Виды мобильной связи: как работает телефон

Как устроена сотовая связь

Давайте посмотрим, что такое мобильные технологии. Когда вы разговариваете по телефону, звук вашего голоса улавливается встроенной мембраной микрофона. Микрофон преобразует ваш голос в цифровой сигнал с помощью датчика MEMS и интегральной схемы.

Цифровой сигнал — это ваш голос, зашифрованный в виде последовательности нулей и единиц, а встроенная антенна принимает эти нули и единицы, преобразовывая их в электромагнитные волны. В электромагнитных волнах последовательность нулей и единиц представлена ​​изменяющимися характеристиками волны, такими как амплитуда, частота, фаза или их комбинация. Например, в случае частоты 0 и 1 передаются с использованием низких и высоких частот соответственно.

Если вы найдете способ передать эти электромагнитные волны на мобильный телефон вашего друга, вы можете поговорить с ним. Однако электромагнитные волны не могут распространяться на большие расстояния. Они теряют свою силу из-за препятствий, физических объектов, электрического оборудования и некоторых факторов окружающей среды, и даже если бы этих проблем не было, электромагнитные волны не могли бы достичь всех точек земной поверхности, потому что она изогнута.

Технология сотовой связи

Для решения этих проблем используется сотовая технология, в которой используется сеть вышек. Эта технология предполагает разделение географической области на ячейки или гексагональные ячейки, в каждой из которых устанавливается вышка со своим частотным диапазоном. Обычно эти башни соединяются между собой оптоволоконным кабелем. Эти оптоволоконные кабели проложены под землей или вдоль дна океана и обеспечивают национальную и международную связь.

Вышка сотового телефона принимает электромагнитные волны, посылаемые вашим телефоном, и преобразует их в высокочастотные световые импульсы. Эти световые импульсы отправляются на приемопередатчик, расположенный в основании башни, для дальнейшей обработки сигнала. После обработки сигнал вашего голоса отправляется на приемную вышку, которая, в свою очередь, передает принятые световые импульсы в виде электромагнитных волн, которые принимает антенна телефона вашего друга. Затем обработка сигнала возобновляется, и ваш друг слышит ваш голос. И вот получается, что мобильная связь не совсем беспроводная, в ее обеспечении задействована и проводная связь, так устроена сотовая связь.

4G

2010-е годы. Мобильные данные: от 300 Мбит/с до 3 Гбит/с

Сети 4G работают примерно в том же диапазоне частот, что и 3G и даже 2G (от 800 до 2600 МГц). Но если в начале 1990-х все наши мобильные данные сводились к текстовым сообщениям, то сегодня мы смотрим на видео высокой четкости «на лету». Стандарты 4G выжали все соки из воздушного пространства, которое использовалось десятилетиями. Недаром четвертое поколение ассоциируется с аббревиатурой LTE — Long Term Evolution или Long Term Development.

iPhone 5

Радиоволны, как волны на поверхности воды, могут взаимодействовать с окружающими предметами и друг с другом. Они отскакивают от зданий, разлетаются сквозь стены и даже искажают близлежащие волны. Чтобы волны из соседних диапазонов не мешали друг другу, в технологиях FDMA и CDMA между ними оставлена ​​защитная полоса. Создателям 4G удалось использовать эти пылесосы и дополнительно уплотнить воздух с помощью технологий MIMO и OFDMA.

MIMO расшифровывается как Multiple Input Multiple Output. Базовая станция отправляет сигнал с двух или более антенн одновременно, а мобильный телефон принимает две или более антенн соответственно (да, все они помещаются в компактный корпус). Разные версии радиосигнала проходят разные пути в пространстве и искажаются каждый по-своему, но затем компьютер восстанавливает из них исходный высококачественный сигнал.

Технология OFDMA (здесь O означает «ортогональная») представляет собой сложную математику. Но вкратце суть его в том, что назначенная абоненту полоса частот (несущая) делится на множество (до 256) поднесущих. Их частотные спектры пересекаются и наверняка будут мешать друг другу, если они не будут тонко синхронизированы во времени. К тому времени, когда поднесущая достигает своей максимальной мощности, ее ближайшие соседи всегда слабые.

В сетях 4G сетевые ресурсы используются максимально гибко. Система постоянно меняет полосу пропускания, временные интервалы и количество поднесущих в зависимости от аппетита конкретных пользователей и качества радиосигнала.

Сама по себе фраза «оборудование пятого поколения» не гарантирует запредельных скоростей. Под термином 5G скрывается целый ряд технологий, которые можно использовать как коллективно, так и в различных комбинациях

Центр коммутации мобильной связи

Однако есть одна проблема, которую мы еще не затронули. Сотовая связь работает только тогда, когда сигнал с вышки в вашем районе передается на башню, ближайшую к местоположению вашего друга, но как ваша башня узнает, в какой ячейке она находится сейчас и в какую башню отправить сигнал. Чтобы это произошло, вышка сотовой связи должна получить помощь от так называемого «центра коммутации мобильной связи» (MSC). Кабельный центр — это клей сборки вышки сотовой связи, прежде чем двигаться дальше, давайте подробнее рассмотрим функции кабельного центра.

Функции центра коммутации

Когда вы покупаете SIM-карту, вся информация об абоненте записывается в коммутационном центре, мы звоним в этот центр дома. Домашний MSC хранит информацию о подписчике, такую ​​как тарифный план, текущее местоположение и статус активности. Если вы покинете свой домашний центр, вас будет обслуживать новый, который мы назовем Центром обмена гостями. Когда вы входите в зону Центра для посетителей, общайтесь со своим домашним центром MSC, чтобы домашний центр всегда знал, в каком районе вы находитесь.

Чтобы понять, в какой из ячеек, связанных с данным MSC, находится абонент, центр коммутации использует несколько методов:

1. Одна из них — постоянное обновление информации о местонахождении абонента через определенный промежуток времени.
2. Обновление также выполняется, если мобильное устройство проходит через заранее определенное количество ячеек.
3. Наконец, данные о местоположении обновляются при включении мобильного телефона. Давайте рассмотрим все три случая на примере.

Предположим, Анель хочет позвонить Роме. Когда Анель набирает номер, запрос на звонок поступает в его домашний центр сортировки, после получения информации о номере рома запрос будет отправлен в его домашний центр с последующей проверкой текущего MSC рома.

Если рома находится в районе своего домашнего центра, запрос вызова будет немедленно отправлен на вышку, ближайшую к его положению, чтобы сначала проверить, активен ли его телефон или занят ли он разговором с другим пользователем.

Если все в порядке, телефон Ромы зазвонит и разговор начнется. Однако, если рома находятся за пределами своего домашнего района MSC, их домашний центр обмена просто пересылает запрос на звонок в центр для посетителей. Центр обмена гостями, следуя описанной выше процедуре, определит местонахождение телефона рома, после чего будет установлено соединение.

Неголосовые сервисы сотовых сетей.

Абонентам сотовой связи доступны многочисленные неголосовые услуги, «ассортимент» которых зависит от возможностей конкретного телефона и спектра предложений оператора. Список услуг в домашней сети может отличаться от списка услуг, доступных в роуминге.

Услуги могут быть коммуникационными (предоставление различных форм общения с другими людьми), информационными (например, предоставление прогнозов погоды или рыночных котировок), предоставляющими доступ в Интернет, коммерческими (для оплаты различных товаров и услуг с телефонов), развлекательными (мобильные игры, викторины, казино и лотереи) и другие (в том числе, например, мобильное позиционирование). Сегодня сервисов в интерфейсе становится все больше, например, большинство игр и лотерей платные, появляются игры с использованием технологий мобильного позиционирования и т.д.

Практически все операторы связи и большинство современных устройств поддерживают следующие услуги:

— SMS — Short Message Service — передача коротких текстовых сообщений;

— MMS — Multimedia Messaging Service — передача мультимедийных сообщений: фото, видео и др.;

— автоматический роуминг;

— определение номера звонящего абонента;

— голосовая почта — сохранение голосовых и текстовых сообщений, отправленных, когда абонент находился вне зоны действия;

— заказывать и получать различные средства персонификации напрямую по каналам сотовой связи;

— Доступ в Интернет и просмотр специализированных сайтов (WAP;

— скачивать рингтоны, изображения, информационные материалы со специализированных ресурсов;

— передача данных через встроенный модем (может осуществляться по различным протоколам, в зависимости от технологий, поддерживаемых конкретным устройством).

Компоненты сотовой системы

Сотовая система предлагает мобильным и портативным телефонным коммутаторам те же услуги, что и стационарные станции на традиционных проводных шлейфах. Он способен обслуживать десятки тысяч абонентов в большом мегаполисе. Система сотовой связи состоит из следующих четырех основных компонентов, которые работают вместе для предоставления мобильных услуг абонентам:

1. Коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTN).
2. Коммутатор мобильной связи (МТСО).
3. Сотовая площадка с антенной системой.
4. Мобильный абонентский блок (МСУ).

КТСОП состоит из локальных сетей, сетей обмена и сетей дальней связи, которые соединяют телефоны и другие устройства связи по всему миру.

МТСО — центральный офис мобильной связи. В нем находится центр коммутации связи (MSC), полевые станции управления и ретрансляции для передачи вызовов с сотовых станций в проводные центральные офисы (PSTN).

Термин «сота» используется для обозначения физического местоположения радиооборудования, которое обеспечивает покрытие в пределах соты. Список оборудования, расположенного на сотовой станции, включает источники питания, интерфейсное оборудование, РЧ-передатчики и приемники, а также антенные системы.

Мобильный абонентский блок состоит из блока управления и приемопередатчика, который передает и принимает радиопередачи на сотовый узел и обратно. Есть три типа MSU:

• Мобильный телефон (стандартная мощность передачи 4,0 Вт).
• Портативный (типовая мощность передачи 0,6 Вт).
• Портативный (типичная мощность передачи 1,6 Вт).

Место мобильной связи в мировой экономике.

Коммуникация — самая динамичная отрасль мировой экономики. Но мобильная связь даже по сравнению с другими «телекоммуникационными» направлениями развивается более быстрыми темпами.

В 2003 году общее количество сотовых телефонов на планете превысило количество фиксированных устройств, подключенных к проводным сетям общего пользования. В некоторых странах количество абонентов мобильной связи уже в 2004 году превысило количество жителей. Это означает, что некоторые люди использовали более одного «сотового телефона», например, два сотовых телефона с разными операторами связи или голосовой телефон и беспроводной модем для мобильного доступа в Интернет. Кроме того, для обеспечения технологической связи требовалось все больше и больше беспроводных модулей (в этих случаях абонентами являются не люди, а специализированные компьютеры).

В настоящее время операторы мобильной связи обеспечивают полное покрытие территории всех экономически развитых регионов планеты, но экстенсивное развитие сетей продолжается. Новые базовые станции устанавливаются для улучшения приема там, где существующая сеть по каким-то причинам не может обеспечить стабильный прием (например, в длинных туннелях, на территории метро и т.д.). Кроме того, сотовые сети постепенно проникают в регионы с низкими доходами населения. Развитие технологий мобильной связи, сопровождающееся резким снижением стоимости оборудования и услуг, делает сотовые услуги доступными для все большего числа людей на планете.

Производство сотовых телефонов — одна из самых быстрорастущих областей индустрии высоких технологий.

Сектор обслуживания мобильных телефонов также быстро растет, предлагая аксессуары для персонализации устройств: от оригинальных дверных звонков (рингтонов) до ключей, графических заставок, наклеек на тело, съемных панелей, чехлов и шнурков для переноски устройства.

История сотовой связи.

Работы по созданию гражданских систем мобильной связи начались в 1970-х годах. К этому времени развитие обычных телефонных сетей в европейских странах достигло такого уровня, что следующим шагом в развитии связи могло стать только наличие телефонной связи в любом месте и везде.

Сети, основанные на первом гражданском стандарте сотовой связи, NMT-450, появились в 1981 году. Хотя название стандарта является сокращением от Nordic Mobile Telephony, первая в мире сотовая сеть была реализована в Саудовской Аравии. В Швеции, Норвегии, Финляндии (и других странах Северной Европы) сети NMT были активированы несколькими месяцами позже.

Два года спустя, в 1983 году, в США была запущена первая стандартная сеть AMPS (Advanced Mobile Phone Service), созданная в исследовательском центре Bell Laboratories.

Стандарты NMT и AMPS, обычно относящиеся к первому поколению систем сотовой связи, предусматривали передачу данных в аналоговой форме, что не позволяло обеспечить адекватный уровень помехоустойчивости и защиты от несанкционированных подключений. Впоследствии они улучшили модификации за счет использования цифровых технологий, например DAMPS (первая буква аббревиатуры обязана своим появлением слову Digital — «цифровой»).

Стандарты второго поколения (т.н. 2G) — GSM, IS-95, IMT-MC-450 и др., изначально созданные на основе цифровых технологий, по качеству звука превзошли стандарты первого поколения и безопасности, а также, как позже выяснилось, с точки зрения нормативов потенциала развития.

Еще в 1982 году Европейская конференция администраций почты и электросвязи (CEPT) учредила группу по разработке единого стандарта цифровой сотовой связи. Плодом этой группы является GSM (Глобальная система мобильной связи).

Первая сеть GSM была запущена в Германии в 1992 году. Сегодня GSM является доминирующим стандартом сотовой связи как в России, так и в мире. В 2004 году более 90% абонентов сотовой связи в нашей стране обслуживали сети GSM; в мире GSM использовали 72% абонентов.

Для работы оборудования стандарта GSM выделены разные частотные диапазоны, обозначенные цифрами в названиях. В европейском регионе в основном используются GSM 900 и GSM 1800, в Америке — GSM 950 и GSM 1900 (на момент утверждения стандарта в США «европейские» частоты были заняты другими услугами).

Популярность стандарта GSM была обеспечена его значительными особенностями для абонентов:

— качественная передача голоса;

— невосприимчивость к помехам, перехватам и «дублерам»;

— наличие большого количества дополнительных услуг;

— возможность при наличии «надстроек