Как работает телефон? Как работает мобильная сеть: учимся преодолевать синдром завышенных ожиданий
Хотя большинство из нас считают стационарный телефон само собой разумеющимся, телефон в вашем доме — одно из самых удивительных устройств, когда-либо созданных. Если вы хотите поговорить с кем-нибудь, все, что вам нужно сделать, это поднять трубку телефона и набрать несколько цифр. Вы в любой момент обратитесь к этому человеку и пообщаетесь с ним.
Телефонная сеть распространяется по всему миру, так что вы можете дозвониться почти к каждому на планете. Если вспомнить, что всего 100 лет назад и даже менее, посылка письменного сообщения кому-либо могла занимать несколько недель…
Удивительно, но телефон это одно из самых простых устройств в вашем доме. Принципы телефонной связи не изменялись почти столетие. Если у вас есть старинный телефон, сохранившийся с 1930-х годов, можно подключить его к вашей телефонной розетке, и он будет работать нормально!
Внутренности телефона
Простейший телефон состоит из трех частей:
1. Переключатель, подключающий и отключающий телефон от сети. Этот переключатель обычно называют рычажным переключателем . Он подключает телефон к сети, когда вы поднимаете трубку.
2. Д инамик . Это, самый обычный динамик размером с 50 копеечную монету и сопротивлением 8 Ом.
3. Микрофон . В прошлом, телефонные микрофоны были крайне просты и состояли из гранул активированного угля, зажатого между двух тонких металлических пластин. Звуковые волны от вашего голоса сжимали и разжимали гранулы, меняя их сопротивление и регулировали ток, протекающий через микрофон.
И он будет работать! Вы можете набрать номер на этом телефоне, быстро нажимая на рычажный переключатель — все телефонные коммутаторы по-прежнему распознают «импульсный набор номера ». Если вы поднимете трубку и быстро простучите по переключателю четыре раза, коммутатор телефонной компании поймет, что вы набрали «4».
Единственная проблема с таким телефоном, что во время разговора вы будете слышать свой голос через динамик.
Провода и кабели
Телефонная сеть начинается в вашем доме. Пара медных проводов бежит от вашего телефона до толстого кабеля, содержащего множество таких медных пар. В зависимости от того, где вы находитесь, этот толстый кабель будет входить непосредственно в коммутатор телефонной станции в вашем районе, или будет подключен в коробку размером, примерно, с холодильник, которая выступает в качестве цифрового концентратора .
Оцифровка и доставка голоса
Концентратор оцифровывает ваш голос с дискретизацией 8000 раз в секунду и 8-битным разрешением. Затем он собирает в себе ваш голос и десятки других, и отправляет их все в один провод (обычно коаксиальный кабель или волоконно-оптический кабель) ведущий к телефонной станции. Так или иначе, ваша линия соединяется с линейным разъединителем, и вы можете услышать длинный гудок, поднимая трубку.
Если вы вызываете кого-то, связанного с той же самой станцией, то переключатель просто создает замкнутую цепь между вашим телефоном и телефоном человека, которого вы набрали. Если это междугородний звонок, то ваш голос оцифровывается и объединяется с миллионами других голосов. Ваш голос, обычно, идет по волоконно-оптической линии в телефонную станцию принимающей стороны, но он может также быть передан спутником или вышками связи.
Создание собственной телефонной сети
Не только телефон простое устройство. Связь между вами и телефонной станцией еще проще. В самом деле, вы можете легко создать свою собственною телефонную сеть с использованием двух телефонов, 9-вольтового аккумулятора и резистора на 300 Ом, который можно купить на радиорынке. Вы можете собрать все это оборудование следующим образом: один провод соединяет оба телефона напрямую, а ко второму проводу, соединяющему телефоны, последовательно подключены источник питания и резистор. Если оба человека одновременно возьмут телефонные трубки, то они смогут нормально разговаривать друг с другом на расстоянии нескольких километров.
Единственное, что ваш маленький домофон не сможет сделать — это позвонить на другой телефон, чтобы попросить человека на другом конце провода взять трубку. Для сигнала звонка подается 90 вольт переменного тока частотой 20 герц.
Подключение к телефонной станции состоит из двух медных проводов. По одному из них передается от 6 до 12 вольт постоянного тока, примерно 30 мА. Микрофон модулирует звуковые волны, динамик на другом конце воспроизводит этот модулированный сигнал. Вот и все.
Если вернуться к временам ручного коммутатора, то легко понять, как работала когда-то большая телефонная сеть. В те дни было множество пар медных проводов, идущих от каждого дома к телефонной станции в центре города. Оператор коммутатора сидела перед большим щитом с одним гнездом для каждого абонента. Над каждым разъемом была небольшая лампочка. Большой аккумулятор был подключен через резистор для каждой проводной пары. Когда кто-то поднимал трубку на своем телефоне, рычажный переключатель замыкал цепь и пускал ток по проводам между домом и телефонной станцией. Это зажигало свет лампочки над этим разъемом на распределительном щите. Оператор соединял свою гарнитуру с этим разъемом и спрашивал, с кем этот человек хотел бы поговорить. Затем оператор отправлял сигнал звонка получающей стороне и ждал, чтобы там кто-то взял трубку. После того, как трубка поднималась, оператор соединял двух людей вместе, точно так же, как простая интерком-связь. Это очень просто!
Тональный набор
В телефонах современной системы, операторы были заменены на электронный переключатель . Когда вы поднимаете трубку, переключатель чувствует замыкание цепи и играет звук длинного гудка. Таким образом, вы знаете, что переключатель и ваш телефон работают. Звук длинного гудка — это сочетание 350 Герц тона и 440 Герц тона. Набор цифр номера также сопровождается звуками различной тональности. Если номер занят, вы слышите прерывистый сигнал «занято», который составлен из 480 Герц и 620 Герц тона.
Ширина полосы пропускания
В целях обеспечения более дальних звонков, передаваемые частоты ограничены полосой пропускания около 3000 Герц. Все частоты в вашем голосе ниже 400 Герц и выше 3400 Герц исключаются. От этого голос по междугородному телефону имеет характерное звучание.
Поэтому лучше не устраивать музыкальные перформансы по телефону, чтобы не стать героем анекдота:
Встречаются Петька и Василий Иванович. Василий Иванович говорит: «Что только люди находят в этих Битлз?! Они же поют монотонно!» Петька спрашивает: «Василий Иванович, да где же ты Битлов то слушал?!» Василий Иванович: «Как где? Мне вчера Фурманов пару их вещей напел по телефону…»
Если все время сидеть в интернете, то складывается ложное впечатление, что кругом все всем должны. Даже, если не углубляться в политику, где вообще все как один эксперты и знают что нужно делать, но, как говорил герой одного анекдота, делать самому что-то некогда, потому что нужно «таксовать», то нас окружают толпы недовольных людей. Мобильной связью вообще недовольны все, как один. У меня нет готового рецепта как это недовольство исправить, но есть хорошая новость: если вы понимаете как эта чертова мобильная связь работает, то вы гораздо меньше нервничаете. Вот вы, например, когда-нибудь разговаривали о качестве связи с теми, кто ею занимается? Я так точно не раз разговаривал. И ни разу не встречал недовольного специалиста (хотя проблемы со связью, безусловно, бывают и у них). Они не суетятся, не нервничают, потому что почти всегда четко себе представляют что (и почему) происходит. И при каких условиях ситуация может измениться. Овладеть этим «кунг-фу» на самом деле несложно, и начать нужно с того, чтобы разобраться как работает мобильная связь и какие процессы в ней происходят, когда мы снимаем трубку, делаем вызов или используем телефон для интернета.
Радиосигнал
И начать нужно с банального: мобильная связь на самом деле (вот новость-то, да?) использует радиосигнал, который по определению не может быть таким же надежным соединением, как толстый медный кабель надежно спрятанный от любых воздействий (ну, кроме ковша экскаватора, конечно же) извне. Радиосигнал подвержен куче всяких других вещей в этом несправедливом мире. Хотя бы потому, что нас постоянно окружает множество невидимых глазу передач, проходящих на самых разных частотах. Конечно, все мы знаем из школьного курса физики, что сигнал радиоволны может быть на разных частотах (и разной мощности, добавлю, но для нашего понимания ситуации это уже чересчур сложно, не будем так углубляться). И когда мы говорим о том, что наши телефоны работают на частотах 900, 1800 и 1900 МГц, на самом деле это диапазоны частот. А конкретная базовая станция и ваш телефон могут работать на других, близких к ним: 1799 или 1801 ГГц. Именно такое разделение частот и позволяет в современном городе пользоваться мобильной связью тысячам людей одновременно, а не ждать пока свободная частота освободится. Что еще больше усложняет ситуации, если задуматься, что операторов мобильной связи у нас больше, чем один. И все они работают тоже одновременно.
Также из курса физики мы помним (ведь помним же, да?), что при прохождении препятствия сигнал ослабевает. Вспомните как обстоит дело с Bluetooth-сигналом, если вы выйдете в соседнюю комнату. А ведь расстояние менее заявленных стандартом 10 метров. Так что ж - вам врут? Нет, на пути стоит препятствие, а если стена еще и несущая, то внутри нее не гипсокартон, а железная арматура, что однозначно лишь ухудшает сигнал и уж никак не улучшает его. Аналогичная ситуация и с Wi-Fi, и с мобильной связью. Потому что в обоих случаях используется радиосигнал. Поэтому каждый раз, когда вы заходите в лифт или спускаетесь в подвал (например, в кафе), то связь может внезапно ухудшаться. И это нормально, потому что полностью соответствует законам физики, даже если вы о них ничего не знаете.
Базовые станции
Поставили как-то в одном селе базовую станцию.
Через некоторое время оператору, установившему базовую станцию,
стали приходить жалобы от местных жителей
на ухудшееся самочувствие.
«Это еще что», - ответили представители оператора, -
«вот посмотрите что начнется, когда мы ее включим»
Популярный в среде операторов анекдот
Некоторые (не все, конечно) догадываются о том, что для мобильной связи нужны еще и базовые станции. Это довольно сложные (и дорогие) комплексные конструкции, включающие в себя различный набор коммуникационного (и не только его) оборудования. В минимальной конфигурации базовой станции нужно питание, подключение к другим таким же базовым станциям и/или маршрутизаторам сети, способным правильно направить данные и мгновенно связать между собой двух абонентов. Связь эта может быть по опто-волоконному кабелю (и тогда вы его даже не увидите) или по радиоканалу. И тогда вы увидите такие большие круглые антенны радиорелейной связи, работающие по направленному лучу и связывающие базовую станцию с другой (конкретной) такой же станцией. В городе такие базовые станции могут размещаться на крышах административных (премущественно, так проще получить разрешение на их установку) зданиях. Почему на крышах? Потому что чем выше - тем больше открытого пространства и меньше препятствий для радиосигнала. За городом (или там, где нет высоких зданий) для базовой станции устанавливается отдельная мачта, с виду напоминающая мачты электропередач. Сама базовая станция - это еще и ящик с умной электроникой, обслуживающей все это хозяйство, а также кондиционер, охлаждающий ее работу (особенно нужен, как мы все понимаем, летом). По идее, у каждой базовой станции должен еще быть дизель-генератор с автономным питанием, включающийся автоматически при отключении электричества. Иначе при любых авариях энергосети мобильная связь тут же будет отключена, а так она какое-то время еще способна проработать (в идеале - до приезда ремонтной бригады или ликвидации аварии энергосети). Заценили? И это мы еще не перешли к передатчикам, непосредственно связывающим базовую станцию с мобильными телефонами. Вы их видите чаще всего - это вертикально установленные панели, обычно их три - по сектору в 120 градусов на каждый.
Чтобы все это работало как часы и разные игроки рынка не мешали друг другу существует государственное регулирование. Оно касается мощности используемого оборудования, безопасности мобильных телефонов (именно поэтому все легально продаваемые телефоны проходят обязательную сертификацию, что, пусть и немного, но увеличивает их стоимость). Кстати, именно поэтому купленные за границей телефоны могут работать не так хорошо, как хотелось бы - они разработаны для других условий и соответствуют другим требованиям. Особенно это касется дешевых моделей (с брендовыми телефонами таких сюрпризов, как правило, не происходит, потому что их выпускают компании, тщательно следящими за соответствиями своих устройств нормам тех стран, где они официально продаются). О том зачем государство это делает, каким образом и какую пользу это приносит обществу, вы можете почитать в отдельной статье на эту тему.
Но мы помним, что радиосвязь и ее качество все-таки зависит от многих факторов, которые являются непостоянными. Скорость передачи данных в конкретном месте в конкретно взятом промежутке времени может существенно измениться, если поменяются исходные данные. Поэтому, потребительские тестирования - субъективны, однако именно они могут дать информацию потребителю в определенной географической точке о качестве предоставляемой услуги. По-настоящему оценить качество сети можно только при помощи специального оборудования и целой команды специалистов (причем в каждом городе - отдельной).
Помимо естественных причин (нагрузки на сеть, например) есть еще и другая проблема: в городах, где мы живем, постоянно строятся новые объекты, которые способны кардинально менять картину покрытия сети и наличия сигнала в конкретном районе. Поэтому процесс радиопланирования сети - процесс непрерывный. Он никогда не прекращается, и внедрение 3G, которое мы наблюдаем сейчас, - всего лишь один эпизод в длинной цепочке постоянной работы, которая велась, ведется и будет проходить в будущем. Всегда.
Помимо довольно медленных изменений (строительство высотки, согласитесь, занимает месяцы, а то и годы), есть еще стихийные всплески потребления мобильной связи, способные создать пиковые нагрузки, многократно превосходящие емкость сети в текущем месте. Самый простой пример - выставки, когда в одном здании или павильоне собираются тысячи людей, у каждого из которых в кармане есть мобильный телефон. Вы, наверняка, сталкивались с ситуацией, когда на выставке (или стадионе) плохо работала мобильная связь. Аналогичные всплески, например, происходят накануне Нового года, к которому все операторы тщательно готовятся. Потому что для них это не только определенный вызов и удовлетворенность потребителей, но и (к чему скрывать) дополнительный заработок.
Если о мероприятии известно заранее, для увеличения емкости сети используются так называемые мобильные базовые станции. Они представляют собой автомобиль, внутри которого находится куча дорогостоящей электроники, подключающейся к сети оператора и увеличивающей емкость сети в конкретно взятом месте. Для развертывания такой мобильной базовой станции необходимо от 3-4 часов до суток (в зависимости от сложности условий - напомню, что у каждого оператора они свои, и определяются наличием ближайщих базовых станций, расстоянием до них, прямой видимостью и так далее). Например, по словам Юрия Григорьева, начальника департамента эксплуатации мобильной сети Центрального региона lifecell, во время проведения чемпионата по футболу Евро-2012 на Крещатике, в фан-зоне работало сразу три мобильных базовых станции в разных частях улицы (весь Крещатик представлял собой тогда фан-зону с огромными установленными экранами для зрителей). Аналогичные действия проводятся с сезонными мероприятиями, например, днями городов. Свои коррективы вносят и периоды отпусков с курортными местами - морскими летом и горнолыжными зимой. Все эти действия проводятся незаметно для большинства абонентов мобильной связи, которые даже не подозревают о технических сложностях (да, между нами говоря, и не должны подозревать). Но они проводятся всеми операторами вне зависимости от того какого вы мнения об их работе.
Отдельного разговора стоит оборудование, используемое для улучшения связи внутри помещений. Чтобы не усложнять рассказ перечислением разных репитеров и фемтосот, просто скажу, что внутри помещения (это может быть кафе в подвале или огромный торговый центр) устанавливается оборудование, повышающее тем или иным способом емкость сети и передающее весь трафик (голосовой и данные) дальше в сеть оператора. В метро для этого используют специальный излучающий радиосигнал кабель, поэтому мы можем иметь (или не иметь) мобильную связь даже в тоннелях метро, хотя они и находятся на недостижимой для обычных радиоволн глубине.
Опорная сеть
На первый взгляд, вопрос кажется странным, но мы никогда не задумываемся о том куда сигнал с мобильного телефона уходит дальше. Нет, понятно, что он уходит в сеть мобильного оператора, но что такое «сеть»? На самом деле значительная часть сети мобильного оператора находится в... кабеле. Базовые станции, связанные между собой только по радио не способны передавать весь тот объем голосовой связи и тем более данных по радиосигналу. Тем более, что большинство пользователей мобильной связи сосредоточены в отдельных городах, не связанных между собой радиосвязью. И сигнал между ними проходит через магистральные опто-волоконные кабели, составляющие основу отрасли телекоммуникаций. Существует понятие «опорной сети» или back bone, которую еще могут называть трансмиссией в силу ее функций - передачи огромного потока данных между ключевыми сегментами сети оператора. Каждый город, в свою очередь, может иметь свое «кольцо», соединяющее в себе потоки данных от конкретных базовых станций или опорных пунктов, аккумулирующих трафик с нескольких базовых станций. Для управления всей сетью необходимы огромные узловые коммутаторы, обслуживающие целые регионы. Это огромные дата-центры, управляющие всем трафиков и занимающих отдельное здание. Они, как и любые другие дата-центры, имеют несколько независимых каналов подключения, собственные системы энергопотребления. В менее купных городах существуют еще «выносные» коммутаторы, меньшие по размерам, предназначенные для обслуживания своего региона.
Теперь вы понимаете, что мобильная сеть оператора представляет собой очень сложную систему. И на каждом ее этапе, в каждом звене цепочки - от мобильного телефона пользователя до базовой станции, коммутатора и опорной сети может возникнуть проблема с качеством связи. Подробнее мы рассказывали об этих проблемах в отдельной статье , поэтому вкратце напомню, что качество связи зависит от трех факторов: покрытия, емкости и качества самой сети. Грубо говоря, покрытие - это то, куда «добивает» сигнал базовой станции, емкость - способность сети принимать большее количество звонков и/или передавать больший объем данных (кстати, это главная выгода от внедрения сетей 4G, позволяющая нарастить емкость и использовать большее количество частот - это своя отдельная проблема , связанная в том числе с перераспределением частот и технологической нейтральности).
Биллинг
Говоря о мобильной связи, о том как она работает и откуда могут возникнуть проблемы у пользователей, нельзя не затронуть вопрос биллинга. Технически это программное обеспечение определяющее тариф абонента, учитывающий все, включенные в него затраты пользователя, и рассчитывающее его баланс на счету. Оно интегрированно в сеть оператора и при совершеннии какого-либо действия со стороны абонента (вызов, SMS, доступ в интернет) сначала проверяет может ли пользователь совершить это действие, затем либо разрешает системе предоставить абоненту запрашиваемую услугу, либо выдает ему сообщение почему это действие выполнить нельзя (например, не хватает средств на счету). Все эти многочисленные операции происходят мгновенно и незаметно для пользователя, но для общего понимания того как работает мобильная связь, знать об этом стоит.
Как работает биллинг нам объяснил Константин Жилин, руководитель Департамента эксплуатации телекоммуникационных сетей оператора lifecell: «Для того, чтобы сделать звонок, сервер определяет триггер: что нужно сделать, чтобы дать абоненту возможность звонить. Триггером может быть «проиграй какую-то мелодию», иногда это триггер «иди сходи проверь тарификацию». Для того, чтобы абонент сделал звонок, биллинговой системе сначала нужно запросить есть ли достаточно средств у абонента для того, чтобы сделать звонок. Биллинговая система смотрит счет абонента и отвечает: «пожалуйста, разрешаю сделать звонок такой-то длительности». И только после этого происходит подключение трафика, маршрутизации и так далее. После того, как абонент использовал эту квоту звонка, например, 150 секунд, биллинг снова делает запрос разрешения и проверяет остаток денег на счету. Квота выдается исходя из среднестатистического времени совершения звонка и остатка денег на счету и исчисляется в минутах».
Само снятие денег со счета (сакральный момент) происходит по окочанию звонка, когда биллинг запрашивает систему об окончательной длительности звонка и тарифицирует его по фактической продолжительности, а не по объему выделенной квоты. С точки зрения биллинговой системы смена тарифного плана абонента просто означает замена в каталоге продуктов оператора одного пункта на другой. В продуктовом плане для биллинга есть список доступных абоненту услуг, часть из которых являются базовыми (и предоставляемых в рамках тарифного плана без дополнительной платы), а часть - дополнительными и, соответственно, оплачиваемыми отдельно. Если изменяется одно либо другое, значит для биллинга что-то бесплатное становится платным или наоборот. Либо меняется стоимость какой-то конкретной услуги. Так это работает. Все разговоры про воровство операторами денег на самом деле является распространенным заблуждением. Что не отменяет активной маркетинговой деятельности большинства операторов. Но что-то украсть у абонента невозможно физически.
Как говорится, знание - сила, поэтому во всех спорных случаях нужно внимательно читать условия своего тарифного плана и не стесняться уточнять все вопросы у оператора. Сотрудники кол-центров стрессоустойчивы, проходят специальные треннинги и всегда готовы спокойно выслушать абонента и постараться помочь ему. Об этом подробнее мы еще поговорим как-нибудь в следующий раз.
Тем, кто хочет знать больше
Операторы используют свои собственные жаргонные словечки, которые нам показались забавными и стоящими вашего внимания:
- «кастрюлька» - радиорелейная антенна, имеющая круглую форму и предназначенная для связи двух базовых станций между собой по радиоканалу
- «греть воздух » - работать вхолостую, так говорят, когда дорогостоящее оборудование не использует свои возможности полностью, имеет избыточную емкость сети и, соответсвенно, не приносящее ожидаемого дохода для оператора
- «кабинет» - шкаф мобильной базовой станции с оборудованием: шасси с приемо-передатчиком (вмещает в себя до 4 полок, на которых размещается до 12 приемо-передатчиков) и «мозги» базовой станции - электроника, обеспечивающая работу самой сети
Для того что бы узнать устройство телефона, узнать принцип работы GSM мобильной связи написан этот обзор.
Показать ещё
Далее, можно найти и почитать об устройстве сотового телефона и его основных функциональных узлов. Найти схемы мобильных устройств. Узнать принцип работы мобильного телефона и схемы работы канала GSM. Конструкция и схемотехника телефонных аппаратов сотовой связи стандарта GSM.
Запасные части и ремонт мобильных телефонов.
Магазин запчастей и комплектующих для телефона, планшета, смартфона
radiomaster.net - еще один интернет сервис предоставляющий для загрузки на компьютер или телефон схем устройства телефона и инструкций для простых и мобильных телефонов и другой техники. Схемы мобильных телефонов скачиваются с сайта бесплатно, без рекламы и смс, напрямую с этого сайта. На момент написания обзора скачать бесплатно схемы для сотовых телефонов, можно для более чем 600 моделей мобильных устройств.
market.yandex.ru - поиск и покупка запасных частей для мобильных и сотовых телефонов через не заменимую службу Яндекс.Маркет. Как всегда для пользователей сервиса удобная сортировка и поиск частей телефона по цене и ближайшему расположению магазина запасных частей для сотового телефона.
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. 
Вряд ли возможно сегодня найти человека, который бы никогда не пользовался сотовым телефоном. Но каждый ли понимает, как работает сотовая связь? Как устроено и работает то, к чему мы все давно привыкли? Передаются ли сигналы от базовых станций про проводам или все это действует как-то иначе? А может быть вся сотовая связь функционирует лишь за счет радиоволн? На эти и другие вопросы попробуем дать ответ в нашей статье, оставив описание стандарта GSM за ее рамками.
В момент, когда человек пытается совершить вызов со своего мобильного телефона, или когда начинают звонить ему, телефон посредством радиоволн подключается к одной из базовых станций (наиболее доступной), к одной из ее антенн. Базовые станции можно наблюдать то там, то тут, взглянув на дома наших городов, на крыши и на фасады промышленных зданий, на высотки, наконец на специально возведенные для станций мачты красно-белого цвета (особенно вдоль автострад).
Станции эти выглядят как прямоугольные коробки серого цвета, из которых в разные стороны торчат разнообразные антенны (обычно до 12 антенн). Антенны здесь работают как на прием, так и на передачу, и принадлежат они оператору сотовой связи. Антенны базовой станции направлены во всевозможные стороны (сектора), чтобы обеспечить «покрытие сетью» абонентам со всех сторон на расстоянии до 35 километров.
Антенна одного сектора в состоянии обслуживать одновременно до 72 звонков, и если антенн 12, то представьте себе: 864 звонка способна в принципе обслужить одна крупная базовая станция одновременно! Хотя обычно ограничиваются 432 каналами (72*6). Каждая антенна соединена кабелем с управляющим блоком базовой станции. А уже блоки нескольких базовых станций (каждая станция обслуживает свою часть территории) присоединяются к контроллеру. К одному контроллеру присоединяется до 15 базовых станций.
Базовая станция в принципе способна функционировать на трех диапазонах: сигнал 900 МГц лучше проникает внутрь зданий и сооружений, распространяется дальше, поэтому именно данный диапазон часто используют в деревнях и на полях; сигнал на частоте 1800 МГц распространяется не так далеко, но на одном секторе устанавливают больше передатчиков, поэтому в городах ставят чаще именно такие станции; наконец 2100 МГц — это сеть 3G.
Контроллеров, конечно, в населенном пункте или районе, может быть несколько, поэтому контроллеры, в свою очередь, присоединяются кабелями к коммутатору. Задача коммутатора — связать сети операторов мобильной связи друг с другом и с городскими линиями обычной телефонной связи, междугородной связи и международной связи. Если сеть небольшая, то достаточно одного коммутатора, если крупная — используются два и более коммутаторов. Коммутаторы объединяются между собой проводами.
В процессе перемещения человека, разговаривающего по мобильнику, по улице, например: идет он пешком, едет в общественном транспорте, или передвигается на личном авто, - его телефон не должен ни на мгновение потерять сеть, нельзя оборвать разговор.
Непрерывность связи получается благодаря способности сети базовых станций очень оперативно переключать абонента с одной антенны на другую в процессе его перемещения от зоны действия одной антенны — в зону действия другой (от соты к соте). Абонент сам не замечает, как перестает быть связан с одной базовой станцией, и подключен уже к другой, как переключается от антенны — к антенне, от станции — к станции, от контроллера — к контроллеру…
При этом коммутатор обеспечивает оптимальное распределение нагрузки по многоуровневой схеме сети, чтобы снизить вероятность выхода оборудования из строя. Многоуровневая сеть строится так: сотовый телефон — базовая станция — контроллер — коммутатор.
Допустим, мы совершаем вызов, и вот сигнал уже добрался до коммутатора. Коммутатор передает наш звонок в сторону абонента назначения — в городскую сеть, в сеть международной или междугородней связи, либо на сеть другого мобильного оператора. Все это происходит очень быстро с использованием высокоскоростных оптоволоконных кабельных каналов.
Далее наш звонок поступает на коммутатор, что расположен на стороне принимающего звонок (вызываемого нами) абонента. В «приемном» коммутаторе уже есть данные о том, где находится вызываемый абонент, в какой зоне действия сети: какой контроллер, какая базовая станция. И вот, с базовой станции начинается опрос сети, находится адресат, и на его телефон «поступает вызов».
Вся цепочка описанных событий, с момента набора номера до момента раздавшегося на принимающей стороне звонка, длится обычно не более 3 секунд. Так мы можем сегодня звонить в любую точку мира.
Андрей Повный