This page has been robot translated, sorry for typos if any. Original content here.

Як влаштована стільниковий зв'язок

Чи знаєте ви, що відбувається після того, як ви набрали номер одного на мобільному телефоні? Як мережа знаходить його в горах Андалусії або на узбережжі далекого острова Пасхи? Чому іноді несподівано розмова переривається?

Как устроена сотовая связь

Велика площа населеної частини нашої країни покрита Базовими Станціями (БС). В поле вони виглядають як червоно-білі вишки, а в місті заховані на дахах нежитлових будинків. Кожна станція ловить сигнал від мобільних телефонів на видаленні до 35 кілометрів і спілкується з мобільним телефоном у службових або шляхом розпізнавання голосу каналах.

Как устроена сотовая связь

Після того, як ви набрали номер одного, ваш телефон зв'язується з найближчою до вас Базовою Станцією (БС) по службовому каналу і просить виділити голосовий канал. Базова станція відправляє запит на контролер (BSC), а той переадресує його на комутатор (MSC). Якщо ваш друг є абонентом тієї ж мережі, то комутатор звіриться з Home Location Register (HLR), з'ясує, де в даний момент знаходиться абонент (будинки, в Туреччині чи на Алясці), і переведе дзвінок на відповідний комутатор, звідки той його переправить на контролер і потім на Базову Станцію. Базова Станція зв'яжеться з мобільним телефоном і з'єднає вас з одним. Якщо ваш друг абонент іншої мережі або ви телефонуєте на міський телефон, то ваш комутатор звернеться до відповідного комутатора інший мережі.

Складно? Давайте розберемося докладніше. Базова станція являє собою пару залізних шаф, замкнених в добре приміщенні з кондиціонером. З огляду на, що в Москві було на вулиці +40, мені захотілося трохи пожити в цьому приміщенні. Зазвичай, Базова станція знаходиться або на горищі будівлі, або в контейнері на даху.

Как устроена сотовая связь

Антена Базовою Станції розділена на кілька секторів, кожен з яких "світить" в свою сторону. Вертикальна антена здійснює зв'язок з телефонами, кругла з'єднує Базову Станцію з контролером.

Как устроена сотовая связь

Кожен сектор може обслуговувати до 72 дзвінків одночасно, в залежності від настройки і конфігурації. Базова станція може складатися з 6 секторів, таким чином, одна базова станція може обслуговувати до 432 дзвінків, однак, зазвичай на станції встановлено меншу кількість передавачів і секторів. Стільникові оператори воліють ставити більше БС для поліпшення якості зв'язку.

Базова станція може працювати в трьох діапазонах:

  • 900 МГц - сигнал на цій частоті поширюється далі і краще проникає всередину будівель;
  • 1800 МГц - сигнал поширюється на більш короткі відстані, але дозволяє встановити більшу кількість передавачів на 1 секторі;
  • 2100 МГц - Мережа 3G

Ось так виглядає шафа з 3G обладнанням.

Как устроена сотовая связь

На Базові Станції в полях і селах встановлюють передавачі 900 МГц, а в місті, де Базові Станції наставлені як голки у їжачка, в основному, зв'язок здійснюється на частоті 1800 МГц, хоча на будь-який Базовою Станції можуть бути присутніми передавачі всіх трьох діапазонів одночасно.

Как устроена сотовая связь
Как устроена сотовая связь

Сигнал частотою 900 МГц може бити до 35 кілометрів, хоча "дальність" деяких Базових Станцій, що стоять уздовж трас, може доходити до 70 кілометрів, за рахунок зниження числа одночасно обслуговуваних абонентів на станції в два рази. Відповідно, наш телефон з його маленькою вбудованою антеною також може передавати сигнал на відстань до 70 кілометрів ...

Всі Базові Станції проектуються таким чином, щоб забезпечити оптимальне покриття радіосигналом на рівні землі. Тому, незважаючи на дальність в 35 кілометрів, на висоту польоту літаків радіосигнал просто не надсилається. Тим не менш, деякі авіакомпанії вже почали встановлювати на своїх літаках малопотужні базові станції, які забезпечують покриття всередині літака. Така БС з'єднується з наземної мережею за допомогою супутникового каналу. Система доповнюється панеллю керування, яка дозволяє екіпажу включати і вимикати систему, а також окремі типи послуг, наприклад, вимикати голос на нічних рейсах.

Телефон може вимірювати рівень сигналу від 32 Базових Станцій одночасно. Інформацію про 6-ти кращих (за рівнем сигналу) він відправляє по службовому каналу, і вже контролер (BSC) вирішує, який БС передати поточний дзвінок (Handover), якщо ви перебуваєте в русі. Іноді телефон може помилитися і перекинути вас на БС з гіршим сигналом, в цьому випадку розмова може перерватися. Також може виявитися, що на Базовою Станції, яку вибрав ваш телефон, все голосові лінії зайняті. У цьому випадку розмова також перерветься.

Ще мені розповіли про так звану "проблему верхніх поверхів". Якщо ви живете в пентхаусі, то іноді, при переході з однієї кімнати в іншу, розмова може перериватися. Це відбувається тому, що в одній кімнаті телефон може "бачити" одну БС, а в другій - іншу, якщо вона виходить на інший бік будинку, і, при цьому ці 2 Базові Станції знаходяться на великій відстані один від одного і не прописані як " сусідні "у стільникового оператора. У цьому випадку передача дзвінка з однієї БС на іншу відбуватися не буде.

Как устроена сотовая связь

Зв'язок в метро забезпечується так само, як і на вулиці: Базова станція - контролер - комутатор, з тією лише різницею, що застосовуються там маленькі Базові Станції, а в тунелі покриття забезпечується не звичайною антеною, а спеціальним випромінюють кабелем

Як я вже писав вище, одна БС може виробляти до 432 дзвінків одночасно. Зазвичай цієї потужності вистачає позаочі, але, наприклад, під час деяких свят БС може не впоратися з кількістю бажаючих зателефонувати. Зазвичай це трапляється на Новий Рік, коли всі починають вітати один одного.

SMS передаються по службовим каналах. На 8 березня і 23 лютого люди вважають за краще вітати один одного за допомогою SMS, пересилаючи смішні віршики, і телефони часто не можуть домовитися з БС про виділення голосового каналу.

Мені розповіли цікавий випадок. З одного району Москви почали надходити скарги від абонентів про те, що вони не можуть нікуди додзвонитися. Технічні фахівці стали розбиратися. Більшість голосових каналів було вільно, а всі службові були зайняті. Виявилося, що поряд з цією БС знаходився інститут, в якому йшли іспити і студенти безперервно обмінювалися есемесками.

Довгі SMS телефон ділить на кілька коротких і відправляє кожне окремо. Співробітники технічної служби радять відправляти такі поздоровлення з допомогою MMS. Це буде швидше і дешевше.

З Базовою Станції дзвінок потрапляє на контролер. Виглядає він так само нудно, як і сама БС - це просто набір шаф.

Как устроена сотовая связь

Залежно від обладнання, контролер може обслуговувати до 60 Базових Станцій. Зв'язок між БС і контролером (BSC) може здійснюватися по радіорелейних каналу або з оптики. Контролер здійснює управління роботою радіоканалів, в т.ч. контролює пересування абонента, передачу сигналу з однієї БС на іншу.

Набагато цікавіше виглядає комутатор.

Как устроена сотовая связь
Как устроена сотовая связь

Кожен комутатор обслуговує від 2 до 30 контролерів. Він займає вже великий зал, заставлений різними шафами з обладнанням.

Как устроена сотовая связь
Как устроена сотовая связь
Как устроена сотовая связь

Комутатор здійснює управління трафіком. Пам'ятаєте старі фільми, де люди спочатку додзвонюватися до "дівчини", а потім вона вже з'єднувала їх з іншим абонентом, перетиківая проводки? Цим же займаються і сучасні комутатори.

Как устроена сотовая связь

Для контролю за мережею у компанії є кілька автомобілів, які вони ласкаво називають "їжачки". Вони пересуваються по місту і вимірюють рівень сигналу власної мережі, а також рівень мережі колег з "Великої Трійки".

Как устроена сотовая связь

Вся дах такого автомобіля утикана антенами

Как устроена сотовая связь

Усередині стоїть обладнання, що здійснює сотні дзвінків і знімає інформацію.

Как устроена сотовая связь

Цілодобовий контроль за комутаторами і контролерами здійснюється з Центру Управління польотами Центру Контролю Мережі (ЦКШ).

Как устроена сотовая связь

Існує 3 основних напрямки по контролю за мережею: аварійність, статистика і зворотний зв'язок від абонентів.

Так само, як і в літаках, на всьому обладнанні мережі стоять датчики, які посилають сигнал в ЦКШ і виводять інформацію на комп'ютери диспетчерів. Якщо якесь обладнання вийшло з ладу, то на моніторі почне "блимати лампочка".

ЦКШ також відстежує статистику по всіх комутаторів і контролерів. Він аналізує її, порівнюючи з попередніми періодами (годиною, добою, тижнем і т.д.). Якщо статистика якогось з вузлів стала різко відрізнятися від попередніх показників, то на моніторі знову почне "блимати лампочка".

Зворотний зв'язок приймають оператори абонентської служби. Якщо вони не можуть вирішити проблему, то дзвінок переводиться на технічного фахівця. Якщо ж і він виявляється безсилим, то в компанії створюється "інцидент", який вирішують інженери, які займаються експлуатацією відповідного обладнання.

За комутаторами цілодобово стежать за 2 інженера.

Как устроена сотовая связь

На графіку показана активність московських комутаторів. Добре видно, що вночі практично ніхто не дзвонить.

Как устроена сотовая связь

Контроль за контролерами (вибачте за тавтологію) здійснюється з другого поверху Центру Контролю Мережі.

Как устроена сотовая связь
Как устроена сотовая связь