Структурная схема GSM сотового телефона. Как устроена и работает мобильная сотовая связь

Миллионы людей во всем мире пользуются мобильными телефонами, поскольку благодаря мобильным телефонам стало намного легче общаться с людьми всего мира.

В наши дни мобильные телефоны представляют целый ряд функций, и с каждым днем их становиться все больше. В зависимости от модели мобильного телефона, можно делать следующее:

Сохранять важную информацию
Делать заметки или составлять список заданий
Записывать важные встречи и включать сигнал для напоминания
использовать для расчетов калькулятор
отсылать или получать почту
искать информацию (новости, высказывания, анекдоты и многое другое) в Интернете
играть в игры
смотреть телевизор
отправлять сообщения
пользоваться другими устройствами, например МР3 плеером, устройствами PDA и навигационной системой GPS.

Но разве Вас никогда не интересовало как работает мобильный телефон? И что отличает его от простого стационарного телефона? Что означают все эти термины PCS, GSM, CDMA и TDMA? В этой статье речь пойдет про новые возможности мобильных телефонов.

Начнем с того, что мобильный телефон, по сути, это радио – более усовершенствованного вида, но тем не менее радио. Сам телефон был создан Александром Грехемом Беллом в 1876 году, а беспроводная связь немного позже Николаем Теслой в 1880-е годы (впервые о беспроводной связи начал говорить итальянец Гуглиельмо Маркони в 1894 году). Было суждено, чтобы эти две грандиозные технологии объединились.

В давние времена, когда еще не было мобильных телефонов, люди для общения устанавливали в машины радио телефоны. Такая радиотелефонная система работала за счет одной главной антенны, установленной на башне в меже города, и поддерживала около 25 каналов. Для подключения к главной антенне телефон должен был иметь мощный передатчик – с радиусом около 70 км.

Но не многие могли пользоваться такими радио телефонами из-за ограниченного количества каналов.

Гениальность мобильной системы заключается в разделение города на несколько элементов(«сот»). Это способствует многократному использованию частоты по всему городу, поэтому миллионы людей могут пользоваться мобильными телефонами одновременно. «Сота» выбрана не случайно поскольку именно сотами(формой в виде шестиугольника) наиболее оптимально можно покрыть площадь.

Для того, чтобы лучше понять работу мобильного телефона, необходимо сравнить CB radio (т.е. обычное радио) и радиотелефон..

Полнодуплексное переносное устройство против полудуплексного – радиотелефон как и простое радио являются полудуплексными устройствами. Это значит, что два человека пользуются одной и той же частотой, поэтому они могут говорить только по очереди. Мобильный телефон – это полнодуплексное устройство, что означает, что человек пользуется двумя частотами: одна частота предназначена для того, чтобы слышать человека, находящегося на другой стороне, другая – для того, чтобы говорить. Поэтому по мобильным телефонам можно разговаривать одновременно.

Каналы - радиотелефон использует только один канал, в радио около 40 каналов. В простом мобильном телефоне может быть 1,664 канала и более.

В полудуплексных устройствах оба радиопередатчика используют одну и ту же частоту, поэтому говорить может только один человек. В полнодуплексных устройствах 2 передатчика используют разные частоты, поэтому люди могут говорить одновременно. Мобильные телефоны относятся к полнодуплексным устройствам.

В типовом аналоге мобильной системы в США, пользователь мобильного телефона использует около 800 частот для разговора по городу. Мобильный телефон разделяет город на несколько сот. Каждая сота имеет определенный размер и покрывает площадь в 26 км2. Соты похожи на шестигранники, заключенные в решетку.

Поскольку мобильные телефоны и станции используют маломощные передатчики, то несмежные соты могут использовать одинаковые частоты. Две соты могут использовать одинаковые частоты. Сотовая сеть - это мощные скоростные компьютеры, базовые станции (многочастотные УКВ приемопередатчики), распределенные по всей рабочей зоне сотовой сети, мобильные телефоны и пр. высокотехнологичное оборудование. О базовых станциях мы расскажем далее, а сейчас давайте рассмотрим «соты», которые составляют сотовую систему.

Одна сота в аналоговой сотовой системе использует 1/7 часть доступных двухсторонних каналов связи. Это значит, что каждая сота (из 7 сот в решетке) использует 1/7 часть доступных каналов, которые обладают своим набором частот и за счет этого не накладываются друг на друга:

Пользователь мобильного телефона обычно получает 832 радио частоты для разговора по городу.
Каждый мобильный телефон использует по 2 частоты на звонок – т.н. двухсторонний канал – поэтому на каждого пользователя мобильного телефона приходится 395 каналов связи (оставшиеся 42 частоты используются главным каналом – про него мы расскажем далее).

Таким образом, каждая сота имеет до 56 доступных каналов связи. Это значит, что одновременно разговаривать по мобильным телефонам смогут 56 человек. Аналогом сотовой сети считается первая мобильная технология 1G. С тех пор как начали использовать цифровую передачу информации (2G) число каналов значительно увеличилось.

В мобильных телефонах встроены маломощные передатчики, поэтому они работают на 2 уровнях сигнала: 0,6 ватт и 3 ватт (для сравнении приведем простое радио, которое работает на 4 ваттах). Базовые станции также используют маломощные передатчики, однако они имеют свои преимущества:

Передача сигнала базовой станции и мобильного телефона внутри каждой соты не позволяет далеко отходить от соты. Такими образом обе соты могут повторно использовать те же 56 частот. Те же частоты можно использовать и по всему городу.
Расход заряда мобильного телефона, который обычно работает от аккумулятора, значительно не высокий. Под маломощными передатчиками подразумевается маленькая батарейка, что и делает мобильные телефоны более компактными.

Сотовая сеть нуждается в ряде базовых станций, независимо от размеров города. В небольшом городе должно быть несколько сотен вышек. Всеми пользователями мобильных телефонов в любом городе управляет один главный офис, который называют Центром коммутации для мобильных телефонов. Этот центр контролирует все телефонные звонки и базовые станции в данной местности.

Коды мобильных телефонов

Электронный порядковый номер устройства (ESN) – уникальный 32-битный номер, запрограммированный в мобильный телефон производителем.
Мобильный идентификационный номер (MIN) – 10-значный код, выведенный из номера мобильного телефона.
Код идентификации системы (SID) – уникальный 5-значный код, который закреплен за каждой компанией Федеральной комиссии связи Последние два кода, MIN и SID, программируются в мобильный телефон, когда покупаешь карточку и включаешь телефон.

Каждый мобильный телефон имеет свой код. Коды нужны для распознания телефонов, владельцев мобильных телефонов и мобильных операторов. Например, у Вас есть мобильный телефон, Вы включаете его и пытаетесь позвонить. Вот что происходит в это время:

Когда Вы только включаете телефон, он ищет код идентификации на главном канале управления. Канал – это особая частота, которой пользуются мобильные телефоны и базовая станция для передачи сигналов. Если телефон не может найти канал управления, то он находится в зоне недосягаемости и на экране высвечивается сообщение "нет сети".
Когда телефон получает код идентификации, он сверяет его со своим кодом. При совпадении мобильному телефону разрешается подключение к сети.
Вместе с кодом, телефон запрашивает доступ в сеть и Центр коммутации для мобильных телефонов фиксирует положение телефона в базе данных, поэтому Центр коммутации знает каким телефоном Вы пользуетесь, когда хочет отослать вам сервисное сообщение.
Центр коммутации принимает звонки и может вычислить ваш номер. В любой момент он может просмотреть ваш номер телефона в своей базе данных.
Центр коммутации связывается с вашим мобильным телефоном, чтобы сообщить какую использовать частоту и после того, как мобильный телефон связывается с антенной, телефон получает доступ в сеть.

Сотовый телефон и базовая станция поддерживают постоянный радиоконтакт. Сотовый телефон периодически переключается с одной базовой станции на другую, от которой исходит более мощный сигнал. Если сотовый телефон выходит при движении из поля базовой станции, то он налаживает связь с другой, ближайшей базовой станцией, даже во время разговора. Две базовые станции «связываются» через Центр коммутации, который передает сигнал вашему мобильному телефону изменить частоту.

Бывают случаи, когда при движении сигнал переходит от одной соты на другую, принадлежащую другому мобильному оператору. В этом случаи сигнал не исчезает, а передается другому мобильному оператору.

Большинство современных сотовых телефонов могут работать в нескольких стандартах, что позволяет пользоваться услугами роуминга (англ. roaming - бродяжничество) в разных сотовых сетях. Центр коммутации, сотами которого вы теперь пользуетесь, соединяется с вашим центром коммутации и запрашивает подтверждение кода. Ваша система передает все данные про ваш телефон другой системе и Центр коммутации подключает вас к сотам нового мобильного оператора. И самое удивительное, что все это делается в течении нескольких секунд.

Самое неприятное во всем этом то, что за звонки по роумингу вы можете заплатить кругленькую сумму. На большинстве телефонах, когда вы только пересекаете границу, высвечивается услуга роуминга. В ином случае, вам лучше проверить карту покрытия мобильной связи, чтобы не пришлось впоследствии оплачивать «завышенные» тарифы. Поэтому проверьте сразу стоимости этой услуги.

Обратите внимание на то, что телефон должен работать не нескольких полосах, если вы хотите пользоваться услугой роуминга, Потому что разные страны используют различные полосы.

В 1983 был разработан первый аналоговый стандарт мобильной связи - AMPS (усовершенствованная подвижная телефонная служба). Этот аналоговый стандарт мобильной связи работает в диапазоне частот от 825 до 890 МГц. Для того, чтобы поддерживать конкуренцию и удерживать цены на рынке, федеральное правительство США требовало, чтобы на рынке было не менее двух компаний, занимающихся одной деятельностью. Одной из таких компаний в США была местная телефонная компания (LEC).

Каждая компания имела свои 832 частоты: 790 - для разговоров и 42 - для данных. Для создания одного канала использовались сразу две частоты. Диапазон частот для аналогового канала обычно составлял 30 КГц. Диапазон передачи и получения голосового канала разделен 45 МГц, для того, чтобы один канал не накладывался на другой.

Версия стандарта AMPS под названием NAMPS (узкополосная усовершенствованная система связи) использует новые цифровые технологии для того, чтобы система могла в три раза повысить свои возможности. Но даже несмотря на то, что она использует новые цифровые технологии, эта версия и далее остается всего аналогом. Аналоговые стандарты AMPS и NAMPS работают только на 800 МГц и не могут пока предложить большого разнообразия функций, как например, подключение к Интернету и работу с почтой.

Цифровые мобильные телефоны относятся ко второму поколению (2G) мобильных технологий. Они пользуются теми же радио технологиями, что и аналоговые телефоны, правда, немного иначе. Аналоговые системы не используют полностью сигнал между телефоном и мобильной сетью - аналоговые сигналы невозможно подавить или манипулировать ими также легко, как это можно делать с цифровыми сигналами. Это одна из причин, почему многие кабельные компании переходят на цифровую связь – таким образом, они могут использовать больше каналов в данном диапазоне. Просто удивительно насколько эффективной может быть цифровая система.

Многие цифровые мобильные системы используют частотную модуляцию (ЧМн) для передачи и получения данных через аналоговый портал AMPS. Частотная модуляция использует 2 частоты, одну для логической единицы, вторую для логического ноля, выбирая между двумя, при передаче цифровой информации между башней и мобильным телефоном. Для того, чтобы переделывать аналоговую информацию в цифровую и обратно необходима модуляция и схема кодирования. Это говорит о том, что цифровые мобильные телефоны должны уметь быстро обрабатывать данные.

По «сложности на кубический дюйм» мобильные телефоны являются одними из самых сложных современных устройств. Цифровые мобильные телефона могут производить миллионы вычислений в секунду для того, чтобы кодировать или раскодировать голосовой поток.

Любой обычный телефон состоит из нескольких деталей:

Микросхема (плата), которая является мозгом для телефона
Антенна
Жидкокристаллический дисплей (LCD)
Клавиатура
Микрофон
Динамик
Аккумулятор

Микросхема является центром всей системы. Далее мы рассмотрим какие бываю чипы и как работает каждый из них. Чип преобразования аналоговой информации в цифровую и обратно кодирует исходящий аудиосигнал с аналоговой системы в цифровую и входящий сигнал с цифровой системы в аналоговую.

Микропроцессор – это центральное процессорное устройство, отвечающее за выполнение основной доли работ по обработке информации. Он управляет клавиатурой и дисплеем, и многими другими процессами.

Чипы ROM и чип карты памяти позволяют хранить данные операционной системы мобильного телефона и другие данные пользователя, например, данные телефонной книги. Радиочастота управляет электропитанием и зарядом, а также работает с сотнями волн FM. Высокочастотный усилитель управляет сигналами, которые поступают на антенну или отражаются ею. Размер экрана значительно увеличился с тех пор, как в мобильном телефоне стало больше функций. Во многих телефонах есть записные книжки, калькуляторы и игры. А теперь еще многие телефоны подсоединяются к PDA или Web browser.

Некоторые телефоны сберегают определенную информацию, например, коды SID и MIN, в встроенной флэш-памяти, в других же используют внешние карты вроде карт SmartMedia.

Во многих телефонах установлены настолько крошечные динамики и микрофоны, что трудно представить, как они вообще издают звук. Как видно, динамики такого же размера, что и маленькая монетка, а микрофон – не больше батарейки для часов. Кстати, такие батарейки для наручных часов используют во внутреннем чипе мобильного телефона для работы часов.

Самое удивительное это то, что 30 лет назад многие такие детали занимали целый этаж здания, а теперь все это помещается на ладони человека.

Существует три самые распространенные способа использования радиочастот мобильными телефонами сети 2G для передачи информации:

FDMA (англ. Frequency Division Multiple Access - множественный доступ с разделением каналов по частоте) TDMA (англ. Time Division Multiple Access - множественный доступ с разделением по времени) CDMA (англ. Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением.

Хотя названия этих способов кажутся такими запутанными, можно легко догадаться о том, как они работают, просто разбив название на отдельные слова.

Первое слово, frequency, time, code, указывает на метод доступа. Второе слово, division, “разделение”, говорит о том, что он разделяет звонки, основанные на методе доступа.

FDMA размещает каждый телефонный звонок на отдельной частоте TDMA выделяет каждому звонку определенное время на указанной ему частоте CDMA присваивает уникальный код каждому звонку и дальше передает его на свободную частоту.

Последнее слово каждого способа multiple – «множественный» говорит о том, что каждой сотой могут пользоваться несколько человек.

FDMA

FDMA (множественный доступ с разделением каналов по частоте) - способ использования радиочастот, когда в одном частотном диапазоне находится только один абонент, разные абоненты используют разные частоты в пределах соты. Является применением частотного мультиплексирования (FDM) в радиосвязи. Для того, чтобы лучше понять работу FDMA, нужно рассмотреть как работают радиостанции. Каждая радиостанция посылает свой сигнал на свободные полосы частот. Способ FDMA используется преимущественно для передачи аналоговых сигналов. И хотя этот способ несомненно может передавать и цифровую информацию, его не используют, так как он считается менее эффективным.

TDMA

TDMA (множественный доступ с разделением по времени) - способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находится несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи. Является приложением мультиплексирования канала с разделением по времени (TDM - Time Division Multiplexing) к радиосвязи. При использовании TDMA, узкая полоса частоты (ширина 30 КГц и длина 6,7 миллисекунды) разбивается на три временные слоты.

Под узкой полосой частоты, обычно, понимают «каналы». Голосовые данные, превращенные в цифровую информацию, сжимаются, за счет чего они занимают меньше места. Поэтому, TDMA работает в три раза быстрее аналоговой системы, используя одинаковое количество каналов. Системы TDMA работают на диапазоне частоты 800 МГц (IS-54) или 1900 МГц (IS-136).

GSM

TDMA в настоящее время является доминирующей технологией для мобильных сотовых сетей и используется в стандарте GSM (Global System for Mobile Communications) (русск. СПС-900) - глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением канала по принципу TDMA и высокой степенью безопасности благодаря шифрованию с открытым ключом. Однако, GSM иначе использует доступ TDMA и IS-136. Представим, что GSM и IS-136 это разные операционные системы, которые работают на одном процессоре, например, обе операционные системы Windows и Linux работают на базе Intel Pentium III. Системы GSM используют метод кодирования для засекречивания телефонных звонков с мобильных телефонов. Сеть GSM в Европе и Азии работает на частоте 900 МГц и 1800 МГц, а в США на частоте 850 МГц и 1900 МГц и используется в мобильной связи.

Блокирование вашего GSM телефона

GSM является международным стандартом в Европе, Австралии, большей части стран Азии и Африки. Пользователи мобильных телефонов могут купить один телефон, который будет работать везде, где поддерживается этот стандарт. Для того, чтобы подключиться к определенному мобильному оператору в разных странах, пользователи GSM просто меняют SIM карту. SIM карты сохраняют всю информацию и номера идентификации, которые необходимы для подключения к мобильному оператору.

К сожалению, частоты 850МГц/1900-МГц GSM, используемые в США, не совпадают с частотами международной системы. Поэтому, если вы живете в США, но за границей вам очень нужен мобильный телефон, вы можете купить трех- или четырехполосной телефон GSM и пользоваться им на родине и за ее пределами или просто купить мобильный телефон со стандартом GSM 900МГц/1800МГц для поездки за границу.

CDMA

CDMA (множественный доступ с кодовым разделением). Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного числового кода, который распространяется по всей ширине полосы. Нет временного разделения, все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладываeтся друг на друга но, поскольку их коды отличаются, они могут быть дифференцированы. CDMA является основой для IS-95 и работает на полосах частот 800 МГц и 1900 МГц.

Двухполосной и двухстандартный мобильный телефон

Когда вы едете путешествовать вам несомненно хочется найти такой телефон, который будет работать на нескольких полосах, в нескольких стандартах или будет совмещать и то и другое. Давайте более подробно рассмотрим каждую из этих возможностей:

Многополосной телефон может переключаться с одной частоты на другую. Например, двухполосный телефон TDMA может пользоваться службами TDMA в системе 800 МГц или 1900 МГц. Двухполосной телефон GSM может пользоваться службой GSM в трех полосах – 850 МГЦ, 900 МГц, 1800 МГц или 1900 МГц.
Многостандартный телефон. «Стандарт» в мобильных телефонах означает вид передачи сигнала. Поэтому телефон со стандартами AMPS и TDMA при необходимости может переключаться с одного стандарта на другой. Например, стандарт AMPS позволяет вам пользоваться аналоговой сетью в тех районах, в которых не поддерживается цифровая сеть.
Многополосной/ многостандартный телефон позволяет вам менять полосу частоты и стандарт передачи.

Телефоны, которые поддерживают данную функцию, автоматически меняют полосы или стандарты. Например, если телефон поддерживает две полосы, то он подключается к сети 800 МГЦ, если не может подключиться к полосе 1900 МГЦ. Когда в телефоне несколько стандартов, он вначале использует цифровой стандарт, а в случае его отсутствия переключается на аналоговый.

Мобильные телефона бывают двух- и трехполосные. Однако слово «трехполосной» может быть обманчивым. Оно может означать, что телефон поддерживает стандарты CDMA и TDMA, и аналоговый стандарт. И в то же время, оно может обозначать, что телефон поддерживает один цифровой стандарт в двух полосах и аналоговый стандарт. Для тех, кто отправляется в путешествие за границу, лучше приобрести телефон, который работает на полосе GSM 900 МГц для Европы и Азии и 1900 МГц для США, и помимо этого поддерживает аналоговый стандарт. В сущности, это двухполосный телефон, у которого один из этих режимов (GSM) поддерживает 2 полосы.

Сотовая связь и служба персональной связи

Служба персональной связи (PCS) – это по сути служба мобильных телефонов, которая делает акцент на персональную связь и мобильность. Основная особенность PCS состоит в том, что телефонный номер пользователя становится его персональным коммуникационным номером (Personal Communication Number - PCN), который "привязан" к самому пользователю, а не к его телефону или радиомодему. Путешествующий по миру пользователь с помощью PCS может свободно принимать телефонные звонки и электронную почту по своему PCN.

Сотовая связь изначально была создана для использования в автомобилях, в то время как персональная связь подразумевала большие возможности. По сравнению с традиционной сотовой связью служба PCS имеет ряд преимуществ. Во-первых, она полностью цифровая, что обеспечивает более высокую скорость передачи данных и облегчает применение технологий сжатия данных. Во-вторых, частотный диапазон, используемый для PCS (1850-2200 МГц), позволяет снизить стоимость коммуникационной инфраструктуры. (Поскольку габаритные размеры антенн базовых станций PCS меньше габаритных размеров антенн базовых станций сотовых сетей, то производство и установка их обходятся дешевле).

Теоретически, мобильная система в США работает на двух полосах частот – 824 и 894 МГц; PCS работает на частоте 1850 и 1990 МГц. И поскольку эта служба основывается на стандарте TDMA, то PCS имеет 8 временных слотов и интервал между каналами составляет 200 КГц, в отличие от обычных трех временных слотах и 30 КГц между каналами.

3G – это самая новейшая технология в области мобильной связи. 3G означает, что телефон принадлежит третьему поколению – первое поколение – аналоговые мобильные телефоны, второе – цифровые. Технология 3G используется в мультимедийных мобильных телефонах, которые обычно называют смартфонами. Такие телефоны имеют несколько диапазонов и высокоскоростную передачу данных.

3G использует несколько мобильных стандартов. Наиболее распространенными являются три из них:

CDMA2000 - является дальнейшим развитием стандарта 2 поколения CDMA One.
WCDMA (англ. Wideband Code Division Multiple Access - широкополосный CDMA) - технология радиоинтерфейса, избранная большинством операторов сотовой связи для обеспечения широкополосного радиодоступа с целью поддержки услуг 3G.
TD-SCDMA (англ. Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access) - китайский стандарт мобильных сетей третьего поколения.

Сеть 3G может передавать данные со скоростью до 3 Мб/с (поэтому для того, чтобы закачать МP3 песню длительностью 3 минуты необходимо всего около 15 секунд). Для сравнения приведем мобильные телефоны второго поколения – самый быстрый 2G телефон может достигать скорости передачи данных до 144 Кб/с (для закачивания 3-х минутной песни нужно около 8 часов). Высокоскоростная передача данных 3G просто идеальна для скачивания информации с Интернета, отправки и получения больших мультимедийных файлов. Телефоны 3G – это своего рода мини-ноутбуки, которые могут работать с крупными приложениями, например, получение поточного видео с Интернета, отправка и получение факсов и загрузка e-mail сообщений с приложениями.

Конечно, для этого нужны базовые станции, которые передают радио сигналы от телефона к телефону.

Базовые станции мобильных телефонов – это литые металлические или решетчатые конструкции, возвышающиеся на сотни футов вверх. На этом рисунке показана современная вышка, которая «обслуживает» 3 разных мобильных оператора. Если взглянуть на основание базовых станций, то можно увидеть, что каждый мобильный оператор установил свое оборудование, которое в наше время занимает очень мало места (у основания более старых башен для такого оборудования строили небольшие помещения).

Базовая станция. фотография с сайта http://www.prattfamily.demon.co.uk

Внутри такого блока помещается радио передатчик и приемник, благодаря которым башня связывается с мобильными телефонами. Радиоприемники соединены с антенной на башне несколькими толстыми кабелями. Если внимательно присмотреться, то можно заметить, что сама башня, все кабели и оборудование компаний у основания базовые станции хорошо заземлены. Например, пластина с прикрепленными к ней зелеными проводами – это медная пластина заземления.

В мобильном телефоне, как и в любом другом электронном приборе, могут возникнуть неполадки:

Чаще всего, к ним относится коррозия деталей, вызванная попаданием влаги в устройство. Если в телефон попала влага, то перед включением нужно убедиться, что телефон полностью высушен.
Слишком высокая температура (например, в автомобиле) может повредить аккумулятор или электронную плату телефона. В результате слишком низкой температуры может выключиться экран.
Аналоговые мобильные телефоны часто сталкиваются с проблемой «клонирования». Телефон считается «клонированным», когда кто-либо перехватывает его номер идентификации и может бесплатно звонить на другие номера.

Вот как происходит «клонирование»: перед тем, как кому-нибудь звонить, ваш телефон передает свои коды ESN и MIN в сеть. Эти коды уникальны и именно благодаря им компания знает, кому отсылать счет за разговоры. Когда ваш телефон передает коды MIN/ESN, кто-то может услышать (при помощи специального прибора) и перехватить их. Если эти коды использовать в другом мобильном телефоне, то с него можно буде звонить совершенно бесплатно, поскольку счет будет оплачивать владелец этих кодов.

Для этого предлагаем вам отправиться в компанию «Билайн ».

На территории России установлено огромное количество БС - базовых станций. Наверное, многие из вас сами видели возвышающиеся в полях красно-белые конструкции или установленные на крышах нежилых зданий сооружения. Каждая такая базовая станция способна поймать сигнал от сотового телефона на расстоянии до 35 км, связываясь с ним по служебным или голосовым каналам .

После того, как вы набрали на своем телефоне номер нужного абонента , происходит следующее: мобильник находит ближайшую БС, связывается с ней по служебному каналу и запрашивает голосовой канал . После этого БС отсылает запрос на контроллер (BSC), который затем поступает на коммуникатор. Если вызываемый абонент обслуживается у того же оператора , что и вы, то коммуникатор проведет сверку с базой данных Home Location Register (HLR), чтобы выяснить, где именно находится тот, кому вы звоните, и перенаправит вызов на нужный коммутатор , который затем переведет звонок на контроллер и далее на Базовую Станцию. Ну и наконец, Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном нужного человека и соединит вас с ним. А если тот, с кем вы хотите поговорить, является абонентом другого сотового оператора , или вы звоните на городской номер , то коммутатор «найдет» соответствующий коммутатор другой сети и обратится к нему. Звучит достаточно запутанно, правда? Попробуем разобрать этот вопрос более подробно.

Но вернемся к оборудованию. Как мы уже говорили, с БС вызов переводится на контроллер (BSC). Внешне он мало чем отличается от Базовой Станции :

Количество БС, которые в состоянии обслужить контроллер, может достигать шести десятков. Контроллер и БС связываются по оптическому или радиорелейному каналам . Контроллер управляет работой радиоканалов.

Ниже вы можете увидеть, что из себя представляет коммутатор :

Количество обслуживаемых коммутатором контроллеров варьируется от двух до тридцати. Коммутаторы размещают в больших помещениях, заполненных металлическими шкафами с оборудованием.

Задача коммутатора состоит в управлении трафиком . Если раньше чтобы поговорить друг с другом, абонентам нужно было сначала связываться с телефонисткой, которая затем вручную переставляла нужные провода, то теперь с ее ролью отлично справляется коммутатор .

Внутри автомобилей располагаются устройства, предназначенные для съема и обработки данных :

Контроллеры и коммутаторы находятся под бдительным контролем 24 часа в сутки. Слежение ведется в так называемом ЦКС (Центре Управления Полeтами Цeнтра Контрoля Сeти).

Связь мобильных, или, как их еще называют, сотовых, телефонов осуществляется не при помощи проводов, как в обычной телефонной системе, а посредством радиоволн. Чтобы позвонить по мобильному телефону, необходимо как обычно набрать номер. Тем самым радиопослание поступает на базовую станцию, управляемую сотовой телефонной компанией.

На станции, которая обслуживает все звонки в пределах данного радиуса или зоны, контроллерное устройство определяет звонок в свободный радиоканал. Кроме того, оно направляет сигнал в автоматическую телефонную станцию сотовой связи. Считывая специальные коды, передаваемые телефоном,

АТС следит за передвижением автомашины по зоне первой станции. Если во время звонка машина минует зону и оказывается в следующей, звонок автоматически переводится на базовую станцию, действующую в той зоне. При звонке по мобильному телефону звонящий подключается к автоматической телефонной станции для сотовой связи, которая определяет местонахождение мобильного телефона, запрашивает свободный радиоканал у контроллерного устройства цепи и осуществляет связь - через базовую станцию - с нужным номером. Затем мобильный телефон звонит. Когда водитель поднимает трубку, цепь замыкается.

Работа базовой станции

Каждая базовая станция принимает сигналы, испускаемые в радиусе от трех до шести миль. Чтобы избежать шумов, базовые станции с совпадающими границами должны работать на различных частотных каналах. Но даже в пределах одного города достаточно удаленные друг от друга станции могут без труда работать на одном канале.

Местная телефонная система, которая обслуживает и дома и офисы, основана на проводах, тянущихся под и над землей и подсоединенных к автоматической станции.

Местонахождение и канал

Автоматическая телефонная станция определяет местоположение движущегося транспортного средства, в то время как контроллер цепи направляет звонок в коммуникационный канал.

Область звонка

Когда автомобиль выезжает за пределы зоны самой удаленной базовой станции, водитель больше не может пользоваться сотовой связью. Если звонок сделан на пути к границе зоны, сигнал становится все слабее и слабее и в конце концов совсем исчезает.

На пути от станции к станции

На всем протяжении мобильного звонка автоматическая телефонная станция для сотовой связи фиксирует местонахождение движущегося автомобиля по силе исходящих от него радиосигналов. Когда сигнал становится слишком слабым, автоматическая телефонная станция предупреждает базовую станцию, которая, в свою очередь, передает звонок для обслуживания соседней станции.

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.

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