Принцип работы сотовой связи

Принцип работы сотовой связи начинается с активации чипа при введении ПИН-кода вставляемой SIM-карты. При наборе номера вызываемого абонента сигнал передается по управляющим каналам. Ответ вызываемого номера передается по свободному каналу управления на антенну базовой станции, откуда передается в центр коммутации подвижной связи. Центр коммутации ищет базовую станцию с максимальным уровнем сигнала сотового телефона абонента и переключает разговор на нее.

Наиболее распространенный вид беспроводной связи в наше время – сотовая связь. Этот вид связи построен на принципе эффективности и экологически безопасен. Несмотря на наличие различных стандартов, алгоритмы функционирования сотовой связи имеют общий принцип.

Как же работает сотовая связь?

Принцип работы сотовой связи начинается с активации чипа при введении ПИН-кода вставляемой SIM-карты. При наборе номера вызываемого абонента сигнал передается по управляющим каналам. Ответ вызываемого номера передается по свободному каналу управления на антенну базовой станции, откуда передается в центр коммутации подвижной связи. Центр коммутации ищет базовую станцию с максимальным уровнем сигнала сотового телефона абонента и переключает разговор на нее.

Таким образом, мы коротко описали принцип работы сотовых сетей GSM. На самом деле, это описание достаточно поверхностно, т.к. если углубиться в технические детали подробнее, то материал бы получился во много раз объемнее и гораздо менее понятным для большинства читателей.

20.03.2012 | «Мобильные сети»

Часть 1: структура мобильных сетей

Все мы пользуемся мобильными телефонами, но при этом редко кто задумывается — как же они работают? В данной статье мы постараемся разобраться, как, собственно, реализуется связь относительно вашего мобильного оператора.

Сигнал от такой антенны поступает по кабелю прямо в управляющий блок базовой станции. Базовая станция является совокупностью секторов и управляющего блока. При этом определенную часть населенного пункта или территории обслуживают сразу несколько базовых станций, подключенных к специальному блоку – контроллеру локальной зоны (сокращенно LAC, Local Area Controller или просто «контроллер»). Как правило, один контроллер объединяет до 15 базовых станций определенного района.

Со своей стороны, контроллеры (их также может быть несколько) соединены с самым главным блоком — Центром управления мобильными услугами (MSC, Mobile services Switching Center), который для упрощения восприятия принято называть просто «коммутатором». Коммутатор, в свою очередь, осуществляет вход и выход на любые линии связи – как сотовой, так и проводной.

Если отобразить написанное в виде схемы, то получится следующее:GSM-сети небольшого масштаба (как правило, региональные) могут использовать всего один коммутатор. Крупные же, такие как наши операторы «большой тройки» МТС, Билайн или МегаФон, обслущивающие одновременно миллионы абонентов, используют сразу несколько объединенный между собой устройств MSC.

В итоге, если вы со своим телефоном перемещаетесь из зоны обслуживания одного сектора БС в зону действия другого, то данное перемещение осуществляет блок управления данной базовой станции, не касаясь при это более «высокостоящих» устройств – LAC и MSC. Если же хэндовер происходит между разными БС, то за него берется уже LAC и т. д.

Коммутатор – ни что иное, как основной «мозг» сетей GSM, поэтому его работу следует рассмотреть более детально. Коммутатор сотовой сети берет на себя примерно те же задачи, что и АТС в сетях проводных операторов. Именно он понимает, куда вы осуществляете звонок или кто звонит вам, регулирует работу дополнительных услуг и, собственно, решает – можете ли вы в настоящее время осуществить свой звонок или нет.

Теперь давайте разберемся, что же происходит, когда вы включаете свой телефон или смартфон?

Итак, вы нажали «волшебную кнопку» и ваш телефон включился. На SIM-карте вашего сотового оператора находится специальный номер, который носит название IMSI – International Subscriber Identification Number (Международный опознавательный номер абонента). Он является уникальным номером для кажой SIM-карты не только у вашего оператора МТС, Билайн, МегаФон и т.п., а уникальным номером для всех мобильных сетей в мире! Именно по нему операторы отличают абонентов между собой.

Для наглядности отобразим данную процедуру с помощью схемы:

Таким образом, мы коротко описали принцип работы сотовых сетей GSM. На самом деле, это описание достаточно поверхностно, т.к. если углубиться в технические детали подробнее, то материал бы получился во много раз объемнее и гораздо менее понятным для большинства читателей.

Во второй части мы продолжим знакомство с работой сетей GSM и рассмотрим, как и за что оператор списывает средства с нашего с вами счета.

Принцип мобильной связи прост — территория, на которой обеспечивается соединение абонентов, разбивается на отдельные ячейки или «соты», каждую из которых обслуживает базовая станция. При этом в каждой «соте» абонент получает идентичные услуги, поэтому сам он никак не чувствует пересечения этих виртуальных границ.

Почему связь называется сотовой

Принцип мобильной связи прост — территория, на которой обеспечивается соединение абонентов, разбивается на отдельные ячейки или «соты», каждую из которых обслуживает базовая станция. При этом в каждой «соте» абонент получает идентичные услуги, поэтому сам он никак не чувствует пересечения этих виртуальных границ.

Обычно базовая станция в виде пары железных шкафов с оборудованием и антенн размещается на специально построенной вышке, однако в городе их нередко размещают на крышах высотных зданий. В среднем каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров.

Для улучшения качества обслуживания операторы также устанавливают фемтосоты — маломощные и миниатюрные станции сотовой связи, предназначенные для обслуживания небольшой территории. Они позволяют резко улучшить покрытие в тех местах, где это необходимо.Сотовую связь в России объединят с космосом

Находящийся в сети мобильник прослушивает эфир и находит сигнал базовой станции. В современную SIM-карту, кроме процессора и оперативки, вшит уникальный ключ, позволяющий авторизоваться в сотовой сети. Связь телефона со станцией может осуществляться по разным протоколам — например, цифровым DAMPS, CDMA, GSM, UMTS.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Если телефон выходит из поля действия базовой станции, аппарат налаживает связь с другими — установленное абонентом соединение незаметно передается другим «сотам», что обеспечивает непрерывную связь при перемещениях.

В России для вещания сертифицированы три диапазона — 800 МГц, 1800 МГц и 2600 МГц. Диапазон 1800 МГц считается самым популярным в мире, так как сочетает высокую емкость, большой радиус действия и высокую проникающую способность. Именно в нем сейчас работают большинство мобильных сетей.

2) История стандартов сотовой связи

Интенсивный процесс развития новых технологий мобильной телефонной связи можно считать начавшимся с того момента, когда рост числа абонентов сотовых сетей связи натолкнулся на нехватку частот. Несмотря на значительные усовершенствования, стандарт аналоговой передачи AMPS начал отживать свое, и начался переход на цифровые стандарты, позволяющие при прочих равных условиях кардинально увеличить количество одновременно разговаривающих абонентов.

В разных системах сотовой связи используются разные технологии множественного доступа. Традиционные аналоговые системы сотовой связи, основанные на стандартах AMPS и TACS (Total Access Communications System), используют технологию частотного разделения каналов. AMPS — системы делят частотный диапазон на участки шириной 30 КГц на канал, узкополосные системы AMPS (NAMPS) используют участки спектра 10 КГц на каждый канал, а системы TACS — участки спектра 25 КГц.

Автор: Ересько А. В. (кандидат технических наук, НИТУ МИСИС)

Автор: Ересько А. В. (кандидат технических наук, НИТУ МИСИС)

Проверка и редакция статьи: Габриэльян Д. Д. (доктор технических наук, 20.02.25, ФГУП Ростовский-на-Дону научноисследовательский институт радиосвязи, автор патентов: RU126519U1, RU43690U1, RU2466482C1, RU2446521C2)

Дата последней редакции: 5.12.2020

Время чтения:

Контроллер базовой станции

Контроллер базовой станции Siemens

Голосовые кодеры или речевые блоки встроены в сотовые телефоны. Их основная цель – преобразовать речь в цифровой формат. Операторы связи сами определяют, насколько они хотят сжимать речевые данные, сильно или не очень. Этот принцип лежит в основе сотовой системы, которая включает речевые блоки мобильных телефонов и оборудование подсистемы базовой станции.

В случае, когда базовая станция находится далеко от вас или не справляется с нагрузкой, вы рискуете остаться без сотовой связи или страдать от постоянных обрывов. Установка репитера gsm легко решит эту проблему.

Сотовый телефон или другое устройство, которое может соединяться с сотовой радиосети, называется подвижной станцией. Сотовая сеть состоит из стационарных и радиосекций. Такая сеть обычно называется LMN — общественная наземная мобильная сеть. Сеть состоит из следующих объектов:

Сотовый телефон или другое устройство, которое может соединяться с сотовой радиосети, называется подвижной станцией. Сотовая сеть состоит из стационарных и радиосекций. Такая сеть обычно называется LMN — общественная наземная мобильная сеть. Сеть состоит из следующих объектов:

— подвижная станция (MS) — устройство, которое используется для связи по радиоканалу сеть;

— (BST) базовая станция — передатчик (приемник, который передает) получает сигналы по интерфейсу радиосети;

— мобильный центр переключения (MSC) — сердце сети, направляет и обслуживает запросы, сделанные в сети;

— контроллер базовой станции (BSC) — управляет связью между группой BSTS и отдельным MSC;

— общественная телефонная сеть, переключает (PSTN) — наземная секция сети.

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.

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 🙂

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.

Установка и эксплуатация базовых станций сотовых операторов, так же как и уровень допустимого электромагнитного излучения, строго регулируются законодательством и контролируются уполномоченными государственными органами. Размещение вышек планируется так, чтобы снизить до минимума воздействие электромагнитных полей на людей. К тому же излучение базовых станций не постоянно – ночью их загрузка практически равна нулю. Все это позволяет отнести их к наиболее безопасным средствам связи.

За соблюдением всех санитарных требований и норм следит Роспотребнадзор. Только после экспертного заключения ведомства выдается разрешительная документация на размещение новых базовых станций и оформляются соответствующие санитарно-эпидемиологические заключения. А проверяет базовые станции на электромагнитное излучение подведомственное учреждение – Центр гигиены и эпидемиологии Воронежской области.

Специалисты радиологической лаборатории проводят инструментальный контроль уровней электромагнитных полей не реже одного раза в три года. В зависимости от результатов динамического наблюдения периодичность проведения измерений могут сокращать по решению соответствующего центра Госсанэпиднадзора, но не чаще чем раз в год.

Пример повторного использования частот показан на рис. 8.8я, где одинаковыми цифрами обозначены ячейки, в которых используются одни и те же полосы частот [2] . В данной системе, состоящей из трехъячеечных (трехэлементных) кластеров, ячейки с одинаковыми полосами частот повторяются очень часто, что плохо в смысле уровня помех от станций, работающих на тех же частотных каналах в других ячейках. Для уменьшения взаимовлияния базовых станций друг на друга применяются кластеры с большим числом элементов (рис. 8.86).

Рис. 8.7. Структурная схема сотовой сети

Идея повторного использования частот заключается в том, что в близко расположенных ячейках системы используются разные полосы частот, а при определенном удалении от этих ячеек те же самые полосы частот используются снова. Такое повторное использование частот позволяет при ограниченной общей полосе частот охватить системой сколь угодно большую зону обслуживания. Это оказывается выгодно вдвойне, если учесть возможность повышения емкости системы за счет того или иного варианта дробления ячеек.

Пример повторного использования частот показан на рис. 8.8я, где одинаковыми цифрами обозначены ячейки, в которых используются одни и те же полосы частот [2] . В данной системе, состоящей из трехъячеечных (трехэлементных) кластеров, ячейки с одинаковыми полосами частот повторяются очень часто, что плохо в смысле уровня помех от станций, работающих на тех же частотных каналах в других ячейках. Для уменьшения взаимовлияния базовых станций друг на друга применяются кластеры с большим числом элементов (рис. 8.86).

Рис. 8.8. а — трехэлементный кластер; 6 — семиэлементный кластер

Вообще, планирование строительства БС — довольно сложная работа. Как отметил специалист технического отдела Tele2, необходимо не только знать основы, но и чувствовать, как изменения в одной точке сети могут вызвать изменения во всем городе. Количество переменных огромно, и неправильно установленная одна БС может негативно сказаться на работе всей сети, поэтому производятся многократные итерации для улучшения сигнала.

Как происходит строительство сотовой сети и базовых станций, с какими трудностями сталкивается оператор и как их решает, — на примере Tele2.

Связь между элементами сети и центром управления сетью осуществляется посредством радиорелейной связи или через кабельное соединение.

«У БС достаточно большие запасы по емкости, которые можно расширять за счет используемых частотных диапазонов. Важно знать, что базовые станции стандарта GSM900 способны обеспечивать покрытие на гораздо большем расстоянии, нежели базовые станции стандарта GSM1800. А значит, для обеспечения связи на определенной территории количество БС стандарта GSM 1800 нужно в несколько раз больше, чем БС стандарта GSM900», — пояснил Нуркен Халыкберген, PR-менеджер «Tele2 Казахстан».

В городе рабочий радиус одной БС может быть ограничен несколько сотнями метров, поэтому БС в городе строят недалеко друг от друга, устанавливая таким образом, чтобы не «мешать» как своим ближайшим БС, так и станциям других сотовых операторов.

Большое количество БС обеспечивает закрытие «дыр вещания», или «мертвых» зон, и, соответственно, увеличивает зону покрытия, емкость сети и повышает качество сотовой связи. Количество БС в крупных городах только у одного оператора может достигать нескольких сотен. Но при этом сразу же возрастает уровень капитальных затрат сотового оператора на строительство сети, что находит отражение в стоимости сотовой связи.

Так как же осуществляется строительство одной базовой станции в городе? С какими трудностями сталкивается оператор и как их решает? Этим опытом с Profit.kz поделился шведский оператор-дискаунтер Tele2.

Строительство и поддержка БС — это сложный и трудоемкий процесс, который обеспечивается работой нескольких служб внутри компании: отделом планирования, строительства, оптимизации и эксплуатации.

Проектирование сети сотовой связи

Параллельно отдел трансмиссии разрабатывает оптимальный план расположения БС, чтобы обеспечить качественную связь с новой базовой станцией через каналы трансмиссии, при этом канал связи (или трансмиссия с БС) может быть как собственным, так и арендованным.

Также на этапе планирования учитывается присутствие других сотовых операторов, которые тоже ведут строительство своих базовых станций, а также сторонних организаций, которые в своей работе могут использовать различные приемопередатчики, оказывая влияние на сеть.

Вообще, планирование строительства БС — довольно сложная работа. Как отметил специалист технического отдела Tele2, необходимо не только знать основы, но и чувствовать, как изменения в одной точке сети могут вызвать изменения во всем городе. Количество переменных огромно, и неправильно установленная одна БС может негативно сказаться на работе всей сети, поэтому производятся многократные итерации для улучшения сигнала.

Оформление документов на строительство базовой станции

Отличным местом для установки БС могут стать другие существующие высотные сооружения — трубы, элеваторы и т.д., если, конечно, таковые имеются. Использование полезной площади различных высотных конструкций позволяет ощутимо сэкономить время на строительство мачты.

Еще одна проблема, с которой оператор сталкивается в сельских регионах: изношенность линий электропередач или просто их отсутствие, что означает увеличение сроков получения технических условий на подключение и запуска сети, а значит и запуска новой БС, в разы.

Порой оператору за свой счет приходится либо менять несколько километров линий электропередач, либо подключаться к высоковольтным линиям электропередач. В последнем случае приходится строить рядом трансформаторную подстанцию для БС, а для этого нужны техплан, землеотвод, проектная документация, которую должны утвердить в РЭС и т.д.

Строительство базовой станции и пусконаладочные работы

«Строительство сети — это словно работа на живом организме. Здесь важно учитывать множество факторов, чтобы не допустить ошибку, которая может стать фатальной для всей сети», — подчеркнул Нуркен Халыкберген.

ЛГШ-718 прост в установке и эксплуатации, не требует специальных навыков. Отличительной характеристикой является наличие 6 независимых каналов регулировки мощности по каждому диапазону частот, что позволяет создавать зоны блокирования исходя из ваших требований.

• Описание
• Технические характеристики
• Сертификаты

Блокиратор сотовой связи ЛГШ-718 предназначен для блокировки (подавления) связи между базовыми станциями и мобильными телефонами сетей сотовой связи, работающих в стандартах:

4G-2600 (LTE, WiMAX)

На сегодняшний день устройство является флагманом среди блокираторов сотовой связи серии ЛГШ и объединяет в себе все возможности изделий ЛГШ-701, ЛГШ-712, ЛГШ-713 и ЛГШ-704.

Изделие избавит Вас от несанкционированного съема информации через стандарты сотовой связи и заблокирует работу устройств несанкционированного прослушивания, созданных на основе сотового телефона, цифровых каналов передачи данных Bluetooth и WiFi. Блокиратор подавляет работу сотовой связи в местах, где требуется полная тишина и может применяться в конференц-залах, комнатах для переговоров, в музеях, театрах, галереях, церквях и учебных аудиториях.

ЛГШ-718 прост в установке и эксплуатации, не требует специальных навыков. Отличительной характеристикой является наличие 6 независимых каналов регулировки мощности по каждому диапазону частот, что позволяет создавать зоны блокирования исходя из ваших требований.

Изделие ЛГШ-718 в модификации M вместо стандарта IMT-MC-450 подавляет работу сетей стандарта AMPS/N-AMPS/D-AMPS-800/CDMA-800.