Як працює схема мобільного телефону? Принцип роботи стільникового зв'язку. Де працюватиме мобільний інтернет

Всі ми користуємося мобільними телефонами, але при цьому рідко хтось замислюється - як же вони працюють? У цій статті ми намагатимемося розібратися, як, власне, реалізується зв'язок щодо вашого мобільного оператора.

Коли ви здійснюєте дзвінок своєму співрозмовнику, або хтось дзвонить вам, ваш телефон з'єднується по радіоканалу з однією з сусідніх антен. базової станції (БС, BS, Base Station).Кожна базова станція стільникового зв'язку (у простолюді - вежі стільникового зв'язку) включає в себе від однієї до дванадцяти приймально-передаючих антен, що мають напрямки у різні сторони з метою забезпечення якісним зв'язком абонентів у радіусі своєї дії. Такі антени спеціалісти на своєму жаргоні називають «секторами», що являють собою сірі прямокутні конструкції, які ви можете практично кожен день бачити на дахах будівель або спеціальних щоглах.

Сигнал від такої антени надходить кабелем прямо в керуючий блок базової станції. Базова станція є сукупністю секторів та керуючого блоку. При цьому певну частину населеного пункту чи території обслуговують одразу кілька базових станцій, підключених до спеціального блоку. контролеру локальної зони(скорочено LAC, Local Area Controllerабо просто "контролер"). Як правило, один контролер поєднує до 15 базових станцій певного району.

Зі свого боку, контролери (їх також може бути кілька) з'єднані з найголовнішим блоком - Центром управління мобільними послугами (MSC, Mobile services Switching Center), який спрощення сприйняття прийнято називати просто «комутатором». Комутатор, у свою чергу, здійснює вхід і вихід на будь-які лінії зв'язку - як стільникового, так і провідного.

Якщо відобразити написане у вигляді схеми, то вийде таке:
GSM-мережі невеликого масштабу (як правило, регіональні) можуть використовувати лише один комутатор. Великі ж, такі як наші оператори «великої трійки» МТС, Білайн або Мегафон, які одночасно обслуговують мільйони абонентів, використовують відразу кілька об'єднаних між собою пристроїв MSC.

Давайте розберемося, навіщо потрібна така складна система і чому не можна підключити антени базових станцій до комутатора безпосередньо? Для цього потрібно розповісти про ще один термін, званий технічною мовою handover (хендовер). Він характеризує передачу обслуговування в мобільних мережах за естафетним принципом. Іншими словами, коли ви переміщуєтеся вулицею пішки або в транспортному засобі і говорите при цьому по телефону, то щоб ваша розмова при цьому не переривалася, слід своєчасно перемикати ваш апарат з одного сектора БС в інший, з зони дії однієї базової станції або контролера локальної зони в іншу і т.д. Отже, якби сектори базових станцій підключалися до комутатора безпосередньо, йому довелося б самому здійснювати цю процедуру хендовера всіх своїх абонентів, а у комутатора і так вистачає завдань. Тому зменшення ймовірності відмов устаткування, що з його перевантаженнями, схема побудови стільникових мереж GSM реалізується за багаторівневим принципом.

У результаті, якщо ви зі своїм телефоном переміщуєтеся із зони обслуговування одного сектора БС в зону дії іншого, то це переміщення здійснює блок управління даної базової станції, не торкаючись при цьому більш «високих» пристроїв - LAC і MSC. Якщо ж хендовер відбувається між різними БС, то за нього береться вже LAC і т.д.

Комутатор – ні що інше, як основний «мозок» мереж GSM, тому його роботу слід розглянути детальніше. Комутатор мережі бере на себе приблизно ті ж завдання, що і АТС в мережах провідних операторів. Саме він розуміє, куди ви здійснюєте дзвінок чи хтось дзвонить вам, регулює роботу додаткових послуг і, власне, вирішує - чи можете ви в даний час здійснити свій дзвінок чи ні.

Тепер давайте розберемося, що відбувається, коли ви включаєте свій телефон чи смартфон?

Отже, ви натиснули "чарівну кнопку" і ваш телефон увімкнувся. На SIM-карті вашого стільникового оператора знаходиться спеціальний номер, який має назву IMSI - International Subscriber Identification Number (Міжнародний розпізнавальний номер абонента). Він являється унікальним номеромдля кожної SIM-картки не тільки у вашого оператора МТС, Білайн, Мегафон тощо, а унікальним номером для всіх мобільних мереж у світі! Саме щодо нього оператори відрізняють абонентів між собою.

У момент увімкнення телефону ваш апарат посилає даний код IMSI на базову станцію, яка передає його далі на LAC, він же, своєю чергою, відсилає його на комутатор. При цьому в нашу гру вступають два додаткові пристрої, пов'язані безпосередньо з комутатором - HLR (Home Location Register)і VLR (Visitor Location Register). У перекладі російською це, відповідно, Реєстр домашніх абонентіві Реєстр гостьових абонентів. HLR зберігає у собі IMSI всіх абонентів своєї мережі. У VLR міститься інформація про тих абонентів, які користуються мережею даного оператора в даний час.

Номер IMSI передається до HLR за допомогою системи шифрування (за цей процес відповідає ще один пристрій AuC - Центр аутентифікації). HLR при цьому перевіряє, чи існує в його базі абонент з даним номером, і якщо факт його наявності підтверджується, система дивиться, чи може він зараз користуватися послугами зв'язку або, скажімо, має фінансове блокування. Якщо все нормально, то даний абонентвідправляється в VLR і після цього отримує можливість дзвонити та користуватися іншими послугами зв'язку.

Для наочності відобразимо цю процедуру за допомогою схеми:

Таким чином ми коротко описали принцип роботи стільникових мереж GSM. Насправді, цей опис є досить поверховим, т.к. якщо заглибитися в технічні деталі докладніше, то матеріал вийшов би набагато об'ємнішим і набагато менш зрозумілим для більшості читачів.

У другій частині ми продовжимо знайомство з роботою мереж GSM та розглянемо, як і за що оператор списує кошти з нашого з вами рахунку.

Для цього пропонуємо вам відправитися до компанії «Білайн».

На території Росії встановлено безліч БС - базових станцій. Напевно, багато з вас самі бачили червоно-білі конструкції, що височіють у полях або встановлені на дахах нежитлових будівель споруди. Кожна така базова станція здатна зловити сигнал від стільникового телефонуна відстані до 35 км, зв'язуючись з ним службовими або голосовими каналами .

Після того, як ви набрали на своєму телефоні номер потрібного абонента, відбувається наступне: мобільник знаходить найближчу БС, зв'язується з нею по службовому каналу та запитує голосовий канал. Після цього БС надсилає запит на контролер (BSC), який потім надходить на комунікатор. Якщо абонент обслуговується у того ж оператора, що і ви, то комунікатор проведе звірку з базою даних Home Location Register (HLR), щоб з'ясувати, де саме знаходиться той, кому ви телефонуєте, і перенаправить виклик на потрібний комутатор, який потім переведе дзвінок на контролер та далі на Базову Станцію. Ну і нарешті, Базова Станція зв'яжеться з мобільним телефоном потрібної людини та з'єднає вас із нею. А якщо той, з ким ви хочете поговорити, є абонентом іншого стільникового оператора, або ви телефонуєте на міський номер, то комутатор «знайде» відповідний комутатор іншої мережі та звернеться до нього. Звучить досить заплутано, правда? Спробуємо розібрати це питання докладніше.

Але повернемось до обладнання. Як ми вже говорили, з БС виклик переводиться на контролер (BSC). Зовні він мало чим відрізняється від Базової Станції:

Кількість БС, які може обслужити контролер, може досягати шести десятків. Контролер та БС зв'язуються по оптичному або радіорелейному каналах. Контролер керує роботою радіоканалів.

Нижче ви можете побачити, що являє собою комутатор :

Кількість контролерів, що обслуговуються комутатором, варіюється від двох до тридцяти. Комутатори розміщують у великих приміщеннях, заповнені металевими шафами з обладнанням.

Завдання комутатора полягає в управлінні трафіком. Якщо раніше щоб поговорити один з одним, абонентам потрібно спочатку зв'язуватися з телефоністкою, яка потім вручну переставляла потрібні дроти, то тепер з її роллю відмінно справляється комутатор.

Усередині автомобілів розташовуються пристрої, призначені для знімання та обробки даних:

Контролери та комутатори перебувають під пильним контролем 24 години на добу. Спостереження ведеться в так званому ЦКС (Центрі Управління Польотами Центру Контролю Мережі).

Стільниковий зв'язок з недавніх пір так міцно увійшов у наше повсякденне життя, що важко уявити сучасне суспільство без нього. Як і багато інших великих винаходів, мобільний телефон сильно вплинув на наше життя, і на багато його сфер. Важко сказати, яким було б майбутнє, якби не цей зручний вид зв'язку. Напевно таким же, як і у фільмі "Назад у Майбутнє-2", де є літаючі авто, ховерборди, та багато іншого, але немає стільникового зв'язку!

Але сьогодні в спеціальному репортажі буде розповідь не про майбутнє, а про те, як влаштована і працює сучасна стільниковий зв'язок.

Для того, щоб дізнатися про роботу сучасного стільникового зв'язку у форматі 3G/4G, я напросився в гості до нового федерального оператора Tele2 і провів цілий день з їхніми інженерами, які пояснили мені всі тонкощі даних через наші мобільні телефони.

Але розповім спочатку трохи про історію виникнення стільникового зв'язку.

Принципи роботи бездротового зв'язку були випробувані майже 70 років тому - перший громадський рухомий радіотелефон з'явився в 1946 р. у Сент-Луїсі, США. У Радянському союзі досвідчений зразок мобільного радіотелефону було створено у 1957 році, потім вчені інших країн створювали подібні пристроїз різними характеристиками, і лише в 70-х роках минулого століття в Америці було визначено сучасні принципи роботи стільникового зв'язку, після чого і почався її розвиток.

Мартін Купер - винахідник прототипу портативного стільникового. телефону Motorola DynaTAC вагою в 1,15 кг та розмірами 22,5х12,5х3,75 см

Якщо в західних країнах до середини 90-х років минулого століття стільниковий зв'язок був поширений повсюдно і ним користувалася більша частина населення, то в Росії вона тільки почала з'являтися, і стала доступною для всіх трохи більше 10 років тому.

Громіздкі цеглоподібні мобільники, що працювали у форматах першого і другого поколінь, пішли в історію, поступившись місцем смартфонам з 3G і 4G, кращим голосовим зв'язком і високою швидкістю інтернету.

Чому зв'язок називається стільниковим? Тому що територія, на якій забезпечується зв'язок, розбивається на окремі осередки або стільники, в центрі яких розташовані базові станції (БС). У кожній сотні абонент отримує однаковий набір послуг у певних територіальних межах. Це означає, що переміщаючись від однієї "стільники" до іншої, абонент не відчуває територіальної прихильності та може вільно користуватися послугами зв'язку.

Дуже важливо, щоб безперервність з'єднання при переміщенні. Це забезпечується завдяки так званому хендоверу (Handover), при якому з'єднання встановлене абонентом як би підхоплюється сусідніми сотами по естафеті, а абонент продовжує розмовляти або копатися в соцмережах.

Вся мережа поділяється на дві підсистеми: підсистема базових станцій та підсистема комутації. Схематично це виглядає так:

У середині "стільники", як було сказано вище, знаходиться базова станція, яка зазвичай обслуговує три "стільники". Радіосигнал від базової станції випромінюється через 3 секторні антени, кожна з яких спрямована на свою сотню. Буває так, що на одну "соту" направлено відразу кілька антен однієї базової станції. Це з тим, що мережа стільникового зв'язку працює у кількох діапазонах (900 і 1800 МГц). Крім того, на даній базовій станції може бути обладнання відразу кількох поколінь зв'язку (2G та 3G).

Але на вишках БС Tele2 стоїть обладнання лише третього та четвертого покоління – 3G/4G, оскільки компанія вирішила відмовитися від старих форматів на користь нових, які допомагають уникати обривів голосового зв'язку та забезпечують більш стабільний інтернет. Завсідники соцмереж підтримають мене в тому, що в наш час швидкість інтернету дуже важлива, 100-200 кб/с вже мало, як це було пару-трійку років тому.

Найбільш звичним місцем розміщення БС є башта або щогла, побудована спеціально для неї. Напевно, ви могли бачити червоно-білі вишки БС десь на відстані від житлових будинків (у полі, на пагорбі), або там, де поблизу немає високих будівель. Як ось ця, що видно з мого вікна.

Проте, за умов міської місцевості важко знайти місце під розміщення потужного споруди. Тому у великих містах базові станції розміщуються на будинках. Кожна станція ловить сигнал від мобільних телефонів на відстані до 35 км.

Це антени, саме обладнання БС знаходиться на горищі, або в контейнері на даху, яке представляє собою пару залізних шаф.

Деякі базові станції розташовані там, де ви навіть не здогадаєтеся. Як, наприклад, на даху цього паркування.

Антена БС складається з кількох секторів, кожен із яких приймає/відправляє сигнал у свій бік. Якщо вертикальна антена здійснює зв'язок із телефонами, то кругла з'єднує БС із контролером.

Залежно від характеристик кожен сектор може обслуговувати до 72 дзвінків одночасно. БС може складатися з 6 секторів і обслуговувати до 432 дзвінків, проте зазвичай на станціях встановлюють менше передавачів та секторів. Стільникові оператори, такі як Tele2, воліють ставити більше БС підвищення якості зв'язку. Як мені сказали, тут використовується найсучасніше обладнання: базові станції Ericsson, транспортна мережа – Alcatel Lucent.

Від підсистеми базових станцій сигнал передається у бік підсистеми комутації, де відбувається встановлення з'єднання з потрібним абоненту напрямом. У підсистемі комутації є низка баз даних, у яких зберігаються інформацію про абонентах. Крім того, ця підсистема відповідає за безпеку. Якщо сказати простіше, то комутатор виконав яє ті ж функції, що й дівчата оператори, які раніше руками з'єднували вас з абонентом, тільки зараз все це відбувається автоматично.

Обладнання для цієї базової станції заховано в цій залізній шафі.

Крім звичайних вишок є також мобільні варіанти базових станцій, розміщені на вантажівках. Їх дуже зручно використовувати під час стихійних лих або у місцях масового скупчення людей (футбольні стадіони, центральні площі) на час свят, концертів та різноманітних заходів. Але, на жаль, через проблеми у законодавстві широкого застосування вони поки що не знайшли.

Для забезпечення оптимального покриття радіосигналом на рівні землі базові станції проектуються спеціальним чином, тому незважаючи на дальність в 35 км. сигнал не поширюється висоту польоту літаків. Однак деякі авіакомпанії вже почали встановлювати на своїх бортах невеликі базові станції, які забезпечують стільниковий зв'язок усередині літака. Така БС з'єднується з наземною стільниковою мережеюза допомогою супутникового каналу. Система доповнюється панеллю управління, яка дозволяє екіпажу вмикати та вимикати систему, а також окремі типи послуг, наприклад, вимикати голос на нічних рейсах.

Також я заглянув до офісу Tele2, щоб побачити, як фахівці контролюють якість стільникового зв'язку. Якщо кілька років тому така кімната була б обвішана до стелі моніторами, що показують дані мережі (завантаженість, аварії мережі тощо), то згодом потреба в такій кількості моніторів відпала.

Технології згодом сильно розвинулися і досить ось такої невеликої кімнати з кількома фахівцями, щоб спостерігати за роботою всієї мережі у Москві.

Небагато видів з офісу Tele2.

З початку будівництва до сьогодні Tele2 встиг покрити своєю мережею всю Москву, і поступово завойовує Підмосков'я, запускаючи більше 100 базових станцій щотижня. Оскільки я живу в області, мені дуже важливо. щоб ця мережа якнайшвидше прийшла в моє містечко.

У планах компанії на 2016 р. забезпечення високошвидкісного зв'язку в метро на всіх станціях, на початок 2016 року зв'язок Tele2 присутній на 11 станціях: зв'язок стандарту 3G/4G на метро «Борисове», «Діловий центр», «Котельники», «Лермонтовський проспект» , "Тропарево", "Шипилівська", "Зябликово", 3G: "Білоруська" (Кільцева), "Спартак", "П'ятницьке шосе", "Жулебіне".

Як я говорив вище, Tele2 відмовилася від формату GSM на користь стандартів третього та четвертого покоління – 3G/4G. Це дозволяє встановлювати базові станції 3G/4G з більшою частотою (наприклад, всередині МКАД БС стоять на відстані близько 500 метрів один від одного), щоб забезпечувати стабільніший зв'язок і високу швидкість мобільного інтернету, чого не було в мережах попередніх форматів.

З офісу компанії я в компанії інженерів Никифора та Володимира вирушаю на одну з точок, де їм потрібно заміряти швидкість зв'язку. Никифор стоїть навпроти однієї з щоглів, на якій встановлено обладнання для забезпечення зв'язку. Якщо придивитеся, то помітите трохи далі зліва ще одну таку щоглу, з обладнанням інших стільникових операторів.

Як це не дивно, але стільникові оператори часто дозволяють своїм конкурентам використовувати свої баштові споруди для розміщення антен (звісно на взаємовигідних умовах). Це викликано тим, що будівництво вежі чи щогли – дороге задоволення, і такий обмін дозволяє заощадити чимало коштів!

Поки ми заміряли швидкість зв'язку, Никифора кілька разів перехожі бабусі і дядьки запитали чи він не шпигун)) "Так, глушимо радіо "Свобода"!).

Обладнання насправді виглядає незвичайно, на його вигляд можна припустити все що завгодно.

У фахівців компанії чимало роботи, якщо врахувати, що в Москві та області у компанії понад 7тис. базових станцій: їх близько 5тыс. 3G і близько 2тис. базових станцій LTE, а останнім часом кількість БС збільшилася ще приблизно на тисячу.
Усього за три місяці в Підмосков'ї було виведено в ефір 55% загальної кількості нових базових станцій оператора в регіоні. У теперішній моменткомпанія забезпечує якісне покриття території, де проживає понад 90% населення Москви та Московської області.
До речі, у грудні мережу 3G Tele2 було визнано найкращою за якістю серед усіх столичних операторів.

Але я вирішив особисто перевірити наскільки хороший зв'язок у Tele2, тому придбав сімку в найближчому до мене торговому центрі на Войковській, з самим простим тарифом"Дуже чорний" за 299 р (400 смс/хв і 4 ГБ). До речі, у мене був подібний білайнівський тариф, який на 100 рублів дорожчий.

Перевірив швидкість, не відходячи далеко від каси. Прийом – 6.13 Mbps, передача – 2.57 Mbps. Враховуючи, що я стою в центрі торгового центру, це непоганий результат, зв'язок Tele2 добре проникає крізь стіни великого ТЦ.

На м.Третьяківська. Прийом сигналу – 5.82 Mbps, передача – 3.22 Mbps.

І на м. Червоногвардійська. Прийом – 6.22 Mbps, передача – 3.77 Mbps. Завмер біля виходу з метро. Якщо взяти до уваги, що це околиця Москви, дуже пристойно. Вважаю, що цілком прийнятний зв'язок, впевнено можна сказати, що стабільний, якщо враховувати, що Tele2 з'явилася в Москві лише кілька місяців тому.

У столиці стабільний зв'язок Tele2 є, це добре. Дуже сподіваюся, що вони швидше прийдуть в область і я зможу повною мірою скористатися їхнім зв'язком.

Тепер і ви знаєте як працює стільниковий зв'язок!

Якщо у вас є виробництво або сервіс, про яке ви хочете розповісти нашим читачам, пишіть пишіть мені - Аслан ( [email protected] ) і ми зробимо найкращий репортаж, який побачать не лише читачі спільноти, а й сайту http://ikaketosdelano.ru

Підписуйтесь також на наші групи в фейсбуці, вконтакті,однокласникахі в гугл+плюс, де викладатимуться найцікавіше із спільноти, плюс матеріали, яких немає тут та відео про те, як влаштовані речі у нашому світі.

Тисніть на іконку і підписуйся!

Трохи сумно, що переважна більшість людей на запитання: «Як працює стільниковий зв'язок?», відповідають «по повітрю» чи взагалі – «не знаю».

Продовжуючи цю тему, у мене вийшла одна кумедна розмова з другом на тему роботи мобільного зв'язку. Сталося це якраз за пару днів до відзначеного всіма зв'язківцями та телекомщиками свята "Дня радіо".Так уже склалося, що в силу своєї затятої життєвої позиції, мій друг вважав, що мобільний зв'язокпрацює взагалі без дротів через супутник. Виключно за рахунок радіохвиль. Спочатку мені не вдавалося переконати його. Але після нетривалої розмови все стало на свої місця.

Після цієї дружньої "лекції" з'явилася ідея написати простою мовоюпро те, як працює стільниковий зв'язок. Все як є.

Коли ви набираєте номер і починаєте дзвонити, ну, або вам хтось дзвонить, то ваш мобільний телефон по радіоканалу зв'язуєтьсяз однією з антен найближчої базової станції. Де ж ці базові станції, запитаєте ви?

Зверніть увагу на промислові будівлі, міські висотки та спеціальні вишки. На них і розташовуються великі сірі прямокутні блоки з антенами різних форм, що стирчать. Але ці антени не телевізійні і не супутникові, а приймально-передаючіоператорів стільникового зв'язку. Вони направлені у різні сторони, щоб забезпечити зв'язком абонентів з усіх боків. Адже ми ж не знаємо, звідки надходитиме сигнал і куди занесе «горе-абонента» з телефонною трубкою? На професійному жаргоні антени називають також «секторами». Як правило, вони встановлюються від однієї до дванадцятої.

Від антени сигнал кабелю передається безпосередньо в керуючий блок станції. Разом вони і утворюють базову станцію [антени та керуючий блок]. Декілька базових станцій, чиї антени обслуговують окрему територію, наприклад, район міста або невеликий населений пункт, приєднано до спеціального блоку - контролеру. До одного контролера зазвичай підключається до 15 базових станцій.

У свою чергу, контролери, яких також може бути кілька, кабелями підключено до «мозкового центру». комутатору. Комутатор забезпечує вихід та вхід сигналів на міські телефонні лінії, на інших операторів стільникового зв'язку, а також операторів міжміського та міжнародного зв'язку.

У невеликих мережах використовується тільки один комутатор, у більших, що обслуговують відразу більше мільйона абонентів, можуть використовуватися два, три і більше комутаторів, об'єднаних між собою знову проводами.

Навіщо така складність? Запитають читачі. Здавалося б, можна антени просто підключити до комутатора і все буде працювати. А тут базові станції, комутатори, купа кабелів… Але не все так просто.

Коли людина пересувається вулицею пішки або йде автомобілем, поїздом і т.д. і при цьому ще й розмовляє телефоном, важливо забезпечити безперервність зв'язку.Зв'язківці процес естафетної передачі обслуговування у мобільних мережах називають терміном "handover".Необхідно вчасно перемикати телефон абонента з однієї базової станції на іншу, від одного контролера до іншого тощо.

Якби базові станції були безпосередньо підключені до комутатора, то всіма цими перемиканнями довелося б керувати комутатору. А йому «бідному» і так є чим зайнятися. Багаторівнева схема мережі дає можливість рівномірно розподілити навантаження на технічні засоби . Це знижує ймовірність відмови обладнання та, як наслідок, втрати зв'язку. Адже всі ми зацікавленіу безперебійному зв'язку, чи не так?

Отже, досягнувши комутатора, наш дзвінок перекладається далеє - на мережу іншого оператора мобільного, міського міжміського та міжнародного зв'язку. Звичайно ж, це відбувається високошвидкісним кабельним каналам зв'язку. Дзвінок надходить на комутаторіншого оператора. При цьому останній знає, на якій території [в області дії, якого контролера] зараз знаходиться потрібний абонент. Комутатор передає телефонний виклик конкретному контролеру, у якому міститься інформація, у зоні дії якої базової станції знаходиться адресат дзвінка. Контролер посилає сигнал цієї єдиної базової станції, а вона своєю чергою «опитує», тобто викликає мобільний телефон. Трубка починає химерно дзвонити.

Весь цей довгий і складний процес насправді займає 2-3 секунди!

Так само відбуваються телефонні дзвінкиу різні міста Росії, Європи та світу. Для зв'язку комутаторів різних операторів зв'язку використовуються високошвидкісні оптоволоконні канали зв'язку. Завдяки їм сотні тисяч кілометрів телефонний сигнал долає за лічені секунди.

Дякую великому Олександру Попову за те, що він дав світові радіо!Якби не він, можливо, ми зараз були б позбавлені багатьох благ цивілізації.

Якщо весь час сидіти в інтернеті, то складається помилкове враження, що навколо всі повинні. Навіть, якщо не заглиблюватися в політику, де взагалі всі як один експерти і знають, що треба робити, але, як казав герой одного анекдоту, робити самому щось ніколи, бо треба «таксувати», то нас оточують юрби незадоволених людей. Мобільним зв'язком взагалі незадоволені всі, як один. У мене немає готового рецепту як це невдоволення виправити, але є хороша новина: якщо ви розумієте як цей чортовий мобільний зв'язок працює, то ви набагато менше нервуєте. Ось ви, наприклад, колись розмовляли про якість зв'язку з тими, хто нею займається? Я так не раз розмовляв. І жодного разу не зустрічав незадоволеного фахівця (хоча проблеми із зв'язком, безумовно, бувають і в них). Вони не метушаться, не нервуються, тому що майже завжди чітко уявляють що (і чому) відбувається. І за яких умов ситуація може змінитись. Опанувати це «кунг-фу» насправді нескладно, і почати потрібно з того, щоб розібратися як працює мобільний зв'язок і які процеси в ньому відбуваються, коли ми знімаємо слухавку, робимо виклик або використовуємо телефон для інтернету.

Радіосигнал

І почати потрібно з банального: мобільний зв'язок насправді (ось новина, так?) використовує радіосигнал, який за визначенням не може бути таким же надійним з'єднанням, як товстий мідний кабель надійно захований від будь-яких впливів (ну, крім ковша екскаватора, звичайно ж) ззовні. Радіосигнал схильний до купи всяких інших речей у цьому несправедливому світі. Хоча б тому, що нас постійно оточує безліч невидимих ​​оку передач, що проходять на різних частотах. Звичайно, всі ми знаємо зі шкільного курсу фізики, що сигнал радіохвилі може бути на різних частотах (і різної потужності, додам, але для нашого розуміння ситуації це вже надто складно, не будемо так заглиблюватись). І коли ми говоримо про те, що наші телефони працюють на частотах 900, 1800 та 1900 МГц, насправді це діапазони частот. А конкретна базова станція та ваш телефон можуть працювати на інших, близьких до них: 1799 чи 1801 ГГц. Саме такий поділ частот і дозволяє в сучасному місті користуватися мобільним зв'язком тисячам людей одночасно, а не чекати поки що вільна частота звільниться. Що ще більше ускладнює ситуації, якщо замислитись, що операторів мобільного зв'язку у нас більше, ніж один. І всі вони працюють також одночасно.

Також з курсу фізики ми пам'ятаємо (адже пам'ятаємо, так?), що при проходженні перешкоди сигнал слабшає. Згадайте, як справи з Bluetooth-сигналом, якщо ви вийдете в сусідню кімнату. Адже відстань менш заявлених стандартом 10 метрів. Так що ж - вам брешуть? Ні, на шляху стоїть перешкода, а якщо стіна ще й несе, то всередині неї не гіпсокартон, а залізна арматура, що однозначно лише погіршує сигнал і аж ніяк не покращує його. Аналогічна ситуація і з Wi-Fi, і з мобільним зв'язком. Тому що в обох випадках використовується радіосигнал. Тому кожен раз, коли ви заходите в ліфт або спускаєтеся в підвал (наприклад, в кафе), зв'язок може раптово погіршуватися. І це нормально, бо повністю відповідає законам фізики, навіть якщо ви про них нічого не знаєте.

Базові станції

Якось поставили в одному селі базову станцію.
Через деякий час оператору, який встановив базову станцію,
стали приходити скарги від місцевих жителів
на самопочуття, що погіршилося.
"Це ще що", - відповіли представники оператора, -
«ось подивіться, що почнеться, коли ми її включимо»
Популярний серед операторів анекдот

Деякі (не всі, звісно) здогадуються про те, що для мобільного зв'язку потрібні ще й базові станції. Це досить складні (і дорогі) комплексні конструкції, що включають різний набір комунікаційного (і не тільки його) обладнання. У мінімальній конфігурації базової станції потрібне живлення, підключення до інших базових станцій і/або маршрутизаторів мережі, здатним правильно направити дані і миттєво зв'язати між собою двох абонентів. Зв'язок цей може бути по оптоволоконному кабелю (і тоді ви його навіть не побачите) або по радіоканалу. І тоді ви побачите такі великі круглі антени радіорелейного зв'язку, що працюють по спрямованому променю і зв'язують базову станцію з іншою (конкретною) такою самою станцією. У місті такі базові станції можуть розміщуватися на дахах адміністративних (переважно так простіше отримати дозвіл на їх встановлення) будинках. Чому на дахах? Тому що чим вище – тим більше відкритого простору та менше перешкод для радіосигналу. За містом (або там, де немає високих будівель) для базової станції встановлюється окрема щогла, що нагадує на вигляд щогли електропередач. Сама базова станція - це ще й ящик з розумною електронікою, що обслуговує все це господарство, а також кондиціонер, що охолоджує її роботу (особливо потрібен, як ми всі розуміємо, влітку). За ідеєю, кожна базова станція має ще мати дизель-генератор з автономним живленням, що включається автоматично при відключенні електрики. Інакше при будь-яких аваріях енергомережі мобільний зв'язок відразу буде відключений, а так він якийсь час ще здатний опрацювати (в ідеалі - до приїзду ремонтної бригади або ліквідації аварії енергомережі). Зацінили? І це ми ще не перейшли до передавачів, які безпосередньо пов'язують базову станцію з мобільними телефонами. Ви їх бачите найчастіше – це вертикально встановлені панелі, зазвичай їх три – по сектору 120 градусів на кожен.

Щоб усе це працювало як годинник і різні гравці ринку не заважали одне одному, існує державне регулювання. Воно стосується потужності устаткування, що використовується, безпеки мобільних телефонів (саме тому всі легально продаються телефони проходять обов'язкову сертифікацію, що, нехай і небагато, але збільшує їх вартість). До речі, саме тому придбані за кордоном телефони можуть працювати не так добре, як хотілося б – вони розроблені для інших умов та відповідають іншим вимогам. Особливо це стосується дешевих моделей (з брендовими телефонами таких сюрпризів, як правило, не відбувається, тому що їх випускають компанії, які ретельно стежать за відповідністю своїх пристроїв нормам тих країн, де вони офіційно продаються). Про те, навіщо держава це робить, яким чином і яку користь це приносить суспільству, ви можете почитати в окремій статті на цю тему.

Але ми пам'ятаємо, що радіозв'язок та його якість таки залежить від багатьох факторів, які є непостійними. Швидкість передачі у конкретному місці у безпосередньо взятому проміжку часу може значно змінитися, якщо зміниться вихідні дані. Тому споживчі тестування - суб'єктивні, однак саме вони можуть дати інформацію споживачеві у певній географічній точці про якість послуги. По-справжньому оцінити якість мережі можна лише за допомогою спеціального обладнання та цілої команди спеціалістів (причому у кожному місті – окремою).

Крім природних причин (навантаження на мережу, наприклад), є ще й інша проблема: у містах, де ми живемо, постійно будуються нові об'єкти, які здатні кардинально змінювати картину покриття мережі та наявності сигналу в конкретному районі. Тому процес радіопланування мережі – процес безперервний. Він ніколи не припиняється, і впровадження 3G, яке ми спостерігаємо зараз, - лише один епізод у довгому ланцюжку постійної роботияка велася, ведеться і проходитиме в майбутньому. Завжди.

Крім досить повільних змін (будівництво висотки, погодьтеся, займає місяці, а то й роки), є ще стихійні сплески споживання мобільного зв'язку, здатні створити пікові навантаження, що багаторазово перевершують ємність мережі поточному місці. Найпростіший приклад - виставки, коли в одній будівлі чи павільйоні збираються тисячі людей, кожен з яких має в кишені мобільний телефон. Ви, напевно, стикалися із ситуацією, коли на виставці (або стадіоні) погано працював мобільний зв'язок. Аналогічні сплески, наприклад, відбуваються напередодні Нового року, до якого всі оператори ретельно готуються. Тому що для них це не лише певний виклик та задоволеність споживачів, а й (до чого приховувати) додатковий заробіток.

Якщо про захід відомо заздалегідь, збільшення ємності мережі використовуються звані мобільні базові станції. Вони являють собою автомобіль, усередині якого знаходиться купа дорогої електроніки, що підключається до мережі оператора і збільшує ємність мережі безпосередньо взятому місці. Для розгортання такої мобільної базової станції необхідно від 3-4 годин до доби (залежно від складності умов - нагадаю, що у кожного оператора вони свої, та визначаються наявністю найближчих базових станцій, відстанню до них, прямою видимістю тощо). Наприклад, за словами Юрія Григор'єва, начальника департаменту експлуатації мобільної мережі Центрального регіону lifecell, під час проведення чемпіонату з футболу Євро-2012 на Хрещатику, у фан-зоні працювало відразу три мобільні базові станції в різних частинах вулиці (весь Хрещатик був тоді фан- зону з величезними екранами для глядачів). Аналогічні дії проводяться із сезонними заходами, наприклад, днями міст. Свої корективи вносять і періоди відпусток з курортними місцями – морськими літом та гірськолижними зимою. Всі ці дії проводяться непомітно для більшості абонентів мобільного зв'язку, які навіть не підозрюють про технічні складнощі (так, між нами кажучи, не повинні підозрювати). Але вони проводяться всіма операторами незалежно від того якої ви думки про їхню роботу.

Окремою розмовою стоїть обладнання, яке використовується для покращення зв'язку всередині приміщень. Щоб не ускладнювати розповідь перерахуванням різних репітерів і фемтосот, просто скажу, що всередині приміщення (це може бути кафе в підвалі або величезний торговий центр) встановлюється обладнання, яке підвищує тим чи іншим способом ємність мережі та передає весь трафік (голосовий та дані) далі в мережу оператора. У метро для цього використовують спеціальний випромінюючий радіосигнал кабель, тому ми можемо мати (або не мати) мобільний зв'язок навіть у тунелях метро, ​​хоча вони знаходяться на недосяжній для звичайних радіохвиль глибині.

Опорна мережа

На перший погляд, питання здається дивним, але ми ніколи не замислюємося про те, куди сигнал з мобільного телефонайде далі. Ні, зрозуміло, що він іде у мережу мобільного оператора, але що таке "мережа"? Насправді, значна частина мережі мобільного оператора знаходиться в... кабелі. Базові станції, пов'язані між собою тільки по радіо не здатні передавати весь той обсяг голосового зв'язку і тим більше даних радіосигналу. Тим більше, що більшість користувачів мобільного зв'язку зосереджені в окремих містах, які не пов'язані між собою радіозв'язком. І сигнал між ними проходить через магістральні оптоволоконні кабелі, що становлять основу галузі телекомунікацій. Існує поняття "опорної мережі" або back bone, яку ще можуть називати трансмісією через її функції - передачі величезного потоку даних між ключовими сегментами мережі оператора. Кожне місто, у свою чергу, може мати своє «кільце», що з'єднує потоки даних від конкретних базових станцій або опорних пунктів, що акумулюють трафік з декількох базових станцій. Для керування всією мережею необхідні величезні вузлові комутатори, які обслуговують цілі регіони. Це величезні дата-центри, що керують усім трафіком і займають окрему будівлю. Вони, як і будь-які інші дата-центри мають кілька незалежних каналів підключення, власні системи енергоспоживання. У менш купних містах існують ще виносні комутатори, менші за розмірами, призначені для обслуговування свого регіону.

Тепер ви розумієте, що Мобільна мережаоператора є дуже складною системою. І на кожному її етапі, у кожній ланці ланцюжка - від мобільного телефону користувача до базової станції, комутатора та опорної мережі може виникнути проблема з якістю зв'язку. Докладніше ми розповідали про ці проблеми в окремій статті, тому коротко нагадаю, що якість зв'язку залежить від трьох факторів: покриття, ємності та якості самої мережі. Грубо кажучи, покриття – це те, куди «добиває» сигнал базової станції, ємність – здатність мережі приймати більшу кількість дзвінків та/або передавати більший обсяг даних (до речі, це головна вигода від впровадження мереж 4G, що дозволяє наростити ємність та використовувати більшу кількість частот) - це своя окрема проблема, пов'язана з перерозподілом частот і технологічної нейтральності).

Біллінг

Говорячи про мобільний зв'язок, про те, як він працює і звідки можуть виникнути проблеми у користувачів, не можна не торкнутися питання білінгу. Технічно це програмне забезпеченнявизначальне тариф абонента, враховує всі, включені до нього витрати користувача, і розраховує його баланс рахунку. Воно інтегровано в мережу оператора і при скоєнні будь-якої дії з боку абонента (дзвінок, SMS, доступ в інтернет) спочатку перевіряє, чи може користувач здійснити цю дію, потім або дозволяє системі надати абоненту запитувану послугу, або видає йому повідомлення, чому цю дію виконати. не можна (наприклад, не вистачає коштів на рахунку). Всі ці численні операції відбуваються миттєво та непомітно для користувача, але для загального розуміння того, як працює мобільний зв'язок, знати про це варто.

Як працює білінг, нам пояснив Костянтин Жилін, керівник Департаменту експлуатації телекомунікаційних мереж оператора lifecell: «Для того, щоб зробити дзвінок, сервер визначає тригер: що потрібно зробити, щоб дати абоненту можливість дзвонити. Тригером може бути «програй якусь мелодію», іноді це тригер «йди сходи перевір тарифікацію». Для того, щоб абонент зробив дзвінок, білінговій системі спочатку потрібно запитати чи достатньо коштів у абонента для того, щоб зробити дзвінок. Білінгова система дивиться рахунок абонента і відповідає: «будь ласка, дозволяю зробити дзвінок такої тривалості». І лише після цього відбувається підключення трафіку, маршрутизації тощо. Після того, як абонент використав цю квоту дзвінка, наприклад, 150 секунд, білінг знову робить запит на дозвіл і перевіряє залишок грошей на рахунку. Квота видається виходячи із середньостатистичного часу здійснення дзвінка та залишку грошей на рахунку та обчислюється у хвилинах».

Саме зняття грошей з рахунку (сакральний момент) відбувається за дзвінком, коли білінг запитує систему про остаточну тривалість дзвінка і тарифікує його за фактичною тривалістю, а не за обсягом виділеної квоти. З погляду білінгової системи зміна тарифного плануАбонент просто означає заміну в каталозі продуктів оператора одного пункту на інший. У продуктовому плані для білінгу є список доступних абоненту послуг, частина з яких є базовими (та надаються в рамках тарифного плану без додаткової плати), а частина - додатковими та відповідно оплачуваними окремо. Якщо змінюється одне чи інше, значить для білінгу щось безкоштовне стає платним чи навпаки. Або змінюється вартість якоїсь конкретної послуги. То це працює. Всі розмови про злодійство операторами грошей насправді є поширеною помилкою. Що не скасовує активної маркетингової діяльності більшості операторів. Але щось вкрасти у абонента неможливо фізично.

Як кажуть, знання - сила, тому у всіх спірних випадках потрібно уважно читати умови свого тарифного плану та не соромитись уточнювати всі питання у оператора. Співробітники кол-центрів стресостійкі, проходять спеціальні тренінги та завжди готові спокійно вислухати абонента та постаратися допомогти йому. Про це докладніше ми ще поговоримо наступного разу.

Тим, хто хоче знати більше

Оператори використовують свої власні жаргонні слівця, які нам здалися забавними і вартими вашої уваги:

• «каструлька»- радіорелейна антена, що має круглу форму та призначена для зв'язку двох базових станцій між собою по радіоканалу
• «гріти повітря» - працювати вхолосту, так кажуть, коли дороге обладнання не використовує свої можливості повністю, має надмірну ємність мережі і, відповідно, не приносить очікуваного доходу для оператора
• «кабінет»- шафа мобільної базової станції з обладнанням: шасі з приймально-передавачем (вміщує до 4 полиць, на яких розміщується до 12 приймачів) і «мозки» базової станції - електроніка, що забезпечує роботу самої мережі