«Алло, гараж?!» Фоторепортаж 66.ru о том, как устроена сотовая связь

Фото: Елена Елисеева для 66.ru

Если бы Карлсон жил в наше время, он бы работал в штате мобильного оператора. Ведь именно на крышах расположены ключевые для передачи мобильного сигнала сооружения — базовые станции. Вспоминаем, как мы побывали на одной из них еще во времена внедрения 4G. Оператора связи называть не будем, чтобы не сочли за рекламу.

Я иногда завидую своей бабушке. На ее жизнь выпала эпоха революционных изменений: в детстве в новинку были черные тарелки радиоприемников, а теперь она разговаривает со внуками в мессенджере и не выходит из дома без мобильного телефона. О том, как функционирует эта маленькая коробчонка без антенн и проводов, бабуля и думать боится. Впрочем, в этом она не так уж сильно отстала от молодежи. Едва ли каждый десятый сможет объяснить, откуда берется сотовая связь и как она работает. Для того, чтобы восполнить пробел в знаниях, мы взобрались на крышу паркинга в самом центре Екатеринбурга…

На крышу мы взобрались не для того, чтобы высоко сидеть и далеко глядеть, как в сказке про Машу и медведя. Мотивы наши куда более логичны: здесь расположена типовая городская базовая станция, а это одно из ключевых звеньев в процессе передачи мобильного сигнала.

Базовые станции всех сотовых операторов выглядят примерно одинаково. Главное отличие, как правило, таится не в дизайне, а в технической начинке.

Не так давно главной, но не единственной новацией на базовых станциях стало оборудование для запуска LTE. Теперь у абонентов на экране мобильного телефона, поддерживающего данный стандарт связи, высвечивается значок 4G. Как это изменит нам жизнь, чуть позже. А пока разберемся с тем, что происходит, когда вы звоните маме или начальнику.

Откуда есть пошла связь сотовая

Алгоритм действий такой: когда вы набираете номер телефона и нажимаете кнопку вызова, ваш мобильный «связывается» с ближайшей к вам базовой станцией по служебному каналу и запрашивает голосовой канал. Базовая станция отправляет запрос на контроллер, а тот переадресует его на коммутатор. Коммутатор, прежде всего, выяснит, где в данный момент находится вызываемый абонент — дома, в Турции или на Северном полюсе — и переведет звонок на нужный коммутатор. Тот вновь переправит звонок на контроллер и затем на базовую станцию. Ну, а базовая станция уже свяжет с нужным мобильным телефоном и соединит вас с мамой, начальником или одноклассником.

Процедура прохождения сигнала кажется сложной и долгой. На деле это происходит мгновенно.

Все оборудование, необходимое для приема и передачи сигнала в городе, мобильные операторы обычно располагают на крышах нежилых зданий. Оборудованию не страшны ни аномальная жара, ни суровые морозы, ни экзотические осадки вроде ледяного дождя.

Прямоугольные антенны на самом верхнем уровне мачты отвечают за передачу голосового сигнала, текстовых сообщений, чуть ниже расположено новое оборудование для передачи сигнала в формате LTE, а круглые антенны в самом низу служат для связи базовых станций между собой.

Но принять сигнал — полдела, важно его передать. У каждой такой вышки, как правило, есть еще и аппаратная.

Аппаратная базовой станции выглядит весьма скромно. На взгляд непосвященного — всего лишь компактная металлическая будка, но внутри все намного интереснее.

Почетное место занимают блоки для каждого стандарта связи: GSM, 3G и LTE. В черных ящиках с наклейками «Sector» пока хранится запас кабеля. Но, когда на смену LTE придет еще более прогрессивный формат, будет куда установить соответствующий модуль.

Отсюда начинается путь сигнала к коммутатору, часть пути он идет по воздуху, а часть — по проводам.

Обывателю кажется, что мобильная связь обходится без проводов вовсе. На деле мобильные операторы активно используют провода. Например, чтобы в мгновенье ока доставить сигнал до коммутатора и обратно.

Чтобы все это оборудование работало 24 часа в сутки 7 дней в неделю, оно должно получать электроэнергию. На случай, если электричество отключат, в аппаратной есть аккумуляторные батареи. Запаса их мощности легко хватит на 12–14 часов, при этом абоненты отключения питания никак не почувствуют.

Естественно, что при такой концентрации техники на квадратный метр, без кондиционирования не обойтись. К примеру в аппаратной, где побывали мы, два кондиционера и одна батарея. Задача этих устройств поддерживать температуру внутри в районе 20°С.

Шагаю по стране с мобильником в руке

Радиус действия одной базовой станции 35 км. В городе сигнал «съедает» плотная застройка, а потому пробивная способность их уменьшается, поэтому их и ставят часто. Если мы передвигаемся по городу, то сигнал переключается с одной станции на другую. Мобильный телефон ищет подходящую базовую станцию в фоновом режиме, поэтому звонок не прерывается и абонент переключения не замечает.

В центре Екатеринбурга базовые станции сотовых операторов стоят через каждый километр.

Впрочем, даже при такой плотности базовых станций на территории города, в некоторые дома сигнал пробиться иногда не может. «Качество связи внутри зданий зависит от архитектурных особенностей конкретной постройки: толщина стен и перекрытий, размеры окон, материалы, которые использовались при строительстве — все это влияет на проникновение радиосигнала», — объясняет эксперт. По его словам, сейчас одно из самых непростых препятствий на пути сигнала — это высота здания. Дело в том, что все станции в основном направлены горизонтально или под небольшим углом к горизонту, а на высоте сигнала не хватает. Вот почему на последних этажах небоскребов связь обычно хуже, чем на земле.

Чтобы обойти самые толстые стены и доставить сотовую связь на верхние этажи небоскребов, операторы применяют indoor-технологии. Это система компактных антенн, которые равномерно распределяют сигнал от внешней базовой станции по помещению. Они настолько маленькие, что могут спрятаться под навесным потолком. Такое внутреннее усиление связи есть, например, в аэропорту «Кольцово», в МЕГЕ, деловых и торговых центрах.

За тем, чтобы связь у абонентов была везде и всегда, следят в едином центре управления сетью. Именно тут расположен федеральный центр мониторинга. И если что-то случится с базовой станцией в глухой уральской деревне или в самом центре Екатеринбурга, здесь об этом узнают в ту же секунду.

По законам физики и Минсвязи

Среди сотрудников сотовых компаний ходит байка про находчивого директора, которому пришло письмо с жалобами от бабушек: мол, построили базовую станцию и сразу голова заболела, ноги не идут, руки не несут — беда! Директор ответил: «То ли еще будет, когда включим!»

В каждой шутке есть доля шутки, и базовым станциям людская молва приписывает чуть ли не радиоактивное излучение. Впрочем, отказываться от мобильных телефонов и интернета, жалующиеся не торопятся.

Базовые станции мобильной связи действительно производят излучение, но исключительно электромагнитной энергии. Для понимания — это импульсы той же природы, что и у телевизора, компьютера и многих других бытовых приборов. При этом мощность электромагнитного излучения у современной сотовой антенны в тридцать раз слабее, чем у микроволновой печи.

«Электромагнитное излучение антенны базовой станции направлено горизонтально либо под небольшим углом к горизонту и оно отлично гасится крышами, стенами и другими перекрытиями домов. При этом интенсивность излучения, распространяющегося вниз, в 600 — 1000 раз ниже, чем в основном направлении, — объясняет нам законы физики технический специалист. — Излучение угасает пропорционально квадрату расстояния: если расстояние от источника излучения увеличилось в 2 раза, то излучение ослабилось в 4 раза. Таким образом, пара метров удаления от базовой станции исключают ее воздействие на человека».

Впрочем, операторы, разворачивая сеть базовых станций, опираются не только на законы физики, но и на законы Российской федерации. Уровень излучения нормируется, отслеживается и строго контролируется госорганами — Министерством связи, Роскомнадзором, Радиочастотным центром, Роспотребнадзором и не только.

Быстрее, еще быстрее

Сейчас задача номер один для операторов — дать абонентам высокую скорость мобильной передачи данных. Первые, как всегда, операторы большой тройки. Так, 18 марта 2014 года сеть 4G была развернута не только во всех районах Екатеринбурга, но и в Нижнем Тагиле, Каменске-Уральском, Березовском, Верхней Пышме, Заречном, Полевском, Ревде и Сысерти.

Чтобы запустить сеть 4G, операторы обновили оборудование на каждой базовой станции. Работа масштабная, но заложившая резерв на несколько лет вперед.

Выдать деньги и сделать кардиограмму

Раз вреда нет, можно и о пользе поговорить. А польза от мобильной связи, кроме самой очевидной для каждого владельца телефона, есть. Сим-карты и сигнал мобильной связи используются в банковской сфере, в здравоохранении, в системах безопасности и охраны, на транспорте, в промышленном производстве, в энергетике, ЖКХ и много где еще.

К примеру, все банкоматы и платёжные терминалы автоматически передают информацию по сетям сотовой связи. В 2012 году в малых и удаленных населенных пунктах Свердловской области появилось почти пятьсот мобильных кардиографов, оснащенных SIM-картами. С помощью сотовой связи они передают кардиограммы для расшифровки ведущими врачами региона. Проект «Телемедицина» позволил жителям глубинки получить помощь лучших врачей Урала, с помощью таких кардиографов теперь и в малых городах могут выявлять заболевания на ранней стадии и своевременно оказывать квалифицированную помощь.

Так что с запуском 4G жить стало лучше, и не только от того, что кино в HD-качестве можно легко смотреть со смартфона в режиме онлайн. «Будет больше возможностей для развития разных социальных проектов на основе сотовой связи, будут развиваться интерактивные сервисы… В общем, были бы возможности, а они с запуском 4G есть», — заключает эксперт.