Принято считать, что мобильники пришли к нам из-за границы. Однако это не так. Первый мобильный телефон был собран в СССР в 1958 году сотрудниками Воронежского научно-исследовательского института связи. К середине 70-х технология работала в 114 городах Советского Союза. Ею в основном пользовались партийные и хозяйственные руководители, а мобильные телефоны были установлены в их служебных автомобилях.
Первые коммерческие сотовые сети были запущены в 1981 году в Саудовской Аравии и Швеции. В течение следующих нескольких лет они появились в Норвегии, Дании, США, Японии, Великобритании, Германии. Коммерческое использование сотовой связи в России началось в 1991 году. На сегодня в нашей стране услугами операторов пользуется больше 320 млн абонентов.
Базовый принцип работы и архитектура сотовой связи
Базовый принцип работы сотовой связи заключается в использовании базовых станций, которые обеспечивают связь между мобильными устройствами и сетью оператора. Архитектура сотовой связи организована таким образом, чтобы обеспечить эффективное использование радиочастот, высокую емкость сети и возможность мобильности пользователей.
Принцип работы:
● Территория, обслуживаемая сотовой сетью, делится на небольшие географические зоны, называемые ячейками (или сотами). Каждая ячейка обслуживается своей базовой станцией.
● Когда пользователь набирает номер телефона, сигнал передается от мобильного устройства к ближайшей вышке. Она принимает его и передает в сеть оператора.
● Оператор обрабатывает звонок и маршрутизирует его к вызываемому абоненту. Он может находиться в другой ячейке или даже в другой сети.
● Когда пользователь перемещается, его мобильное устройство автоматически переключается с одной базовой станции на другую, обеспечивая непрерывность связи.
● Система управляет частотами и каналами связи, чтобы минимизировать помехи и обеспечить качественную связь для всех пользователей.
Архитектура сотовой связи:
● Базовые станции (BS). Это основные элементы, обеспечивающие связь между мобильными устройствами и сетью. Они включают приемопередатчики, антенны и блоки обработки сигналов.
● Контроллеры (BSC/RNC). Управляют работой вышек и обеспечивают обмен данными между ними. В сетях LTE функции контроллера выполняются непосредственно базовыми станциями.
● Ядро сети. Это центральный компонент, отвечающий за обработку голосовых и пакетных сообщений, а также за их адресацию нужным абонентам.
Почему мобильную радиосвязь называют сотовой?
Территория, на которой обеспечивается связь, делится на отдельные ячейки или соты. В центре каждой соты располагаются базовые станции. В идеальных условиях (например, на ровной местности) зона покрытия каждой вышки имеет круглую форму. Чтобы обеспечить бесшовное покрытие, базовые станции устанавливаются в шахматном порядке, что позволяет их зонам покрытия немного перекрывать друг друга. Таким образом формируются шестиугольные соты. Такое размещение базовых станций является наиболее эффективным и экономически целесообразным решением.
В каждой соте абоненты получают одинаковый набор услуг в определенных территориальных границах. Это означает, что при перемещении от одной соты к другой абонент не ощущает потери связи и может свободно пользоваться мобильными услугами. Соединение, установленное абонентом, «подхватывается» соседними сотами, позволяя ему продолжать разговор или пользоваться интернетом без перебоев.
Что происходит после того, как вы набрали чей-то номер телефона?
- Ваше устройство связывается с базовой станцией. Оно посылает ей сигнал, которым просит выделить канал для разговора.
- Если сигнал принят, то дальше на BS его обрабатывает контроллер. Он управляет освобождением и сменой разговорных каналов.
- С базовой станции сигнал идет на коммутатор, который проверяет вызываемый номер и определяет, в какой зоне покрытия находится абонент. Автоматически ищет другой коммутатор, максимально близко расположенный к адресату вашего звонка, и передает на контроллер сигнал.
- Затем звонок поступает на ближнюю к адресату базовую станцию. Она выделяет голосовой канал для ответа, соединяется с телефоном необходимого абонента: он слышит, что ему звонят.
- Если абонент доступен, соединение устанавливается, и вы можете начать разговор. Если недоступен, вам предложат оставить голосовое сообщение или перенаправят звонок на другое устройство, если подключена переадресация входящих.
Какие «железки» отвечают за передачу сигнала?
В инфраструктуру сотовой связи входят следующие компоненты и устройства, отвечающие за передачу мобильного сигнала:
● Базовые станции. Главные элементы, обеспечивающие бесперебойную связь между устройствами и сетью оператора. Вышки включают антенны, передатчики и приемники, которые обрабатывают сигналы от мобильных телефонов и передают их в сеть. Радиосигнал от базовой станции излучается через 3-секторные антенны, каждая из которых направлена на свою соту. Бывает так, что на одну соту направлены сразу несколько антенн одной базовой станции. Это связано с тем, что сеть сотовой связи работает в нескольких диапазонах (900 и 1800 МГц). Кроме того, на данной базовой станции может присутствовать оборудование сразу нескольких поколений связи (2G, 3G, 4G).
● Контроллеры базовых станций. Они управляют несколькими вышками, обеспечивая координацию и управление ресурсами, такими как частоты, каналы связи.
● Серверы мобильной связи. Это переключающие центры, которые обрабатывают вызовы и сообщения, управляют маршрутизацией и обеспечивают связь между различными сетями (например, между мобильной и стационарной).
● Системы управления сетью. Они управляют всей инфраструктурой, обеспечивая ее стабильность и производительность.
● Оптоволоконные кабели. Они часто используются для соединения базовых станций с центральными узлами сети, обеспечивая высокоскоростную передачу данных.
● Телефоны и другие мобильные устройства. Принимают и передают сигналы, взаимодействуя с базовыми станциями, поэтому тоже по праву являются частью системы.
Все эти компоненты работают вместе, чтобы обеспечить надежную и эффективную мобильную связь для пользователей.