень прост. Мобильный телефон устанавливает соединение с ближайшей вышкой сотовой связи с помощью радиоволн и начинает отправлять данные. Сотовая вышка получает эти данные и отправляет их в центр обработки данных по подземным кабелям. Порой для усиления сигнала используются специальные устройства, такие как например репитер – усилитель мобильной связи, больше о нем можно узнать на сайте https://4g-mereja.com.ua/g6503009-gsm-repitery (а заодно и приобрести его).

Затем центр обработки данных передает эти данные любой службе, к которой вы пытаетесь подключиться, и ожидает ответа. Получив ответ от службы (например, веб-сайта), он отправляет данные обратно на вышку сотовой связи по тем же подземным кабелям, а вышка передает эти данные обратно вам с помощью радиоволн. То есть принцип работы мобильной связи работает по такому же принципу, как и обычное радио, основная передача идет при помощи радиоволн на сотовые вышки, которые своей сетью опутали практически всю нашу планету (пожалуй, за исключением самых отдаленных и глухих районов).

Как мобильный телефон обрабатывает данные

Сначала ваш телефон устанавливает соединение с одной из доступных вышек сотовой связи, излучая радиоволны. Чтобы излучать эти радиоволны, мобильник оборудован специальным передатчиком и антенной – в современных устройствах антенна вообще невидима, а вот те кто постарше, отлично помнят как выглядели первые модели мобильных и сотовых телефонов, антенна там была такая совсем не маленькая. Передатчик превращает данные в радиоволны, которые передаются через антенну к ближайшей вышке.

Чтобы получать данные от вышек сотовой связи, устройство должно иметь приемник. Вместо отправки данных путем создания радиоволн приемник улавливает их, исходящие от вышки сотовой связи. Чаще всего приемник и передатчик объединены в одно устройство – приемопередатчик.

Если вы остаетесь в одном и том же месте, ваше устройство и эта вышка сотовой связи будут продолжать общаться друг с другом. Башня уведомит устройство о том, что она видит его и может четко с ним общаться, и устройство подтверждает, что оно должно общаться с этой башней, а не постоянно искать другую.

Как только вышка замечает, что добраться до устройства становится все труднее и труднее, она уведомляет устройство о том, что оно должно попытаться найти новую вышку, поэтому устройство посылает радиоволны всем вокруг, чтобы узнать, могут ли какие-либо другие вышки ответить. Этот процесс очень быстрый и обычно бесшовный. Именно поэтому вы даже не замечаете, что переключились на другую башню мобильной связи сменив своем физическое местоположение.

Как работают сотовые вышки

Если вы видели вышку сотовой связи, вы, вероятно, заметили, что на ней есть всевозможные антенны. Антенны там могут быть как одинаковыми так и разными, в зависимости от поддерживаемых поколений сети: 1G, 2G, 3G, 4G, 5G.

Эти антенны принимают радиоволны от разных устройств в разных диапазонах, в зависимости от используемого поколения сети. Башни обычно подключаются к центру обработки данных с помощью подземных кабелей. Это позволяет им отправлять и получать данные в центр обработки данных и из него. Соединение каждой башни кабелем может быть сложной задачей, особенно в сельской местности. Поэтому на некоторых вышках установлены большие антенны, использующие микроволны вместо радиоволн. Эти микроволны направляются на другую башню, у которой есть кабельное соединение.

Как работают дата-центры

Как только вы отправляете данные, будь то из вашего домашнего интернета или удаленно с использованием мобильной сети, они отправляются в центр обработки данных вашего интернет-провайдера (ISP). Затем центр обработки данных должен переслать эти данные в пункт назначения. Если вы находитесь в Европе и хотите получить доступ к чему-то, что размещено в США, ваши данные должны быть отправлены из центра обработки данных вашего интернет-провайдера, возможно, к другому более крупному интернет-провайдеру, такому как Vodafone, у которого есть подводный кабель между Европой и США.

Меньшие интернет-провайдеры должны платить за право подключаться к более крупным интернет-провайдерам, чтобы использовать их инфраструктуру для отправки и получения данных. Обычно такие крупные компании имеют национальную сеть и свои подводные и подземные кабельные соединения, чтобы можно было обмениваться данными с другими странами. Соответственно, он будет взимать плату с более мелких интернет-провайдеров за такие привилегии.

Таким образом, всякий раз, когда вы отправляете данные, в зависимости от пункта назначения, они могут достигать места назначения на сотни и даже тысячи километров по подземным и подводным кабелям. Самое интересное в этом то, что все это в современном мире занимает всего доли секунды.

Чем отличаются поколения сети

• 1G — впервые позволял совершать удаленные звонки, однако из-за своей технологии качество передачи голоса было плохим, а скорость достигала максимум 2,4 Кбит/с.
• 2G. Второе поколение мобильных сетей представило SMS и интернет-просмотр со скоростью до 50 Кбит/с.
• 3G – GPS, видео, голосовые вызовы. Третье поколение было ориентировано на повышение скорости передачи данных и предлагало скорость 3 Мбит/с. Это позволило использовать GPS, смотреть видео онлайн и делать фотографии хорошего качества.
• 4G — четвертое поколение увеличило скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Это позволяло просматривать контент с высоким разрешением, например фильмы, и совершать видеозвонки в реальном времени с высоким качеством.
• 5G — пятое поколение — это последнее поколение, предлагающее скорость более 10 Гбит/с и очень низкую задержку. Такие скорости и низкая задержка открывают путь для новых высоких технологий.