Principii de construire a sistemelor de comunicații celulare. Cum s-a născut conexiunea Un mesaj despre comunicarea celulară

Știți ce se întâmplă după ce formați numărul unui prieten de pe telefonul mobil? Cum îl găsește rețeaua celulară în munții Andaluziei sau pe coasta îndepărtată a Insulei Paștelui? De ce conversația se oprește uneori brusc? Săptămâna trecută am vizitat compania Beeline și am încercat să îmi dau seama cum funcționează comunicațiile celulare...

O mare suprafață a părții populate a țării noastre este acoperită de Stații de bază (BS). Pe câmp arată ca niște turnuri roșii și albe, iar în oraș sunt ascunse pe acoperișurile clădirilor nerezidențiale. Fiecare stație preia semnale de la telefoanele mobile aflate la o distanță de până la 35 de kilometri și comunică cu telefonul mobil prin servicii sau canale vocale.

După ce ați format numărul unui prieten, telefonul dvs. contactează stația de bază (BS) cea mai apropiată de dvs. printr-un canal de serviciu și vă solicită alocarea unui canal vocal. Stația de bază trimite o solicitare controlerului (BSC), care o transmite comutatorului (MSC). Dacă prietenul tău este abonat la aceeași rețea celulară, atunci comutatorul va verifica Registrul locației de acasă (HLR), va afla unde se află în prezent abonatul apelat (acasă, în Turcia sau Alaska) și va transfera apelul către comutatorul corespunzător de unde a fost trimis va fi trimis la controler și apoi la stația de bază. Stația de bază vă va contacta telefonul mobil și vă va conecta la prietenul dvs. Dacă prietenul tău se află într-o altă rețea sau apelezi un telefon fix, comutatorul tău va contacta comutatorul corespunzător din cealaltă rețea. Dificil? Să aruncăm o privire mai atentă. Stația de bază este o pereche de dulapuri de fier închise într-o cameră bine condiționată. Având în vedere că afară era +40 la Moscova, am vrut să locuiesc o vreme în această cameră. De obicei, stația de bază este situată fie în podul unei clădiri, fie într-un container de pe acoperiș:

2.

Antena stației de bază este împărțită în mai multe sectoare, fiecare „strălucește” în propria direcție. Antena verticală comunică cu telefoanele, antena rotundă conectează stația de bază la controler:

3.

Fiecare sector poate gestiona până la 72 de apeluri simultan, în funcție de configurare și configurare. O stație de bază poate consta din 6 sectoare, astfel încât o stație de bază poate gestiona până la 432 de apeluri, cu toate acestea, o stație are de obicei mai puține transmițătoare și sectoare instalate. Operatorii de telefonie mobilă preferă să instaleze mai multe BS pentru a îmbunătăți calitatea comunicării. Stația de bază poate funcționa în trei benzi: 900 MHz - semnalul la această frecvență se deplasează mai departe și pătrunde mai bine în interiorul clădirilor 1800 MHz - semnalul se deplasează pe distanțe mai scurte, dar vă permite să instalați un număr mai mare de transmițătoare în 1 sector 2100 MHz - Rețea 3G Iată cum arată dulapul cu echipamente 3G:

4.

Transmițătoarele de 900 MHz sunt instalate la stațiile de bază din câmpuri și sate, iar în oraș, unde stațiile de bază sunt blocate ca ace de arici, comunicarea se realizează în principal la o frecvență de 1800 MHz, deși orice stație de bază poate avea emițătoare din toate cele trei game. simultan.

5.

6.

Un semnal cu o frecvență de 900 MHz poate ajunge până la 35 de kilometri, deși „raza” unor Stații de bază situate de-a lungul autostrăzilor poate ajunge până la 70 de kilometri, datorită reducerii la jumătate a numărului de abonați deserviți simultan la stație. . În consecință, telefonul nostru cu antena sa mică încorporată poate transmite și un semnal pe o distanță de până la 70 de kilometri... Toate stațiile de bază sunt concepute pentru a oferi o acoperire radio optimă la nivelul solului. Prin urmare, în ciuda unei distanțe de 35 de kilometri, un semnal radio pur și simplu nu este trimis la altitudinea de zbor a aeronavei. Cu toate acestea, unele companii aeriene au început deja să instaleze stații de bază de putere redusă pe aeronavele lor, care oferă acoperire în interiorul aeronavei. Un astfel de BS este conectat la o rețea celulară terestră folosind un canal prin satelit. Sistemul este completat de un panou de control care permite echipajului să pornească și să oprească sistemul, precum și anumite tipuri de servicii, de exemplu, oprirea vocii la zborurile de noapte. Telefonul poate măsura puterea semnalului de la 32 de stații de bază simultan. Trimite informații despre cele 6 cele mai bune (în ceea ce privește puterea semnalului) prin canalul de serviciu, iar controlerul (BSC) decide ce BS să transfere apelul curent (Handover) dacă sunteți în mișcare. Uneori, telefonul poate face o greșeală și vă poate transfera la un BS cu un semnal mai rău, caz în care conversația poate fi întreruptă. De asemenea, se poate dovedi că la stația de bază pe care a selectat-o ​​telefonul dvs., toate liniile de voce sunt ocupate. În acest caz, conversația va fi și ea întreruptă. Mi-au spus și despre așa-numita „problema etajului superior”. Dacă locuiți într-un penthouse, atunci, uneori, când vă mutați dintr-o cameră în alta, conversația poate fi întreruptă. Acest lucru se întâmplă deoarece într-o cameră telefonul poate „vedea” un BS, iar în a doua - altul, dacă este orientat spre cealaltă parte a casei și, în același timp, aceste 2 stații de bază sunt situate la o distanță mare de reciproc și nu sunt înregistrate ca „vecinate” de la operatorul de telefonie mobilă. În acest caz, apelul nu va fi transferat de la o BS la alta:

Comunicarea în metrou este asigurată în același mod ca și pe stradă: Stație de bază - controler - comutator, singura diferență fiind că acolo sunt folosite stații de bază mici, iar în tunel, acoperirea este asigurată nu de o antenă obișnuită, ci printr-un cablu radiant special. După cum am scris mai sus, un BS poate efectua până la 432 de apeluri simultan. De obicei, această putere este suficientă, dar, de exemplu, în timpul unor sărbători este posibil ca BS să nu poată face față numărului de persoane care doresc să sune. Acest lucru se întâmplă de obicei în ziua de Anul Nou, când toată lumea începe să se felicite. SMS-urile sunt transmise prin canale de servicii. Pe 8 martie și 23 februarie, oamenii preferă să se felicite reciproc prin SMS, trimițând poezii amuzante, iar telefoanele nu sunt adesea de acord cu BS cu privire la alocarea unui canal vocal. Mi s-a spus un caz interesant. Într-o zonă a Moscovei, abonații au început să primească plângeri pe care nu le-ar putea adresa nimănui. Specialiștii tehnici au început să-și dea seama. Majoritatea canalelor de voce erau gratuite, dar toate canalele de servicii erau ocupate. S-a dovedit că lângă această licență era un institut unde se desfășurau examene și studenții schimbau constant mesaje text. Telefonul împarte SMS-urile lungi în mai multe scurte și le trimite pe fiecare separat. Personalul serviciului tehnic recomandă trimiterea unor astfel de felicitări prin MMS. Va fi mai rapid și mai ieftin. De la stația de bază, apelul ajunge la controlor. Arată la fel de plictisitor ca și BS în sine - este doar un set de dulapuri:

7.

În funcție de echipament, controlerul poate deservi până la 60 de stații de bază. Comunicarea între BS și controler (BSC) poate fi realizată printr-un canal de releu radio sau prin optică. Controlerul controlează funcționarea canalelor radio, inclusiv. controlează mișcarea abonatului și transmiterea semnalului de la o BS la alta. Comutatorul pare mult mai interesant:

8.

9.

Fiecare comutator servește de la 2 la 30 de controlere. Ocupă o sală mare, plină cu diverse dulapuri cu echipamente:

10.

11.

12.

Comutatorul controlează traficul. Îți amintești de filmele vechi în care oamenii formau mai întâi „fata”, apoi le-a conectat la un alt abonat schimbând firele? Comutatoarele moderne fac același lucru:

13.

Pentru a controla rețeaua, Beeline are mai multe mașini, pe care le numesc cu afecțiune „arici”. Se deplasează prin oraș și măsoară nivelul semnalului propriei rețele, precum și nivelul rețelei colegilor lor din cei trei mari:

14.

Întregul acoperiș al unei astfel de mașini este acoperit cu antene:

15.

În interior există un echipament care efectuează sute de apeluri și preia informații:

16.

Monitorizarea 24 de ore pe zi a comutatoarelor și controlerelor este efectuată de la Centrul de control al misiunii al Centrului de control al rețelei (NCC):

17.

Există 3 domenii principale pentru monitorizarea rețelei celulare: ratele accidentelor, statistici și feedback de la abonați. La fel ca în avioane, toate echipamentele de rețea celulară au senzori care trimit un semnal către sistemul central de control și transmit informații către computerele dispecerilor. Dacă unele echipamente se defectează, ledul de pe monitor va începe să „clipească”. CCS urmărește, de asemenea, statistici pentru toate comutatoarele și controlerele. O analizează, comparând-o cu perioadele anterioare (oră, zi, săptămână etc.). Dacă statisticile oricăruia dintre noduri au început să difere puternic de indicatorii anteriori, atunci lumina de pe monitor va începe din nou să „clipească”. Feedback-ul este primit de operatorii de servicii pentru clienți. Dacă nu pot rezolva problema, apelul este transferat unui tehnician. Dacă se dovedește a fi neputincios, atunci se creează un „incident” în companie, care este rezolvat de inginerii implicați în operarea echipamentelor relevante. Comutatoarele sunt monitorizate 24/7 de 2 ingineri:

18.

Graficul arată activitatea comutatoarelor din Moscova. Este clar că aproape nimeni nu sună noaptea:

19.

Controlul asupra controlerelor (iertați tautologia) se efectuează de la etajul doi al Centrului de control al rețelei:

22.

21.

Standarde moderne de comunicare celulară

Orice comunicare radio care permite abonatului să o folosească fără a fi legat de o anumită locație: celulară, de paginare, folosind radio-telefoane, radio extenders, walkie-talkie etc. se numește mobil. celular- un tip de comunicare mobilă organizată după principiul celulelor sau celulelor (celule), prin amplasarea staţiilor de bază (Baza emisie-receptie), care acoperă o zonă locală.

Principiul construirii sistemelor celulare este următorul: în aria de acoperire a rețelei, sunt instalate un număr de stații de emisie-recepție staționare (stații de bază) de putere relativ scăzută, fiecare dintre ele având o zonă de acoperire mică (de obicei câțiva kilometri). În același timp, zonele de acoperire ale stațiilor învecinate se suprapun oarecum unele pe altele pentru a se asigura că un abonat se poate muta dintr-o zonă în alta fără a pierde conexiunea. Pentru ca o astfel de suprapunere să fie posibilă, stațiile învecinate trebuie să utilizeze frecvențe de operare diferite. Pentru a acoperi complet o zonă dată, sunt necesare cel puțin trei frecvențe diferite, astfel încât stațiile situate într-un triunghi să poată avea zone de serviciu suprapuse. A patra stație poate folosi din nou una dintre aceste trei frecvențe, deoarece se învecinează doar cu două zone. Cu această abordare, forma zonei de acoperire a fiecărei stații de bază este un hexagon, iar locația acestor zone repetă exact structura unui fagure, care dă numele sistemelor de comunicații cu un principiu de construcție similar.

Totalitatea teritoriilor locale este zonă servicii operator. Nivelul semnalului într-o anumită locație depinde de apropierea de stația de bază, teren, clădiri, interferențe industriale și alți factori. Semnalul de la stația de bază este transmis către intrerupatorși este prelucrat de acesta.

Echipamentul unui sistem de comunicații celulare include stații de bază și un centru de comutare conectat prin cablu dedicat sau canale de releu radio, așa cum se arată în Fig. 7.2.

Orez. 7.2.

Un centru de comunicații este o centrală telefonică automată a unui sistem de comunicații celulare care asigură toate funcțiile de gestionare a rețelei: monitorizarea abonaților mobili, organizarea predării acestora, schimbarea canalelor de lucru într-o celulă atunci când apar interferențe, conectarea unui abonat la un abonat dintr-o rețea telefonică obișnuită.

Stația de bază este un transceiver multicanal care funcționează în modul de recepție și transmisie a semnalului și servește ca un fel de interfață între un telefon mobil și un centru de comunicații mobil.

Numărul de canale ale stației de bază este, de obicei, un multiplu de opt: 8, 16, 32. Unul dintre canale este canalul de control sau de apelare, deoarece pe acesta se stabilește conexiunea la apelarea unui abonat al rețelei mobile, dar conversația apare după trecerea la un alt canal care este în prezent liber. Ideea însăși a unei rețele de comunicații mobile celulare este că, fără a părăsi încă aria de acoperire a unei stații de bază, telefonul și proprietarul său cad în aria de acoperire a următoarei și așa mai departe până la exterior. granița întregii zone de acoperire a rețelei. În același timp, comunicațiile celulare nu implică neapărat mobilitate: astăzi, așa-numitele „comunicații celulare pe linie fixă” devin din ce în ce mai răspândite în întreaga lume. Această soluție se dovedește adesea a fi rentabilă - nu este nevoie de instalarea costisitoare a cablurilor telefonice și o stație de bază puternică este suficientă pentru a furniza telefoane unui întreg cartier. Antenele stației de bază sunt instalate în oraș la o înălțime de 15-100 m față de suprafața solului pe clădirile existente (publice, clădiri industriale, clădiri rezidențiale, coșuri), iar în afara orașului - pe catarge înalte.

Sistemul de comunicații celulare funcționează conform următorului algoritm.

În modul de așteptare (receptorul este cuplat), dispozitivul de recepție a radiotelefonului scanează în mod constant fie toate canalele sistemului, fie numai pe cele de control.

Pentru a apela abonatul corespunzător, toate stațiile de bază ale sistemului de comunicații transmit un semnal de apel prin canale de control.

La primirea acestui semnal, telefonul mobil al abonatului apelat răspunde prin intermediul unuia dintre canalele de control gratuite.

Stațiile de bază care au primit semnalul de răspuns transmit informații despre parametrii acestuia către centrul de comunicații, care, la rândul său, comută conversația la stația de bază unde este înregistrat nivelul maxim de semnal al telefonului mobil al abonatului apelat.

Numărul de abonați din fiecare celulă nu este constant, deoarece aceștia sunt amestecați de la celulă la celulă. La trecerea graniței dintre celule, abonatul este comutat automat la serviciu într-o altă celulă.

Primul sistem de comunicații celulare, constând dintr-un transmițător cu șase canale, a fost creat în orașul nord-american St. Louis încă din 1946. Introducerea activă a comunicațiilor celulare a început mult mai târziu. Primele sisteme comerciale au apărut în America în 1979 și au devenit naționale abia în anii 1980. De exemplu, în 1981, în Europa a apărut primul sistem internațional, unind Norvegia, Danemarca, Suedia și Finlanda.

Ca urmare, la începutul anilor 1980. În Europa, existau deja peste douăzeci de rețele analogice incompatibile diferite. Incompatibilitatea standardelor a împiedicat răspândirea telefoniei celulare și a îngreunat viața atât operatorilor, cât și abonaților. Era imposibil, de exemplu, să se efectueze roaming automat atunci când se trece din aria de acoperire a unei rețele în aria de acoperire a alteia. Iar dispozitivele abonaților, telefoanele mobile în sine, erau departe de a fi universale. Pentru fiecare tip de comunicare celulară a fost necesar să se dezvolte echipamente unice.

Standardele care existau la acel moment sunt clasificate ca standarde de prima generatie (1G - prima generatie). Acestea sunt standarde celulare analogice. Exemple dintre acestea sunt sistemul scandinav NMT, TACS englez și AMPS american. Unul dintre cele mai durabile standarde ale primei generații a fost standardul digital D-AMPS (Serviciul de telefonie mobilă avansată digitală), care a fost popular în Rusia pentru o perioadă lungă de timp, precum și versiunea sa analogică AMPS.

Pentru a adopta un singur standard, a fost creat în 1982 un grup special numit Group Special Mobile (GSM), care includea reprezentanți ai 24 de țări din Europa de Vest. Dezvoltatorii noului sistem au crezut în mod rezonabil că metodele digitale de comprimare și codificare a informațiilor vor extinde în mod semnificativ utilizarea comunicațiilor celulare, vor oferi o calitate mai bună și vor oferi utilizatorilor servicii fără precedent. Sistemul digital Mannesmann, introdus în 1991 în Germania, a fost adoptat ca standard.

Astfel, la mijlocul anului 1991, a început exploatarea comercială a primei rețele din acest standard. Astăzi GSM este cel mai răspândit sistem de comunicații celulare din lume, iar numele său reprezintă altceva - Global System for Mobile telecommunications. GSM este de departe cel mai comun standard de comunicare. Potrivit asociației GSMA, acest standard reprezintă 82% din piața globală de comunicații mobile. GSMA include în prezent operatori din peste 210 de țări și teritorii. GSM aparține rețelelor de a doua generație (2 Generaţie).

Comunicațiile celulare GSM utilizează frecvențe radio de 900, 1800 sau 1900 MHz. Există, de asemenea, și destul de comune, multi-bandă (dublă bandă, multi-bandă) telefoane capabile să funcționeze în benzile 900/1 800 MHz, 850/1 900 MHz, 900/1 800/1 900 MHz.

Comparativ cu standardele analogice, GSM are o serie de avantaje. Principala este utilizarea transmițătoarelor de putere redusă în dispozitivele abonaților și stațiile de bază. Acest lucru reduce costul echipamentului în sine, dar nu afectează calitatea comunicării. În plus, transferul de informații în formă digitală facilitează asigurarea unui grad ridicat de confidențialitate a negocierilor și a unei game largi de funcții de serviciu.

Tehnologia GSM este de fapt un întreg „buchet” de tehnologii complexe. Prima dintre ele este tehnologia de digitizare și codificare audio. Deoarece aceste operațiuni necesită resurse de calcul considerabile, fiecare telefon mobil, chiar și cel mai ieftin, are un procesor specializat destul de puternic. Procesorul implementează și tehnologia de egalizare multicanal. Faptul este că în intervalul de 900 MHz și mai sus, semnalul radio este ușor reflectat de pereții clădirilor și alte obstacole. Drept urmare, telefonul primește multe semnale care diferă ca fază, din care îl selectează pe cel necesar și ignoră restul.

O altă caracteristică interesantă a GSM este transmisia intermitentă. Când tăcem, telefonul oprește transmițătorul. De îndată ce începem să vorbim, se aprinde. Acest mecanism vă permite să minimizați consumul de energie al telefonului mobil.

Toate telefoanele mobile, în funcție de puterea emițătoarelor radio încorporate, sunt împărțite în mai multe clase. Cele mai populare modele au o putere de până la 0,8 W. Dar, de obicei, atunci când stația de bază este situată lângă dispozitivul abonatului (și „celulele” GSM din orașele mari sunt amplasate suficient de dens pentru a evita zonele „moarte” între clădiri), puterea maximă a transmițătorului telefonului nu este necesară pentru a menține un conexiune stabilă. Pentru a regla puterea, se utilizează un mecanism pentru a analiza numărul de erori în timpul transmisiei și recepției. Pe baza acestuia, puterea de transmisie a stației de bază și a telefonului este redusă la un nivel în care calitatea comunicației este destul de stabilă.

Din punctul de vedere al unui abonat obișnuit, sistemul de transmitere a unui semnal de la o stație de bază la alta, alocarea canalelor de comunicație etc. pare mult mai complex.

Toți operatorii de telefonie mobilă GSM, pe lângă transmiterea mesajelor vocale, oferă un set standard de servicii de transmisie de date: CSD, GPRS, EDGE, WAP.

CSD (Circuit Switched Data sau GSM Data) este o tehnologie standard de transmisie a datelor cu comutare de circuite în rețeaua GSM. Pentru a utiliza serviciile CSD, trebuie să aveți un telefon mobil compatibil CSD. În același timp, marea majoritate a telefoanelor mobile acceptă tehnologia CSD.

Avantajele CSD:

• rata de transfer constantă a datelor - 9,6 kbit/s;
• cea mai extinsă zonă de acoperire CSD, care corespunde zonei de acoperire GSM;
• Tarifarea serviciilor CSD nu depinde de volumul datelor transmise și primite;
• conexiune CSD stabilă.

Caracteristicile CSD:

• când se utilizează CSD, informațiile sunt transmise pe un canal radio dedicat alocat conexiunii CSD;
• CSD este compatibil cu toate cele mai comune protocoale de transfer de date analogice și digitale.

Pentru a accesa Internetul direct de pe telefonul mobil, conectați serviciul WAP ( Wireless Application Protocol).În același timp, nu aveți nevoie de un computer pentru a lucra pe Internet; tot ce aveți nevoie este un telefon mobil care acceptă WAP. Multe site-uri de Internet au propriile versiuni WAP, optimizate special pentru accesul de pe telefoanele mobile. Utilizarea acestui serviciu va fi discutată mai detaliat mai jos.

Pentru accesul la Internet de mare viteză, se folosesc de obicei tehnologiile GPRS sau EDGE. GPRS ( Serviciul radio general de pachete) este o tehnologie de transmisie de date sub formă de pachete care vă permite să utilizați un telefon mobil pentru a primi și transmite informații la viteze mai mari în comparație cu canalul vocal standard GSM (9,6 kbit/s). Viteza maximă în GPRS este de 171,2 kbit/s. Puteți accesa Internetul de pe telefonul mobil utilizând tehnologia WAP, fie cu sau fără GPRS. MARGINE (. Rate de date îmbunătățite pentru GSM Evolution) este o continuare logică a GPRS, oferind viteze mai mari de transfer de date - până la 384 kbit/s. EDGE oferă utilizatorului aceleași servicii ca și GPRS. Tehnologia EDGE nu necesită setări suplimentare; în zona de acoperire, telefonul mobil o va selecta automat.

Comunicarea telefonică este transmiterea de informații vocale pe distanțe lungi. Cu ajutorul telefoniei, oamenii au posibilitatea de a comunica în timp real.

Dacă la momentul apariției tehnologiei exista o singură metodă de transmitere a datelor - analogică, atunci în prezent sunt utilizate cu succes o varietate de sisteme de comunicații. Comunicațiile telefonice, prin satelit și mobile, precum și telefonia IP, asigură un contact sigur între abonați, chiar dacă aceștia se află în diferite părți ale globului. Cum funcționează comunicarea telefonică folosind fiecare metodă?

Telefonie veche cu fir (analogică) bună

Termenul de comunicare „telefonic” se referă cel mai adesea la comunicarea analogică, o metodă de transmitere a datelor care a devenit obișnuită în aproape un secol și jumătate. Când se utilizează aceasta, informațiile sunt transmise continuu, fără codificare intermediară.

Conexiunea dintre doi abonați este reglementată prin formarea unui număr, iar apoi comunicarea se realizează prin transmiterea unui semnal de la persoană la persoană prin fire în sensul cel mai literal al cuvântului. Abonații nu mai sunt conectați prin operatorii de telefonie, ci prin roboți, ceea ce a simplificat și redus foarte mult costul procesului, dar principiul de funcționare al rețelelor de comunicații analogice rămâne același.

Comunicații mobile (celulare).

Abonații operatorilor de telefonie mobilă cred în mod eronat că au „tăiat firul” care îi conectează la centralele telefonice. În aparență, totul este așa - o persoană se poate deplasa oriunde (în cadrul acoperirii semnalului) fără a întrerupe conversația și fără a pierde contactul cu interlocutorul și<подключить телефонную связь стало легче и проще.

Cu toate acestea, dacă înțelegem cum funcționează comunicațiile mobile, nu vom găsi multe diferențe față de funcționarea rețelelor analogice. Semnalul de fapt „plutește în aer”, doar de la telefonul apelantului ajunge la transceiver, care, la rândul său, comunică cu echipamente similare cele mai apropiate de abonatul apelat... prin rețele de fibră optică.

Etapa de transmisie de date radio acoperă doar calea semnalului de la telefon la cea mai apropiată stație de bază, care este conectată la alte rețele de comunicații într-un mod complet tradițional. Este clar cum funcționează comunicațiile celulare. Care sunt avantajele și dezavantajele sale?

Tehnologia oferă o mobilitate mai mare în comparație cu transmisia analogică de date, dar prezintă aceleași riscuri de interferență nedorită și posibilitatea de interceptare.

Calea semnalului celular

Să aruncăm o privire mai atentă la modul exact în care semnalul ajunge la abonatul apelat.

1. Utilizatorul formează un număr.
2. Telefonul său stabilește contact radio cu o stație de bază din apropiere. Sunt situate pe clădiri înalte, clădiri industriale și turnuri. Fiecare stație constă din antene transceiver (de la 1 la 12) și o unitate de control. Stațiile de bază care deservesc un teritoriu sunt conectate la controler.
3. De la unitatea de control al stației de bază, semnalul este transmis prin cablu către controler, iar de acolo, tot prin cablu, către comutator. Acest dispozitiv oferă semnal de intrare și ieșire către diferite linii de comunicație: intercity, oraș, internațional și alți operatori de telefonie mobilă. În funcție de dimensiunea rețelei, poate implica unul sau mai multe comutatoare conectate între ele folosind fire.
4. De la comutatorul „dvs.”, semnalul este transmis prin cabluri de mare viteză către comutatorul altui operator, iar acesta din urmă determină cu ușurință în zona de acoperire a cărui controler se află abonatul căruia îi este adresat apelul.
5. Comutatorul apelează controlerul dorit, care trimite semnalul către stația de bază, care „interogează” telefonul mobil.
6. Partea apelată primește un apel.

Această structură de rețea multistrat permite ca sarcina să fie distribuită uniform între toate nodurile sale. Acest lucru reduce probabilitatea defecțiunii echipamentului și asigură o comunicare neîntreruptă.

Este clar cum funcționează comunicațiile celulare. Care sunt avantajele și dezavantajele sale? Tehnologia oferă o mobilitate mai mare în comparație cu transmisia analogică de date, dar prezintă aceleași riscuri de interferență nedorită și posibilitatea de interceptare.

Conexiune prin satelit

Să vedem cum funcționează comunicațiile prin satelit, cel mai înalt nivel de dezvoltare a comunicațiilor prin releu radio de astăzi. Un repetor plasat pe orbită este capabil să acopere singur o zonă uriașă a suprafeței planetei. O rețea de stații de bază, așa cum este cazul comunicațiilor celulare, nu mai este necesară.

Un abonat individual are posibilitatea de a călători practic fără restricții, rămânând conectat chiar și în taiga sau junglă. Un abonat care este o entitate juridică poate atașa un întreg mini-PBX la o antenă repetoare (aceasta este „antena” cunoscută), dar trebuie să țină cont de volumul mesajelor primite și trimise, precum și de dimensiunea fișierele care trebuie trimise.

Dezavantajele tehnologiei:

• dependență gravă de vreme. O furtună magnetică sau un alt cataclism poate lăsa un abonat fără comunicare pentru o lungă perioadă de timp.
• Dacă ceva se defectează fizic pe un repetor de satelit, timpul necesar pentru ca funcționalitatea să fie complet restaurată va dura foarte mult.
• costul serviciilor de comunicații fără granițe depășește adesea facturile mai convenționale. Atunci când alegeți o metodă de comunicare, este important să aveți în vedere cât de mult aveți nevoie de o astfel de conexiune funcțională.

Comunicații prin satelit: argumente pro și contra

Caracteristica principală a „satelitului” este că oferă abonaților independență față de liniile de comunicații terestre. Avantajele acestei abordări sunt evidente. Acestea includ:

• mobilitatea echipamentelor. Poate fi implementat într-un timp foarte scurt;
• capacitatea de a crea rapid rețele extinse care acoperă teritorii mari;
• comunicarea cu zonele greu accesibile și îndepărtate;
• rezervarea de canale care pot fi utilizate în cazul unei defecțiuni a comunicațiilor terestre;
• flexibilitatea caracteristicilor tehnice ale rețelei, permițându-i să fie adaptată la aproape orice cerințe.

Dezavantajele tehnologiei:

• dependență gravă de vreme. O furtună magnetică sau un alt cataclism poate lăsa un abonat fără comunicare pentru o lungă perioadă de timp;
• dacă ceva eșuează fizic pe repetorul de satelit, perioada până la restabilirea completă a funcționalității sistemului va dura mult timp;
• costul serviciilor de comunicații fără granițe depășește adesea facturile mai convenționale.

Atunci când alegeți o metodă de comunicare, este important să aveți în vedere cât de mult aveți nevoie de o astfel de conexiune funcțională.

Comunicațiile mobile, care operează astăzi în întreaga lume, sunt considerate în mod tradițional o invenție relativ nouă. Cu toate acestea, primele concepte de organizare a infrastructurii de comunicații mobile au apărut la începutul secolului al XX-lea. Este greu de răspuns la întrebarea în ce țară au apărut primele telefoane mobile și când. Dar dacă încercați să faceți acest lucru, ce fapte despre dezvoltarea comunicațiilor telefonice folosind echipamente radio ar trebui studiate în primul rând? Pe baza ce criterii ar trebui să fie clasificate anumite dispozitive drept telefoane mobile?

Istoria telefoanelor mobile: fapte de bază

Putem răspunde la întrebarea cine a inventat primul telefon mobil din lume, în primul rând, familiarizându-ne cu istoria creării dispozitivelor de comunicare corespunzătoare.

Concepte și prototipuri de dispozitive de comunicație, similare funcțional cu telefoanele mobile, au început să fie discutate în diverse comunități (științifice, inginerie) la începutul secolului XX. Dar telefonul mobil în sine, ca mijloc de comunicare pentru abonat, a fost propus să fie dezvoltat la sfârșitul anilor 70 de către Bell Laboratories, care aparținea uneia dintre cele mai mari corporații americane - AT&T. Finlanda a fost printre primele țări care au implementat cu succes sisteme de comunicații mobile comerciale. Sistemele de comunicații mobile se dezvoltau activ în URSS.

Dar care stat este înaintea restului în ceea ce privește introducerea telefoanelor mobile?

Va fi util să ne oprim mai în detaliu asupra invențiilor sovietice - familiarizarea cu faptele despre acestea ne va ajuta să înțelegem când a apărut primul telefon mobil din lume și în ce țară.

În timpul Marelui Război Patriotic, ideea creării unui dispozitiv special, un monofon, a fost propusă de omul de știință sovietic Georgy Ilici Babat. Acest dispozitiv trebuia să fie un telefon portabil care funcționează în mod automat. S-a presupus că va funcționa în intervalul 1-2 GHz. Caracteristica fundamentală a aparatului propus de G.I. Babat, urma să asigure transmisia vocii printr-o rețea extinsă de ghiduri de undă speciale.

În 1946, G. Shapiro și I. Zakharchenko au propus organizarea unui sistem de comunicații radiotelefonice, în cadrul căruia dispozitivele pentru recepția și transmiterea vocii să fie amplasate în mașini. În conformitate cu acest concept, baza infrastructurii de comunicații mobile urma să fie stațiile existente ale orașului, completate cu echipamente radio speciale. Se presupunea că indicativele speciale de apel trebuiau folosite ca identificatori de abonat.

În aprilie 1957, inginerul sovietic Leonid Ivanovich Kupriyanovich a creat un prototip de dispozitiv de comunicație - radiotelefonul LK-1. Acest dispozitiv avea o rază de acțiune de aproximativ 30 km și avea o greutate semnificativă - aproximativ 3 kg. Ar putea asigura comunicații prin interacțiunea cu o centrală telefonică automată specială, care s-ar putea conecta la liniile telefonice ale orașului. Ulterior, telefonul a fost îmbunătățit. Nu-i așa. Kupriyanovich a redus semnificativ greutatea și dimensiunile dispozitivului. În versiunea actualizată, dimensiunea dispozitivului era aproximativ egală cu dimensiunea a 2 cutii de țigări stivuite una peste alta. Greutatea radiotelefonului era de aproximativ 500 de grame inclusiv bateria. Se spera ca telefonul mobil sovietic să găsească o aplicație largă în economia națională, în viața de zi cu zi și să devină un articol pentru uz personal de către cetățeni.

Radiotelefon L.I. Kupriyanovich a permis nu numai să efectueze apeluri, ci și să le primească - sub rezerva atribuirii unui număr personal, precum și utilizării infrastructurii care permite transmiterea semnalelor de la centrala telefonică automată la stațiile radio telefonice automate și de la acestea la abonat. dispozitive.

Cercetări în domeniul comunicațiilor mobile au fost efectuate și în alte țări socialiste. De exemplu, în 1959, omul de știință bulgar Hristo Bachvarov a dezvoltat un dispozitiv mobil, similar în principiu cu telefonul lui L.I. Kupriyanovich și l-a brevetat.

Se poate spune că primul telefon mobil din lume a fost astfel inventat în URSS sau în alte țări socialiste?

Criterii de clasificare a dispozitivelor ca telefoane mobile

În primul rând, merită să decideți ce este de fapt considerat un telefon mobil. Conform unei definiții comune, un dispozitiv ar trebui considerat ca atare:

Compact (o persoană îl poate transporta cu ei);

Lucrează folosind canale de comunicații radio;

Permite unui abonat să apeleze pe altul folosind un număr unic;

Integrat într-un fel cu rețelele telefonice cu fir;

Disponibil public (capacitatea de conectare nu necesită permisiunea anumitor autorități competente și este limitată de resursele financiare și infrastructurale ale abonaților).

Din acest punct de vedere, un telefon mobil cu drepturi depline nu a fost încă inventat. Dar, desigur, criteriile de mai sus pentru determinarea unui telefon mobil nu pot fi considerate universale. Și dacă eliminăm din ele, în special, accesibilitatea și compactitatea, atunci sistemul sovietic Altai poate corespunde cu restul. Să aruncăm o privire mai atentă asupra caracteristicilor sale.

Experiența sovietică în dezvoltarea comunicațiilor mobile: sistemul Altai

Când studiați întrebarea care a fost primul telefon mobil din lume, este util să vă familiarizați cu faptele de bază despre sistemul de comunicare corespunzător. Dispozitivele conectate la acesta aveau, în principiu, toate caracteristicile unui telefon mobil, cu excepția faptului că sunt accesibile publicului. Acest sistem astfel:

Le-a permis unor abonați să-i sune pe alții prin numere;

A fost într-un anumit fel integrat cu rețelele orașului.

Dar nu a fost disponibil public: listele de abonați au fost aprobate la nivel de departament. Sistemul Altai a fost lansat în anii 60 la Moscova, iar în anii 70 a fost desfășurat în peste 100 de orașe ale URSS. Folosit activ în timpul Jocurilor Olimpice din 1980.

Existau planuri în URSS de a crea un sistem de comunicații mobile la care toată lumea să se poată conecta. Dar din cauza dificultăților economice și politice de la mijlocul până la sfârșitul anilor 80, munca la dezvoltarea acestui concept a fost redusă.

Standardele celulare occidentale au fost introduse în Rusia post-sovietică. Până atunci, deja furnizau comunicații între dispozitive de ceva timp, care ar putea fi numite telefoane mobile cu drepturi depline. Să studiem cum s-au dezvoltat standardele corespunzătoare în Occident. Acest lucru, din nou, ne va ajuta să răspundem la întrebarea unde și când a apărut primul telefon mobil din lume.

Istoria comunicațiilor mobile în Statele Unite

După cum am menționat la începutul articolului, prototipurile de telefoane mobile în Occident au început să apară la începutul secolului al XX-lea. În anii 30 și 40 au început să fie implementate dezvoltări reale. În 1933, comunicațiile se puteau face între vehiculele NYPD folosind transmițătoare radio semi-duplex. În 1946, a fost implementată o rețea mobilă în care abonații privați puteau comunica între ei folosind echipamente radio prin medierea unui operator. În 1948, a fost lansată o infrastructură care permitea unui abonat să apeleze automat pe altul.

Putem spune că în SUA a fost inventat primul telefon mobil din lume? Dacă luăm în considerare criteriile de mai sus pentru clasificarea unui radiotelefon ca dispozitiv de tipul adecvat - da, putem spune așa, dar în raport cu evoluțiile americane ulterioare. Cert este că principiile funcționării rețelelor celulare americane din anii 40 erau foarte departe de cele care caracterizează modernul

Sisteme precum cele desfășurate în Missouri și Indiana în anii 1940 aveau limitări semnificative de frecvență și canal. Acest lucru nu a permis conectarea unui număr suficient de mare de abonați la rețelele mobile în același timp. O soluție la această problemă a fost propusă de specialistul Bell D. Ring, care a propus împărțirea zonei de distribuție a semnalului radio în celule sau celule, care să fie formate din stații de bază speciale care funcționează la frecvențe diferite. Acest principiu este implementat în general de operatorii de telefonie mobilă modernă. Implementarea în practică a conceptului lui D. Ring a fost realizată în 1969.

Istoria comunicațiilor mobile în Europa și Japonia

În Europa de Vest, primele sisteme de comunicații telefonice care utilizează echipamente radio au fost testate în 1951. În anii 60, munca în această direcție a fost desfășurată activ în Japonia. Este de remarcat faptul că dezvoltatorii japonezi au stabilit că frecvența optimă pentru implementarea infrastructurii de comunicații mobile este de 400 și 900 MHz. Astăzi, aceste frecvențe sunt printre principalele utilizate de operatorii de telefonie mobilă.

Finlanda a devenit una dintre țările de top în ceea ce privește introducerea de evoluții în domeniul organizării funcționării rețelelor celulare cu drepturi depline. În 1971, finlandezii au început să implementeze o rețea celulară comercială, a cărei zonă de acoperire până în 1978 a atins dimensiunea întregii țări. Înseamnă asta că primul telefon mobil din lume, care funcționează conform principiilor moderne, a apărut în Finlanda? Există anumite argumente în favoarea acestei teze: în special, s-a stabilit că corporațiile finlandeze de telecomunicații au desfășurat infrastructura corespunzătoare la nivel național, dar în conformitate cu punctul de vedere tradițional, un astfel de dispozitiv a apărut totuși în Statele Unite. Rolul principal în aceasta, din nou, dacă luăm în considerare versiunea populară, a fost jucat de Motorola.

Concepte celulare Motorola

La începutul anilor '70, în Statele Unite s-a dezvoltat o concurență foarte acerbă între furnizorii de servicii și echipamente pe un segment de piață promițător - în domeniul comunicațiilor celulare. Principalii concurenți aici au fost AT&T și Motorola. În același timp, prima companie s-a concentrat pe implementarea sistemelor de comunicații auto - de altfel, precum corporațiile de telecomunicații din Finlanda, a doua - pe introducerea de dispozitive compacte pe care orice abonat le-ar putea transporta cu ele.

Al doilea concept a câștigat, iar pe baza lui, Motorola Corporation a început implementarea, de fapt, a unei rețele celulare cu drepturi depline în sensul modern, folosind dispozitive compacte.Primul telefon mobil din lume din infrastructura Motorola, din nou, în conformitate cu abordare tradițională, a fost folosit ca dispozitiv de abonat în 1973. Zece ani mai târziu, în Statele Unite a fost lansată o rețea comercială cu drepturi depline, la care americanii obișnuiți se puteau conecta.

Să luăm în considerare care a fost primul telefon mobil din lume, inventat, după punctul de vedere popular, de inginerii companiei americane Motorola.

Primul telefon mobil: caracteristici

Vorbim despre dispozitivul Motorola DynaTAC. A cântărit aproximativ 1,15 kg. Dimensiunea sa era de 22,5 x 12,5 x 3,75 cm.Avea taste numerice pentru formarea unui număr, precum și două butoane speciale pentru trimiterea unui apel, precum și pentru terminarea unui apel. Dispozitivul avea o baterie, datorită căreia putea funcționa în modul standby pentru apel aproximativ 8 ore, iar în modul vorbire aproximativ 1 oră. A durat mai mult de 10 ore pentru a încărca bateria primului telefon mobil.

Cum arată primul telefon mobil din lume? Poza dispozitivului este mai jos.

Ulterior, Motorola a lansat o serie de versiuni modernizate ale dispozitivului. Dacă vorbim despre rețeaua comercială Motorola, primul telefon mobil din lume a fost realizat pentru infrastructura corespunzătoare în 1983.

Vorbim despre dispozitivul Motorola DynaTAC 8000X. Acest dispozitiv cântărea aproximativ 800 de grame, dimensiunile sale erau comparabile cu prima versiune a dispozitivului. Este de remarcat faptul că în memoria sa ar putea fi stocate 30 de numere de abonat.

Cine a inventat primul telefon mobil?

Deci, să încercăm să răspundem la întrebarea noastră principală - cine a inventat primul telefon mobil din lume. Istoria dezvoltării comunicațiilor telefonice folosind echipamente radio sugerează că primul dispozitiv care a îndeplinit pe deplin criteriile pentru a fi clasificat ca telefon mobil, care este încă relevant astăzi, a fost inventat de Motorola în SUA și prezentat lumii în 1973. .

Cu toate acestea, ar fi incorect să spunem că această corporație a introdus o dezvoltare fundamental nouă. Telefoanele mobile - în sensul că erau echipamente radio și asigurau comunicarea între abonați folosind un număr unic - erau folosite până atunci în URSS, Europa și Japonia. Dacă vorbim despre momentul în care a fost comercializat primul telefon mobil din lume, compania care l-a dezvoltat a lansat afacerea corespunzătoare în 1983, mai târziu decât, în special, proiecte similare au fost introduse în Finlanda.

Astfel, corporația Motorola poate fi considerată pe bună dreptate prima care oferă un telefon mobil în sensul modern - în special, unul care funcționează pe principiul distribuirii stațiilor de bază între celule și are, de asemenea, un format compact. Astfel, dacă vorbim despre unde exact a fost inventat primul telefon mobil din lume, în ce țară - ca dispozitiv portabil, compact care face parte din infrastructura de comunicații celulare, atunci ar fi legitim să se stabilească că acest stat este Statele Unite.

În același timp, este de remarcat faptul că sistemul sovietic Altai a funcționat cu succes chiar și fără introducerea tehnologiilor în stil american. Astfel, inginerii din URSS au dovedit fundamental posibilitatea implementării infrastructurii de comunicații mobile la scară națională, fără a folosi principiile distribuirii stațiilor de bază între celule.

Este posibil ca fără problemele economice și politice ale anilor 80, URSS și-ar fi introdus propriile rețele mobile, funcționând pe baza unor concepte alternative celor americane, iar acestea nu ar fi funcționat mai rău. Cu toate acestea, este un fapt că astăzi Rusia folosește standarde de comunicare celulară dezvoltate în lumea occidentală, care a propus și comercializat primele telefoane mobile.

Este demn de remarcat faptul că sistemul Altai a funcționat de fapt până în 2011. Astfel, evoluțiile ingineriei sovietice au rămas relevante pentru o lungă perioadă de timp, iar acest lucru poate indica că, poate, cu rafinamentul necesar, ar putea concura cu concepte străine pentru construirea unei infrastructuri de comunicații celulare.

rezumat

Deci, cine a inventat primul telefon mobil din lume? Este dificil să răspunzi pe scurt la această întrebare. Dacă prin telefon mobil ne referim la un compact echipamente radio de abonat integrate cu rețelele orașului, funcționând pe un principiu celular și la îndemâna tuturor, atunci această infrastructură a fost probabil introdusă pentru prima dată de compania americană Motorola.

Dacă vorbim despre prima reclamă rețelele celulare - atunci acestea au fost probabil implementate la scară națională în Finlanda, dar cu utilizarea dispozitivelor care vizează plasarea în mașini. Rețelele mobile închise necomerciale au fost și ele desfășurate cu succes, de fapt, la scară națională, în URSS.

Cu greu este posibil astăzi să găsești o persoană care să nu fi folosit niciodată un telefon mobil. Dar înțelege toată lumea cum funcționează comunicațiile celulare? Cum lucrează și lucrează ceea ce ne-am obișnuit cu toții? Semnalele de la stațiile de bază sunt transmise prin fire sau funcționează totul într-un fel diferit? Sau poate că toate comunicațiile celulare funcționează doar prin unde radio? Vom încerca să răspundem la aceste și la alte întrebări în articolul nostru, lăsând descrierea standardului GSM în afara domeniului său de aplicare.

În momentul în care o persoană încearcă să efectueze un apel de pe telefonul său mobil, sau când începe să-l sune, telefonul este conectat prin unde radio la una dintre stațiile de bază (cea mai accesibilă), la una dintre antene ale acesteia. Stațiile de bază pot fi văzute ici și colo, uitându-se la casele orașelor noastre, la acoperișurile și fațadele clădirilor industriale, la clădirile înalte și, în final, la catargele roșii și albe special ridicate pentru gări (mai ales de-a lungul autostrăzilor).

Aceste stații arată ca niște cutii gri dreptunghiulare, din care ies diverse antene în direcții diferite (de obicei până la 12 antene). Antenele de aici funcționează atât pentru recepție, cât și pentru transmisie și aparțin operatorului celular. Antenele stației de bază sunt direcționate în toate direcțiile (sectoarele) posibile pentru a oferi „acoperire de rețea” abonaților din toate direcțiile la o distanță de până la 35 de kilometri.

Antena unui sector poate deservi până la 72 de apeluri simultan, iar dacă există 12 antene, atunci imaginați-vă: 864 de apeluri pot fi, în principiu, deservite de o stație de bază mare în același timp! Deși de obicei sunt limitate la 432 de canale (72*6). Fiecare antenă este conectată prin cablu la unitatea de control a stației de bază. Și blocurile mai multor stații de bază (fiecare stație deservește propria sa parte a teritoriului) sunt conectate la controler. Până la 15 stații de bază sunt conectate la un controler.

Stația de bază este, în principiu, capabilă să funcționeze pe trei benzi: semnalul de 900 MHz pătrunde mai bine în interiorul clădirilor și structurilor și se extinde mai departe, astfel încât această bandă este adesea folosită în sate și câmpuri; un semnal la o frecvență de 1800 MHz nu călătorește atât de departe, dar mai multe transmițătoare sunt instalate într-un sector, astfel încât astfel de stații sunt instalate mai des în orașe; in sfarsit 2100 MHz este o retea 3G.

Desigur, pot exista mai multe controlere într-o zonă sau regiune populată, astfel încât controlerele, la rândul lor, sunt conectate prin cabluri la comutator. Scopul comutatorului este de a conecta rețelele operatorilor de telefonie mobilă între ele și cu liniile orașului de comunicații telefonice regulate, comunicații la distanță lungă și comunicații internaționale. Dacă rețeaua este mică, atunci este suficient un comutator; dacă este mare, sunt utilizate două sau mai multe comutatoare. Comutatoarele sunt conectate între ele prin fire.

În procesul de mutare a unei persoane care vorbește pe un telefon mobil de-a lungul străzii, de exemplu: se plimbă, călărește în transportul public sau conduce o mașină personală, telefonul său nu ar trebui să piardă rețeaua pentru o clipă, iar conversația nu poate fi întrerupt.

Continuitatea comunicării este obținută datorită capacității unei rețele de stații de bază de a comuta foarte rapid un abonat de la o antenă la alta pe măsură ce acesta trece din aria de acoperire a unei antene în aria de acoperire a celeilalte (de la celulă la alta). celulă). Abonatul însuși nu observă cum încetează să mai fie conectat la o stație de bază și este deja conectat la alta, cum trece de la antenă la antenă, de la stație la stație, de la controler la controler...

În același timp, comutatorul oferă o distribuție optimă a sarcinii într-un design de rețea pe mai multe niveluri pentru a reduce probabilitatea defecțiunii echipamentului. O rețea cu mai multe niveluri este construită astfel: telefon mobil - stație de bază - controler - comutator.

Să presupunem că facem un apel, iar semnalul a ajuns deja la centrală. Comutatorul transmite apelul nostru către abonatul de destinație - către rețeaua orașului, către rețeaua de comunicații internaționale sau la distanță lungă sau către rețeaua altui operator de telefonie mobilă. Toate acestea se întâmplă foarte repede folosind canale de cablu cu fibră optică de mare viteză.

Apoi, apelul nostru merge la comutator, care este situat pe partea destinatarului apelului (cel pe care l-am sunat). Comutatorul „de primire” are deja date despre unde se află abonatul apelat, în ce zonă de acoperire a rețelei: ce controler, ce stație de bază. Și astfel, un sondaj de rețea începe de la stația de bază, destinatarul este localizat și un apel este primit pe telefonul său.

Întregul lanț de evenimente descris, din momentul formării numărului până în momentul în care apelul este auzit la capătul destinatar, durează de obicei nu mai mult de 3 secunde. Așa că astăzi putem suna oriunde în lume.

Andrei Povny