Как работает сотовая связь. Часть 1: история и развитие. Как устроена мобильная связь

Как устроена мобильная связь - Что такое сотовая связь? Сотовая связь: как работает и почему так называется КАК РАБОТАЮТ БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ Вред от вышек мобильной связи ЕЩЕ ПО ТЕМЕ:

Со временем и обычные пользователи, и коммерческие организации обнаружили, что этого недостаточно. Люди начали переходить на цифровую передачу данных. Среди его преимуществ — лучший звук, защита от ударов и высокая скорость.

Сотовая связь

Сотовая связь, сотовая сеть — это вид мобильной беспроводной связи, основанный на сотовых сетях. Важной особенностью является то, что вся зона покрытия делится на ячейки, определяемые зоной покрытия базовой станции (БС). Клетки частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (плоской и неразвитой) поверхности зона покрытия БС представляет собой круг, поэтому сеть, состоящая из них, напоминает шестиугольные соты (honeycomb).

Сеть состоит из пространственно разнесенных приемопередатчиков, работающих в одном частотном диапазоне, и оборудования, которое определяет текущее местоположение мобильных абонентов и позволяет абонентам гарантировать непрерывность связи при переходе из зоны действия одного приемопередатчика в другую.

Содержание

Первое использование мобильной беспроводной связи в США датируется 1921 годом. Департамент полиции Детройта использовал единую систему 2 МГц для передачи информации от центрального передатчика к автомобилям. В 1933 году Департамент полиции Нью-Йорка начал использовать две сотовые радиопередачи также в зоне 2 МГц. В 1934 году FCC выделила четыре канала в зоне 30-40 МГц для телефонного радио, а в 1940 году 10 000 полицейских патрулей использовали телефонное радио. Все системы использовали конфигурацию ширины. Частотная конфигурация начала использоваться в 1940 году и к 1946 году полностью заменила ширину. Первое общественное мобильное вещание появилось в 1946 году (Bell Telephone Laboratories, Сент-Луис, США) и использовало пояс 150 МГц. В 1955 году была создана зональная система на 150 МГц, а в 1956 году начала работать 12-канальная система с зонами на 450 МГц. Обе эти системы были упрощены и использовали механическую коробку передач. Автоматические двухтрансляционные системы были запущены в 1964 (150 МГц) и 1969 (450 МГц) годах соответственно.

В СССР в 1957 году московский инженер Л. И. Куприянович создал оригинальный портативный автоматический двойной мобильный транслятор ЛК-1 и его базовую станцию. Мобильная трансляция весила около 3 фунтов и имела дальность действия 20-30 км. В 1958 году Куприянович создал усовершенствованную модель устройства весом 0,5 кг и размером с сигаретную коробку. В 1960-х годах Христо Бочваров представил в Болгарии оригинальный мобильный карманный радиоприемник. На выставке Intergtehhnika 66 Болгария представила серию местной мобильной связи, состоящую из мобильных телефонов Rat-0.5 и ATRT-0.5 и базовой станции RATC-10.

В конце 1950-х годов СССР начал разработку системы вещания «Алтай», которая была опробована в 1963 году. Первоначально он работал на частоте 150 МГц. В 1970 году система «Алтай» работала в 30 советских городах, и ей была выделена зона 330 МГц.

Аналогичным образом ситуация развивалась и в других странах, с естественными различиями и в меньших масштабах. В Норвегии, например, телефонные радиостанции общего пользования использовались в качестве морской мобильной службы с 1931-1955 гг. Наземная мобильная связь начала развиваться после Второй мировой войны в виде частных сетей ручной миграции. Таким образом, мобильная радиосвязь получила широкое распространение в 1970 году, но ограниченное количество каналов в зонах фиксированных частот не поспевало за быстрым ростом спроса. Такое решение было найдено в клеточных системах. Это позволяет радикально увеличить пропускную способность за счет повторного использования частот в сотовых системах.

Клеточные системы.

В прошлом существовали отдельные элементы клеточных систем. В частности, в Детройте, США, в 1949 году служба доставки такси использовала систему сотовой связи. Различные частоты ульев использовались повторно, когда пользователь вручную менял канал на месте. Однако архитектура того, что сегодня известно как сотовая система, была описана только в техническом отчете Bell System, представленном Федеральной комиссии США в декабре 1971 года. С тех пор появилась сотовая связь.

Принцип действия сотовой связи

Основными элементами сотовой сети являются мобильный телефон и базовая станция, обычно расположенная на крыше или вышке. Когда мобильный телефон активирован, он прослушивает радиоволны и находит сигнал базовой станции. Затем телефон передает уникальный идентификационный код на станцию. Телефон и станция поддерживают непрерывную радиосвязь, обмениваясь журналами. Телефоны могут связываться со станциями по аналоговым протоколам (AMP, NAMPS, NMT-450) или цифровым протоколам (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Когда один телефон покидает зону покрытия базовой станции (или нарушается качество радиосвязи в обслуживающей ячейке), устанавливается соединение с другим телефоном (доставка).

Сотовые сети могут быть сконфигурированы с различными стандартными базовыми станциями, которые оптимизируют сеть и улучшают покрытие.

Сотовые сети различных операторов связаны друг с другом, а также с фиксированной телефонной сетью. Это позволяет абонентам холдинговой организации звонить абонентам других операторов с мобильного на стационарный и со стационарного на мобильный.

Операторы также могут заключать соглашения о роуминге. Эти соглашения позволяют совершать и принимать звонки через сеть другого оператора, если они не покрываются собственной сетью. Обычно это происходит по более высокой ставке. Загрузка доступна только в стандарте 2G и является одним из основных отличий от сетей 1G. 1

Операторы могут совместно использовать сетевую инфраструктуру, сокращая рост сети и текущие расходы.

Базовые станции перекрывают зоны, обеспечивая непрерывность присутствия пользователей в сети и делая карту покрытия похожей на пчелиные соты.

Сотовая связь стала новым витком развития технологий

Сотовая связь широко считается одним из величайших изобретений человечества, более крутым, чем Интернет или колесо. Корни культовой технологии уходят в 1920-е годы. В то время некоторые полицейские управления США использовали телефонные радиостанции с частотой 2 МГц для передачи информации о преступлениях на приемники в патрульных машинах. Он был анонсирован в 1921 году, а к 1933 году с его помощью можно было осуществлять двустороннюю связь.

Как работает сотовая связь. Часть 1: История и развитие

В 1934 году Федеральная комиссия по связи США одобрила использование четырех каналов в диапазоне 30-40 МГц для телефонной связи, и к 1940 году более 10 000 патрулей в разных частях страны использовали ее.

В 1949 году элементы, схожие с современной сотовой связью, использовались для работы служб такси в американском городе Детройте. При наличии договоренности водители могут перейти на определенный канал для связи с отправителем.

Как работает сотовая связь. Часть 1: История и развитие

Хотя многие считают их прототипами мобильной связи, изначально они сильно отличались от сегодняшних технологий. Однако идея сотовых сетей в том виде, в котором мы знаем их сегодня, начала разрабатываться учеными из Bell Labs в 1946 году. Она оказалась принципиально новым витком в нашем технологическом развитии, поэтому реальные перспективы ее внедрения стали появляться в начале 1970-х годов, почти 30 лет спустя. Затем они смогли найти для него настоящую архитектуру.

Американские инженеры предложили идею разделения почвы на ячейки. В каждой ячейке будет находиться станция, передающая сигнал. Однако для проведения теста не было подходящего приемного оборудования.

В этот момент на сцену вышла компания Motorola. В 1973 году Мартин Купер, один из ключевых инженеров компании, представил первый в мире прототип мобильного телефона. Чтобы доказать, как работает новая технология, он немедленно позвонил руководству конкурирующих компаний и похвастался своими успехами. Все были впечатлены, и вскоре компания инвестировала в перспективный проект более 100 миллионов долларов США. Начали появляться первые базовые станции.

Как работает сотовая связь. Часть 1: История и развитие

Первым мобильным телефоном был Motorola DynaTAC 8000, сертифицированный FCC 21 сентября 1973 года. Он весил более 700 граммов, время автономной работы составляло 30 минут, а срок службы — около 10 часов. Да, цена динозавра составляла около 4 000 долларов США, но это не помешало ему стать популярным. С помощью этого устройства впервые стало возможным совершать телефонные звонки без услуг оператора. Кстати, это было первое мобильное устройство, которое мог поднять человек.

В 1974 году Федеральная комиссия по связи США одобрила использование полосы частот 40 МГц для мобильной связи в диапазоне 800 МГц (расширенном до 10 МГц в 1986 году). Затем, в 1978 году, тестирование сотовой сети началось в Чикаго, с 2 000 абонентов. Именно этот год считается началом практического применения этого нового вида связи. Коммерческое использование мобильной связи в США началось в 1983 году. В то время мобильная связь уже была доступна практически каждому жителю Чикаго.

Сотовыми сети называют из-за принципа расстановки вышек

Почему же он называется мобильным телефоном? Ответ, неожиданно, довольно прост. Вся зона покрытия разделена на равномерные шестиугольники, как пчелиный улей. В центре каждого сектора находится базовая станция.

Как работает сотовая связь. Часть 1: История и развитие

Шестиугольная форма была выбрана потому, что она позволяет обеспечить равные расстояния между башнями. Это положительно влияет на качество и стабильность работы сотовой сети и снимает дополнительную нагрузку с базовых станций. Вышки мобильной связи активно общаются друг с другом, и абоненты в каждой шестиугольной ячейке получают один и тот же сигнал, поэтому потери связи не происходит.

Шестиугольные ячейки похожи на пчелиный улей, поэтому приспособление называется пчелиным ульем. Кстати, это название все больше отходит на второй план — для простоты его заменили термином «мобильный».

SIM-карты предназначены для идентификации абонентов

Десятилетия назад SIM-карт еще не существовало. В то время операторы использовали только заводские номера ESN для идентификации мобильных телефонов в сотовых сетях. Сначала это казалось 100% правильным решением, но на практике ситуация оказалась иной. Когда абонент менял свой телефон, он должен был идти в офис оператора, чтобы сообщить об этом. Это было дорого и затратно.

Как работает сотовая связь. Часть 1: История и развитие

Необходимо было что-то, что могло бы отделить абонента от его оборудования. Так в 1991 году появились модули идентификации абонента (SIM). Впервые они появились с появлением 2G. Это были полноценные компьютеры с процессором, постоянной памятью и оперативной памятью, а также блоком шифрования. Первые были размером с визитную карточку, но вскоре они стали меньше и вскоре были интегрированы и перерегистрированы — готовые к тому, чтобы мы туда попали.

На мобильном телефоне остается только номер IMEI (международный идентификатор мобильного оборудования). Он подключается к системной стороне мобильного оператора, но совсем не связан с абонентом. Эта система успешно работает уже почти 30 лет.

Каждая SIM-карта хранит серийный номер ICCID и коды PIN и PUK, ключи и идентификатор. Наиболее важными являются международный абонентский номер IMSI и уникальный ключ идентификации пользователя, называемый KI. IMSI и KI используются, когда мобильный телефон присоединяется к сети оператора. Когда SIM-карта вставляется в телефон, смартфон или другой гаджет, она фактически становится частью телефона и связующим звеном с поставщиком услуг. Это уже было объяснено.

Оцените статью
club-cs.ru