Почему мобильная связь называется сотовой. Основной принцип работы
Возможно, кто-то из вас не знает, почему мобильную связь иногда называют сотовой. Среди нас особенно часто это название фигурировало на заре становления сотовой связи в странах СНГ. Но мобильную связь называют сотовой не только у нас, но и по всему миру. Ниже предлагаю кратко разобраться в базовом принципе работы сотовой связи, и почему ее так принято называть.
Базовый принцип работы и архитектура сотовой связи
В рамках этой публикации разбирать подробно принцип работы сотовой связи мы не будем. Но схематично, для понимания сути вопроса, разберём основной принцип и архитектуру сотовой связи. Любая сотовая связь состоит из «центра сети(core)», «контролёра(BSC или RNC)» и «базовой станции (BTC)»
Центр связи, или как его принято называть по-западному, core (ядро), выполняет главную функцию в системе сотовой связи. Он отвечает за голосовые или пакетные сообщения, и адресацию их необходимым абонентам во всей доступной сети.
Контроллер необходим для контроля и управления параметров связи, а также для обеспечения процесса обмена данными между базовыми станциями. По сути, контроллер управляет всеми параметрами сотовой радиосети. Однако, контроллер используется только в 2G и 3G сетях, и называется BSC и RNC соответственно. А вот в сети LTE функции контроллера уже переданы, непосредственно, базовым станциям.
Базовые станции являются самым массовым элементом сотовой связи. По сути это и есть то самое оборудование, которое устанавливается на вышках и на крышах высоких зданий. БС как раз и отвечают за покрытие сети.
Ниже, для наглядности, приведена схема построения сотовой радиосвязи.
Почему мобильную радиосвязь называют сотовой
Исходя из принципа размещения базовых станций, связь и начала называться сотовой. Дело в том, что в идеальных условиях, на ровной местности, сигнал покрытия от базовой станции формирует круг. Таким образом, чтобы покрытие было без «пробелов», БС нужно установить в шахматном порядке. Каждая БС немного перекрывает своим покрытием соседние вышки. Таким образом и формирует шестиугольные соты. Размещение БС таким образом, является наиболее целесообразным и экономически выгодным решением. От сюда пошло и закрепилось название сотовая связь.
Конечно, на практике, особенно в городах, в условиях плотной застройки, нет возможности разместить базовые станции как на схеме выше. Поэтому, специалисты находят оптимальное решение, чтобы максимально улучшить покрытие сети, и не тратить лишние средства на дополнительные базовые станции.
Мобильная связь: вчера, сегодня, завтра
Первые телефонные сети появились еще в конце прошлого века и обладали множеством недостатков: ручной выбор нужного абонента на коммутаторе, плохое качество связи, дороговизна оборудования, отсутствие конфиденциальности в разговорах и др. За несколько десятков лет практически все эти неприятности удалось устранить, кроме одной — чтобы быть всегда на связи, необходимо находиться возле проводного телефонного аппарата. Именно данная проблема заставила ученых и инженеров приступить к разработке систем беспроводной мобильной связи. Вашему вниманию предлагается несколько фактов из этой истории…
Родоначальницей мобильной связи принято считать радиотелефонную систему, организованную
в 1946 г. в Сент-Луисе (США). Она базировалась на одном шестиканальном передатчике,
свободный канал пользователям приходилось искать вручную. Такая система была
очень неудобной в работе, а аппаратура — громоздкой и несовершенной.
Время шло, оборудование уменьшалось в размерах и модифицировалось, появились
функции транкинга (автоматического выбора свободного канала). В 1956 г. в Швеции
(впервые в Европе) были введены в эксплуатацию две коммерческие системы мобильной
связи с радиусом действия 25—30 км. Беспроводные терминалы, разработанные для
них, предназначались для размещения в автомобилях. Системы насчитывали 120—130
абонентов и просуществовали до конца 60-х годов.
Однако с ростом спроса на беспроводные услуги связи разработчики все чаще стали
сталкиваться со следующей проблемой. В любой цивилизованной стране для каждого
вида радиосвязи выделяется свой определенный частотный диапазон, который утверждается
Государственным комитетом по используемым частотам. Число фиксированных каналов
в любом выделенном диапазоне невозможно бесконечно увеличивать, поскольку терминалы,
работающие с близкими по частотам каналами, будут создавать взаимные помехи
(обладатели обычных бытовых радиотелефонов наверняка неоднократно сталкивались
с этим явлением, если у соседей обнаруживался подобный аппарат). Тогда как же
удовлетворить всех абонентов, желающих воспользоваться удобствами мобильной
связи?
Еще в середине 40-х годов учеными исследовательского центра Bell Laboratories
было предложено гениальное по своей простоте решение данного вопроса: территория
покрытия разбивается на небольшие участки (соты), каждый из которых обслуживается
собственным маломощным приемопередатчиком фиксированного радиуса действия. В
одной соте устанавливается аппаратура с определенным набором частотных каналов,
в соседней соте — станция с набором каналов, отличным от первого. В третьей
соте, граничащей со второй, но не граничащей с первой, ставится передатчик с
набором каналов, характерным для первой соты, и т. д.
Такой принцип позволяет решить сразу две проблемы: во-первых, обеспечить на
всей территории покрытия приблизительно одинаковый уровень качества связи и,
во-вторых, повторно использовать без всяких помех одни и те же частотные каналы
в разных сотах. Понадобилось несколько десятилетий, чтобы эта идея была воплощена
в жизнь.
В 1969 г. на телекоммуникационной конференции стран Северной Европы (Дания,
Финляндия, Исландия, Норвегия и Швеция) был принят проект создания Северной
группы мобильной телефонии NMT. Вначале планировалось разработать систему подвижной
связи NMT-450. В 1975 г. в отчете группы NMT отмечалась также необходимость
непрерывного автоматического сопровождения абонента, перемещающегося из одной
соты в другую (handover) или из сети одного оператора в сеть другого (roaming).
1 сентября 1981 г. в Саудовской Аравии была сдана в эксплуатацию первая в мире
мобильная сеть NMT, работающая всего лишь в трех городах. Ровно через месяц,
1 октября 1981 г., открывается сеть NMT-450 в Европе, зона обслуживания — Финляндия,
Швеция, Норвегия, Дания и Исландия. Данное событие дало мощный толчок развитию
и внедрению подобных аналоговых мобильных систем во всем мире (AMPS, TACS, NMT-900
и др.). Все они относятся к первому поколению мобильной связи и используют частотную
или фазовую модуляцию сигнала. У данных сетей существует множество недостатков:
возможность прослушивания разговоров другими абонентами, слабая помехоустойчивость,
сравнительно большие размеры терминальных устройств и др. К тому же в середине
80-х годов в Европе существовало несколько десятков не совместимых между собой
сотовых сетей, а их частотные диапазоны были перегружены. Все эти факторы привели
к появлению новых принципов обработки сигнала и унификации стандартов беспроводных
систем.
Еще в 1982 г. создается организация GSM (Group Special Mobile, позднее аббревиатуру
GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications), объединившая
специалистов из 26 стран. В 1982—1988 гг. в ней разрабатываются спецификации
GSM-900, которые вскоре принимаются ETSI в качестве общеевропейских. Первые
образцы оборудования GSM-900 появляются в 1990 г., пробные системы создаются
в 1991 г., а первая коммерческая сеть GSM развертывается в Германии в 1992 г.
компанией Mannesmann.
Некоторые производители в Америке и Японии одно время шли путем, так сказать,
"оцифровки" существующих аналоговых стандартов связи (например, в
1990 г. в США утверждаются спецификации цифровых подвижных сетей D-AMPS — Digital
AMPS). Но одновременно с этим велись и новые перспективные исследования. Так,
в том же 90-м компания Qualcom начинает разработку стандарта цифровой сотовой
связи, основанного на множественном доступе с кодовым разделением каналов, —
CDMA.
В 1991 г. в Европе появляется DCS-1800, созданный на базе GSM-900. Лишь в 1996
г. его переименуют в GSM-1800, дабы не вводить в заблуждение пользователей.
В 1997 г. ITU принимает концепцию IMT-2000 построения глобальной системы мобильной
связи третьего поколения (3G). Беспроводная 3G-связь сделает возможным обмен
мультимедийной информацией, передачу видео и графических изображений, а также
предоставит мобильным пользователям полноценный доступ к ресурсам Internet.
Развитие мобильной связи в Украине — хронология
событий
В 1992 г. основана украинско-голландско-датско-немецкая компания UMC
("Украинская мобильная связь"). 1 июля 1993 г. впервые в Украине ею
была сдана в коммерческую эксплуатацию сотовая сеть NMT-450. 17 сентября 1997
г., не прекращая оказания услуг в системе NMT-450, UMC разворачивает сеть в
стандарте GSM-900. В январе 2001 г. по причине острой нехватки каналов корпорация
вынуждена задействовать дополнительные частотные каналы GSM-1800. На сегодня
UMC — единственная компания в Украине и одна из немногих в мире, которая обслуживает
одновременно мобильные сети трех стандартов — NMT-450, GSM-900, GSM-1800.
В апреле 1996 г. в Донецке фирма "Цифровая сотовая связь Украины"/DCC
сдает в эксплуатацию сеть, основанную на спецификациях D-AMPS. В настоящее время
это единственная компания в Украине, использующая данный американский стандарт.
6 декабря 1996 г. украинско-немецкое предприятие Golden Telecom GSM разворачивает
первую на территории нашего государства систему GSM-1800.
9 декабря 1997 г. компания KyivStar GSM запускает сеть GSM-900. В январе-феврале
2001 г. вследствие бума мобильной связи в Украине KyivStar GSM также была вынуждена
дополнительно прибегнуть к стандарту GSM-1800.
С 1 октября 1998 г. начинает оказывать услуги сотовой подвижной связи в стандарте
GSM-900 и сравнительно молодой оператор "Украинские радиосистемы"/Wellcom.
В заключение хотелось бы отметить, что общее число абонентов мобильной связи
постоянно растет. И если в последнее время в Западной Европе и США этот процесс
несколько замедлился, то в Украине, наоборот, он переживает настоящий бум. В
немалой степени этому способствует снижение стоимости обслуживания клиентов
и появление выгодных предложений с предоплаченным пакетом услуг. И, очевидно,
недалек тот день, когда каждый желающий в Украине будет иметь свой собственный
мобильный телефон.
Анатомия систем мобильной сотовой связи
Зона обслуживания (покрытия) сети того или иного оператора разбивается на ячейки
(соты). В центре каждой из них размещается приемопередатчик, причем, как уже
отмечалось выше, в соседних сотах располагают передатчики с различными фиксированными
наборами частотных каналов. Совокупность ячеек с недублирующимся набором каналов
называется кластером. Расстояние между сотами, в которых допускается использование
одинаковых частотных каналов, называется "защитным интервалом".
| Кластер – совокупность ячеек с недублирующимся набором каналов |
В районах с малым числом абонентов можно ставить более мощные приемопередатчики,
увеличивая при этом радиус сот и уменьшая их количество. В густонаселенных местах,
наоборот, имеет смысл использовать менее мощные станции, уменьшая радиус соответствующих
сот и увеличивая их плотность.
Упрощенно инфраструктура систем подвижной сотовой связи состоит из следующих
основных компонентов.
Мобильная станция — пользовательский терминал, мобильный телефон. Обзор
популярных ныне моделей "мобилок" читайте на следующих страницах.
Базовая станция (BTS, Base Transceiver Station) — многоканальный приемопередатчик,
располагающийся в центре соты. Любой из каналов состоит из пары разнесенных
в диапазоне частот для поддержки полнодуплексной связи (т. е. для передачи данных
от мобильной станции к базовой и наоборот). Все BTS соединены выделенными каналами
с центром коммутации мобильной связи.
Центр коммутации (MSC, Mobile Switching Center) — по сути это автоматическая
телефонная станция, которая обеспечивает все функции по управлению сетью. Например:
осуществляет соединение владельца пользовательского терминала с другим абонентом,
следит за наличием свободных каналов, организует эстафетную передачу перемещающегося
абонента из одной соты в другую и т. д.
Несмотря на множество стандартов сотовой связи, принципы работы систем, построенных
на любом из них, очень похожи. Итак, вы купили мобильный телефон и подключились
к одному из операторов. Находясь в режиме ожидания (состояние "трубка положена"
для аппаратов проводных сетей), пользовательский терминал периодически сканирует
эфир с целью обнаружения сигнала от базовой станции. Как только сигнал от ближайшей
BTS будет найден, мобильный телефон тут же покажет уровень его мощности.
Когда вы набираете номер нужного вам абонента, то данные от терминала поступают
на ближайшую базовую станцию и мобильному терминалу автоматически выделяется
свободный канал. Сигналы от базовых станций передаются в центр коммутации, который
определяет, куда направить вызов — либо в городскую телефонную сеть общего
пользования (ТСОП), либо на другой мобильный терминал.
| Упрощенная схема построения мобильной сотовой сети связи |
Теперь, предположим, звонят вам. Из центра коммутации всем базовым станциям поступает
вызов. Если ваш телефон находится в режиме ожидания, то при получении вызова на
свой номер он отвечает базовым станциям. Сигналы от BTS обратно передаются в центр
коммутации, который переключает вызов на ту базовую станцию, от которой поступил
максимальный сигнал. В процессе разговора BTS постоянно измеряет уровень сигнала
от мобильного телефона абонента и сравнивает его с минимально допустимым значением.
При достижении критических показателей базовая станция сообщает об этом в MSC,
который дает команду измерить уровень сигнала абонента соседним станциям. После
получения информации от BTS, телефон абонента переключается на ту из них, уровень
сигнала которой оказался наибольшим. Такая процедура называется "эстафетной
передачей". Происходит она за доли секунды, и абонент, как правило, совершенно
не замечает никаких переключений. Но если на ближайших станциях не оказалось свободных
каналов или в случае сильных помех, связь просто обрывается и мобильный терминал
сигнализирует об окончании разговора.
Важнейшей услугой мобильной связи является роуминг (от англ. roaming — странствование)
— возможность автоматической регистрации пользовательского терминала в сети
другого оператора. Для организации роуминга необходимо, чтобы сотовые сети были
построены на однородных стандартах (так, терминал для аналоговой системы NMT
не будет работать в цифровой сети GSM и наоборот). При этом центры коммутации
обеих сетей должны быть соединены скоростными каналами связи для обмена информацией
о местонахождении того или иного абонента, а между операторами заключены юридические
и финансовые договоренности об обеспечении роуминга.
Различают три вида роуминга:
1. Автоматический. Именно этот вид наиболее распространен на Западе.
При автоматическом роуминге абонент доступен в любое время и в любом месте.
2. Полуавтоматический. В данном случае, прежде чем пользоваться какой-либо
мобильной связью в другом регионе, необходимо известить об этом своего оператора.
3. Ручной. Этот вид роуминга подразумевает простой обмен одного телефона
на другой, подключенный к мобильной сети другого оператора.
Стандарт NMT-450
Диаметр соты: 2—45 км
К достоинствам сетей NMT можно отнести возможность пользования мобильным
терминалом на большом удалении от базовой станции (на ровной местности — до
100 км), более естественное звучание человеческого голоса, чем в цифровых стандартах.
Слабыми сторонами систем NMT являются отсутствие защиты от подслушивания, значительный
вес и большие размеры терминалов.
Кроме телефонных переговоров на местном, междугородном и международном уровнях,
в сетях NMT-450 обеспечиваются следующие услуги: передача факсов на скорости
до 4800 bps, переадресация вызова на другой номер, ограничение вызова (продолжительности
разговора), конференц-связь трех абонентов, международный роуминг и голосовая
почта (V-mail).
В 1985 г. был представлен стандарт NMT-900: число каналов увеличено до 999,
уменьшена мощность передатчиков базовой и мобильной станций, благодаря чему
стало возможным также уменьшить размеры и вес пользовательского терминала и
увеличить срок работы аккумуляторов без перезарядки.
В стандарте NMT носителем номера является сам телефонный аппарат, который программируется
специальным образом. В настоящее время NMT используется в Украине (UMC), России,
Беларуси, Болгарии, Дании, Латвии, Литве, Норвегии, Польше и Швеции.
Стандарт GSM-900 (GSM-1800)
Диаметр соты: 0,5—35 км
GSM на сегодня является наиболее распространенным и популярным стандартом
сотовой связи в Европе и, в частности, в Украине. Он предоставляет абонентам,
помимо цифрового качества передачи голосовых данных, огромное количество дополнительных
сервисных функций, таких, как текстовая и голосовая почта, доступ в Internet
по WAP-протоколу, автоматический международный роуминг, а также роуминг с другими
системами мобильной (DCS1800, PCS1900) и спутниковой (Globalstar, Inmarsat-P)
связи и др. Пользовательским терминалам стандарта GSM свойственны малый вес
и небольшие размеры.
В отличие от NMT, в GSM идентификатором абонента служит SIM-карта. Она содержит
международный идентификационный номер, свой уникальный ключ и алгоритм аутентификации.
С помощью этих данных осуществляются процесс регистрации абонента и его последующий
доступ к сети. Если необходимо поменять терминальный аппарат, достаточно просто
переставить SIM-карту в другой телефон и ввести PIN-код. SIM-карта служит не
только ключом доступа к личному счету абонента, но и одновременно является хранилищем
некоторых персональных данных пользователя. При утере или краже телефона SIM-карту
можно заблокировать, оповестив об этом оператора мобильной связи.
В стандарте GSM используется метод доступа TDMA. Другими словами, многочисленные
абоненты передают свои сообщения на одной и той же радиочастоте, но в разные
периоды времени, что позволяет на данной несущей частоте разместить 8 каналов
одновременно. Для защиты от подслушивания информация шифруется при передаче
с мобильного терминала на базовую станцию и обратно.
Система D-AMPS (ADC)
Диаметр соты: 0,5—20 км
Последняя модификация D-AMPS (стандарт IS-136) была принята в США в 1994
г. Это полностью цифровой стандарт, в котором так же, как и в GSM, используется
метод доступа TDMA. К сожалению, в D-AMPS не поддерживается автоматический роуминг,
поэтому, если вы собираетесь отправиться с мобильным телефоном D-AMPS в другую
страну, то должны уведомить об этом своего оператора, получить новый номер и
т. д.
Стандарт D-AMPS в основном распространен на северо-американском континенте,
хотя также встречается в Украине, России, Грузии и Казахстане. В Западной Европе
он не используется.
Стандарты, основанные на CDMA
Диаметр соты: 0,5—20 км
Системы подвижной радиосвязи, использующие метод доступа CDMA, являются
сегодня наиболее перспективными. По сравнению с другими стандартами мобильной
связи CDMA обладает следующими преимуществами: более высокое качество передачи
звука; отсутствие фоновых шумов и помех от разговоров по смежным каналам связи;
высокая степень конфиденциальности передаваемой информации. Телефоны CDMA меньше
по габаритам, весу и дольше работают от одного заряда батарей, чем телефоны,
использующие другие мобильные технологии. Также системы CDMA предоставляют дополнительные
услуги, такие, как: передача SMS, доступ к Internet, отправка факсов одновременно
с переговорами и т. д. При внедрении системы стандарта CDMA требуется в несколько
раз меньше базовых станций для покрытия заданной территории, что позволяет поставщику
услуг мобильной связи оперативно развертывать сеть.
Метод CDMA был известен еще до Второй мировой войны. В послевоенные годы данная
технология использовалась для связи в армиях США и СССР. Упрощенно принцип CDMA
можно описать так: представьте себе комнату, в которой одновременно разговаривает
друг с другом множество пар людей, причем на разных языках. Каждый человек в
паре отлично понимает своего собеседника, а все посторонние разговоры воспринимаются
им как некий фон и не особенно мешают беседе.
Наиболее известная модификация стандарта CDMA носит название IS-95, она получила
широкое распространение во многих странах мира, например в США, Южной Корее, Гонконге,
России. В Украине с CDMA не везет, разворачивать подобные системы пытались киевские
компании "Телесистемы Украины" и ITC, харьковский оператор "Велтон
Телеком", однако первая, столкнувшись с рядом определенных трудностей, пока
отказалась от своих замыслов, а остальные развернули сети CDMA в Киеве и Харькове,
однако имеют лицензии лишь на предоставление стационарного доступа. Это значит,
что к их сетям разрешается подключать только квартирные и офисные беспроводные
аппараты, но не мобильные терминалы, хотя технически никаких препятствий для этого
нет.
Классификация систем мобильной
радиосвязи
1. Пользовательские беспроводные телефонные аппараты (CT — Cordless
Telephones).
Бытовые радиотелефоны способны обеспечить мобильность абоненту в пределах
квартиры, офиса, дачного участка. Это удобно, практично, развертывание такой
простой системы не требует больших финансовых затрат и специальной подготовки.
Различают аналоговые (CT0, CT1, CT1+) и цифровые (CT2, CT2+, DECT, PHS)
стандарты подобных аппаратов.
2. Системы WLL для беспроводного доступа к телефонной сети общего пользования
(ТСОП).
Термин WLL (Wireless Local Loop) дословно означает "беспроводной
абонентский шлейф". Подобные системы на Западе пользуются огромной
популярностью и служат для решения пресловутой проблемы "последней
мили". Они позволяют телефонизировать дома в труднодоступных районах,
где невозможна или экономически невыгодна прокладка проводных абонентских
линий. Кроме того, такие системы могут предоставлять абонентам услуги мобильной
связи в радиусе до 5 км.
3. Пейджинговые
сети , или системы персонального радиовызова.
Эти аппаратно-программные комплексы позволяют осуществлять в пределах
зоны покрытия одностороннюю передачу цифровых или буквенно-цифровых сообщений
ограниченного размера, поступающих от абонентов ТСОП и других сетей передачи
данных. Вся эта информация принимается, расшифровывается и отображается
в соответствующем виде абонентским приемником — пейджером. Некоторые системы
допускают двухстороннюю передачу сообщений. Наиболее известные протоколы,
использующиеся в пейджинговых сетях, — POCSAG, FLEX, ERMES, RDS и др..
4. Мобильные сотовые сети (Cellular Telephone).
Именно им посвящено множество материалов в этом номере. Еще раз напомним:
AMPS, TACS, NMT-450/900 — аналоговые стандарты, IS-54/95/136, CDMA, D-AMPS,
GSM-900/1800, DCS-1800, PDS-1800 — цифровые.
5.
Транкинговые сети , или профессиональные системы подвижной радиосвязи.
Служат для подключения большого числа абонентов к ограниченному количеству
радиоканалов с возможностью выхода в ТСОП. Применяются везде, где требуется
оперативное управление административно-хозяйственной деятельностью организации
или облегчение координации совместных усилий. Органам внутренних дел, пожарной
охране, такси, скорой помощи, аварийно-спасательным отрядам, службам охраны
и др. без транкинговых систем просто не обойтись. Практически вся Западная
Европа, Северная Америка, Юго-Восточная Азия, Япония и ряд других стран
полностью покрыты транкинговыми сетями.
6. Мобильная спутниковая связь (MSS — Mobile Satellite Service).
Это, пожалуй, наиболее дорогой вид мобильной связи. Самое главное отличие
пользователя спутникового терминала от мобильных абонентов всех других "мастей"
состоит в том, что первому доступна телефонная, а с недавних пор и видеосвязь
практически из любой точки Земного шара, причем в любое время дня и ночи.
Чаще всего говорят о четырех системах спутниковой связи: Inmarsat, Iridium,
Global Star и ICO. "Старушка" Inmarsat исправно работает вот уже
более 20 лет, масса ее мобильного терминала составляет 2,2 кг. Весной прошлого
года компания Iridium LLC объявила о свертывании своего проекта и прекращении
обслуживания абонентов. Окончательные работы по внедрению сети
Global Star завершатся в нынешнем году, а открытие
сети ICO намечено на 2002 год.
Словарь терминов мобильной связи
Способы использования радиочастот
CDMA (Code Division Multiple Access) — множественный метод доступа
к сети с кодовым разделением каналов. Применяется в цифровых сотовых (IS-95,
PDS) и спутниковых (Inmarsat, Global Star) системах мобильной связи.
FDMA (Frequency Division Multiple Access) — множественный метод
доступа к сети с частотным разделением каналов. Используется в аналоговых
системах мобильной связи, таких, как NMT, TACS, AMPS и др.
TDMA (Time Division Multiple Access) — множественный метод доступа
к сети с временным разделением каналов. Применяется в цифровых системах
мобильной связи, таких, как GSM, IS-136, PDS и др.
Международные институты и организации
3GPP
(Third Generation Partnership Project) — объединение компаний и организаций,
занимающихся разработкой мобильных сетей третьего поколения.
ANSI
(American National Standards Institute) — Американский национальный
институт стандартов.
ETSI
(European Telecommunications Standards Institute) — Европейский институт
по стандартам в области телекоммуникаций.
IEEE
(Institute of Electrical and Electronics Engineers) — Институт инженеров
по электротехнике и электронике, международная организация, объединяющая
более 350 тыс. инженеров и ученых.
ITU
(International Telecommunication Union) — Международный союз по электросвязи.
ISO
(International Organization for Standardization) — Международная организация
по стандартизации.
PTT (Post, Telephone and Telegraph) — дословно "почта, телефон
и телеграф". Аббревиатура, служащая приставкой в названиях различных
зарубежных компаний и учреждений, занимающихся вопросами телекоммуникаций.
Стандарты и поколения мобильных
сетей
1G — первое поколение мобильных аналоговых сотовых систем (AMPS,
NMT и др.).
2G — нынешнее, второе, поколение цифровых мобильных сетей (GSM,
D-AMPS и др.).
2,5G — усовершенствованное поколение современных мобильных сетей,
в которых поддерживается протокол Mobile IP, доступны скорости передачи
данных от 64 Kbps до 384 Kbps и возможен так называемый прозрачный роуминг.
Технологии 2,5G включают стандарты 1XRTT и 3XRTT, а также EDGE и GPRS.
3G — будущее, третье, поколение беспроводных сетей, которые будут
поддерживать мультимедиа и иметь скорость передачи данных для фиксированных
точек доступа до 2 Mbps, для движущихся абонентов это значение будет равняться
384 Kbps. В терминологии ITU поколение 3G будет именоваться как IMT-2000,
в Европе этим сетям уже дали название UMTS .
Срок внедрения: 2001—2007 гг.
1XRTT, или CDMA2000 — промежуточное поколение (2,5G) мобильных сетей
CDMA, развертываемых в Северной Америке, которые поддерживают скорость передачи
данных 144 Kbps.
3XRTT — беспроводная технология 2,5G, которая будет поддерживать
скорость передачи пакетов 384 Kbps. Время внедрения: 2001—2004 гг.
AMPS (Advanced Mobil Phone Service) — аналоговый стандарт сотовой
связи, получивший широкое распространение в Северной Америке.
BSC (Base Station Controller) — аппаратно-программный комплекс,
управляющий одной или несколькими базовыми станциями.
BTS (Base Transceiver Station) — базовая станция, аппаратура, определяющая
каждую конкретную соту. Она управляется контроллером BSC и содержит один
или более приемопередатчиков.
D-AMPS (Digital AMPS) — североамериканский цифровой стандарт сотовой
связи.
DECT (Digital European Cordless Telecommunication) — стандарт для
предоставления беспроводных услуг связи в фиксированных точках доступа.
В последнее время появились мобильные терминалы, поддерживающие DECT наряду
с GSM.
DСS-1800 (Digital Cellular System) — "европейский синоним"
GSM-1800.
EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) — технология третьего поколения
(3G) для сетей GSM, которая позволит вести передачу данных на скоростях
более 500 Kbps. Срок внедрения: 2002 г.
EGSM (Extended GSM) — расширенные спецификации GSM, обеспечивающие
увеличение пропускной способности существующих сетей.
GPRS (General Packet Radio Service) — технология, позволяющая создавать
высокоскоростные сети передачи данных (до 114 Kbps) на базе имеющихся сетей
GSM.
GSM
(Global System for Mobile Communications) — спецификации цифровой сотовой
связи, используемые на всей территории Европы и Австралии (около 200 млн.
абонентов в мире). Стандарт допускает три различных частотных диапазона
— 900, 1800 и 1900 MHz.
HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data) — версия стандарта GSM
для передачи данных на повышенных скоростях (от 28,8 Kbps до 56 Kbps).
IS-95, или CDMAOne — стандарт для построения цифровых беспроводных
сетей, в которых применяется метод доступа CDMA.
IS-136 — протокол передачи данных, существующий в современных цифровых
беспроводных сетях, которые применяют метод доступа TDMA.
NMT (Nordic Mobile Telephone) — аналоговый стандарт систем подвижной
радиосвязи, первоначально разрабатываемый для стран Северной Европы.
PСN (Personal Communications Network) — в общем, сеть, обеспечивающая
услуги персональной связи.
PCS-1900 (Personal Communications Service) — североамериканский
стандарт цифровой мобильной связи PCS-1900.
TACS (Total Access Communication System) — аналоговый стандарт мобильной
связи, разработанный в Великобритании на основе AMPS.
UMTS (Universal Mobile Telephone System) — европейское название
беспроводной сети третьего поколения (3G).
WCDMA (Wideband CDMA) — стандарт, на котором будут базироваться
мобильные сети третьего поколения. Он позволит производить высокоскоростные
передачи данных мультимедиа, осуществлять доступ к Internet и др.
Владельцу мобильного телефона посвящается…
Air Time — время разговора по мобильному телефону, при оплате
ежемесячных счетов за пользование услугами мобильной связи оно составляет
львиную долю всей суммы.
Bluetooth
— технология, позволяющая различным цифровым устройствам — мобильным телефонам,
фотоаппаратам, органайзерам и т. д. — осуществлять беспроводной обмен мультимедийными
данными на небольших расстояниях (10—30 м).
Call back — услуга, при которой система определяет ваш номер и перезванивает
по нему; служит для минимизации расходов.
Call barring — группа функций, касающихся запрета или ограничения
звонков различных типов, например входящих, исходящих, международных, из
"черного списка" и т. д.
Call forwarding (или Call divert) — услуга, позволяющая абоненту
переадресовывать входящие звонки на другой телефонный номер.
Call hold — удержание вызова. Допустим, во время разговора с одним
абонентом вы получаете уведомление о вызове от другого. В таком случае,
воспользовавшись этим сервисом, можно ответить на звонок последнего, не
разрывая связи с первым.
Call waiting — ожидание вызова. Сервис, благодаря которому пользователь
может узнать о наличии другого звонка во время текущего разговора.
Caller display — система автоматического определения номера абонента,
применяемая в цифровых аппаратах. После идентификации номер отображается
на дисплее пользовательского терминала.
Cell broadcast — услуга, предусматривающая трансляцию по сети определенных
наборов данных, которые могут приниматься мобильным терминалом и отображаться
на его дисплее (например, название населенного пункта, метеосводки, курсы
основных валют и т. д.).
Conference (Multiparty) call — конференц-связь, или организация
беседы одновременно с несколькими абонентами.
Coverage — покрытие. Географическая территория, в рамках которой
вы можете пользоваться услугами мобильной связи, предоставляемыми конкретным
оператором.
Dual-band terminal — двухдиапазонный аппарат, способный работать
в двух частотных диапазонах, например GSM-900 и GSM-1800. Такие телефоны
очень удобно использовать для роуминга.
Dual-mode terminal — двухстандартный аппарат, который может работать
в сетях, базирующихся на различных стандартах, например GSM/DECT. Существуют
также терминалы, способные функционировать как в аналоговых, так и в цифровых
системах.
ESN (Electronic Serial Number) — уникальный идентификатор, присваиваемый
аналоговым мобильным терминалам.
HR (Half Rate)/FR (Full Rate)/EFR (Enhanced Full Rate) — режимы
кодировки речи, применяемые в сетях GSM. EFR обеспечивает максимальное качество
звука, но больше всего расходует ресурсы батарей.
IMEI (International Mobile station Equipment Identity) — уникальный
серийный номер, служащий для идентификации мобильного оборудования.
IMSI (International Mobile Subscriber Identity) — уникальный международный
идентификатор абонента.
iTAP — технология интеллектуального набора текстовой информации
с клавиатуры мобильного терминала, разработанная компанией Motorola (русский
и украинский язык не поддерживает).
SIM-карта (Subscriber Identification Module) — смарт-карта, используемая
в цифровых аппаратах стандарта GSM. Она содержит всю необходимую информацию
для идентификации абонента. Кроме того, на SIM-карте хранятся некоторые
персональные данные пользователя, например телефонная книга, полученные
SMS-сообщения и др.
SIM Application Toolkit — специальное программное обеспечение телефона,
которое позволяет получать доступ к данным на SIM-карте (телефонной книге,
сообщениям SMS и т. д.) даже в том случае, если терминал не зарегистрирован
в сети или заблокирован оператором (например, при отрицательном балансе
на счету).
SMS (Short Message Service) — служба коротких сообщений. Услуга,
предлагаемая операторами цифровой сотовой связи, которая обеспечивает возможность
двухсторонней отправки текстовых сообщений длиной до 160 символов.
Phase II — современный набор платных услуг, предоставляемый в сетях
GSM. Не все из них могут обеспечиваться вашим конкретным оператором. В Phase
II+ добавлена поддержка WAP-протокола.
PIN-код (Personal Identification Number) — персональный идентификационный
код, состоящий из 4 цифр и хранящийся на SIM-карте. Он выдается оператором
при подключении к системе и используется в стандарте GSM для доступа к сети,
ее различным функциям и услугам. Если PIN-код трижды вводится неправильно,
телефон блокируется, и разблокировать его можно только введением соответствующего
PUK-кода. Различают PIN1- и PIN2-коды. Пользователь, который хочет предотвратить
несанкционированное использование своего аппарата, может установить опцию
введения PIN1 при любом исходящем звонке (по умолчанию это делается при
каждом включении телефона). PIN2-код применяется для доступа к расширенным
функциям сети, например с целью запретить входящие звонки при международном
роуминге.
Prepaid — бесконтрактный способ подключения, при котором оплата
будущих звонков производится посредством покупки кредитных ваучеров.
PUK-код (Personal Unblocking Key) — уникальный код, состоящий из
14 цифр и хранящийся на SIM-карте. Он также выдается оператором при покупке
сервисного пакета и служит для разблокировки SIM-карты. Различают PUK1-
и PUK2-коды, которые применяются соответственно в тех случаях, когда возникли
проблемы с PIN1 или PIN2. Если 10 раз подряд PUK-код вводится неверно, SIM-карта
блокируется навсегда.
Standby time — количество часов, в течение которых полностью заряженная
батарея может обеспечивать аппарат питанием, когда он находится в режиме
ожидания.
T9 — система интеллектуального ввода текста с клавиатуры мобильного
терминала, позволяющая уменьшить число нажатий на кнопки путем "предугадывания"
набираемого слова. Русский и украинский язык в ней не поддерживается.
Talk time — продолжительность непрерывного разговора (в минутах),
которую может обеспечить батарея после полной зарядки.
Voice mail (голосовая почта) — сервис, предоставляющий возможность
записи голосовых сообщений звонящих вам абонентов в случае, если вы не можете
или не желаете отвечать на звонок.
Voicemail Box Number — номер "почтового ящика", в котором
хранятся голосовые сообщения до активизации функции Call back. Чтобы получить
доступ к ним, следует набрать этот номер.
Voice recognition (голосовое управление) — функция, поддерживаемая
некоторыми аппаратами, посредством которой можно осуществлять звонки с помощью
голосовых команд. Например, для того чтобы позвонить другу, вам достаточно
просто назвать его имя, ассоциированное в терминале с соответствующим телефонным
номером.
WAP ( Wireless
Application Protocol ) — протокол, позволяющий мобильным
пользователям получать доступ к информации в Internet.
Биллинговая система (Billing system) — совокупность аппаратно-программных
средств, призванных обеспечивать автоматизацию расчетов за предоставленные
услуги связи.
Ваучер (Scratch-карта) — пластиковая карта с уникальным кодом, хранящимся
под защитным покрытием, которая применяется для текущей оплаты услуг связи
в пакетах prepaid.
Детализированный счет — счет, в котором представлены все звонки,
совершенные абонентом за отчетный период с указанием номера собеседника,
длительности и стоимости разговора.
Роуминг (roaming) — услуга, предоставляемая многими операторами
сотовой связи, позволяющая автоматически регистрировать пользовательский
терминал в сети другого оператора.
Как устроена сеть сотовой связи GSM/UMTS
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 — 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 — 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 — 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 — 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 — Gateway GPRS Support Node, шлюзовой узел поддержки GPRS. Ну это шлюз, отвечает за правильную доставку пакетов до пользователя.
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 — 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 — 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 — 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.
Как работает сотовая связь
Знаете ли вы, что происходит после того, как вы набрали номер друга на мобильном телефоне? Как сотовая сеть находит его в горах Андалусии или на побережье далекого острова Пасхи? Почему иногда неожиданно разговор прерывается? На прошлой неделе я побывал в компании Beeline и попытался разобраться, как устроена сотовая связь…
Большая площадь населенной части нашей страны покрыта Базовыми Станциями (БС). В поле они выглядят как красно-белые вышки, а в городе спрятаны на крышах нежилых домов. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров и общается с мобильным телефоном по служебным или голосовым каналам.
После того, как вы набрали номер друга, ваш телефон связывается с ближайшей к вам Базовой Станцией (БС) по служебному каналу и просит выделить голосовой канал. Базовая Станция отправляет запрос на контроллер (BSC), а тот переадресует его на коммутатор (MSC). Если ваш друг является абонентом той же сотовой сети, то коммутатор сверится с Home Location Register (HLR), выяснит, где в данный момент находится вызываемый абонент (дома, в Турции или на Аляске), и переведет звонок на соответствующий коммутатор, откуда тот его переправит на контроллер и затем на Базовую Станцию. Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном и соединит вас с другом. Если ваш друг абонент другой сети или вы звоните на городской телефон, то ваш коммутатор обратится к соответствующему коммутатору другой сети. Сложно? Давайте разберемся подробнее. Базовая Станция представляет из себя пару железных шкафов, запертых в хорошо кондиционируемом помещении. Учитывая, что в Москве было на улице +40, мне захотелось немного пожить в этом помещении. Обычно, Базовая Станция находится либо на чердаке здания, либо в контейнере на крыше:
2. 
Антенна Базовой Станции разделена на несколько секторов, каждый из которых «светит» в свою сторону. Вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, круглая соединяет Базовую Станцию с контроллером:
3. 
Каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно, в зависимости от настройки и конфигурации. Базовая Станция может состоять из 6 секторов, таким образом, одна Базовая Станция может обслуживать до 432 звонков, однако, обычно на станции установлено меньшее количество передатчиков и секторов. Сотовые операторы предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи. Базовая Станция может работать в трех диапазонах: 900 МГц — сигнал на этой частоте распространяется дальше и лучше проникает внутрь зданий 1800 МГц — сигнал распространяется на более короткие расстояния, но позволяет установить большее количество передатчиков на 1 секторе 2100 МГц — Сеть 3G Вот так выглядит шкаф с 3G оборудованием:
4. 
На Базовые Станции в полях и деревнях устанавливают передатчики 900 МГц, а в городе, где Базовые Станции натыканы как иглы у ежика, в основном, связь осуществляется на частоте 1800 МГц, хотя на любой Базовой Станции могут присутствовать передатчики всех трех диапазонов одновременно.
5. 
6. 
Сигнал частотой 900 МГц может бить до 35 километров, хотя «дальность» некоторых Базовых Станций, стоящих вдоль трасс, может доходить до 70 километров, за счет снижения числа одновременно обслуживаемых абонентов на станции в два раза. Соответственно, наш телефон с его маленькой встроенной антенной также может передавать сигнал на расстояние до 70 километров… Все Базовые Станции проектируются таким образом, чтобы обеспечить оптимальное покрытие радиосигналом на уровне земли. Поэтому, несмотря на дальность в 35 километров, на высоту полета самолетов радиосигнал просто не посылается. Тем не менее, некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих самолетах маломощные базовые станции, которые обеспечивают покрытие внутри самолета. Такая БС соединяется с наземной сотовой сетью с помощью спутникового канала. Система дополняется панелью управления, которая позволяет экипажу включать и выключать систему, а также отдельные типы услуг, например, выключать голос на ночных рейсах. Телефон может измерять уровень сигнала от 32 Базовых Станций одновременно. Информацию о 6-ти лучших (по уровню сигнала) он отправляет по служебному каналу, и уже контроллер (BSC) решает, какой БС передать текущий звонок (Handover), если вы находитесь в движении. Иногда телефон может ошибиться и перебросить вас на БС с худшим сигналом, в этом случае разговор может прерваться. Также может оказаться, что на Базовой Станции, которую выбрал ваш телефон, все голосовые линии заняты. В этом случае разговор также прервется. Еще мне рассказали о так называемой «проблеме верхних этажей». Если вы живете в пентхаусе, то иногда, при переходе из одной комнаты в другую, разговор может прерываться. Это происходит потому, что в одной комнате телефон может «видеть» одну БС, а во второй — другую, если она выходит на другую сторону дома, и, при этом эти 2 Базовые Станции находятся на большом удалении друг от друга и не прописаны как «соседние» у сотового оператора. В этом случае передача звонка с одной БС на другую происходить не будет:
Связь в метро обеспечивается так же, как и на улице: Базовая Станция – контроллер – коммутатор, с той лишь разницей, что применяются там маленькие Базовые Станции, а в тоннеле покрытие обеспечивается не обычной антенной, а специальным излучающим кабелем. Как я уже писал выше, одна БС может производить до 432 звонков одновременно. Обычно этой мощности хватает за глаза, но, например, во время некоторых праздников БС может не справиться с количеством желающих позвонить. Обычно это случается на Новый Год, когда все начинают поздравлять друг друга. SMS передаются по служебным каналам. На 8 марта и 23 февраля люди предпочитают поздравлять друг друга с помощью SMS, пересылая смешные стишки, и телефоны зачастую не могут договориться с БС о выделении голосового канала. Мне рассказали интересный случай. Из одного района Москвы стали поступать жалобы от абонентов о том, что они не могут никуда дозвониться. Технические специалисты стали разбираться. Большинство голосовых каналов было свободно, а все служебные были заняты. Оказалось, что рядом с этой БС находился институт, в котором шли экзамены и студенты беспрерывно обменивались эсэмэсками. Длинные SMS телефон делит на несколько коротких и отправляет каждое отдельно. Сотрудники технической службы советуют отправлять такие поздравления с помощью MMS. Это будет быстрее и дешевле. С Базовой Станции звонок попадает на контроллер. Выглядит он так же скучно, как и сама БС — это просто набор шкафов:
7. 
В зависимости от оборудования, контроллер может обслуживать до 60 Базовых Станций. Связь между БС и контроллером (BSC) может осуществляться по радиорелейному каналу либо по оптике. Контроллер осуществляет управление работой радиоканалов, в т.ч. контролирует передвижение абонента, передачу сигнала с одной БС на другую. Гораздо интереснее выглядит коммутатор:
8. 
9. 
Каждый коммутатор обслуживает от 2 до 30 контроллеров. Он занимает уже большой зал, заставленный различными шкафами с оборудованием:
10. 
11. 
12. 
Коммутатор осуществляет управление трафиком. Помните старые фильмы, где люди сначала дозванивались до «девушки», а затем она уже соединяла их с другим абонентом, перетыкивая проводки? Этим же занимаются и современные коммутаторы:
13. 
Для контроля за сетью у Билайна есть несколько автомобилей, которые они ласково называют «ежики». Они передвигаются по городу и измеряют уровень сигнала собственной сети, а также уровень сети коллег из «Большой Тройки»:
14. 
Вся крыша такого автомобиля утыкана антеннами:
15. 
Внутри стоит оборудование, осуществляющее сотни звонков и снимающее информацию:
16. 
Круглосуточный контроль за коммутаторами и контроллерами осуществляется из Центра Управления Полетами Центра Контроля Сети (ЦКС):
17. 
Существует 3 основных направления по контролю за сотовой сетью: аварийность, статистика и обратная связь от абонентов. Так же, как и в самолетах, на всем оборудовании сотовой сети стоят датчики, которые посылают сигнал в ЦКС и выводят информацию на компьютеры диспетчеров. Если какое-то оборудование вышло из строя, то на мониторе начнет «мигать лампочка». ЦКС также отслеживает статистику по всем коммутаторам и контроллерам. Он анализирует ее, сравнивая с предыдущими периодами (часом, сутками, неделей и т.д.). Если статистика какого-то из узлов стала резко отличаться от предыдущих показателей, то на мониторе опять начнет «мигать лампочка». Обратную связь принимают операторы абонентской службы. Если они не могут решить проблему, то звонок переводится на технического специалиста. Если же и он оказывается бессильным, то в компании создается «инцидент», который решают инженеры, занимающиеся эксплуатацией соответствующего оборудования. За коммутаторами круглосуточно следят по 2 инженера:
18. 
На графике показана активность московских коммутаторов. Хорошо видно, что ночью практически никто не звонит:
19. 
Контроль за контроллерами (простите за тавтологию) осуществляется со второго этажа Центра Контроля Сети:
22. 
21. 