Мобильная связь. Как работает сотовая связь Как работает базовая станция сотовой связи

Связь называют мобильной, если источник информации либо её получатель (или оба) перемещаются в пространстве. Радиосвязь с момента возникновения была мобильной. Первые радиостанции предназначались для связи с подвижными объектами – кораблями. Ведь один из первых приборов радиосвязи А.С. Попова был установлен на броненосце «Адмирал Апраксин». И именно благодаря радиосвязи с ним удалось зимой 1899–1900 гг. спасти этот корабль, затёртый во льдах в Балтийском море.

Долгие годы для осуществления индивидуальной радиосвязи между двумя абонентами требовался свой отдельный канал радиосвязи, работающий на одной частоте. Одновременную радиосвязь по многим каналам можно было бы обеспечить, выделив каждому каналу определённую полоску частот. Но ведь частоты нужны и для радиовещания, телевидения, радиолокации, радионавигации, военных нужд. Поэтому и число каналов радиосвязи было весьма ограничено. Она использовалась для военных целей, правительственной связи. Так, в автомобилях, которыми пользовались члены политбюро ЦК КПСС, были установлены телефоны мобильной связи. Устанавливалась они в полицейских машинах и радиотакси. Для того чтобы мобильная связь стала массовой, понадобилась новая идея её организации.

Каждая сота должна обслуживаться базовым радиопередатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это даёт возможность повторно использовать ту же частоту в других сотах. Во время разговора сотовый радиотелефон соединён с базовой станцией радиоканалом, по которому передаётся телефонный разговор. Размеры соты определяются максимальной дальностью связи радиотелефонного аппарата с базовой станцией. Эта максимальная дальность является радиусом соты.

Идея мобильной сотовой связи состоит в том, что, ещё не выйдя из зоны действия одной базовой станции, мобильный телефон попадает в зону действия любой соседней вплоть до наружной границы всей зоны сети.

Для этого созданы системы антенн-ретрансляторов, перекрывающих свою «соту» – область поверхности Земли. Чтобы связь была надежной, расстояние между двумя соседними антеннами должно быть меньше радиуса их действия. В городах оно составляет около 500 м, а в сельской местности – 2-3 км. Мобильный телефон может принимать сигналы сразу от нескольких антенн-ретрансляторов, но настраивается он всегда на самый мощный сигнал.

Идея мобильной сотовой связи заключалась ещё и в применении компьютерного контроля за телефонным сигналом от абонента, когда он переходит от одной сотовой ячейки к другой. Именно компьютерный контроль позволил в течение всего лишь тысячной доли секунды переключать мобильный телефон с одного промежуточного передатчика на другой. Всё происходит так быстро, что абонент просто этого не замечает.

Центральной частью системы мобильной связи являются компьютеры. Они отыскивают абонента, находящегося в любой из сот, и подключают его к телефонной сети. Когда абонент перемещается из одной ячейки в другую, они передают абонента с одной базовой станции на другую, а также подключают абонента из «чужой» сотовой сети к «своей», когда он оказывается в зоне её действия, – осуществляют роуминг (что по-английски означает «странствие» или «бродяжничество»).

Эксплуатация первой в Европе системы сотовой связи стандарта NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), предназначенной для работы в диапазоне 450 МГц, началась в 1981 г. в Швеции, Исландии, Дании, Норвегии, Финляндии и Саудовской Аравии. Затем началась эксплуатация систем связи того же типа в странах Европы и Юго-Восточной Азии. В 1985 г. на базе этого стандарта был разработан стандарт NMT-900 диапазона 900 МГц, позволивший увеличить абонентскую ёмкость системы связи. Подобные стандарты были введены в США, Франции и Великобритании.

Однако все эти стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи. В них используется аналоговый способ передачи информации с помощью частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции, как в обычных радиостанциях. Этот способ имеет ряд существенных недостатков, главными из которых являются возможность прослушивания разговоров другими абонентами и невозможность борьбы с замиранием сигналов при передвижении абонента и под влиянием ландшафта и зданий. Перегруженность частотных диапазонов вызывала помехи при разговорах.

Поэтому к концу 1980-х гг. началось создание второго поколения систем сотовой связи, основанных на базе цифровых методов обработки сигналов. В 1990 г. был разработан стандарт GSM-900 для диапазона 900 МГц, который расшифровывается как Global System for Mobile Communications. А в 1991 г. на основе GSM был разработан стандарт для диапазона 1800 МГц. Подобные стандарты были приняты в США и Японии.

В России аналоговые системы сотовой связи на основе стандарта NMT-450 появились с опозданием на 10 лет, но зато цифровые системы на основе стандарта GSM – с опозданием только на три года. Стандарты NMT и GSM утверждены в нашей стране в качестве федеральных. В Москве активнее всего развиваются сотовые сети на основе цифрового стандарта GSM, а в регионах – аналоговые сети. Системы стандарта GSM в России наиболее активно продвигают на рынке три оператора – МТС, «Билайн» и «МегаФон». Сегодня на основе этого стандарта работают уже более 70 % всех сотовых телефонов в мире. России пошло на пользу опоздание с внедрением сотовой связи. У нас был сразу принят цифровой стандарт GSM. Многие современные сотовые телефоны оснащены возможностью высокоскоростного доступа в Интернет по стандарту GPRS (General Packet Radio Service).

Персональная сотовая мобильная связь пользуется всё большей популярностью, особенно у молодёжи. Общее число её пользователей в мире превышает 600 млн абонентов.

Важным преимуществом мобильной сотовой связи является возможность пользоваться ею вне общей зоны своего оператора – роуминг. Для этого различные операторы договариваются между собой о взаимной возможности пользования своим зонами для пользователей. Абонент, покидая общую зону своего оператора, автоматически переключается на зоны других операторов даже при перемещении из одной страны в другую, например, из России в Германию или во Францию. Либо, находясь в России, пользователь может звонить по сотовой связи в любую страну. Таким образом, сотовая связь обеспечивает пользователю возможность связываться по телефону с любой страной, где бы он ни находился.

6.3.1. Организация сотовой сети

Сотовые телефоны перестали быть роскошью и производственной необходимостью. Они входят в нашу повседневную жизнь, активно изменяя как стиль, так и содержание наших будней. Основная идея организации сотовой телефонной сети предельно проста. Вся обслуживаемая территория разбивается на кусочки-соты, в которых имеются базовые станции, соединяющие мобильные телефоны между собой и с внешним миром. На карте такая сеть мобильной связи напоминает пчелиные соты, откуда и пошло название этого вида телекоммуникации. Телефоны в соседних сотах не мешают друг другу, потому что работают на разных частотах, а вот отстоящие более чем на соту просто не слышат друг друга благодаря тому, что земля круглая, и радиоволны, распространяясь, затухают.

Базовая станция с антеннами и трубка в руках абонента всегда находятся недалеко друг от друга и работают на минимальных мощностях, поэтому телефон становится поистине мобильным, компактным и лёгким. Между собой базовые станции соединяются высокоскоростной линией связи, по которым наши разговоры и приходят к сотовому оператору. Собравшись на головной сотовой станции, все звонки тарифицируются и коммутируются с адресатами. Естественно, что сотовые операторы имеют выход на телефонную сеть общего пользования, и звонок, если он проходит вне данной сети, начинает своё путешествие по земным линиям связи.

Благодаря единому управлению при переходе из соты в соту телефон автоматически передаётся на обслуживание новой базовой станции. Процесс передачи обслуживания сопровождается сменой рабочей частоты и занимает некоторое время, практически незаметное при разговоре.

Мобильный телефон не имеет постоянной прописки, и ему приходится периодически регистрироваться в сети, соответственно, сотовый оператор даже при роуминге (т.е. когда его абонент путешествует по чужой территории) знает, где именно находится выходящий на связь аппарат, и при запросе подтверждает платёжеспособность хозяина телефона.

6.3.2. Аналоговые стандарты сотовой связи

Имея много общего, системы сотовой связи существенно отличаются друг от друга и, в первую очередь, по тому аналоговую или цифровую форму передачи информации они используют. Сначала все системы были аналоговыми, а аппараты очень похожими на обычные связные рации. Наиболее широко распространились по миру две такие системы: американская AMPS (Advanced Mobile Phone Service) и европейская NMT (Nordic Mobile Telephone). Сегодня они по-прежнему успешно работают на обширных территориях малонаселённых районов крупных стран, когда плотность звонящих невелика. Эти стандарты имеют ограниченную ёмкость и не позволяют более чем полусотне человек одновременно выходить на связь в пределах одной соты.

AMPS работает в диапазоне 800 МГц, NMT-450 – соответственно, вблизи 450 МГц, а активно используемый сегодня в скандинавских странах NMT-900 – около 900 МГц. В NMT максимальный радиус соты может равняться 40 км, в AMPS он не более 20 км. Выходная мощность мобильных трубок в NMT-450 достигает 2-3 Вт, в AMPS не превышает 0,6 Вт, для стационарных и автомобильных вариантов в NMT-450 она может доходить до 15 Вт, а у базовой станции – 50–100 Вт.

Звуковой сигнал в аналоговых сетях не подвергается существенной обработке, и задержка связи составляет всего несколько десятков миллисекунд при местных звонках. Соответственно, звучание человеческого голоса в таких телефонах выглядит наиболее естественно и привычно. Характерные для аналоговых сетей шумы и помехи во многом похожи на типичные для проводных телефонов шорохи и трески.

В аналоговых сотовых системах вопрос конфиденциальности телефонных переговоров полностью открыт, и любопытные конкуренты могут свободно слушать интересующие их разговоры, не только сидя в машине под окнами офиса, но и находясь за пару кварталов от объекта наблюдения. Более того, практически сразу появились «усовершенствованные» модели аналоговых телефонов, способные перехватывать идентификационные номера законных пользователей сотовых сетей. Причём нелегальные аппараты, звонящие за чужой счёт, были довольно-таки интеллектуальны, и, прежде чем выйти в эфир, проверяли, не находится ли тот, кто за них платит, на связи.

Воровство так распространилось в мире аналоговой сотовой связи, что изготовителям оборудования пришлось срочно усложнять процедуру опознания своих абонентов. И сегодня проблема двойников, по крайней мере в NMTi, решена. Однако возможность прослушивания даже при включении «шифрования» осталась.

Роуминг в сотовых сетях возможен только в пределах выбранного вами стандарта, поскольку телефоны, работающие в разных стандартах, принципиально несовместимы. Там же, где есть нужная сеть, имеет место так называемый полуавтоматический роуминг, требующий участия владельца для выбора нужного кода страны.

Телефоны стандарта NMT ещё совсем недавно были существенно крупнее своих собратьев по сотовой связи, но сегодня благодаря успехам электроники только выдвижная антенна порой выдаёт тот факт, что это аппарат аналогового стандарта.

В США очень быстро столкнулись с тем, что аналоговый стандарт не может обеспечить связью всех желающих. И новый почти полностью цифровой стандарт D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service), пришедший на смену AMPS, при прежнем максимальном радиусе соты 20 км повысил число одновременно идущих в соте разговоров до трёхсот. Это был шаг, существенно улучшивший конфиденциальность телефонных разговоров и снявший проблему двойников. Переход к цифре, естественно, немного сказался на качестве речи. Данный стандарт позволяет вполне спокойно обеспечивать стабильной мобильной связью не слишком плотно расположенных абонентов. Он не стал международным стандартом, поэтому, путешествуя с таким телефоном по миру, далеко не везде удастся выйти на связь.

В мире было разработано и внедрено 9 аналоговых стандартов, работавших на разных частотах и не совместимых друг с другом. Сейчас успешно работают два из них: скандинавский NMT и американский AMPS, причём оба используются и в нашей стране.

6.3.3. Эволюция к цифровым стандартам

Цифровых стандартов с возможностью организации сот радиусом от 0,5 до 20–30 км сегодня 4: американские D-AMPS и CDMA, глобальный общеевропейский GSM и сугубо японский JDC (Japan Digital Cell).

Первопроходцам всегда труднее, и сегодня, чтобы удержаться на плаву, сотовым операторам, работающим в NMT и D-AMPS, приходится не только снижать цены, но и предлагать услуги, которых изначально данные стандарты не предполагали. Автодозвон, определение номера, голосовая почта, конференц-связь, передача данных и даже работа в Internet сегодня стали доступны не только современным цифровым стандартам.

Широкая популярность сотовых сетей заставила разработчиков всерьёз задуматься об увеличении их ёмкости и стандартизации в рамках всей планеты. Поскольку только при унификации телефонов можно спокойно путешествовать по всему миру, оставаясь на связи благодаря услугам автоматического роуминга. К этому времени, началу 90-х гг., уже было ясно, что решение этих двух задач возможно только при переходе к цифровым способам передачи речи и управления связью.

Разработкой общемирового стандарта занялись как в Европе, так и в Америке. Старый и Новый свет пошли немного разными путями, и в итоге имеется два стандарта, работающих не только на разных частотах, но и использующих принципиально разные способы разделения одновременно звонящих абонентов. Американцы в той же полосе частот, где работали раньше AMPS и D-AMPS, с 1995 г. начали внедрение CDMA (Code Division Multiple Access). При прежнем размере сот и той же базовой инфраструктуре переход к новому стандарту увеличил количество одновременно звонящих в соте до тысячи, повысил экономичность аппаратов, существенно улучшил конфиденциальность переговоров и исключил проблему двойников.

Каждый CDMA-телефон имеет свой индивидуальный идентификационный номер, и поменять аппарат без участия сотового оператора просто невозможно. Видимо, в том числе и поэтому пока не поступало сообщений о клонировании (т.е. дублировании) такого типа телефонов. Записная книжка с номерами и ваш личный органайзер оказываются в неотъемлемой памяти телефона, и, меняя телефон, придётся перезаписывать всю полезную информацию.

Цифровые системы очень большое внимание уделяют кодированию речи, потому что без сжатия информационного потока цифровые системы не получат преимущества по количеству обслуживаемых абонентов. Вычислительные возможности телефонного микрокомпьютера, отвечающего за кодирование и декодирование речи, далеки от любого Pentium, и поэтому впору не сетовать на качество передачи речи в цифровых системах мобильной связи, а восхищаться тем, что голоса самых разных народов мира передаются столь узнаваемым образом.

6.3.4. CDMA и GSM

CDMA имеет на сегодня наибольшую скорость передачи данных (14,4 кбит/с) и достаточно хорошее качество звука. Аппараты, работающие в этом стандарте, вполне миниатюрны и достаточно долго удерживаются на связи. Этот стандарт сегодня широко распространён в Северной Америке и Южной Корее. В нашей стране также есть операторы, выбравшие данный стандарт, однако распространённость таких сетей пока невелика, и потенциальный роуминг сильно ограничен (а в ситуации, когда данная связь лицензирована только как беспроводная, и законодательно невозможен).

Наиболее популярным типом сотовой связи сегодня, безусловно, является GSM (Global System for Mobile Communications). Этот европейский цифровой стандарт глобальной мобильной связи, стартовав в 1991 г. в Европе, сегодня де-факто стал самым популярным стандартом в мире. Он очень быстро распространяется по нашей планете, и сегодня почти во всех странах, имея в руках GSM-телефон, можно спокойно звонить и отвечать на звонки, как будто вы находитесь дома. GSM был разработан с учётом многолетнего опыта эксплуатации сотовых сетей, ориентирован на всеобщее применение и допускает существенную модификацию без изменения основных функций.

В GSM радиус соты может достигать 35 км, и возможно до тысячи одновременных звонков. Максимальная импульсная мощность мобильных трубок не превышает 1 Вт, хотя для стационарных и автомобильных вариантов телефонов она может доходить и до 20 Вт. Аппараты этого стандарта на сегодня наиболее миниатюрны и дольше всех удерживаются на связи и в состоянии ожидания звонка.

Цифровые системы связи обеспечивают чистое и без помех звучание, лишь немного искажая тембр и интонационную окрашенность речи. Только при слабых уровнях сигнала и неустойчивой связи возможна ситуация, когда телефон как бы глотает кусочки слов. Выигрыш в выходной мощности и пропускной способности при переходе к цифре столь существенны, а разборчивость речи страдает так мало, что однозначно можно простить телефонам цифровую обработку человеческого голоса.

При разговоре мы примерно половину времени молчим, слушая собеседника. Цифровые системы активно используют это обстоятельство, почти полностью выключая передатчик в паузах речи, стараясь не засорять понапрасну эфир и экономя батарею. А чтобы не было звенящей тишины в ушах говорящего, телефон в это время подаёт в динамик «комфортный шум», напоминающий типичные звуки на том конце «провода».

Эфирное подслушивание GSM-переговоров затруднено, здесь разработчики постарались от души. И дело не только в сложном виде используемых сигналов и закрытости алгоритмов шифрования, но и в том, что процедура кодирования всё время меняется, и каждый новый звонок имеет свой ключ.

Интересным шагом в борьбе за плотность звонящих было введение GSM 1800, существенно увеличившее пропускную способность за счёт перехода к более мелким сотам и расширению диапазона частот. Судя по опыту эксплуатации таких сетей в крупнейших мегаполисах, этот шаг полностью снимает проблему перегрузки сети даже при поголовной «мобилизации» населения.

Во всём мире GSM работает на частоте 900 и 1800 МГц, но только не в Америке. Федеральная комиссия по радиосвязи сочла свободным и продала операторам лишь небольшой участок спектра в районе 1900 МГц, и тут же возник американский GSM 1900. Причём в этом диапазоне могут работать как GSM, так и CDMA и даже D-AMPS-сотовые операторы. Сегодня выпускаются не только «всемирные» телефоны, работающие на 1800 и 1900 МГц, но и воистину всеядные «трёхбендовые», умеющие выходить на связь во всех трёх GSM-диапазонах.

Сотовые сети и Internet во многом похожи друг на друга, и неслучайно почти все телефоны GSM имеют WAP-броузеры и активно обсуждаются проекты нового всемирного стандарта сотовой связи, который будет иметь существенно большую скорость передачи данных и обеспечивать вполне комфортную работу во всемирной паутине благодаря более широкой рабочей полосе и увеличенный по отношению к GSM и CDMA темп передачи речи, изображений и данных. Сегодня такая надстройка над GSM в виде GPRS-технологии уже освоена обоими московскими операторами и достигнута скорость 40,2 кбит/с на приём.

В GSM-телефонах используется сменный модуль, отвечающий за идентификацию абонента, – так называемая SIM-карта (Subscribe Identity Module). Эта маленькая микросхема не только отвечает за то, чтобы никто не звонил за ваши деньги, но и содержит обширную память, способную хранить до 255 номеров и имён ваших знакомых. Соответственно, переставив SIM-карту из одного телефона GSM в другой, переносишь не только записную книжку, но и свой телефонный номер, на который теперь будет отзываться фактически уже другой телефон.

Персонализация средств связи идет быстрыми темпами, и сегодня уже можно смело переходить от понятия «рабочий» и «домашний» телефон к понятию «личный индивидуальный телефонный номер», который всегда при вас. Наиболее логичным решением этой задачи является применение SIM-карт. Универсальность этой маленькой микросхемы позволяет использовать её во всех новых, готовых к запуску и разрабатываемых как сотовых, так и спутниковых системах связи.

Спектр услуг, предоставляемых сегодня операторами GSM, наиболее обширен, и он непрерывно пополняется. Короткие текстовые сообщения SMS (Short Message Servic) и возможность работы в Internet прямо с клавиатуры телефона, используя WAP-броузер, передача данных и факсов (скорость 9,6 кбит/с), конференц-связь и переадресация звонков, информационные услуги (цены, погода, адреса, телефоны) и формирование различных групп пользователей – это далеко не полный перечень тех возможностей, которые получает хозяин телефона GSM.

Раздел сотовых стандартов уже завершён, и почти все операторы выбирали какой-то один тип связи. У нас в стране сегодня работает несколько десятков сотовых операторов, обслуживающих почти два миллиона пользователей. Московский оператор «Би Лайн», развернув свою сеть D-AMPS, не стал внедрять в том же диапазоне CDMA, а занялся европейским GSM 1800. Другой столичный оператор МТС начал с работы в GSM 900, а сейчас они оба делают основную ставку на двухдиапазонный GSM 900/1800. Старейшая российская сотовая сеть МСС вместе с СОТЕЛ по-прежнему продолжает охватывать необъятные просторы нашей Родины стандартом NMT-450i, подумывая о цифровизации. Региональные операторы успешно осваивают все стандарты сотовой связи, включая CDMA. Московская сеть СОНЕТ выбрала CDMA пока в стационарном, но в перспективе, естественно, в мобильном виде.

И если операторы предоставляют услуги в разных стандартах, то производители стараются максимально расширить возможности сотовых телефонов, делая их всё более функциональными и многостандартными. Объединение в одном корпусе спутникового, сотового и офисного радиотелефона сегодня идёт полным ходом, и в XXI в. будет вполне реально в пустыне звонить по спутниковому каналу, в городе – по сотовому, а в офисе – по местной радио-АТС, и всё это будет происходить по одному аппарату и единому личному номеру владельца телефона.

Ведущие компании-производители сотовых телефонов ориентируются на единый европейский стандарт – GSM. Именно поэтому их аппаратура технически совершенна, но относительно недорога. Ведь они могут позволить себе выпускать огромные партии телефонов, находящих сбыт.

Удобным дополнением к сотовому телефону стала система коротких сообщений SMS (Short Message Service). Она используется для передачи коротких сообщений прямо на телефон современной цифровой системы GSM без применения дополнительного оборудования, только с помощью цифровой клавиатуры и экранчика-дисплея сотового телефона. Приём SMS-сообщений производится также на цифровой дисплей, которым оснащён любой сотовый телефон. SMS можно использовать в тех случаях, когда обычный телефонный разговор не является самым удобным видом связи (например, в шумном переполненном поезде). Можно послать знакомому по SMS свой номер телефона. Из-за низкой стоимости SMS является альтернативой телефонному разговору. Максимальная величина SMS-сообщения составляет 160 символов. Посылать его можно несколькими способами: звонком в специальную службу, а также с помощью своего телефона GSM с функцией отправки, с помощью Интернета. Система SMS может обеспечивать дополнительные услуги: посылать на Ваш телефон GSM курс валют, прогноз погоды и т.д. По существу, телефон GSM с системой SMS является альтернативой пейджеру.

Но и система SMS – не последнее слово в сотовой связи. В наиболее современных сотовых телефонах (например, фирмы Nokia) появилась функция Chat (в русской версии – «диалог»). С её помощью можно общаться в режиме реального времени с другими владельцами сотовых телефонов, как это делается в Интернете. По существу, это новый вид обмена посланиями SMS. Для этого вы составляете послание своему собеседнику и отправляете его. Текст вашего послания появляется на дисплеях обоих сотовых телефонов – вашего и вашего собеседника. Потом он вам отвечает и на дисплеях высвечивается его послание. Таким образом, вы ведёте электронный диалог. Но если сотовый телефон вашего собеседника не поддерживает данную функцию, то он будет получать обычные SMS-сообщения.

Появились и сотовые телефоны с поддержкой высокоскоростного доступа в Интернет через GPRS (General Packet Radio Service) – стандарт пакетной передачи данных по радиоканалам, при котором телефону не нужно «дозваниваться»: аппарат постоянно поддерживает соединение, отправляет и принимает пакеты данных. Выпускаются и сотовые телефонные аппараты со встроенной цифровой фотокамерой.

По данным исследовательской компании Informa Telecoms & Media (ITM), число пользователей мобильной связи в мире в 2007 г. составляет 3,3 млрд чел.

Наконец, самые сложные и дорогие аппараты – это смартфоны и коммуникаторы, сочетающие возможности сотового телефона и карманного компьютера.

6.3.5. Технологии передачи сообщений Short Message Service (SMS)

Short Message Service (SMS) на сегодняшний день является самым распространённым и используемым способом отправки и получения коротких сообщений посредством мобильной связи стандарта GSM. SMS хорошо себя зарекомендовал как средство коммуникаций в направлении человек – человек и при отправке сообщений, носящих преимущественно информационный характер, от сервера к абоненту и между серверами.

Работа SMS обеспечивается за счёт SMS-центра (Short Message Service Center или SMSC), который выступает в качестве банка данных, где хранятся сообщения, и движущего средства, переправляющего их дальше. Короткие сообщения пересылаются по тому же каналу сотовой сети, что и телефонные звонки. А в случае сети, обеспечивающей пакетную передачу данных, сообщения могут отправляться даже непосредственно во время разговора по телефону.

В спецификациях к стандартным коротким сообщениям указано, что оно не может превышать 160 знаков. Теоретически, сообщение может быть в 255 раз больше, но, к сожалению, ни один из существующих телефонных аппаратов не сможет сохранить такое количество информации. В среднем их память рассчитана всего лишь на четыре полных сообщения.

6.3.6. Multimedia Message Service (MMS)

MMS относится к новому поколению решений для мобильных сообщений. До сих пор окончательно не стандартизированный этот сервис обещает добавить телефонам множество функций, которые не может обеспечить EMS.

Стандарт MMS предназначен для сетей GPRS, которые в отличие от более простого GSM обладают постоянным подключением к сети, более высокой пропускной способностью и возможностью пакетной передачи данных, что в совокупности с более мощными устройствами и обеспечивает переход к мультимедийным сообщениям.

Работа MMS основана на стандартах SMS и e-mail. Он включил в себя лучшее от обеих систем, и в результате получился «гибридный» стандарт, оптимизированный для использования с мобильными устройствами. Это позволяет упростить процесс интеграции с существующими системами, приложениями и, главное, пользователями. Одним из достоинств нового стандарта является то, что при отправке сообщения могут быть использованы как номера телефонов, так и адреса электронной почты.

Стандарт Multimedia Message Service позволяет включать в сообщение текст, картинки в формате JPEG, сжатые посредством кодировщика AMR аудиофайлы, SMS-сообщение, спрятанное внутри MMS.

В будущем MMS планируется добавить поддержку видеоформатов и различные «надбавки», например Synchronised Multimedia Integration Language (SMIL), которая позволит представлять медиаданные в структурированной форме.

Так же, как и SMS требует наличие некоего сервис-центра для хранения и отправки сообщений, для работы MMS необходим сервис-центр для управления потоком мультимедийных сообщений.

MMS-центр (в документации он называется MMS Relay/Server) отвечает за следующий набор задач:

Получение и отправка медиасообщений с и на мобильные устройства;

Конвертирование медиа-форматов в зависимости от возможностей телефонного аппарата, на которое отправляется сообщение;

Генерация информации о счёте;

Получение и доставка сообщений с и на зарубежные MMS-центры;

Получение и доставка сообщений с и на внешние системы, например электронную почту;

Получение и доставка сообщений внешним провайдерам, обеспечивающим дополнительные услуги.

Полезные услуги и сервисы, которые можно подключить вместе с тарифом или уже в процессе использования

Перенос минут, Гб и SMS на следующий месяц

Переносятся неиспользованные в текущем расчётном периоде остатки основных пакетов минут, SMS и Гб, включенных в ежемесячную плату. Перенесенные остатки можно использовать в течение следующего расчетного периода. В первую очередь расходуются перенесенные остатки минут, SMS и Гб, далее - пакеты услуг, включенные в тарифный план. Перенос возможен только при своевременном внесении ежемесячной платы, установленной для вашего тарифного плана.

Не доступно на тарифных планах «Целая история», «Семейная история» и «Бесконечная история»

Обмен минут на ГБ

Получайте больше интернета, меняя неиспользованные минуты из пакета на дополнительные гигабайты.

Обменять можно минуты:

Основного пакета, включенного в тариф;

Полученные в рамках переноса остатков.

Курс обмена:

1 минута = 10,24 МБ;
10 минут = 102,4 МБ;
100 минут = 1 ГБ

Услуга бесплатна, но предоставляется только при условии списания абонентской платы, установленной для подключенного тарифа.

Услуга не предоставляется в момент действия опций «Добавь трафик»/ «500МБ+»

В первую очередь расходуется интернет-трафик из перенесенного пакета, после его исчерпания – из основного пакета интернет-трафика.

Объем интернет-трафика, полученный в обмен на минуты, на следующий расчетный период переносится, но не более чем в двухкратном размере объема основного пакета, предоставленного согласно условиям тарифного плана. При смене тарифного плана неизрасходованный интернет-трафик сгорает.

Воспользоваться услугой можно на всей территории России, за исключением Республики Крым и г. Севастополь.

Не доступна на тарифных планах: "Новая история. В сети", "Целая история", "Семейная история"; "СУПЕРСИМКА S", "Для безлимита" и "Бесконечная история", включая архивные.

Узнать количество доступных для обмена минут *108# Посмотреть историю обмена минут *108*0# Обменять минуты на ГБ *108*количество минут#

Городской номер без доплаты

Доступно в тарифах «Семейная история», «Целая история» и «Бесконечная история»

Связь называют мобильной, если источник информации либо ее получатель (или оба) перемещаются в пространстве. Радиосвязь с момента возникновения была мобильной. Выше, в третьей главе показано, что первые радиостанции предназначались для связи с подвижными объектами–кораблями. Ведь один из первых приборов радиосвязи А.С. Попова был установлен на броненосце «Адмирал Апраксин». И именно благодаря радиосвязи с ним удалось зимой 1899–1900 годов спасти этот корабль, затертый во льдах Балтийского моря. Однако в те годы эта «мобильная связь» требовала громоздких приемопередающих устройств радиосвязи, что не способствовала развитию столь необходимой индивидуальной радиосвязи даже в Вооруженных силах, не говоря уже о частных клиентах.

17 июня 1946 года в Сент Луисе, США, лидер телефонного бизнеса компания AT&T и Southwestern Bell запускают первую радиотелефонную сеть для частных клиентов. Элементной базой аппаратуры являлись ламповые электронные приборы, поэтому аппаратура была очень громоздкой и предназначалась только для установки в автомобилях. Вес оборудования без источников электропитания составлял 40 кг. Несмотря на это, популярность мобильной связи стала стремительно расти. Это создало новую, более серьезную, чем массогабаритные показатели проблему. Увеличение количества радиосредств, при ограниченном частотном ресурсе приводило к сильным взаимным помехам для радиостанций, работающих на близких по частоте каналах, что значительно ухудшало качество связи. Для исключения взаимных помех при повторяющихся частотах необходимо было обеспечить минимум стокилометровый разнос по пространству между двумя группами радиосистем. Именно поэтому мобильная связь в основе своей использовалась для нужд специальных служб. Для массового внедрения требовалось изменить не только массогабаритные показатели, но и сам принцип организации связи.

Как отмечалось выше, в 1947 году изобретается транзистор, выполняющий функции электронных ламп, но обладающий значительно меньшими размерами. Именно появление транзисторов оказало огромное значение для дальнейшего развития радиотелефонной связи. Замена электронных ламп на транзисторы создала предпосылки широкого внедрения мобильного телефона. Основным сдерживающим фактором являлся принцип организации связи, который позволил бы устранить или хотя бы снизить влияние взаимных помех.

Исследования ультракоротковолнового диапазона волн, проводимые в 40-е годы прошлого века, позволили выявить его основное преимущество перед короткими волнами – широкодиапазоннось, т. е. большая частотная емкость и основной недостаток–сильное поглощение радиоволн средой распространения. Радиоволны этого диапазона не способны огибать земную поверхность, поэтому дальность связи обеспечивалась только на линии прямой видимости, и в зависимости от мощности передатчика обеспечивалась максимум до 40 км. Этот недостаток вскоре превратился в преимущество, которое дало толчок активному массовому внедрению сотовой телефонной связи.

В 1947 сотрудник американской компании Bell Laboratories Д. Ринг предложил новую идею организации связи . Она заключалась в разделении пространства (территории) на небольшие участки - соты (или ячейки) радиусом 1–5 километров и в отделении радиосвязи в пределах одной ячейки (путем рационального повторения используемых частот связи) от связи между ячейками. Повторение частот значительно снизило проблемы использования частотного ресурса. Это позволяло использовать в разных сотах распределенных в пространстве одни и те же частоты. В центре каждой ячейки предлагалось расположить базовую приемно-передающую радиостанцию, которая обеспечивала радиосвязь в пределах ячейки со всеми абонентами. Размеры соты определялись максимальной дальностью связи радиотелефонного аппарата с базовой станцией. Эта максимальная дальность получила название радиуса соты. Во время разговора сотовый радиотелефон соединяется с базовой станцией радиоканалом, по которому передается телефонный разговор. У каждого абонента должна быть своя микрорадиостанция – «мобильный телефон» – комбинация телефона, приемопередатчика и мини-компьютера. Абоненты связываются между собой через базовые станции, которые соединены друг с другом и с городской телефонной сетью общего пользования.

Для обеспечения бесперебойной связи при переходе абонента от одной зоны к другой потребовалось применение компьютерного контроля за телефонным сигналом, излучаемым абонентом. Именно компьютерный контроль позволил в течение всего лишь тысячной доли секунды переключать мобильный телефон с одного промежуточного передатчика на другой. Все происходит так быстро, что абонент просто этого не замечает. Таким образом, центральной частью системы мобильной связи являются компьютеры. Они отыскивают абонента, находящегося в любой из сот, и подключают его к телефонной сети. Когда абонент перемещается из одной соты (ячейки) в другую, компьютеры как бы передают абонента с одной базовой станции на другую и подключают абонента «чужой» сотовой сети к «своей» сети. Это происходит в тот момент, когда «чужой» абонент оказывается в зоне действия новой базовой станции. Таким образом, осуществляют роуминг (что по-английски означает «странствие» или «бродяжничество»).

Как отмечалось выше, принципы современной мобильной связи были достижением уже конца 40-х годов. Однако в те времена компьютерная техника была еще на таком уровне, что ее коммерческое применение в системах телефонной связи было затруднено. Поэтому практическое применение сотовой связи стало возможным только после изобретения микропроцессоров и интегральных полупроводниковых микросхем.

Первый сотовый телефонный аппарат прототип современного аппарата сконструировал Мартин Купер (фирма Motorola, США).

В 1973 году в Нью-Йорке, на вершине 50 этажного здания компанией Motorola, под его руководством была смонтирована первая в мире базовая станция сотовой связи. Она могла обслуживать не более 30 абонентов и соединять их с наземными линиями связи.

3 апреля 1973 года Мартин Купер набрал номер своего начальника и произнес следующие слова: «Представь себе, Джоэл, что я звоню тебе с первого в мире сотового телефона. Он у меня в руках, а я иду по Нью-Йоркской улице».

Телефон, с которого звонил Мартин, назывался Dyna-Tac. Его размеры были 225×125×375 мм, а вес составлял немного ни мало 1,15 кг, что, впрочем, намного меньше 30 килограммовых устройств конца сороковых. С помощью аппарата можно было звонить и принимать сигнал, вести переговоры с абонентом. На этом телефоне размещалось 12 клавиш, из которых 10 были цифровые для набора номера абонента, а две другие обеспечивали начало разговора и прерывали звонок. Аккумуляторы Dyna-Tac позволяли работать в режиме разговора около получаса, а для их зарядки требовалось 10 часов.

Несмотря на то, что основные разработки велись в США, первая коммерческая сеть сотовой связи была запущена в мае 1978 года в Бахрейне. Две соты с 20 каналами в диапазоне 400 МГц обслуживали 250 абонентов.

Немногим позже сотовая связь начала свое триумфальное шествие по всему миру. Все больше и больше стран понимали выгоду и удобства, которые она может принести. Однако отсутствие единого международного стандарта использования диапазона частот, со временем привело к тому, что владелец сотового телефона, переезжая из одного государства в другое, не мог пользоваться мобильным телефоном.

В целях устранения этого основного недостатка с конца семидесятых годов Швеция, Финляндия, Исландия, Дания и Норвегия начали совместные исследования по разработке единого стандарта. Результатом исследований стал стандарт связи NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), который предназначался для работы в диапазоне 450 МГц. Этот стандарт впервые начал использоваться в 1981 году в Саудовской Аравии, и лишь месяцем позже – в Европе. Различные варианты NMT-450 были взяты на вооружение в Австрии, Швейцарии, Голландии, Бельгии, странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока .

В 1983 году в Чикаго была запущена в работу сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), который был разработан фирмой Bell Laboratories. В 1985 г., в Англии, был принят стандарт TACS (Total Access Communications System), являвшийся разновидностью американского AMPS. Через два года, из-за резко возросшего числа абонентов, был принят стандарт HTACS (Enhanced TACS), добавивший новые частоты и частично исправивший недостатки предшественника. Франция же стояла отдельно от всех и начала использовать собственный стандарт Radiocom-2000 с 1985 года.

Следующим стал стандарт NMT-900, использующий частоты 900 МГц диапазона. Новая версия стала применяться в 1986 году. Она позволила увеличить число абонентов и улучшить стабильность системы .

Однако все эти стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи. В них используется аналоговый способ передачи информации с помощью частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции – как в обычных радиостанциях. Этот способ имеет ряд существенных недостатков, главными из которых являются возможность прослушивания разговоров другими абонентами и невозможность борьбы с замиранием сигналов при передвижении абонента, а также под влиянием ландшафта местности и зданий. Перегруженность частотных диапазонов вызывала помехи при разговорах. Поэтому к концу 1980-х годов началось создание второго поколения систем сотовой связи, основанных на базе цифровых методов обработки сигналов.

Предварительно, в 1982 году Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) объединяющая 26 стран, приняла решение о создании специальной группы Groupe Special Mobile . Ее целью была разработка единого европейского стандарта цифровой сотовой связи. Новый стандарт связи разрабатывался в течение восьми лет, и впервые о нём было заявлено лишь в 1990 году – тогда были предложены спецификации стандарта. Специальной группой первоначально было принято решение использовать в качестве единого стандарта сначала диапазон 900 МГц, а затем, учитывая перспективы развития сотовой связи в Европе и во всем мире, было принято решение выделить для нового стандарта и диапазон 1800 МГц.

Новый стандарт получил название GSM – Global System for Mobile Communications. GSM 1800 МГц также носит название DCS-1800 (Digital Cellular System 1800). Стандарт GSM является цифровым стандартом сотовой связи. В нём реализовано временное разделение каналов (TDMA – множественный доступ с разделением по времени, шифрование сообщений, блочное кодирование, а также модуляция GMSK) (Gaussian Minimum Shift Keying).

Первым государством, запустившим сеть GSM, является Финляндия, запустившая в 1992 году это стандарт в коммерческую эксплуатацию. В следующем году в Великобритании заработала первая сеть DCS-1800 One-2-One. С этого момента начинается глобальное распространение стандарта GSM по всему миру.

Следующей ступенью после GSM, является стандарт CDMA который, предоставляет более быструю и надёжную связь за счет использования кодового разделения каналов. Этот стандарт начал зарождаться в США в 1990 году. В 1993 году в США стал применяться CDMA (или IS-95) в диапазоне частот 800 МГц. В это же время в Англии начала свою работу сеть DCS-1800 One-2-One.

В общем, стандартов связи было множество, и к середине девяностых большинство цивилизованных стран плавно переходили на цифровые спецификации. Если сети первого поколения позволяли передавать только голос, то второе поколение систем сотовой связи, которым является и GSM, позволяют предоставлять и другие не голосовые услуги. Помимо SMS-сервиса первые телефоны стандарта GSM позволяли передавать и другие не голосовые данные. Для этого был разработан протокол передачи данных, получивший название CSD (Circuit Switched Data – передача данных по коммутируемым линиям). Однако этот стандарт обладал весьма скромными характеристиками – максимальная скорость передачи данных составляла всего 9600 бит в секунду, и то при условии стабильной связи. Впрочем, для передачи факсимильного сообщения таких скоростей вполне хватало.

Бурное развитие Интернета в конце 90-х годов привело к тому, что многие пользователи сотовой связи захотели использовать свои трубки как модемы, а существующих скоростей для этого было явно недостаточно.
Для того чтобы хоть как-то, удовлетворить потребность своих клиентов в доступе к сети Интернет, инженеры изобретают WAP-протокол. WAP – это сокращенное название от Wireless Application Protocol, что переводится как протокол беспроводного доступа к приложениям. В принципе WAP можно назвать упрощенной версией стандартного Интернет протокола HTTP, только приспособленного под ограниченные ресурсы мобильных телефонов, таких как небольшие размеры дисплея, небольшую производительность телефонных процессоров и небольшие скорости передачи данных в мобильных сетях. Однако этот протокол не позволял просматривать стандартные Интернет – страницы, они должны быть написаны на языке WML, который был адаптированным для сотовых телефонов. В итоге, абоненты сотовых сетей хотя и получили доступ в Интернет, но он оказался весьма «урезанным» и малоинтересным. Плюс к этому, для доступа к WAP-сайтам использовался тот же канал связи, что и для передачи голоса, то есть пока вы загружаете или просматриваете страничку, канал связи занят, и с лицевого счета списываются те же деньги, что и во время разговора. В результате, достаточно интересная технология какое-то время была практически похоронена и использовалась абонентами сотовых сетей различных операторов весьма редко.
Производителям оборудования сотовой связи срочно пришлось искать способы увеличения скорости передачи данных, и в результате на свет появилась технология HSCSD (High-Speed Circuit Switched Data), которая обеспечивала вполне приемлемую скорость – до 43 килобит в секунду. У определенного круга пользователей эта технология пользовалась популярностью. Но все же и эта технология не лишилась главного недостатка своего предшественника – данные все так же передавались по голосовому каналу. Разработчикам вновь пришлось заняться кропотливыми исследованиями. Старания инженеров не прошли даром, и достаточно недавно на свет появилась технология, получившая название GPRS (General Packed Radio Services) – это название можно перевести как система пакетной радио передачи данных. В данной технологии используется принцип разделения каналов для передачи голоса и данных. В результате абонент оплачивает не длительность соединения, а лишь объем переданных и полученных данных. Помимо этого у GPRS есть еще одно преимущество перед более ранними технологиями мобильной передачи данных – во время GPRS-соединения телефон все также способен принимать звонки и SMS-сообщения. На данный момент современные модели телефонов представленные на рынке при совершении разговора приостанавливают GPRS-соединение, которое автоматически возобновляется по окончании разговора. Такие аппараты классифицируются, как GPRS-терминал класса В. Планируется производство терминалов класса А, которые будут позволять одновременно загружать данные и вести разговор с собеседником. Также существуют специальные устройства, которые предназначены только для передачи данных, и их называют GPRS-модемами или терминалами класса С. Теоретически GPRS способен передавать данные со скоростью 115 килобит в секунду, но на данный момент большинство операторов связи предоставляют канал связи, который позволяет развивать скорость до 48 килобит в секунду. Это связано в первую очередь с оборудованием самих операторов и как следствие, отсутствием на рынке сотовых телефонов поддерживающих более высокие скорости.

С появлением GPRS вновь вспомнили и о WAP-протоколе, так как теперь, посредством новой технологии, доступ к небольшим по объему WAP-страницам становится во много раз дешевле, чем во времена CSD и HSCSD. Более того, многие операторы связи за небольшую ежемесячную абонентскую плату предоставляют неограниченный доступ к WAP-ресурсам сети.
С появлением GPRS сети сотовой связи перестали именоваться сетями второго поколения – 2G. На данный момент мы находимся в эпохе 2,5G. Не голосовые услуги становятся все более востребованными, происходит слияние сотового телефона, компьютера и сети Интернет. Разработчики и операторы предлагают нам все больше и больше различных дополнительных услуг.
Так, используя возможности GPRS, был создан новый формат передачи сообщений, который был назван MMS (Multimedia Messaging Service – Сервис Мультимедийных Сообщений), который в отличие от SMS, позволяет отправлять с сотового телефона не только текст, но и различную мультимедиа информацию, например, звукозаписи, фотографии и даже видеоклипы. Причем MMS-сообщение может быть передано как на другой телефон, поддерживающий этот формат, так и на ящик электронной почты.
Увеличение мощности процессоров телефонов позволяет теперь загружать и запускать на нем различные программы. Для их написания чаще всего используется язык Java2ME. Владельцам большинства современных телефонов теперь не составляет труда подключиться к сайту разработчиков Java2ME приложений и закачать на свой телефон, например, новую игру или другую необходимую программу. Также никого не удивит возможность подключения телефона к персональному компьютеру, для того чтобы, используя специальное программное обеспечение, чаще всего поставляемое вместе с трубкой, сохранить или отредактировать на ПК адресную книгу или органайзер; находясь в дороге, используя связку мобильный телефон + ноутбук, выйти в полноценный Интернет и просмотреть свою электронную почту. Однако наши потребности постоянно растут, объем передаваемой информации растет практически ежедневно. И все больше требований выдвигается к сотовым телефонам, вследствие чего ресурсов нынешних технологий становится недостаточно для удовлетворения наших возрастающих запросов.

Именно для решения этих запросов и предназначены, достаточно недавно созданные сети третьего поколения 3G, в которых передача данных доминирует над голосовыми услугами. 3G –это не стандарт связи, а общее название всех высокоскоростных сетей сотовой связи, которые вырастут и уже вырастают из ныне существующих. Огромные скорости передачи данных позволяют передавать прямо на телефон высококачественное видеоизображение, осуществлять постоянное соединение с Интернет и локальными сетями. Применение новых, усовершенствованных, систем защиты позволяет уже сегодня использовать телефон для проведения различных финансовых операций – мобильный телефон вполне способен заменить кредитную карту.

Вполне естественно, что сети третьего поколения не станут финальным этапом развития сотовой связи – как говориться, прогресс неумолим. Ныне проходящая интеграция различных видов связи (сотовой, спутниковой, телевизионной и т. д.), появление гибридных устройств, включающих в себя сотовый телефон, КПК, видеокамеру, безусловно, приведет к появлению сетей 4G, 5G. И о том, чем закончится это эволюционное развитие, сегодня вряд ли смогут рассказать даже писатели-фантасты.

На мировом уровне сейчас используется около 2 миллиардов единиц мобильных телефонов, из них больше двух третей подключены к стандарту GSM. Вторым по популярности идёт CDMA, остальные же представляют специфические стандарты, применяемые в основном в Азии. Сейчас в развитых странах сложилась ситуация «пресыщения», когда спрос перестаёт расти.

Сотовая связь с недавних пор так прочно вошла в нашу повседневную жизнь, что трудно представить современное общество без нее. Как и многие другие великие изобретения мобильный телефон сильно повлиял на нашу жизнь, и на многие ее сферы. Трудно сказать каким было бы будущее, если бы не этот удобный вид связи. Наверняка таким же, как и в фильме "Назад в Будущее-2", где есть летающие авто, ховерборды, и многое другое, но нет сотовой связи!

Но сегодня в специальном репортаже для будет рассказ не о будущем, а о том, как устроена и работает современная сотовая связь.

Для того, чтобы узнать о работе современной сотовой связи в формате 3G/4G, я напросился в гости к новому федеральному оператору Tele2 и провел целый день с их инженерами, которые объяснили мне все тонкости передач данных через наши мобильные телефоны.

Но расскажу вначале немного об истории возникновения сотовой связи.

Принципы работы беспрводной связи были опробованы почти 70 лет назад - первый общественный подвижный радиотелефон появился в 1946 г. в Сент-Луисе, США. В Советском союзе опытный образец мобильного радиотелефона был создан в 1957 году, потом ученые других стран создавали подобные устройства с различными характеристиками, и только в 70-х годах прошлого века в Америке были определены современные принципы работы сотовой связи, после чего и началось ее развитие.

Мартин Купер - изобретатель прототипа портативного сотового телефона Motorola DynaTAC весом в 1,15 кг и размерами 22,5х12,5х3,75 см

Если в западных странах к середине 90-х годов прошлого века сотовая связь была распространена повсеместно и ей пользовалась большая часть населения, то в России она только начала появляться, и стала доступной для всех чуть более 10 лет назад.

Громоздкие кирпичеобразные мобильники работавшие в форматах первого и второго поколений ушли в историю, уступив место смартфонам с 3G и 4G, лучшей голосовой связью и высокой скоростью интернета.

Почему связь называется сотовой? Потому что территория, на которой обеспечивается связь, разбивается на отдельные ячейки или соты, в центре которых располагаются базовые станции (БС). В каждой "соте" абонент получает одинаковый набор услуг в определенных территориальных границах. Это означает, что перемещаясь от одной "соты" к другой, абонент не чувствует территориальной привязанности и может свободно пользоваться услугами связи.

Очень важно, чтобы была непрерывность соединения при перемещении. Это обеспечивается благодаря так называемому хэндовер (Handover), при котором соединение установленное абонентом как бы подхватывается соседними сотами по эстафете, а абонент продолжает разговаривать или копаться в соцсетях.

Вся сеть делится на две подсистемы: подсистема базовых станций и подсистема коммутации. Схематически это выглядит так:

В середине "соты", как было сказано выше находится базовая станция, которая обычно обслуживает три "соты". Радиосигнал от базовой станции излучается через 3 секторные антенны, каждая из которых направлена на свою "соту". Бывает так, что на одну "соту" направлены сразу несколько антенн одной базовой станции. Это связано с тем, что сеть сотовой связи работает в нескольких диапазонах (900 и 1800 МГц). Кроме того, на данной базовой станции может присутствовать оборудование сразу нескольких поколений связи (2G и 3G).

Но на вышках БС Tele2 стоит оборудование только третьего и четвертого поколения - 3G/4G, так как компания решила отказаться от старых форматов в пользу новых, которые помогают избегать обрывов голосовой связи и обеспечивают более стабильный интернет. Завсегдатаи соцсетей поддержат меня в том, что в наше время скорость интернета очень важна, 100-200 кб/с уже не достаточно, как это было пару-тройку лет назад.

Наболее привычным местом размещения БС является башня или мачта, построенная специально для нее. Наверняка вы могли видеть красно-белые вышки БС где-то в отдаленности от жилых домов (в поле, на холме), или там, где поблизости нет высоких зданий. Как вот эта, которая видна из моего окна.

Однако, в условиях городской местности трудно найти место под размещение массивного сооружения. Поэтому в крупных городах базовые станции размещаются на зданиях. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 км.

Это антенны, само оборудование БС находится на чердаке, или в контейнере на крыше, которое представляет из себя пару железных шкафов.

Некоторые базовые станции расположены там, где вы даже не догадаетесь. Как например на крыше этой парковки.

Антенна БС состоит из нескольких секторов, каждый из которых принимает/отправляет сигнал в свою сторону. Если вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, то круглая соединяет БС с контроллером.

В зависимости от характеристик, каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно. БС может состоять из 6 секторов, и обслуживать до 432 звонков, однако обычно на станциях устанавливают меньше передатчиков и секторов. Сотовые операторы, такие как Tele2, предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи. Как мне сказали, здесь используется самое современное оборудование: базовые станции Ericsson, транспортная сеть - Alcatel Lucent.

От подсистемы базовых станций сигнал передается в сторону подсистемы коммутации, где и происходит установление соединения с нужным абоненту направлением. В подсистеме коммутации есть ряд баз данных, в которых хранятся сведения об абонентах. Кроме того эта подсистема отвечает за безопасность. Если сказать проще, то коммутатор выполняет те же функции, что и девушки операторы, которые раньше руками соединяли вас с абонентом, только сейчас все это происходит автоматически.

Оборудование для этой базовой станции спрятано в этом железном шкафу.

Кроме обычных вышек есть также и мобильные варианты базовых станций, размещенные на грузовиках. Их очень удобно использовать во время стихийных бедствий или в местах массового скопления людей (футбольные стадионы, центральные площади) на время праздников, концертов и различных мероприятий. Но, к сожалению, из-за проблем в законодательстве широкого применения они пока не нашли.

Для обеспечения оптимального покрытия радиосигналом на уровне земли, базовые станции проектируются специальным образом, потому несмотря на дальность в 35 км. сигнал не распространяется на высоту полета самолетов. Однако некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих бортах небольшие базовые станции, обеспечивающие сотовую связь 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.

Также я заглянул в офис Tele2, чтобы увидеть как специалисты контролируют качество сотовой связи. Если несколько лет назад такая комната была бы увешана до потолка мониторами показывающими данные сети (загруженность, аварии сети, и т.п.) то со временем надобность в таком количестве мониторов отпала.

Технологии со временем сильно развились и достаточно вот такой небольшой комнаты с несколькими специалистами, чтобы наблюдать за работой всей сети в Москве.

Немного видов из офиса Tele2.

На совещании сотрудников компании обсуждаются планы по захвату столицы) С начала стройки до сегодняшнего дня Tele2 успел покрыть своей сетью всю Москву, и постепенно завоевывает Подмосковье, запуская более 100 базовых станций еженедельно. Так как я живу теперь в области, мне очень важно. чтобы эта сеть как можно быстрее пришла в мой городок.

В планах компании на 2016 г. обеспечение высокоскоростной связи в метро на всех станциях, на начало 2016 связь Tele2 присутствует на 11 станциях: связь стандарта 3G/4G на метро «Борисово», «Деловой центр», «Котельники», «Лермонтовский проспект», «Тропарево», «Шипиловская», «Зябликово», 3G: «Белорусская» (Кольцевая), «Спартак», «Пятницкое шоссе», «Жулебино».

Как я говорил выше, Tele2 отказалась от формата GSM в пользу стандартов третьего и четвертого поколения - 3G/4G. Это позволяет устанавливать базовые станции 3G/4G с большей частотой (например, внутри МКАД БС стоят на расстоянии около 500 метров друг от друга), чтобы обеспечивать более стабильную связь и высокую скорость мобильного интернета, чего не было в сетях предыдущих форматов.

Из офиса компании я в компании инженеров Никифора и Владимира отправляюсь на одну из точек, где им нужно замерить скорость связи. Никифор стоит напротив одной из мачт, на которой установлено оборудование для обеспечения связи. Если приглядитесь, то заметите чуть далее слева еще одну такую мачту, с оборудованием других сотовых операторов.

Как это ни странно, но сотовые операторы часто разрешают своим конкурентам использовать свои башенные сооружения для размещения антенн (естественно на взаимовыгодных условиях). Это вызвано тем, что строительство башни или мачты - дорогое удовольствие, и такой обмен позволяет сэкономить немало средств!

Пока мы замеряли скорость связи, Никифора несколько раз прохожие бабушки и дядьки спросили не шпион ли он)) "Да, глушим радио "Свобода"!).

Оборудование на самом деле выглядит необычно, по его виду можно предположить все что угодно.

У специалистов компании немало работы, если учесть, что в Москве и области у компании более 7тыс. базовых станций: из них порядка 5тыс. 3G и около 2тыс. базовых станций LTE, а за последнее время количество БС увеличилось еще примерно на тысячу.
Всего за три месяца в Подмосковье было выведено в эфир 55% от общего количества новых базовых станций оператора в регионе. В настоящий момент компания обеспечивает качественное покрытие территории, на которой проживает более 90% населения Москвы и Московской области.
Кстати, в декабре сеть 3G Tele2 была признана лучшей по качеству среди всех столичных операторов.

Но я решил лично проверить насколько хороша связь у Tele2, потому приобрел симку в ближайшем ко мне торговом центре на м.Войковская, с самым простым тарифом "Очень черный" за 299 р (400 смс/минут и 4 ГБ). Кстати, у меня был подобный билайновский тариф, который на 100 рублей дороже.

Проверил скорость не отходя далеко от кассы. Прием - 6.13 Mbps, передача - 2.57 Mbps. Учитывая, что я стою в центре торгового центра это неплохой результат, связь Tele2 хорошо проникает сквозь стены большого ТЦ.

На м.Третьяковская. Прием сигнала - 5.82 Mbps, передача - 3.22 Mbps.

И на м.Красногвардейская. Прием - 6.22 Mbps, передача - 3.77 Mbps. Замерил у выхода из метро. Если принять во внимание, что это окраина Москвы, очень даже прилично. Считаю, что вполне приемлемая связь, уверенно можно сказать, что стабильная, если учитывать, что Tele2 появилась в Москве всего пару месяцев назад.

В столице стабильная связь Tele2 есть, это хорошо. Очень надеюсь, что они побыстрее придут в область и я смогу в полной мере пользоваться их связью.

Теперь и вы знаете как работает сотовая связь!

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите пишите мне - Аслан ([email protected] ) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта http://ikaketosdelano.ru

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс , где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.

Жми на иконку и подписывайся!

Это интересно! Учёных-изобретателей опередил карикатурщик Льюис Баумер. Журнал Панч (1906 год) опубликовал прохаживающихся по Гайд Парку людей, использовавших переносные модели телефонов. Сюжет озаглавили «Ожидания 1907».

Телефоны развивались параллельно вещанию, связи. Первая попытка создания беспроводной модели предпринята (1908 год) совместными усилиями:

Профессора Альберта Джанкла.
Трансконтинентальной телефонной компании Окленда.
Пауэр Компани.

Железные дороги

Массовое производство переносных радиостанций прогорело. Начиная 1918 годом, участок Берлин-Цоссен немецких железных дорог тестирует беспроводные телефоны. Шесть лет спустя линия Берлин-Гамбург предоставила приватным пассажирам аналогичный сервис. 1925 считают отравной точкой промышленного изготовления. Теперь пассажиры первого класса могу звонить абонентам, наслаждаясь прелестями путешествия.

Первые переносные радиостанции 40-х годов весили изрядно, больше напоминая солидных размеров рюкзак. США (Сант-Луис, Миссури) начали разработки коммерческих образцов 17 июня 1946 года. Вскоре компания AT&T анонсировала Мобильный телефонный сервис (МТС). Родилось сразу несколько разрозненных локальных операторов.

Говорит Москва!

Советский инженер Леонид Куприянович (1957-1961 г.г.) представил первые экземпляры устройств. Вес модели составил 70 г, вполне позволяя корпусу быть ухваченным ладонью. Правительство, призрев усилия москвича, отдало приоритет развитию автомобильной версии «Алтай», призванной обустроить тяжкий быт управленцев. Оборудование конструируемое Воронежским научным институтом связи включало МРТ-1327, пробная версия охватила столицу (1963). На 1970 год 30 городов получили возможности общения. Разновидность радиосвязи существует доныне в России.

Столичная выставка Инфорга-65 представила труд болгарской компании Радиоэлектроника. Идея используется поныне: деление приемопередающей аппаратуры. Тяжелую работу выполняет базовая станция, относительно маленькая трубка позволяет абоненту говорить в пределах территориально ограниченной области. Конструкция использовала задумки Куприяновича. Одна база служила опорной точкой максимум 15-ти абонентам. 1966 отмечен выходом коммерческой версии RAT-0,5, обслуживаемой точкой доступа RATZ-10.

Мобильная телефония прямиком выводит стандарт 0G, использованный зародившейся компанией МТС.

Первый оператор

Итак, начиная 1949 годом начинает действовать Мобильный телефонный сервис. Изначально (1946 год), предшествуя формированию подразделения, компания AT&T начала оборудовать просторы США. Спустя пару лет, блага цивилизации получили тысячи городов, высокоскоростных трасс. Однако число абонентов составило 5000. Еженедельно совершали 30.000 вызовов. Бытовала ручная коммутация каналов оператором. Вес снаряжения говорящего составил 80 фунтов.

Первоначально компания предоставила три частотных канала, позволяя одновременно беседовать… трём абонентам города. Стоимость:

15 долларов ежемесячно.
30-40 центов за вызов. Учитывая инфляцию, современный абонент заплатит 3,5-4,75$.

Аналогичный сервис Великобритании назвали Служба радиофонов почтовых отделений. В 1959 году сеть охватила окрестности Манчестера, шесть лет спустя паутина окутала Лондон. Затем последовало подключение основных городов королевства. Операторы постепенно увеличивали скорость топтания на месте. IMTS прибавил частотных каналов, попутно снижая начальные 35 кг веса оборудования. Общее число абонентов США достигло 40000. Две тысячи ньюйоркцев делили 12 каналов. Желающим совершить звонок приходилось выжидать полчаса.

RCC

Radio Common Carrier считают основным конкурентом МТС. Сервис успешно засорял эфир 20 лет (60-80-е годы). Появившиеся системы AMPS сделали оборудование компании устаревшим. Отсутствовало понятие роуминга из-за несовместимости стандартов:

Двухтоновая последовательная пагинация входящего вызова.
Тоновый набор.
Secode 2805 (тон вызова 2,805 кГц, напоминающий принцип действия оборудования МТС).

Часть телефонов задействовала полудуплексный режим (Моторола LOMO), другая – больше напоминала рации (серия 700 RCA). Мобильник Омахи становился грудой железа в штате Аризона. RCC игнорировали технический прогресс, пока конкуренты разрабатывали концепции роуминга.

Начиная 1969 годом, Центральная железная дорога Пенн снабдила поезда линии Нью-Йорк – Вашингтон мобильными радиостанциями. Система получила 6 каналов диапазона ДМВ 450 МГц. Великобританская система Кролик развила концепцию болгарских учёных. Максимальная дальность участка абонент-базовая станция составила 300 футов (100 метров). Ныне схожая технология, использующая 4G, запущена компаний Apple.

Перечень значимых сотовых операторов второй половины XX века

Норвежский OLT (1966 год).
Финский ARP (1971 год). Первый коммерчески успешный проект. Исследователи именуют оборудование компании 0G.
Шведский MTD (70-е).
Британский Рэдиколл (июль 1971).
Немецкие A-Netz (1952 год), В-Netz (1972).

Автомобильная шведская MTA (1956), разработанная Штуре Лауреном (Телеверкет) использовала импульсный набор. Исходящие вызовы были прямыми, ближайшую станцию входящих выбирал оператор. Оборудование сборное:

Коммутаторы Эрикссон.
Аппараты, базовые станции Радиоактиболагет (SRA) и Маркони.

Утроба корпуса полна реле, вакуумных ламп, вес составляет 40 кг. 1962 год принёс облегчение, явив второе поколение услуг В. Транзисторы снизили вес, система сигнализации DTMF разгрузила ресурсы. 1971 отмечен появлением MTD. Ресурс просуществовал 12 лет, оставив сиротами 600 подписчиков.

Развитие концепции сотовой связи

Вторая мировая война окончилась полным отсутствием стандартов, частот, выделенных каналов. Холодным декабрём 1947 года Дуглас Ринг, Раэ Янг, инженеры Лаборатория Белла, выдвинули идею сотовой ячейки. Два десятилетия спустя Ричард Френкель, Джоэль Енгель, Филипп Портер развили концепцию, разработав детальный план. Портер подчеркнул необходимость применения башен, оснащённых направленными антеннами. Выделенный главный лепесток резко снижал уровень интерференции. Портер первым выдвинул концепцию предоставления ресурсов по запросу, снижая число коллизий.

Ранние эксперименты исключали возможность оперативной смены соты. Принципы повторного использования частот, хэндовера, основы современной связи заложены в 60-е. Инженеры Лабораторий Белла, Амос и Джоэль младший, изобрели (1970 год) трёхсторонние сети, упрощая процесс хэндовера. План переключения абонентов обсуждался (1973) Флуром и Нуссбаумом, система сигнализации – Хахенбургом.

Предшественники преимущественно щеголяли оборудованием, призванным порадовать транспортников. 3 апреля 1973 года Марти Купер (Моторола, США) сконструировал первую ручную версию, немедля позвонив конкуренту доктору Джоэлю Энгелю (Лаборатории Белла). Вес устройства длиной 23 см, шириной 13 см, толщиной 4,45 см составил 1,1 кг. Батарея заряжалась 10 часов, обеспечивая 30 минут полноценного общения. Шеф Купера сыграл ключевую роль, привлёкши внимание руководства Моторола.

Поколения связи

Развитие отрасли шло ярко выраженными волнами. Термин поколение настиг гонку на этапе 3G. Теперь словцо используют ретроспективно, обозревая былые заслуги.

1G – аналоговые соты

Концепция запущена (1979 год) японской компанией Ниппон телеграф и телефон (NTT), охватив метрополию Токио. Выполнив план пятилетки, инженеры покрыли сеткой острова архипелага. 1981 считается годом рождения датской, финской, норвежской, шведской систем связи NMT. Единый стандарт помог реализовать международный роуминг. США выжидал 2 года, лицезря европейские успехи. Затем чикагский провайдер Америтех, используя аппараты Моторола, начал захват рынка. Последовали аналогичные шаги со стороны Мексики, Канады, Великобритании, России.

Северная Америка (13 октября 1983 – 2008 г.г.), Австралия (28 февраля 1986, Телеком), Канада широко использовали AMPS; Великобритания – TACS; Западная Германия, Португалия, Южная Африка – С-450; Франция – Радиоком 2000; Испания – ТМА; Италия – RTMI. Японцы плодили стандарты неимоверно быстро: TZ-801, TZ-802, TZ-803. Конкурент NTT создал систему JTACS.

Стандарт включает цифровой вызов станции, однако передача информации полностью аналоговая (модулированный сигнал ДМВ выше 150 МГц). Шифрование отсутствовало напрочь, набивая монетой карманы частных детективов. Частотное деление каналов оставляло место незаконному клонированию устройств.

6 марта 1983 запущена разработка мобильника DynaTAC 8000X Америтех, стоившая компании состояние. Целое десятилетие устройство силилось достигнуть прилавки магазинов. Список желающих подписаться исчислялся тысячами индивидов, невзирая на явные недостатки:

Время жизни батареи.
Габариты.
Быстрая разрядка.

Поколение телефонов позже успешно модернизировали, обеспечивая апгрейд к поколению 2G.

2G – цифровая связь

Появлением второй ступени развития отмечено начало 90-х. Сразу обозначились два главных конкурента:

Европейский GSM.
Американский CDMA.

Ключевые отличия:

Цифровая передача информации.
Внеполосный вызов вышки телефоном.

Эру 2G называют эпохой заказанных телефонов. Покупателей слишком много, производитель заранее собирал списки желающих. Первой сеть Радиолиния запустила Финляндия. Европейские частоты исторически выше американских, некоторые диапазоны 1G и 2G (900 МГц) накладываются. Устаревшие системы ускоренно закрывали. Американский IS-54 захватил прежние ресурсы AMPS.

IBM Simon принято считать первым смартфоном: мобильник, пейджер, факс, PDA. Программный интерфейс предоставлял календарь, адресную книгу, часы, калькулятор, блокнот, электронную почту, опцию предсказания следующего символа наподобие Т9. Тачскрин обеспечивал управление клавиатурой QWERTY. Комплект дополнял стилус. Карта памяти PCMCIA ёмкостью 1,8 МБ расширяла функционал.

Наметилась тенденция минимизации аппаратов. Кирпичи начинали весить 100-200 г. Впервые оценены публикой СМС-сообщения. Первый (сгенерированный автоматически) GSM-текст послали 2 декабря 1992 года, в 1993 – произвели опробирование люди. Метод пакетной предоплаты вскоре сделал СМС общение популярной молодёжной забавой. Позже страсть охватила старшие поколения.

Появлением сервиса мобильных платежей (автоматы Кока-Кола, парковки), выходом платного медиаконтента ознаменован 1998 год: провайдером Радиолиния (ныне Элиза) продан первый рингтон. Изначально новостные подписки (2000 г.) распространяли бесплатно, сервис оплачивали рекламными взносами спонсоров. Появился защищённый доступ клиент-банк (1999, Филиппины), поддерживаемый операторами Глоуб, Смарт. Тогда же японская NTT DoCoMo реализовала телефонный интернет.

3G

Поколение 2G окончилось тотальной победой мобильных технологий. Повседневная жизнь миллиардов наполнилась вызовами. Инновационной идеей, призванной повысить скорость передачи данных, стала коммутация пакетов (вместо коммутации каналов). Разработчики отпустили вожжи производителям, сконцентрировавшись целиком на потребительских качествах. Сделанное явилось следствием внедрения сонма стандартов. Совместимый CDMA ввёл несколько улучшений:

Снижение времени установки соединения.
Повышение пакетной скорости (3,1 Мбит/с).
Флаги QoS.
Одновременное использование временного слота несколькими абонентами.

Первая сеть 3G WCDMA (май 2001, коммерческое использование, начиная 1 октября) охватила Токио. Южнокорейские конкуренты (KTF, SK Телеком) ждали 2002 года. Технология CDMA2000 1xEV-DO достигла берегов США, причём оператор Монет успел обанкротиться. Параллельно Япония обзавелась вторым набором пчелиных сот, благодаря Vodafone. Последовало общемировое внедрение технологии.

Параллельно появлялись промежуточные этапы становления систем – 2,5; 2,75G, например, GPRS. Указанные средства обеспечивали часть требований 3G, упуская другие: CDMA2000-1X теоретически способен дать 307 кбит/с. Следом идёт технология EDGE, номинально соответствующая 3G. Практически максимальные пороги недостижимы ввиду наличия помех.

Постепенно телерадиокомпании осознавали возможности беспроводного цифрового вещания. Первыми пташками вылетели трансляции Disney, RealNetworks. Эволюция явила миру HSDPA (высокоскоростной нисходящий пакетный доступ) – усовершенствованный вариант HSPA. Стандарт признали равным 3.5G, маркетологи радостно употребляли аббревиатуру 3G+. Текущая версия поддерживает скорости загрузки данных 1,8; 3,6; 7,2; 14 Мбит/с. На исходе 2007 полных 295 млн. абонентов эксплуатировала сети повсеместно, составляя долю 9% общемирового спроса на услуги связи. Сверхприбыли (120 млрд. $) заставили изготовителей телефонов немедля модернизировать производственный конвейер: адаптеры, приставки ПК.

4G

Итоги 2009 бесстрастно показали: грядёт новая смена поколений, вызванная растущими запросами публики. Стали вести поиск технологий, десятикратно повышающих скорости передачи. Первые ласточки – технологии WiMAX, LTE.

Зараза молниеносно охватила Скандинавию, благодаря усилиям ТелиаСонера. Сетевая коммутация убрана бесповоротно, заменена IP-адресацией. ITU нормирует (март 2008) области:

Игровые приложения.
IP-телефония.
Интернет.
HDTV.
Видеоконференции.
Трехмерные трансляции.

Установлены скорости:

100 Мбит/с – подвижные объекты (транспорт).
1 Гбит/с – типичные мобильные приложения.

Учитывая сказанное, принадлежность типов связи LTE, WiMAX к 4G сомнительна. Эксперты заявили принципиальную невозможность достижения технологиями установленной планки. LTE-A номинально коснулась рубежа, провалив натурные испытания. Инженеры возлагают надежды на разрабатываемый WirelessMAN-Advanced. Один расклад везде: инженер работает, маркетолог хвалится. Так устроен мир.

Принцип действия

Сотовые сети эксплуатируют идеи контроля доступа к среде (MAC). Полный аналог проводной версии. Происходит мультиплексирование данных, обеспечивая экономию ресурсов. Конкретный дизайн протокола определяет физическая среда. Радиосигнал изменяется оптическими эффектами, погодными условиями, временем дня, года. Качество приёма постоянно флуктуирует. Очевидным решением выступает повышение мощности, однако мера одновременно усиливает явление интерференции. Количество ошибок растёт. Примерные соотношения:

Проводная сеть – количество ошибок менее миллионной доли.
Сотовая связь – число неправильных пакетов свыше тысячной доли.

Разница превышает три порядка. Терминалам приходится использовать полудуплексный режим. Энергия передаваемого пакета много выше принимаемого сигнала. Особенности схемотехники допускают наводки. Просачивание столь большой мощности в тракт приёма полнодуплексного устройства мешает расшифровке пакетов.

Схема с контролируемым доступом

Назначается контролёр операций, координирующий распределение ресурсов. Чаще роль выполняет вышка, точка доступа. Терминал исполняет заранее заложенную программу выделения каналов, частот, временных слотов, антенн. Гарантируется отсутствие конфликтов.

TDMA. Временное деление.
FDMA. Деление по частоте.
OFDMA. Ортогональный доступ по частоте.
SDMA. Пространственное деление.
Poll.
Token Ring.

Динамическое выделение ресурсов даёт неоспоримые преимущества тяжело загруженным сетям. Потому что протоколы со свободным доступом львиную долю времени тратят, предотвращая коллизии. Терминал проверяет поочерёдно активность абонентов, используя алгоритмы случайных числе, предоставляя желающим передать информацию слоты.