Principi izgradnje sistema celularne komunikacije. Kako je nastala veza Poruka o ćelijskoj komunikaciji

Znate li šta se dešava nakon što pozovete broj prijatelja na svom mobilnom telefonu? Kako ga mobilna mreža pronalazi u planinama Andaluzije ili na obali udaljenog Uskršnjeg ostrva? Zašto razgovor ponekad iznenada prestane? Prošle nedelje sam posetio kompaniju Beeline i pokušao da shvatim kako funkcionišu mobilne komunikacije...

Veliko područje naseljenog dijela naše zemlje pokriveno je baznim stanicama (BS). Na terenu izgledaju kao crveno-bijele kule, a u gradu su skrivene na krovovima nestambenih zgrada. Svaka stanica prima signale sa mobilnih telefona na udaljenosti do 35 kilometara i komunicira sa mobilnim telefonom putem servisnih ili govornih kanala.

Nakon što pozovete broj prijatelja, vaš telefon kontaktira baznu stanicu (BS) koja vam je najbliža preko servisnog kanala i traži da dodijeli glasovni kanal. Bazna stanica šalje zahtjev kontroleru (BSC), koji ga prosljeđuje komutatoru (MSC). Ako je vaš prijatelj pretplatnik na istu mobilnu mrežu, tada će prekidač provjeriti registar kućnih lokacija (HLR), saznati gdje se pozvani pretplatnik trenutno nalazi (kod kuće, u Turskoj ili Aljasci) i prebaciti poziv na odgovarajući prekidač odakle je poslat će biti poslan na kontroler, a zatim na baznu stanicu. Bazna stanica će kontaktirati vaš mobilni telefon i povezati vas sa vašim prijateljem. Ako je vaš prijatelj na drugoj mreži ili zovete fiksni telefon, vaš prekidač će kontaktirati odgovarajući prekidač na drugoj mreži. Tesko? Pogledajmo izbliza. Bazna stanica je par željeznih ormara zaključanih u dobro klimatiziranoj prostoriji. S obzirom da je napolju u Moskvi bilo +40, želeo sam neko vreme da živim u ovoj sobi. Obično se bazna stanica nalazi ili u potkrovlju zgrade ili u kontejneru na krovu:

2.

Antena bazne stanice podijeljena je u nekoliko sektora, od kojih svaki "sjaji" u svom smjeru. Vertikalna antena komunicira sa telefonima, okrugla antena povezuje baznu stanicu sa kontrolerom:

3.

Svaki sektor može istovremeno obraditi do 72 poziva, u zavisnosti od podešavanja i konfiguracije. Bazna stanica se može sastojati od 6 sektora, tako da jedna bazna stanica može podnijeti do 432 poziva, međutim, stanica obično ima manje instaliranih predajnika i sektora. Mobilni operateri radije instaliraju više BS radi poboljšanja kvaliteta komunikacije. Bazna stanica može raditi u tri opsega: 900 MHz - signal na ovoj frekvenciji putuje dalje i bolje prodire unutar zgrada 1800 MHz - signal putuje na kraćim udaljenostima, ali vam omogućava da instalirate veći broj predajnika u 1 sektor 2100 MHz - 3G mreža Ovako izgleda kabinet sa 3G opremom:

4.

Na baznim stanicama u poljima i selima instalirani su predajnici od 900 MHz, au gradu, gdje su bazne stanice zabodene kao ježeve igle, komunikacija se uglavnom odvija na frekvenciji od 1800 MHz, iako svaka bazna stanica može imati predajnike sva tri opsega. istovremeno.

5.

6.

Signal frekvencije od 900 MHz može doseći i do 35 kilometara, iako "domet" nekih baznih stanica koje se nalaze duž autoputeva može doseći i do 70 kilometara, zbog smanjenja broja istovremeno opsluženih pretplatnika na stanici za pola . Shodno tome, naš telefon sa svojom malom ugrađenom antenom takođe može da emituje signal na udaljenosti do 70 kilometara... Sve bazne stanice su dizajnirane da obezbede optimalnu radio pokrivenost na nivou zemlje. Stoga, uprkos dometu od 35 kilometara, radio signal se jednostavno ne šalje na visinu leta aviona. Međutim, neke avio-kompanije su već počele sa instaliranjem baznih stanica male snage u svoje avione koje pružaju pokrivenost unutar aviona. Takav BS je povezan na zemaljsku mobilnu mrežu pomoću satelitskog kanala. Sistem je dopunjen kontrolnom pločom koja omogućava posadi da uključuje i isključuje sistem, kao i određene vrste usluga, na primjer, isključivanje glasa na noćnim letovima. Telefon može istovremeno da meri jačinu signala sa 32 bazne stanice. Preko servisnog kanala šalje informacije o 6 najboljih (u smislu jačine signala), a kontroler (BSC) odlučuje koji BS će prenijeti trenutni poziv (Handover) ako ste u pokretu. Ponekad telefon može pogriješiti i prebaciti vas na BS sa lošijim signalom, u kom slučaju razgovor može biti prekinut. Takođe se može ispostaviti da su na baznoj stanici koju je vaš telefon izabrao sve govorne linije zauzete. U tom slučaju, razgovor će također biti prekinut. Rekli su mi i o takozvanom „problemu gornjeg sprata“. Ako živite u penthausu, ponekad, kada se krećete iz jedne sobe u drugu, razgovor može biti prekinut. To se dešava zato što u jednoj prostoriji telefon može da „vidi” jedan BS, au drugoj drugi, ako je okrenut na drugu stranu kuće, a istovremeno se ove 2 bazne stanice nalaze na velikoj udaljenosti od međusobno i nisu registrovani kao „susedni“ kod mobilnog operatera. U ovom slučaju, poziv neće biti prebačen sa jednog BS na drugi:

Komunikacija u metrou je obezbijeđena na isti način kao i na ulici: bazna stanica - kontroler - prekidač, s tom razlikom što se tu koriste male bazne stanice, a u tunelu pokrivenost ne obezbjeđuje obična antena, već posebnim zračećim kablom. Kao što sam gore napisao, jedan BS može obaviti do 432 poziva istovremeno. Obično je ova snaga dovoljna, ali, na primer, tokom nekih praznika BS možda neće moći da se nosi sa brojem ljudi koji žele da pozovu. To se obično dešava na Novu godinu, kada svi počnu da čestitaju jedni drugima. SMS se prenosi putem servisnih kanala. Ljudi 8. marta i 23. februara radije čestitaju jedni drugima putem SMS-a, šaljući smiješne pjesme, a telefoni se često ne mogu dogovoriti sa BS oko dodjele govornog kanala. Rekli su mi zanimljiv slučaj. U jednom dijelu Moskve pretplatnici su počeli primati žalbe da ne mogu ni sa kim doći. Tehnički stručnjaci su počeli da to otkrivaju. Većina govornih kanala bila je besplatna, ali svi kanali za usluge su bili zauzeti. Ispostavilo se da je pored ove BS postojao institut u kojem su bili ispiti i studenti su stalno razmjenjivali sms poruke. Telefon dijeli duge SMS-ove na nekoliko kratkih i šalje svaki posebno. Osoblje tehničke službe savjetuje slanje ovakvih čestitki putem MMS-a. Biće brže i jeftinije. Sa bazne stanice poziv ide na kontroler. Izgleda dosadno kao i sam BS - to je samo set ormarića:

7.

Ovisno o opremi, kontroler može opsluživati ​​do 60 baznih stanica. Komunikacija između BS-a i kontrolera (BSC) može se vršiti preko radio relejnog kanala ili preko optike. Kontroler kontroliše rad radio kanala, uklj. kontroliše kretanje pretplatnika i prenos signala od jednog BS do drugog. Prekidač izgleda mnogo zanimljivije:

8.

9.

Svaki prekidač služi od 2 do 30 kontrolera. Zauzima veliku salu, ispunjenu raznim kabinetima sa opremom:

10.

11.

12.

Prekidač kontroliše saobraćaj. Sjećate li se starih filmova u kojima su ljudi prvo birali "djevojku", a zatim ih je povezivala s drugim pretplatnikom prebacivanjem žica? Moderni prekidači rade istu stvar:

13.

Za kontrolu mreže, Beeline ima nekoliko automobila, koje od milja zovu "ježevi". Kreću se gradom i mjere nivo signala vlastite mreže, kao i nivo mreže svojih kolega iz Velike trojke:

14.

Cijeli krov takvog automobila prekriven je antenama:

15.

Unutra se nalazi oprema koja obavlja stotine poziva i prima informacije:

16.

24-satni nadzor prekidača i kontrolera vrši se iz Kontrolnog centra misije Mrežnog kontrolnog centra (NCC):

17.

Postoje 3 glavne oblasti za praćenje mobilne mreže: stope nezgoda, statistika i povratne informacije od pretplatnika. Kao iu avionima, sva oprema mobilne mreže ima senzore koji šalju signal centralnom kontrolnom sistemu i šalju informacije u kompjutere dispečera. Ako neka oprema pokvari, lampica na monitoru će početi da "treperi". CCS takođe prati statistiku za sve prekidače i kontrolere. Analizira ga, upoređujući ga sa prethodnim periodima (sat, dan, sedmica, itd.). Ako se statistika nekog od čvorova počne oštro razlikovati od prethodnih indikatora, tada će svjetlo na monitoru ponovo početi "treptati". Povratne informacije primaju operateri korisničke službe. Ako ne mogu riješiti problem, poziv se prebacuje na tehničara. Ako se pokaže da je nemoćan, tada se u kompaniji stvara "incident", koji rješavaju inženjeri uključeni u rad relevantne opreme. Prekidače nadgledaju 24/7 2 inženjera:

18.

Grafikon prikazuje aktivnost moskovskih prekidača. Jasno je vidljivo da noću skoro niko ne zove:

19.

Kontrola nad kontrolerima (oprostite na tautologiji) vrši se sa drugog sprata Mrežnog kontrolnog centra:

22.

21.

Moderni standardi mobilne komunikacije

Svaka radio komunikacija koja omogućava pretplatniku da je koristi bez vezivanja za određenu lokaciju: mobilna, pejdžing, korištenje radio telefona, radio produžeća, voki-tokija, itd. naziva se mobilnom. ćelijski- vrsta mobilne komunikacije organizovane po principu ćelije ili ćelije (ćelije), postavljanjem baznih stanica (Bazna primopredajna stanica), koji pokrivaju lokalno područje.

Princip izgradnje ćelijskih sistema je sljedeći: unutar područja pokrivenosti mreže instalira se više stacionarnih primopredajnih stanica (baznih stanica) relativno male snage, od kojih svaka ima malo područje pokrivenosti (obično nekoliko kilometara). U isto vrijeme, područja pokrivenosti susjednih stanica se donekle preklapaju kako bi se osiguralo da se pretplatnik može kretati iz jednog područja u drugo bez gubitka veze. Da bi takvo preklapanje bilo moguće, susjedne stanice moraju koristiti različite radne frekvencije. Da bi se u potpunosti pokrilo dato područje, potrebne su najmanje tri različite frekvencije tako da stanice koje se nalaze u trokutu mogu imati preklapajuća područja usluge. Četvrta stanica ponovo može koristiti jednu od ove tri frekvencije, jer graniči sa samo dvije zone. Ovim pristupom, oblik područja pokrivenosti svake bazne stanice je šesterokut, a lokacija ovih zona u potpunosti ponavlja strukturu saća, što daje naziv komunikacijskim sistemima sa sličnim principom konstrukcije.

Ukupnost lokalnih teritorija je servisno područje operater. Nivo signala na određenoj lokaciji zavisi od blizine bazne stanice, terena, zgrada, industrijskih smetnji i drugih faktora. Signal sa bazne stanice se prenosi na prekidač i njime se obrađuje.

Oprema ćelijskog komunikacionog sistema uključuje bazne stanice i komutacioni centar povezan preko namenskih žičanih ili radio relejnih kanala, kao što je prikazano na Sl. 7.2.

Rice. 7.2.

Komunikacijski centar je automatska telefonska centrala sistema celularne komunikacije koja pruža sve funkcije upravljanja mrežom: praćenje mobilnih pretplatnika, organiziranje njihove primopredaje, prebacivanje radnih kanala u ćeliji kada dođe do smetnji, povezivanje pretplatnika sa pretplatnikom na redovnoj telefonskoj mreži.

Bazna stanica je višekanalni primopredajnik koji radi u načinu prijema i prijenosa signala i služi kao neka vrsta interfejsa između mobilnog telefona i mobilnog komunikacionog centra.

Broj kanala bazne stanice je obično višestruki od osam: 8, 16, 32. Jedan od kanala je kontrolni ili pozivni kanal, jer se na njemu uspostavlja veza prilikom pozivanja pretplatnika mobilne mreže, ali razgovor javlja se nakon prelaska na drugi kanal koji je trenutno slobodan. Sama ideja mobilne mobilne komunikacijske mreže je da, bez napuštanja područja pokrivenosti jedne bazne stanice, telefon i njegov vlasnik zapadnu u područje pokrivenosti sljedeće, i tako sve dok se vanjska stanica ne napusti. granica čitavog područja pokrivanja mreže. U isto vrijeme, mobilne komunikacije ne podrazumijevaju nužno mobilnost: danas su takozvane „ćelijske fiksne komunikacije“ sve raširenije u cijelom svijetu. Ovo rješenje se često pokaže isplativim - nema potrebe za skupom instalacijom telefonskih kablova, a jedna moćna bazna stanica je sasvim dovoljna da telefonom obezbijedi čitav kvart. Antene baznih stanica postavljaju se u gradu na visini od 15-100 m od površine zemlje na postojećim objektima (javne, industrijske zgrade, stambene zgrade, dimnjaci), a van grada - na visokim jarbolima.

Sistem mobilne komunikacije radi prema sljedećem algoritmu.

U standby modu (slušalica je spuštena), radiotelefonski prijemni uređaj neprekidno skenira ili sve kanale sistema, ili samo one kontrolne.

Za pozivanje odgovarajućeg pretplatnika, sve bazne stanice komunikacionog sistema prenose pozivni signal preko kontrolnih kanala.

Na prijem ovog signala, mobilni telefon pozvanog pretplatnika odgovara preko jednog od slobodnih kontrolnih kanala.

Bazne stanice koje su primile signal odgovora prenose informacije o njegovim parametrima komunikacijskom centru, koji zauzvrat prebacuje razgovor na baznu stanicu na kojoj se snima maksimalni nivo signala mobilnog telefona pozvanog pretplatnika.

Broj pretplatnika u svakoj ćeliji nije konstantan jer su mješoviti od ćelije do ćelije. Prilikom prelaska granice između ćelija, pretplatnik se automatski prebacuje na uslugu u drugoj ćeliji.

Prvi sistem celularne komunikacije, koji se sastoji od jednog šestokanalnog predajnika, stvoren je u severnoameričkom gradu St. Louisu daleke 1946. godine. Aktivno uvođenje ćelijskih komunikacija počelo je mnogo kasnije. Prvi komercijalni sistemi pojavili su se u Americi 1979. godine, a nacionalni su postali tek 1980-ih. Na primjer, 1981. godine pojavio se prvi međunarodni sistem u Evropi, koji je ujedinio Norvešku, Dansku, Švedsku i Finsku.

Kao rezultat toga, početkom 1980-ih. U Evropi je već postojalo više od dvadeset različitih nekompatibilnih analognih mreža. Nekompatibilnost standarda ometala je širenje mobilne telefonije i otežavala život i operaterima i pretplatnicima. Bilo je nemoguće, na primjer, izvršiti automatski roaming pri prelasku iz područja pokrivenosti jedne mreže u područje pokrivenosti druge. A pretplatnički uređaji, sami mobilni telefoni, bili su daleko od univerzalnog. Za svaku vrstu mobilne komunikacije bilo je potrebno razviti jedinstvenu opremu.

Standardi koji su postojali u to vrijeme klasifikovani su kao standardi prve generacije (1G - prva generacija). Ovo su analogni stanični standardi. Primjeri za to su skandinavski NMT sistem, engleski TACS i američki AMPS. Jedan od najtrajnijih standarda prve generacije bio je digitalni standard D-AMPS (Digitalna napredna usluga mobilnog telefona), koji je u Rusiji bio popularan dosta dugo, kao i njegova analogna verzija AMPS.

U cilju usvajanja jedinstvenog standarda, 1982. godine stvorena je posebna grupa pod nazivom Group Special Mobile (GSM), koja je uključivala predstavnike 24 zapadnoevropske zemlje. Programeri novog sistema razumno su vjerovali da će digitalne metode kompresije i kodiranja informacija značajno proširiti upotrebu ćelijskih komunikacija, pružiti bolji kvalitet i pružiti korisnicima usluge bez presedana. Mannesmann digitalni sistem, uveden 1991. godine u Njemačkoj, usvojen je kao standard.

Tako je sredinom 1991. godine počela komercijalna radnja prve mreže ovog standarda. Danas je GSM najrasprostranjeniji sistem celularne komunikacije na svijetu, a njegovo ime znači nešto drugo - Globalni sistem za mobilne telekomunikacije. GSM je daleko najčešći komunikacijski standard. Prema asocijaciji GSMA, ovaj standard čini 82% globalnog tržišta mobilnih komunikacija. GSMA trenutno uključuje operatere u više od 210 zemalja i teritorija. GSM pripada mrežama druge generacije (2 Generacija).

GSM mobilne komunikacije koriste radio frekvencije od 900, 1800 ili 1900 MHz. Postoje i višepojasni (Dual-Band, Multi-Band) telefoni koji mogu da rade u opsezima 900/1 800 MHz, 850/1 900 MHz, 900/1 800/1 900 MHz.

U poređenju sa analognim standardima, GSM ima niz prednosti. Glavna je upotreba predajnika male snage u pretplatničkim uređajima i baznim stanicama. To smanjuje cijenu same opreme, ali ne utječe na kvalitetu komunikacije. Osim toga, prijenos informacija u digitalnom obliku olakšava osiguravanje visokog stepena povjerljivosti pregovora i širokog spektra uslužnih funkcija.

GSM tehnologija je zapravo čitav "buket" složenih tehnologija. Prva od njih je tehnologija digitalizacije i audio kodiranja. Budući da ove operacije zahtijevaju značajne računarske resurse, svaki mobilni telefon, čak i najjeftiniji, ima prilično moćan specijalizovani procesor. Procesor takođe implementira višekanalnu tehnologiju ekvilizacije. Činjenica je da se u opsegu od 900 MHz i više radio signal lako odbija od zidova zgrada i drugih prepreka. Kao rezultat toga, telefon prima mnogo signala koji se razlikuju po fazi, od kojih bira onaj koji je potreban, a zanemaruje ostale.

Još jedna zanimljiva karakteristika GSM-a je isprekidani prijenos. Kada ćutimo, telefon isključuje predajnik. Čim počnemo da pričamo, uključuje se. Ovaj mehanizam vam omogućava da smanjite potrošnju energije vašeg mobilnog telefona.

Svi mobilni telefoni, ovisno o snazi ​​ugrađenih radio predajnika, dijele se u nekoliko klasa. Najpopularniji modeli imaju snagu do 0,8 W. Ali obično, kada se bazna stanica nalazi pored pretplatničkog uređaja (a GSM „ćelije“ u velikim gradovima su locirane dovoljno gusto da se izbegnu „mrtve“ zone između zgrada), puna snaga predajnika telefona nije potrebna za održavanje stabilna veza. Za regulisanje snage koristi se mehanizam za analizu broja grešaka tokom prenosa i prijema. Na osnovu toga, snaga predajnika bazne stanice i telefona je svedena na nivo da je kvalitet komunikacije prilično stabilan.

Sa stanovišta običnog pretplatnika, sistem prenosa signala sa jedne bazne stanice na drugu, dodeljivanje komunikacionih kanala itd. deluje mnogo složenije.

Svi GSM mobilni operateri, pored prenosa govornih poruka, pružaju i standardni set usluga prenosa podataka: CSD, GPRS, EDGE, WAP.

CSD (Circuit Switched Data ili GSM Data) je standardna tehnologija prijenosa podataka s komutacijom kola u GSM mreži. Da biste koristili usluge CSD-a, morate imati mobilni telefon sa CSD-om. Istovremeno, velika većina mobilnih telefona podržava CSD tehnologiju.

Prednosti CSD-a:

• konstantna brzina prenosa podataka - 9,6 kbit/s;
• najšire područje pokrivenosti CSD-a, koje odgovara području pokrivenosti GSM-a;
• Tarifiranje usluga Centralnog registra ne zavisi od obima prenetih i primljenih podataka;
• stabilna CSD veza.

Karakteristike CSD-a:

• kada se koristi CSD, informacije se prenose preko jednog namenskog radio kanala koji je dodeljen CSD vezi;
• CSD je kompatibilan sa svim najčešćim analognim i digitalnim protokolima za prijenos podataka.

Za pristup internetu direktno sa svog mobilnog telefona, povežite WAP uslugu ( Protokol bežične aplikacije). Istovremeno, za rad na Internetu nije vam potreban računar, potreban vam je samo mobilni telefon koji podržava WAP. Mnoge internet stranice imaju svoje WAP verzije, posebno optimizirane za pristup s mobilnih telefona. Korištenje ove usluge bit će detaljnije razmotreno u nastavku.

Za brzi pristup Internetu obično se koriste GPRS ili EDGE tehnologije. GPRS ( Opća paketna radio usluga) je tehnologija prenosa paketnih podataka koja vam omogućava da koristite mobilni telefon za primanje i prenos informacija većim brzinama u poređenju sa standardnim GSM govornim kanalom (9,6 kbit/s). Maksimalna brzina u GPRS-u je 171,2 kbit/s. Internetu možete pristupiti sa svog mobilnog telefona koristeći WAP tehnologiju, sa ili bez GPRS-a. EDGE (. Poboljšane brzine prenosa podataka za GSM evoluciju) je logičan nastavak GPRS-a, koji omogućava veće brzine prenosa podataka - do 384 kbit/s. EDGE pruža korisniku iste usluge kao GPRS. EDGE tehnologija ne zahtijeva dodatna podešavanja, u području pokrivenosti mobilni telefon će ga automatski odabrati.

Telefonska komunikacija je prijenos glasovnih informacija na velike udaljenosti. Uz pomoć telefonije ljudi imaju priliku komunicirati u realnom vremenu.

Ako je u vrijeme pojave tehnologije postojala samo jedna metoda prijenosa podataka - analogna, tada se u ovom trenutku uspješno koriste različiti komunikacijski sistemi. Telefonske, satelitske i mobilne komunikacije, kao i IP telefonija, omogućavaju pouzdan kontakt između pretplatnika, čak i ako se nalaze u različitim dijelovima svijeta. Kako funkcionira telefonska komunikacija korištenjem svake metode?

Dobra stara žična (analogna) telefonija

Termin „telefonska” komunikacija najčešće se odnosi na analognu komunikaciju, metodu prenosa podataka koja je postala uobičajena tokom skoro vek i po. Kada se ovo koristi, informacije se prenose kontinuirano, bez međukodiranja.

Veza između dva pretplatnika se reguliše biranjem broja, a zatim se komunikacija odvija prenosom signala od osobe do osobe putem žica u najbukvalnijem smislu te riječi. Pretplatnike više ne povezuju telefonski operateri, već roboti, što je uvelike pojednostavilo i smanjilo troškove procesa, ali princip rada analognih komunikacionih mreža ostaje isti.

Mobilne (ćelijske) komunikacije

Pretplatnici mobilnih operatera pogrešno vjeruju da su "prerezali žicu" koja ih povezuje sa telefonskim centralama. Po izgledu je sve tako - osoba se može kretati bilo gdje (unutar pokrivenosti signalom) bez prekidanja razgovora i bez gubitka kontakta sa sagovornikom, a<подключить телефонную связь стало легче и проще.

Međutim, ako shvatimo kako funkcioniraju mobilne komunikacije, nećemo naći mnogo razlika u odnosu na rad analognih mreža. Signal zapravo „lebdi u zraku“, samo što sa telefona pozivatelja ide do primopredajnika, koji, pak, komunicira sa sličnom opremom najbližom pozvanom pretplatniku... preko optičkih mreža.

Faza prijenosa radio podataka pokriva samo put signala od telefona do najbliže bazne stanice, koja je na potpuno tradicionalan način povezana s drugim komunikacionim mrežama. Jasno je kako funkcioniraju mobilne komunikacije. Koje su njegove prednosti i mane?

Tehnologija pruža veću mobilnost u odnosu na analogni prenos podataka, ali nosi iste rizike neželjenih smetnji i mogućnost prisluškivanja.

Putanja ćelijskog signala

Pogledajmo pobliže kako tačno signal stiže do pozvanog pretplatnika.

1. Korisnik bira broj.
2. Njegov telefon uspostavlja radio vezu sa obližnjom baznom stanicom. Nalaze se na visokim zgradama, industrijskim zgradama i tornjevima. Svaka stanica se sastoji od primopredajnih antena (od 1 do 12) i kontrolne jedinice. Na kontroler su povezane bazne stanice koje opslužuju jednu teritoriju.
3. Od upravljačke jedinice bazne stanice signal se kablom prenosi do kontrolera, a odatle, također kablom, do prekidača. Ovaj uređaj omogućava ulaz i izlaz signala na različite komunikacijske linije: međugradske, gradske, međunarodne i druge mobilne operatere. Ovisno o veličini mreže, može uključivati ​​jedan ili više prekidača povezanih jedan s drugim pomoću žica.
4. Sa „vašeg“ prekidača, signal se prenosi brzim kablovima do prekidača drugog operatera, a ovaj lako određuje u području pokrivenosti kog se kontrolera nalazi pretplatnik kome je poziv upućen.
5. Prekidač poziva željeni kontroler, koji šalje signal baznoj stanici, koja „ispituje“ mobilni telefon.
6. Pozvana strana prima dolazni poziv.

Ova višeslojna mrežna struktura omogućava da se opterećenje ravnomjerno rasporedi između svih njenih čvorova. Ovo smanjuje vjerovatnoću kvara opreme i osigurava neprekidnu komunikaciju.

Jasno je kako funkcioniraju mobilne komunikacije. Koje su njegove prednosti i mane? Tehnologija pruža veću mobilnost u odnosu na analogni prenos podataka, ali nosi iste rizike neželjenih smetnji i mogućnost prisluškivanja.

Satelitska veza

Pogledajmo kako funkcioniraju satelitske komunikacije, najviši nivo razvoja radio relejnih komunikacija današnjice. Repetitor postavljen u orbitu sposoban je sam pokriti ogromnu površinu površine planete. Mreža baznih stanica, kao što je slučaj sa ćelijskom komunikacijom, više nije potrebna.

Pojedinačni pretplatnik dobiva priliku da putuje gotovo bez ograničenja, ostajući povezan čak i u tajgi ili džungli. Pretplatnik koji je pravno lice može na jednu repetitorsku antenu priključiti cijelu mini-PBX (ovo je sada već poznata "tanja"), ali se mora voditi računa o količini dolaznih i odlaznih poruka, kao i o veličini datoteke koje treba poslati.

Nedostaci tehnologije:

• ozbiljna zavisnost od vremenskih prilika. Magnetna oluja ili druga kataklizma može ostaviti pretplatnika dugo vremena bez komunikacije.
• Ako se nešto fizički pokvari na satelitskom repetitoru, vrijeme potrebno da se funkcionalnost u potpunosti vrati će potrajati jako dugo.
• troškovi komunikacijskih usluga bez granica često premašuju uobičajenije račune. Prilikom odabira načina komunikacije važno je uzeti u obzir koliko vam je potrebna takva funkcionalna veza.

Satelitske komunikacije: prednosti i nedostaci

Glavna karakteristika "satelita" je da pretplatnicima omogućava nezavisnost od zemaljskih komunikacionih linija. Prednosti ovog pristupa su očigledne. To uključuje:

• mobilnost opreme. Može se postaviti u vrlo kratkom vremenu;
• sposobnost brzog stvaranja opsežnih mreža koje pokrivaju velike teritorije;
• komunikacija sa teško dostupnim i udaljenim područjima;
• rezervacija kanala koji se mogu koristiti u slučaju kvara zemaljskih komunikacija;
• fleksibilnost tehničkih karakteristika mreže, što omogućava njeno prilagođavanje gotovo svim zahtjevima.

Nedostaci tehnologije:

• ozbiljna zavisnost od vremenskih prilika. Magnetna oluja ili druga kataklizma može ostaviti pretplatnika bez komunikacije na duže vrijeme;
• ako nešto fizički pokvari na satelitskom repetitoru, period do potpunog vraćanja funkcionalnosti sustava trajat će dugo;
• troškovi komunikacijskih usluga bez granica često premašuju uobičajenije račune.

Prilikom odabira načina komunikacije važno je uzeti u obzir koliko vam je potrebna takva funkcionalna veza.

Mobilne komunikacije, koje danas funkcionišu širom svijeta, tradicionalno se smatraju relativno novim izumom. Međutim, prvi koncepti organizacije mobilne komunikacijske infrastrukture pojavili su se početkom 20. stoljeća. Teško je odgovoriti na pitanje u kojoj zemlji su se i kada pojavili prvi mobilni telefoni. Ali ako pokušate to učiniti, koje činjenice o razvoju telefonskih komunikacija pomoću radio opreme treba prije svega proučiti? Na osnovu kojih kriterijuma određene uređaje treba klasifikovati kao mobilne telefone?

Istorija mobilnih telefona: osnovne činjenice

Na pitanje ko je izumio prvi mobilni telefon na svijetu možemo odgovoriti prije svega upoznavanjem s istorijom stvaranja odgovarajućih komunikacionih uređaja.

Koncepti i prototipovi komunikacionih uređaja, funkcionalno sličnih mobilnim telefonima, počeli su da se raspravljaju u različitim zajednicama (naučnim, inženjerskim) početkom 20. veka. Ali sam mobilni telefon, kao pretplatničko sredstvo komunikacije, predložio je da se razvije krajem 70-ih od strane Bell Laboratories, koji je pripadao jednoj od najvećih američkih korporacija - AT&T. Finska je bila među prvim zemljama koje su uspješno implementirale komercijalne mobilne komunikacijske sisteme. U SSSR-u su se aktivno razvijali mobilni komunikacioni sistemi.

Ali koja država je ispred ostalih po pitanju uvođenja mobilnih telefona?

Bit će korisno detaljnije se zadržati na sovjetskim izumima - upoznavanje s činjenicama o njima pomoći će nam da shvatimo kada se prvi mobilni telefon pojavio na svijetu i u kojoj zemlji.

Tokom Velikog domovinskog rata, ideju o stvaranju posebnog uređaja, monofona, predložio je sovjetski naučnik Georgij Iljič Babat. Ovaj uređaj je trebao biti prijenosni telefon koji radi u automatskom režimu. Pretpostavljalo se da će raditi u opsegu 1-2 GHz. Osnovna karakteristika aparata koji je predložio G.I. Babat, trebalo je da osigura prenos glasa kroz široku mrežu specijalnih talasovoda.

G. Shapiro i I. Zakharchenko su 1946. godine predložili organizovanje radiotelefonskog komunikacionog sistema, u okviru kojeg bi uređaji za prijem i prenos glasa trebali biti postavljeni u automobile. U skladu sa ovim konceptom, osnovu infrastrukture mobilne komunikacije trebalo je da budu postojeće gradske stanice, dopunjene posebnom radio opremom. Posebni pozivni znakovi su trebali biti korišteni kao identifikatori pretplatnika.

U aprilu 1957. sovjetski inženjer Leonid Ivanovič Kuprijanovič stvorio je prototip komunikacionog uređaja - radiotelefon LK-1. Ovaj uređaj je imao domet od oko 30 km i imao je značajnu težinu - oko 3 kg. Mogao bi da obezbijedi komunikaciju kroz interakciju sa posebnom automatskom telefonskom centralom, koja bi se mogla povezati na gradske telefonske linije. Nakon toga, telefon je poboljšan. Nije li. Kuprijanovič je značajno smanjio težinu i dimenzije uređaja. U ažuriranoj verziji, veličina uređaja bila je približno jednaka veličini 2 kutije cigareta naslagane jedna na drugu. Težina radiotelefona je bila oko 500 grama uključujući bateriju. Nadalo se da će sovjetski mobilni telefon naći široku primenu u nacionalnoj ekonomiji, u svakodnevnom životu i da će postati predmet za ličnu upotrebu građana.

Radiotelefon L.I. Kuprijanovič je dozvolio ne samo upućivanje poziva, već i njihovo primanje - uz dodjelu ličnog broja, kao i korištenje infrastrukture koja omogućava prijenos signala iz automatske telefonske centrale do automatskih telefonskih radio stanica, a od njih do pretplatnika uređaja.

Istraživanja u oblasti mobilnih komunikacija vršena su iu drugim socijalističkim zemljama. Na primjer, 1959. godine bugarski naučnik Hristo Bačvarov razvio je mobilni uređaj, po osnovnom principu sličan L.I.-ovom telefonu. Kuprijanoviča i patentirao ga.

Može li se reći da je prvi mobilni telefon na svijetu tako izmišljen u SSSR-u ili drugim socijalističkim zemljama?

Kriterijumi za razvrstavanje uređaja kao mobilnih telefona

Prije svega, vrijedi odlučiti šta se zapravo smatra mobilnim telefonom. Prema uobičajenoj definiciji, uređaj treba smatrati takvim:

Kompaktan (osoba ga može nositi sa sobom);

Radi korištenjem radio komunikacijskih kanala;

Dozvoljava jednom pretplatniku da pozove drugog koristeći jedinstveni broj;

Integrisan na neki način sa žičanim telefonskim mrežama;

Javno dostupno (za mogućnost povezivanja nije potrebna dozvola određenih nadležnih organa i ograničena je finansijskim i infrastrukturnim resursima pretplatnika).

Sa ove tačke gledišta, punopravni mobilni telefon još nije izmišljen. Ali, naravno, gore navedeni kriteriji za određivanje mobilnog telefona ne mogu se smatrati univerzalnim. A ako od njih uklonimo, posebno, pristupačnost i kompaktnost, onda bi sovjetski Altajski sistem mogao odgovarati ostatku. Pogledajmo bliže njegove karakteristike.

Sovjetsko iskustvo u razvoju mobilnih komunikacija: Altajski sistem

Kada proučavate pitanje šta je bio prvi mobilni telefon na svijetu, korisno je upoznati se s osnovnim činjenicama o odgovarajućem komunikacijskom sistemu. Uređaji povezani na njega su u principu imali sve karakteristike mobilnog telefona, osim što su bili dostupni javnosti. Ovaj sistem ovako:

Dozvoljeno nekim pretplatnicima da pozivaju druge putem brojeva;

Bio je na određeni način integriran u gradske mreže.

Ali nije bio javno dostupan: liste pretplatnika su odobrene na nivou odjela. Altajski sistem je pokrenut 60-ih godina u Moskvi, a 70-ih je raspoređen u više od 100 gradova SSSR-a. Aktivno korišten tokom Olimpijskih igara 1980.

U SSSR-u su postojali planovi za stvaranje sistema mobilne komunikacije na koji bi se svi mogli povezati. Ali zbog ekonomskih i političkih poteškoća sredinom do kasnih 80-ih, rad na razvoju ovog koncepta je bio prekinut.

Zapadni standardi mobilne telefonije uvedeni su u postsovjetskoj Rusiji. Do tada su već neko vrijeme pružali komunikaciju između uređaja, koji bi se mogli nazvati punopravnim mobilnim telefonima. Hajde da proučimo kako su se odgovarajući standardi razvili na Zapadu. Ovo će nam opet pomoći da odgovorimo na pitanje gdje se i kada pojavio prvi mobilni telefon na svijetu.

Istorija mobilnih komunikacija u Sjedinjenim Državama

Kao što smo primetili na početku članka, prototipovi mobilnih telefona na Zapadu počeli su da se pojavljuju početkom 20. veka. U 30-im i 40-im godinama počeli su se provoditi stvarni razvoji. Godine 1933. komunikacija između vozila NYPD-a je mogla biti uspostavljena koristeći poludupleks radio predajnike. Godine 1946. postavljena je mobilna mreža u kojoj su privatni pretplatnici mogli međusobno komunicirati koristeći radio opremu uz posredovanje operatera. Godine 1948. pokrenuta je infrastruktura koja je omogućila jednom pretplatniku da automatski pozove drugog.

Možemo li reći da je u SAD-u izmišljen prvi mobilni telefon na svijetu? Ako uzmemo u obzir gore navedene kriterije za klasificiranje radiotelefona kao uređaja odgovarajućeg tipa - da, možemo reći, ali u odnosu na kasniji američki razvoj. Činjenica je da su principi njegovog funkcionisanja američkih mobilnih mreža 40-ih bili veoma daleko od onih koji karakterišu moderne

Sistemi poput onih raspoređenih u Misuriju i Indijani 1940-ih imali su značajna ograničenja frekvencije i kanala. To nije omogućilo istovremeno povezivanje dovoljno velikog broja pretplatnika na mobilne mreže. Rješenje za ovaj problem predložio je stručnjak za Bell D. Ring, koji je predložio podjelu područja distribucije radio signala na ćelije ili ćelije, koje bi formirale posebne bazne stanice koje rade na različitim frekvencijama. Ovaj princip uglavnom provode moderni mobilni operateri. Implementacija koncepta D. Ringa u praksi izvršena je 1969. godine.

Istorija mobilnih komunikacija u Evropi i Japanu

U zapadnoj Evropi, prvi telefonski komunikacioni sistemi koji koriste radio opremu testirani su 1951. godine. Šezdesetih godina u Japanu se aktivno odvijao rad u ovom pravcu. Važno je napomenuti da su japanski programeri ustanovili da je optimalna frekvencija za postavljanje mobilne komunikacijske infrastrukture 400 i 900 MHz. Danas su ove frekvencije među glavnim koje koriste mobilni operateri.

Finska je postala jedna od vodećih zemalja u pogledu uvođenja razvoja u području organiziranja funkcioniranja punopravnih mobilnih mreža. Finci su 1971. počeli da postavljaju komercijalnu mobilnu mrežu, čije je područje pokrivenosti do 1978. dostiglo veličinu cijele zemlje. Znači li to da se u Finskoj pojavio prvi mobilni telefon na svijetu koji funkcionira po modernim principima? Postoje određeni argumenti u prilog ovoj tezi: posebno je utvrđeno da su finske telekomunikacijske korporacije razvile odgovarajuću infrastrukturu širom zemlje, ali u skladu s tradicionalnim gledištem, takav uređaj se ipak pojavio u Sjedinjenim Državama. Glavnu ulogu u tome, opet, ako uzmemo u obzir popularnu verziju, odigrala je Motorola.

Motorola Cellular Concepts

Početkom 70-ih godina u Sjedinjenim Državama razvila se vrlo žestoka konkurencija između pružatelja usluga i opreme u perspektivnom tržišnom segmentu - u oblasti mobilnih komunikacija. Glavni konkurenti su bili AT&T i Motorola. Istovremeno, prva kompanija se fokusirala na razvoj automobilskih komunikacionih sistema - usput, kao i telekomunikacione korporacije u Finskoj, druga - na uvođenje kompaktnih uređaja koje bi svaki pretplatnik mogao nositi sa sobom.

Drugi koncept je pobedio i na osnovu njega je Motorola Corporation započela razvoj, zapravo, pune celularne mreže u modernom smislu koristeći kompaktne uređaje.Prvi mobilni telefon na svetu u okviru Motorola infrastrukture, opet, u skladu sa tradicionalni pristup, korišćen je kao pretplatnički uređaj 1973. godine. Deset godina kasnije, u Sjedinjenim Državama pokrenuta je punopravna komercijalna mreža na koju su se obični Amerikanci mogli povezati.

Razmotrimo koji je bio prvi mobilni telefon na svijetu, koji su, prema popularnom gledištu, izmislili inženjeri američke kompanije Motorola.

Prvi mobilni telefon: karakteristike

Riječ je o Motorola DynaTAC uređaju. Bio je težak oko 1,15 kg. Njegova veličina je bila 22,5 x 12,5 x 3,75 cm. Imao je numeričke tastere za biranje broja, kao i dva posebna dugmeta za upućivanje poziva, kao i za završetak poziva. Uređaj je imao bateriju, zahvaljujući kojoj je mogao da radi u režimu mirovanja poziva oko 8 sati, au režimu razgovora oko 1 sat. Za punjenje baterije prvog mobilnog telefona bilo je potrebno više od 10 sati.

Kako izgleda prvi mobilni telefon na svijetu? Fotografija uređaja je ispod.

Nakon toga, Motorola je objavila nekoliko moderniziranih verzija uređaja. Ako govorimo o Motorolinoj komercijalnoj mreži, prvi mobilni telefon na svijetu napravljen je za odgovarajuću infrastrukturu 1983. godine.

Riječ je o uređaju Motorola DynaTAC 8000X. Ovaj uređaj je težio oko 800 grama, a njegove dimenzije bile su uporedive sa prvom verzijom uređaja. Važno je napomenuti da se u njegovu memoriju može pohraniti 30 pretplatničkih brojeva.

Ko je izumeo prvi mobilni telefon?

Dakle, hajde da pokušamo da odgovorimo na naše glavno pitanje - ko je izumeo prvi mobilni telefon na svetu. Istorija razvoja telefonskih komunikacija uz korištenje radio opreme sugerira da je prvi uređaj koji je u potpunosti zadovoljio kriterije za klasifikovanje kao mobilni telefon, a koji je i danas aktuelan, izumila Motorola u SAD-u i pokazala svijetu 1973. .

Međutim, bilo bi pogrešno reći da je ova korporacija uvela suštinski novi razvoj. Mobilni telefoni - u smislu da su bili radio oprema i omogućavali komunikaciju između pretplatnika koristeći jedinstveni broj - do tada su se koristili u SSSR-u, Evropi i Japanu. Ako govorimo o tome kada je prvi mobilni telefon na svijetu komercijaliziran, kompanija koja ga je razvila pokrenula je odgovarajući posao 1983. godine, kasnije nego što su, konkretno, slični projekti predstavljeni u Finskoj.

Stoga se Motorola korporacija s pravom može smatrati prvom koja je ponudila mobilni telefon u modernom smislu - posebno onaj koji radi na principu distribucije baznih stanica među ćelijama, a ima i kompaktan format. Dakle, ako govorimo o tome gdje je točno izmišljen prvi mobilni telefon na svijetu, u kojoj državi - kao prijenosni, kompaktni uređaj koji je dio infrastrukture mobilne komunikacije, onda bi bilo legitimno utvrditi da su to bile Sjedinjene Američke Države.

Istovremeno, vrijedno je napomenuti da je sovjetski Altai sistem funkcionirao prilično uspješno čak i bez uvođenja tehnologija u američkom stilu. Tako su inženjeri iz SSSR-a fundamentalno dokazali mogućnost postavljanja infrastrukture mobilne komunikacije na nacionalnom nivou, bez korištenja principa distribucije baznih stanica među ćelijama.

Moguće je da bi SSSR bez ekonomskih i političkih problema 80-ih uveo svoje mobilne mreže, koje rade na osnovu koncepata alternativnih američkim, a one ne bi radile ništa lošije. Međutim, činjenica je da Rusija danas koristi standarde mobilne komunikacije razvijene u zapadnom svijetu, koji je predložio i komercijalizirao prve mobilne telefone.

Vrijedi napomenuti da je Altai sistem zapravo radio do 2011. godine. Dakle, sovjetski inženjerski razvoj je ostao relevantan dugo vremena, a to može ukazivati ​​na to da bi, možda, uz potrebnu doradu, mogli konkurirati stranim konceptima za izgradnju infrastrukture mobilne komunikacije.

Sažetak

Dakle, ko je izumeo prvi mobilni telefon na svetu? Teško je ukratko odgovoriti na ovo pitanje. Ako pod mobilnim telefonom mislimo na kompakt pretplatnička radio oprema integrisana sa gradskim mrežama, koja radi na celularnom principu i dostupna svima, tada je ovu infrastrukturu verovatno prva uvela američka kompanija Motorola.

Ako govorimo o prvoj reklamićelijske mreže - tada su one vjerovatno implementirane na nacionalnom nivou u Finskoj, ali uz korištenje uređaja namijenjenih smještaju u automobile. Nekomercijalne zatvorene mobilne mreže također su uspješno raspoređene, zapravo, na nacionalnom nivou, u SSSR-u.

Teško je danas pronaći osobu koja nikada nije koristila mobilni telefon. Ali da li svi razumiju kako funkcioniraju mobilne komunikacije? Kako radi i radi ono na šta smo svi navikli? Da li se signali sa baznih stanica prenose žicom ili sve funkcionira nekako drugačije? Ili možda sve mobilne komunikacije funkcioniraju samo putem radio valova? Pokušat ćemo odgovoriti na ova i druga pitanja u našem članku, ostavljajući opis GSM standarda izvan njegovog djelokruga.

U trenutku kada osoba pokuša da pozove sa svog mobilnog telefona, ili kada počnu da ga zovu, telefon se preko radio talasa povezuje na jednu od baznih stanica (najpristupačnije), na jednu od njenih antena. Tu i tamo se mogu vidjeti bazne stanice, gledajući kuće naših gradova, krovove i fasade industrijskih zgrada, nebodere i na kraju crveno-bijele jarbole posebno podignute za stanice (posebno uz autoputeve).

Ove stanice izgledaju kao pravokutne sive kutije, iz kojih vire razne antene u različitim smjerovima (obično do 12 antena). Antene ovdje rade i za prijem i za prijenos, a pripadaju mobilnom operateru. Antene baznih stanica su usmjerene u svim mogućim smjerovima (sektorima) kako bi osigurale „mrežnu pokrivenost“ pretplatnicima iz svih pravaca na udaljenosti do 35 kilometara.

Antena jednog sektora može istovremeno da servisira do 72 poziva, a ako ima 12 antena, zamislite: 864 poziva u principu može da servisira jedna velika bazna stanica u isto vreme! Iako su obično ograničeni na 432 kanala (72*6). Svaka antena je kablom povezana sa kontrolnom jedinicom bazne stanice. A blokovi od nekoliko baznih stanica (svaka stanica opslužuje svoj dio teritorije) su povezani na kontroler. Na jedan kontroler je povezano do 15 baznih stanica.

Bazna stanica je u principu sposobna da radi na tri opsega: signal od 900 MHz bolje prodire unutar zgrada i objekata i dalje se širi, pa se ovaj opseg često koristi u selima i poljima; signal na frekvenciji od 1800 MHz ne putuje toliko daleko, ali je u jednom sektoru instalirano više predajnika, pa se takve stanice češće postavljaju u gradovima; konačno 2100 MHz je 3G mreža.

Naravno, može postojati nekoliko kontrolera u naseljenom području ili regiji, pa su kontroleri, zauzvrat, povezani kablovima sa prekidačem. Svrha prekidača je povezivanje mreža mobilnih operatera međusobno i sa gradskim linijama redovne telefonske komunikacije, međugradske komunikacije i međunarodne komunikacije. Ako je mreža mala, dovoljan je jedan prekidač; ako je velika, koriste se dva ili više prekidača. Prekidači su međusobno povezani žicama.

U procesu kretanja osobe koja razgovara na mobilnom telefonu duž ulice, na primjer: hoda, vozi se gradskim prevozom ili vozi osobni automobil, njegov telefon ni na trenutak ne bi trebao izgubiti mrežu, a razgovor ne može biti prekinut.

Kontinuitet komunikacije postiže se zahvaljujući mogućnosti mreže baznih stanica da vrlo brzo prebaci pretplatnika s jedne antene na drugu dok se kreće iz područja pokrivenosti jedne antene u područje pokrivenosti druge (od ćelije do mreže). ćelija). Pretplatnik sam ne primjećuje kako je prestao biti povezan s jednom baznom stanicom i već je spojen na drugu, kako prelazi sa antene na antenu, sa stanice na stanicu, sa kontrolera na kontroler...

U isto vrijeme, prekidač osigurava optimalnu distribuciju opterećenja kroz dizajn mreže na više nivoa kako bi se smanjila vjerovatnoća kvara opreme. Mreža na više nivoa je izgrađena ovako: mobilni telefon - bazna stanica - kontroler - prekidač.

Recimo da smo obavili poziv, a signal je već stigao do centrale. Prekidač prenosi naš poziv do odredišnog pretplatnika - na gradsku mrežu, na međunarodnu ili međugradsku komunikacijsku mrežu, ili na mrežu drugog mobilnog operatera. Sve se to dešava vrlo brzo pomoću kablovskih kanala velike brzine sa optičkim vlaknima.

Zatim naš poziv ide na prekidač koji se nalazi na strani primaoca poziva (onog kojeg smo pozvali). Prekidač za prijem već ima podatke o tome gdje se pozvani pretplatnik nalazi, u kojoj zoni pokrivanja mreže: koji kontroler, koja bazna stanica. I tako, ispitivanje mreže počinje od bazne stanice, primalac se locira, a poziv se prima na njegov telefon.

Cijeli opisani lanac događaja, od trenutka biranja broja do trenutka kada se poziv čuje na prijemnoj strani, obično ne traje duže od 3 sekunde. Tako da danas možemo zvati bilo gdje u svijetu.

Andrey Povny