Що таке стільниковий зв'язок: визначення, принцип роботи, підключення

Що таке стільниковий зв'язок, без якої сучасна людина не уявляє життя? Це вид з'єднання, в якому останній канал є бездротовим. Мережа розподілена по сухопутним областях, званим сотами, з яких кожна обслуговується щонайменше одним прийомопередавачем фіксованого місця розташування, але найчастіше - трьома стільниковими або базовими приймальнопередавальними станціями. Вони забезпечують клітинку мережевим покриттям, яке можна використовувати для передачі голосу, даних і інших типів контенту.

Як це працює?

Що таке стільниковий зв'язок в дії? Осередок зазвичай використовує інший набір частот від сусідніх, щоб уникнути перешкод і забезпечити гарантовану якість обслуговування у кожній клітинці (принцип «стільники»). При об'єднанні ці соти забезпечують радіопокриття в розширеному географічному регіоні. Це дає можливість значній кількості портативних приймачів (наприклад, мобільних телефонів, планшетів і ноутбуків, оснащених мобільними широкосмуговими модемами, пейджерами і т. д.) зв'язуватися один з одним і зі стаціонарними приймачами і телефонами в будь-якому місці мережі за допомогою базових станцій, навіть якщо деякі трансивери під час передачі проходять через кілька комірок.


Стільниковий зв'язок має цілий ряд корисних функцій: Велика ємність, ніж у одного великого передавача, оскільки одна і та ж частота можлива до застосування для декількох каналів, якщо вони знаходяться в різних стільниках. Мобільні пристрої споживають менше енергії, ніж при з'єднанні з одним передавачем або супутником, оскільки вежі стільникового зв'язку знаходяться ближче. Велика зона покриття, ніж у одного наземного передавача, оскільки додаткові вежі стільникового зв'язку можуть бути додані на невизначений термін і не обмежені видимістю.

Наскільки це розвинене сьогодні?

Великі провайдери телекомунікаційних послуг розгорнули мережі стільникового зв'язку для передачі голосу і контенту на більшої частини заселеної території Землі. Це дозволяє мобільним телефонам і обчислювальним пристроям підключатися до стандартної телефонної мережі і загальнодоступного Інтернету.


Регіони операторів стільникового зв'язку можуть бути відмінними від території країни до невеликого об'єкта. Приватні стільникові мережі можуть бути використані для досліджень або для великих організацій і парків, наприклад, для відправки дзвінків на місцеві органи громадської безпеки або компанію таксі. Який оператор стільникового зв'язку сьогодні є лідером? На сьогоднішній день в кожній країні є власні провайдери. У Росії перше місце за поширеністю займають «МТС» і «Мегафон».

Концепція

Що таке мобільний зв'язок і як вона працює? У системі стільникового радіозв'язку сухопутна територія, яка повинна бути забезпечена цією службою, ділиться на осередки за схемою, яка залежить від характеристик місцевості і прийому. Вона може бути приблизно шестикутної, квадратної, круглої або деяких інших правильних форм, хоча шестикутні стільники є стандартними. Кожній із цих осередків призначається безліч частот (f1 - f6), які мають відповідні базові радіостанції. Група частот може бути застосована повторно в інших сотах, за умови, що аналогічні частоти не використовуються в сусідніх комірках повторно, оскільки це може викликати в суміщеному каналі перешкоди.
Підвищена пропускна здатність мережі, в порівнянні з мережею з одним передавачем, обумовлена системою комутації мобільного зв'язку, розробленої Амосом Джоелом з Bell Labs, яка дозволяла декільком абонентам в одній і тій же зоні використовувати одну частоту при перемиканні викликів. Якщо ж є один простий передавач, тільки один виклик може використовуватися на будь-якій заданій частоті. На жаль, неминуче існує деякий рівень завад від сигналу з інших осередків, які використовують ту ж частоту. Це означає, що в стандартній системі FDMA між осередками, які повторно використовують одну і ту ж частоту, повинно бути не менше одного зазору.

Як з'явилася ця технологія?

Перша комерційна мережа покоління 1G була запущена в Японії компанією Nippon Telegraph and Telephone (NTT) в 1979 році, спочатку - в столичному районі Токіо. Протягом п'яти років вона була розширена, щоб охопити все населення Японії, і стала першою загальнонаціональною мережею 1G.

Кодування стільникового сигналу

Щоб зрозуміти, що таке стільниковий зв'язок, необхідно розібратися з її стандартами. Щоб відрізняти сигнали від декількох різних передавачів, були розроблені наступні різновиди множинного доступу:
з тимчасовим поділом (TDMA); з частотним поділом (FDMA); з кодовим поділом (CDMA); ортогональний з частотним поділом (OFDMA). В TDMA тимчасові інтервали передачі і прийому, що використовуються різними користувачами в кожній соте, відрізняються один від одного. У FDMA частоти передачі і прийому, що використовуються різними користувачами в кожній соте, відрізняються один від одного. Принцип CDMA є більш складним, але досягає того ж результату: розподілені приймачі можуть вибрати одну комірку і прослухати її. TDMA використовується в поєднанні з FDMA або CDMA в ряді систем для надання декількох каналів в зоні покриття однієї стільники.

Сучасна тенденція

Що таке стільниковий зв'язок LTE в планшеті? Останнім часом також розгортаються системи на основі множинного доступу з ортогональним частотним поділом, такі як LTE, з повторним використанням частоти 1. Оскільки такі системи не поширюють сигнал по смузі частот, управління межсотовыми радиоресурсами важливо для координації розподілу ресурсів між різними стільниковими осередками і для обмеження межсотовых перешкод. Існують різні способи координації межсотовых перешкод (ICIC), вже визначені у стандарті. Скоординоване планування, многоместное MIMO або формування багатомісного променя є іншими прикладами управління межсотовыми радиоресурсами, які можуть бути стандартизовані в майбутньому.

Трансляція повідомлень і сигналів

Що таке стільниковий зв'язок? Визначення наведено вище. Практично кожна така система має свого роду механізм мовлення. Це може бути використане безпосередньо для поширення інформації на кілька мобільних телефонів. З цією метою застосовують і підсилювачі стільникового зв'язку.

Зазвичай, наприклад, в системах мобільного телефонії найбільш важливим використанням передавання інформації є настроювання каналів для зв'язку один-до-одного між мобільним прийомопередавачем і базовою станцією. Це називається сигналом стільникового зв'язку. Зазвичай використовуються три різні процедури подачі сигналу: послідовний, паралельний і вибірковий. Деталі процесу пошукового виклику дещо різняться від мережі до мережі, але зазвичай відомо обмежена кількість чарунок, у яких знаходиться телефон (ця група називається зоною покриття в системі GSM або UMTS або зоною маршрутизації, якщо бере участь сеанс пакета даних; в LTE соти групуються в області відстеження). Подача сигналу відбувається шляхом надсилання широкомовного повідомлення всім цим осередкам. Сигнальні повідомлення можуть бути використані для передачі інформації. Це відбувається в пейджерах, в системах CDMA для відправки SMS-повідомлень в системі UMTS, де це припускає низьку затримку низхідній лінії зв'язку в пакетних з'єднаннях.

Рух між щільниками і передача даних

Що таке стільниковий зв'язок сучасного типу? У системі стільникового зв'язку, коли розподілені мобільні передавачі переміщуються від осередку до осередку під час безперервного зв'язку переключення з однієї частоти стільники на іншу здійснюється електронним способом без переривання і без оператора базової станції або ручного перемикання. Це називається мобільного передачею даних. Як правило, новий канал автоматично вибирається для мобільного пристрою на новій базовій станції, яка буде обслуговувати його. Потім пристрій автоматично перемикається з поточного каналу на новий, і зв'язок триває.
Точні деталі переміщення стільникового зв'язку від однієї базової станції до іншої значно різняться від системи до системи.

Архітектура мережі GSM

Найбільш поширеним прикладом мережі є мережа мобільного (стільникового) телефону. Це портативний телефон, який приймає або здійснює дзвінки через стільникову станцію (базову) або передає вишку. Радіохвилі використовуються для передачі сигналів мобільника або з нього. Сучасні мережі стільникового зв'язку використовують клітинки, тому що радіочастоти є обмеженим загальним ресурсом. Стільникові станції і міняють телефони частоту під управлінням комп'ютера та використовують передавачі малої потужності, так що зазвичай обмежена кількість радіочастот може одночасно використовуватися багатьма абонентами з меншими перешкодами.

Як відбувається з'єднання

Стільникова мережа використовується оператором мобільного зв'язку для досягнення як покриття, так і пропускної спроможності для своїх абонентів. Великі географічні області розділені на більш дрібні осередки, щоб уникнути втрати сигналу прямої видимості і підтримувати велику кількість активних телефонів в цій області. Всі зони покриття підключені до телефонних станцій (або комутаторів), які, в свою чергу, підключаються до телефонної мережі загального користування. Що таке стільниковий зв'язок в якості модему? Фактично це аналогічне з'єднання, передає пакети інформації за допомогою мережі Інтернет. У містах кожну ділянку стільникового зв'язку може мати дальність дії приблизно до 080 км, в той час як у сільській місцевості це значення може досягати 8 км. Можливо, що на відкритих ділянках користувач може отримувати сигнали від стільникового вузла на відстані до 40 км Оскільки майже всі мобільні телефони використовують стільниковий зв'язок GSM, CDMA і AMPS, термін «стільниковий телефон» використовується взаємозамінно з позначенням «мобільний». Але варто враховувати деякі відмінності цих пристроїв. Що таке стільниковий зв'язок в айфоні? Це можливість підключення до мережі, використовуючи одночасно два стандарти - GSM і CDMA. Однак супутникові телефони - це мобільні пристрої, які не зв'язуються безпосередньо з наземної стільникового вишкою, але можуть робити це опосередковано через супутник.

Які формати зв'язку можуть використовуватися?

Існує цілий ряд різних технологій цифрового стільникового зв'язку, в тому числі: Глобальна система мобільного зв'язку (GSM). Служба пакетної радіозв'язку загального призначення (GPRS). CDMAOne. CDMA2000 оптимізовані для передачі даних EV-DO). Поліпшені швидкості передачі даних для GSM ( EDGE). Універсальна система мобільного зв'язку (UMTS). Цифрова удосконалена бездротова зв'язок (DECT). Цифровий AMPS (IS-136 /TDMA). Інтегрована цифрова розширена мережа (iDEN). Перехід від існуючого аналогового до цифрового стандарту пройшов в Європі і США зовсім по-різному. Як наслідок, у США з'явилося безліч цифрових стандартів, а Європа і багато країни наблизилися до GSM. Цим і пояснюється особливість роботи айфонів в мережі.

Структура стільникової мережі

Просте представлення мережі з точки зору радіозв'язку складається з таких елементів, як: Мережа базових радіостанцій, які утворюють підсистему базових станцій. Основна мережа з комутацією каналів, існуюча для обробки голосових і текстових викликів. Мережа з комутацією пакетів, призначена для обробки мобільних даних. Комутована телефонна мережа загального користування для підключення абонентів до більш широкої телефонної мережі. Ця мережа є основою системи GSM. Вона виконує безліч функцій, щоб гарантувати, що клієнти отримують бажану послугу, включаючи управління мобільністю, реєстрацію, налаштування виклику та передачу обслуговування. Кожен телефон здійснює підключення до мережі за допомогою RBS (базової радіостанції) в секторі відповідної клітинки, яка в свою чергу приєднується до мобільного комутаційного центру (MSC). MSC здійснює з'єднання з комутованою телефонною мережею загального користування (PSTN). Посилання з телефону на RBS визначається як висхідна лінія зв'язку, а зворотній шлях - низхідній.

Як передаються дані?

Радіоканали використовують середовище передачі з ефективністю завдяки використанню наступних схем множинного доступу і мультиплексування: з частотним поділом (FDMA); з тимчасовим поділом (TDMA); з кодовим поділом (CDMA); з просторовим розділенням (SDMA). Малі стільники, які мають меншу зону покриття, ніж базові станції, класифікуються наступним чином: Microcell - менше 2 кілометрів. Picocell - менше 200 метрів. Femtocell - близько 10 метрів. Що таке стільниковий зв'язок для дітей? Під цим терміном звичайно розуміють спеціальні "дитячі" тарифи з особливими пакетами послуг.

Стільниковий передача в мережах мобільного зв'язку

Коли користувач телефону переміщається з однієї стільникового зони в іншу під час розмови, мобільна станція буде шукати новий канал для підключення, щоб не переривати дзвінок. Як тільки він буде знайдений, мережа видає команду мобільного пристрою переключитися на новий канал і одночасно перевести дзвінок на нього. При форматі CDMA кілька телефонів спільно використовують певний радіоканал. Сигнали розділяються за допомогою псевдошумового коду (PN-коду), характерного для кожного пристрою. Коли користувач переміщається з однієї стільники в іншу, телефон встановлює радіозв'язок з кількома місцями (або секторами одного і того ж місце) одночасно. Це відомо як «м'яка передача обслуговування», тому що, на відміну від традиційних технологій стільникового зв'язку, немає єдиної певної точки, де телефон перемикається на клітинку. Тому при застосуванні даного стандарту використовують підсилювачі стільникового зв'язку та Інтернету. У межчастотных хэндоверах IS-95 і більше старих аналогових системах, таких як NMT, зазвичай неможливо перевірити цільової канал під час зв'язку. В цьому випадку повинні використовуватися інші методи, такі як контрольні маяки в IS-95. Це означає, що при пошуку нового каналу майже завжди відбувається короткий перерву в зв'язку, що супроводжується ризиком несподіваного повернення до старого. Якщо немає постійного зв'язку, або вона може бути перервана, бездротовий пристрій може мимовільно переміститися з однієї соти в іншу і потім повідомити базову станцію з найсильнішим сигналом.

Вибір частоти стільникового зв'язку в мережах мобільного зв'язку

Вплив частоти на покриття сот означає, що різні частоти краще підходять для різних цілей. Низькі частоти, такі як NMT 450 МГц, служать дуже добре для покриття сільській місцевості. GSM 900 (900 МГц) - це оптимальне рішення для невеликого міського покриття. GSM 1800 (18 ГГц) починає обмежуватися структурними стінами. UMTS з частотою 21 ГГц дуже схожа по охопленню на GSM 1800. В залежності від особливостей регіону, оператори стільникового зв'язку встановлюють різні зони покриття і частоти. Більш високі частоти є недоліком, коли мова йде про покритті, але це вирішальне значення, коли мова йде про пропускної здатності. Малі стільники, що охоплюють, наприклад, один поверх будівлі, стають можливими, і таку ж частоту можна використовувати для комірок, які практично є сусідами.

Зони покриття та обслуговування

Зона обслуговування стільники також може змінюватися з-за перешкод від передавальних систем як всередині, так і навколо неї. Це особливо вірно в системах на основі CDMA. Приймача потрібно певне відношення сигнал/шум, і передавач не повинен передавати з дуже високою потужністю, щоб не створювати перешкод іншим передавачів. Оскільки перешкоди (шум) зростають у зв'язку із збільшенням прийнятої потужності від передавача, сигнал стає спотвореним і в кінцевому підсумку стає непридатним для використання. У системах на основі CDMA вплив перешкод від інших мобільних передавачів в тій же соте на зону покриття дуже помітно. Приклади покриття стільникового зв'язку можна побачити, вивчивши деякі карти покриття, надані реальними провайдерами на їх веб-сайтах, або переглянувши незалежні краудсорсинговые карти, такі як OpenSignal. На них видно, який оператор стільникового зв'язку працює на тій чи іншій території. В деяких випадках вони можуть відзначати місцезнаходження передавача, в інших це може бути розрахований шляхом визначення точки найбільшого охоплення. Стільниковий ретранслятор використовується для розширення зони дії стільники на великі площі. Вони варіюються від широкосмугових ретрансляторів для побутового та офісного використання до інтелектуальних або цифрових ретрансляторів для промислових потреб. Кожен стільниковий провайдер має свій власний діапазон номерів, відрізняється зазвичай за кодом. По ньому можна визначити, якою регіон і стільниковий оператор зв'язку у абонента, що здійснює дзвінки.