في الجزء النظري ، لن نتعمق في تاريخ الخلق الاتصال الخلوي، حول مؤسسيها ، التسلسل الزمني للمعايير ، إلخ. لمن هو مثير للاهتمام - هناك الكثير من المواد في المنشورات المطبوعة وعلى الإنترنت.

فكر في ماهية الهاتف المحمول (الخلوي).

يوضح الشكل مبدأ العملية بطريقة مبسطة للغاية:

الشكل 1 مبدأ تشغيل الهاتف الخلوي

الهاتف الخلوي هو جهاز إرسال واستقبال يعمل على أحد الترددات في نطاق 850 ميجاهرتز ، 900 ميجاهرتز ، 1800 ميجاهرتز ، 1900 ميجاهرتز. علاوة على ذلك ، يتم فصل الاستقبال والإرسال عن طريق الترددات.

يتكون نظام GSM من 3 مكونات رئيسية مثل:

النظام الفرعي للمحطة الأساسية (BSS - النظام الفرعي للمحطة الأساسية) ؛

تبديل / تبديل النظام الفرعي (NSS - NetworkSwitchingSubsystem) ؛

مركز التشغيل والصيانة (OMC)

باختصار ، إنه يعمل على النحو التالي:

يتفاعل الهاتف الخلوي (المحمول) مع شبكة من المحطات القاعدية (BS). عادة ما يتم تركيب أبراج BS إما على صواريها الأرضية ، أو على أسطح المنازل أو الهياكل الأخرى ، أو على الأبراج القائمة المستأجرة لجميع أنواع مكررات الراديو / التلفزيون ، وما إلى ذلك ، وكذلك على الأنابيب الشاهقة لمنازل الغلايات و الهياكل الصناعية الأخرى.

الهاتف ، بعد تشغيله وبقية الوقت ، يراقب (يستمع ، يمسح) الهواء لوجود إشارة GSM من محطته الأساسية. يحدد الهاتف إشارة شبكته بمعرف خاص. إذا كان هناك واحد (الهاتف في منطقة تغطية الشبكة) ، فسيختار الهاتف التردد الأفضل من حيث قوة الإشارة ويرسل طلبًا إلى BS للتسجيل في الشبكة عند هذا التردد.

عملية التسجيل هي في الأساس عملية مصادقة (تفويض). يكمن جوهرها في حقيقة أن كل بطاقة SIM يتم إدخالها في الهاتف لها معرّفاتها الفريدة IMSI (الهوية الدولية لمشتركي الهاتف المحمول) و Ki (مفتاح التعريف). يتم إدخال نفس IMSI و Ki في قاعدة بيانات مركز المصادقة (AuC) عند استلام بطاقات SIM المصنعة من قبل مشغل الاتصالات. عند تسجيل هاتف في الشبكة ، يتم إرسال المعرفات بواسطة BS ، أي AuC. ثم يرسل AuC (مركز التعريف) رقمًا عشوائيًا إلى الهاتف ، وهو المفتاح لإجراء العمليات الحسابية باستخدام خوارزمية خاصة. يتم هذا الحساب في وقت واحد في الهاتف المحمول و AuC ، وبعد ذلك تتم مقارنة كلا النتيجتين. في حالة تطابقهما ، يتم التعرف على بطاقة SIM على أنها أصلية ويتم تسجيل الهاتف على الشبكة.

بالنسبة للهاتف ، فإن المعرف على الشبكة هو رقم IMEI الفريد (رقم التعريف الدولي لجهاز الهاتف المحمول). يتكون هذا الرقم عادةً من 15 رقمًا بالتدوين العشري. على سبيل المثال 35366300/758647/0. تصف الأرقام الثمانية الأولى طراز الهاتف وأصله. متبقي - رقم سريالهاتف والتحقق من الرقم.

يتم تخزين هذا الرقم في ذاكرة الهاتف غير المتطايرة. في الموديلات القديمة ، يمكن تغيير هذا الرقم باستخدام رقم خاص برمجة(برنامج) والمبرمج المقابل (أحيانًا كبل بيانات) ، وفي الهواتف الحديثة يتم نسخه. يتم تخزين نسخة واحدة من الرقم في منطقة الذاكرة التي يمكن برمجتها ، ويتم تخزين النسخة المكررة في منطقة ذاكرة OTP (برمجة لمرة واحدة) ، والتي تمت برمجتها من قبل الشركة المصنعة مرة واحدة ولا يمكن إعادة برمجتها.

لذلك ، حتى إذا قمت بتغيير الرقم في منطقة الذاكرة الأولى ، فإن الهاتف ، عند تشغيله ، يقارن بيانات منطقتي الذاكرة ، وإذا تم العثور على أرقام IMEI مختلفة ، فسيتم حظر الهاتف. لماذا تغير كل هذا ، تسأل؟ في الواقع ، تحظر قوانين معظم البلدان ذلك. يتم تعقب الهاتف عن طريق رقم IMEI على الشبكة. وفقًا لذلك ، في حالة سرقة الهاتف ، يمكن تعقبه والاستيلاء عليه. وإذا كان لديك الوقت لتغيير هذا الرقم إلى أي رقم (عامل) آخر ، فإن فرص العثور على هاتف تقل إلى الصفر. يتم التعامل مع هذه القضايا من خلال خدمات خاصة بمساعدة مناسبة من مشغل الشبكة ، إلخ. لذلك ، لن أتعمق في هذا الموضوع. نحن مهتمون باللحظة التقنية البحتة لتغيير رقم IMEI.

الحقيقة هي أنه في ظل ظروف معينة يمكن أن يتلف هذا الرقم نتيجة لفشل البرنامج أو التحديث غير الصحيح ، ومن ثم يصبح الهاتف غير قابل للاستخدام تمامًا. هذا هو المكان الذي تأتي فيه جميع الوسائل للإنقاذ لاستعادة IMEI وأداء الجهاز. ستتم مناقشة هذه النقطة بمزيد من التفصيل في قسم إصلاح البرامج بالهاتف.

الآن باختصار حول نقل الصوت من المشترك إلى المشترك في معيار GSM. في الواقع ، هذه عملية معقدة للغاية من الناحية الفنية ، وهي مختلفة تمامًا عن الإرسال الصوتي المعتاد عبر الشبكات التناظرية ، مثل الهاتف السلكي / اللاسلكي بالمنزل. تتشابه الهواتف اللاسلكية الرقمية بتقنية DECT إلى حد ما ، لكن التنفيذ لا يزال مختلفًا.

والحقيقة أن صوت المشترك قبل بثه يمر بتحولات عديدة. الإشارات التناظريةتنقسم إلى مقاطع بمدة 20 مللي ثانية ، وبعد ذلك يتم تحويلها إلى رقمية ، وبعد ذلك يتم تشفيرها باستخدام خوارزميات التشفير مع ما يسمى. المفتاح العام - نظام EFR (المعدل الكامل المحسن - نظام تشفير الكلام المتقدم الذي طورته شركة Nokia الفنلندية).

تتم معالجة جميع إشارات الترميز بواسطة خوارزمية مفيدة للغاية تستند إلى مبدأ DTX (الإرسال المتقطع) - نقل الكلام غير المستمر. تكمن فائدته في حقيقة أنه يتحكم في جهاز إرسال الهاتف ، ولا يقوم بتشغيله إلا في اللحظة التي يبدأ فيها الكلام وإيقافه في فترات التوقف بين المحادثات. يتم تحقيق كل هذا بمساعدة VAD (كاشف تنشيط الصوت) المتضمن في برنامج الترميز - كاشف نشاط الكلام.

عند المشترك المستلم ، تحدث جميع التحويلات بترتيب عكسي.

17 أغسطس 2010

هل تعلم ماذا يحدث بعد أن تطلب رقم صديق على هاتفك المحمول؟ كيف شبكه خلويةيجدها في جبال الأندلس أم على ساحل جزيرة الفصح البعيدة؟ لماذا تتوقف المحادثة احيانا فجأة؟ زرت الأسبوع الماضي Beeline وحاولت معرفة كيفية عمل الاتصالات الخلوية ...

تغطي المحطات الأساسية (BS) مساحة كبيرة من الجزء المأهول من بلدنا. في الميدان ، تبدو مثل الأبراج الحمراء والبيضاء ، وفي المدينة يتم إخفاؤها على أسطح المباني غير السكنية. تلتقط كل محطة إشارة من الهواتف المحمولة على مسافة تصل إلى 35 كيلومترًا وتتصل بهاتف محمول عبر الخدمة أو القنوات الصوتية.

بعد أن تطلب رقم صديق ، يتصل هاتفك بأقرب محطة أساسية (BS) عبر قناة خدمة ويطلب منك تخصيص قناة صوتية. ترسل المحطة الأساسية الطلب إلى وحدة التحكم (BSC) ، والتي تقوم بإعادة توجيهه إلى المحول (MSC). إذا كان صديقك على نفس الشبكة الخلوية ، فسيقوم المحول بفحص سجل موقع المنزل (HLR) لمعرفة المكان الذي يوجد فيه هذه اللحظةيقع المشترك الذي تم الاتصال به (في المنزل أو في تركيا أو في ألاسكا) ، وسيقوم بتحويل المكالمة إلى لوحة التبديل المناسبة ، حيث سيتم تحويلها إلى وحدة التحكم ثم إلى المحطة الأساسية. ستتصل المحطة الأساسية بالهاتف المحمول وتوصلك بصديق. إذا كان صديقك مشتركًا في شبكة أخرى أو اتصلت بهاتف أرضي ، فسيقوم مفتاح التحويل الخاص بك بالاتصال بالمحول المقابل لشبكة أخرى.

صعب؟ دعونا نلقي نظرة فاحصة.

The Base Station عبارة عن زوج من الخزانات الحديدية مقفلة في غرفة مكيفة جيدًا. نظرًا لأنه في موسكو كان +40 في الشارع ، كنت أرغب في العيش في هذه الغرفة لفترة من الوقت. عادة ، تقع المحطة الأساسية إما في علية المبنى أو في حاوية على السطح:

هوائي المحطة الأساسية مقسم إلى عدة قطاعات ، كل منها "يضيء" في اتجاهه الخاص. هوائي عمودييتصل بالهواتف ، الجولة الأولى تربط المحطة الأساسية بوحدة التحكم:

يمكن لكل قطاع خدمة ما يصل إلى 72 مكالمة في نفس الوقت ، اعتمادًا على الإعداد والتكوين. يمكن أن تتكون المحطة الأساسية من 6 قطاعات ، لذلك يمكن لمحطة أساسية واحدة أن تخدم ما يصل إلى 432 مكالمة ، ومع ذلك ، عادة ما يكون هناك عدد أقل من أجهزة الإرسال والقطاعات المثبتة في المحطة. يفضل المشغلون الخلويون تثبيت المزيد من BS لتحسين جودة الاتصال.

يمكن أن تعمل المحطة الأساسية في ثلاثة نطاقات:

900 ميجاهرتز - تنتشر الإشارة عند هذا التردد بشكل أكبر وتخترق بشكل أفضل داخل المباني
1800 ميجاهرتز - تمتد الإشارة على مسافات أقصر ، ولكنها تتيح لك تثبيت المزيد من أجهزة الإرسال في قطاع واحد
2100 ميجا هرتز - شبكة 3G

هذا ما تبدو عليه الخزانة المزودة بمعدات الجيل الثالث:

يتم تثبيت أجهزة إرسال 900 ميجاهرتز في المحطات الأساسية في الحقول والقرى ، وفي المدينة ، حيث تكون المحطات الأساسية عالقة مثل الإبر في القنفذ ، يتم إجراء الاتصالات بشكل أساسي على تردد 1800 ميجاهرتز ، على الرغم من إمكانية وجود أجهزة إرسال لجميع النطاقات الثلاثة في أي محطة أساسية في نفس الوقت.

يمكن أن تصل إشارة 900 ميجاهرتز إلى 35 كيلومترًا ، على الرغم من أن "مدى" بعض المحطات الأساسية على طول الطرق يمكن أن يصل إلى 70 كيلومترًا ، عن طريق تقليل عدد المشتركين الذين يتم خدمتهم في نفس الوقت في المحطة بمقدار النصف. وبناءً على ذلك ، فإن هاتفنا ، بهوائي مدمج صغير ، يمكنه أيضًا إرسال إشارة تصل إلى 70 كيلومترًا ...

تم تصميم جميع المحطات الأساسية لتوفير تغطية لاسلكية مثالية على مستوى الأرض. لذلك ، على الرغم من مدى 35 كيلومترًا ، لا يتم إرسال إشارة الراديو ببساطة إلى ارتفاع الطائرة. ومع ذلك ، بدأت بعض شركات الطيران بالفعل في تركيب محطات قاعدية منخفضة الطاقة على طائراتها توفر تغطية داخل الطائرة. يتم توصيل BS بالشبكة الخلوية الأرضية باستخدام قناة فضائية. يكتمل النظام بلوحة تحكم تتيح للطاقم تشغيل النظام وإيقافه ، بالإضافة إلى أنواع معينة من الخدمات ، مثل إيقاف تشغيل الصوت في الرحلات الليلية.

يمكن للهاتف قياس قوة الإشارة من 32 محطة أساسية في وقت واحد. يرسل معلومات حول أفضل 6 (حسب مستوى الإشارة) عبر قناة الخدمة ، ويقرر جهاز التحكم (BSC) أي محطة BS سترسل المكالمة الحالية (التسليم) إذا كنت في حالة تنقل. في بعض الأحيان قد يخطئ الهاتف وينقلك إلى BS أسوأ إشارة، في هذه الحالة قد يتم قطع المحادثة. قد يتضح أيضًا أنه في المحطة الأساسية التي حددها هاتفك ، تكون جميع الخطوط الصوتية مشغولة. في هذه الحالة ، ستتم أيضًا مقاطعة المحادثة.

كما تم إخباري بما يسمى "مشكلة الطابق العلوي". إذا كنت تعيش في بنتهاوس ، فقد تنقطع المحادثة أحيانًا عند الانتقال من غرفة إلى أخرى. هذا لأنه في إحدى الغرف يمكن للهاتف "رؤية" أحد BS ، وفي الثانية - في غرفة أخرى ، إذا انتقل إلى الجانب الآخر من المنزل ، وفي نفس الوقت ، توجد هاتان المحطتان الأساسيتان على بعيداًمن بعضهم البعض ولم يتم تسجيلهم على أنهم "متجاورون" مشغل للهاتف النقال. في هذه الحالة ، لن يتم تحويل المكالمة من محطة BS إلى أخرى:

يتم توفير الاتصال في المترو بنفس الطريقة التي يتم توفيرها في الشارع: المحطة الأساسية - وحدة التحكم - المفتاح ، مع الاختلاف الوحيد الذي يتم فيه استخدام المحطات الأساسية الصغيرة هناك ، وفي تغطية النفق لا يتم توفيره بواسطة هوائي عادي ، ولكن من خلال كابل إشعاع خاص.

كما كتبت أعلاه ، يمكن لـ BS واحد إجراء ما يصل إلى 432 مكالمة في نفس الوقت. عادة ما تكون هذه القوة كافية للعيون ، ولكن ، على سبيل المثال ، خلال بعض العطلات ، قد لا تتمكن BS من التعامل مع عدد الأشخاص الذين يرغبون في الاتصال. يحدث هذا عادة في السنة الجديدةعندما يبدأ الجميع في تهنئة بعضهم البعض.

يتم إرسال الرسائل القصيرة عبر قنوات الخدمة. في 8 مارس و 23 فبراير ، يفضل الناس تهنئة بعضهم البعض عبر الرسائل القصيرة ، وإرسال القوافي المضحكة ، وغالبًا ما لا تتفق الهواتف مع BS بشأن تخصيص قناة صوتية.

لقد قيل لي قصة مثيرة للاهتمام. من إحدى مقاطعات موسكو ، بدأت الشكاوى تأتي من المشتركين الذين لم يتمكنوا من الوصول إليها في أي مكان. بدأ الفنيون في الفهم. كانت معظم القنوات الصوتية مجانية ، وجميع قنوات الخدمة مشغولة. اتضح أنه بجانب BS كان هناك معهد تجري فيه الامتحانات وكان الطلاب يتبادلون الرسائل النصية باستمرار.

طويل هاتف SMSيقسم إلى عدة مجموعات قصيرة ويرسل كل واحد على حدة. موظفين خدمة تقنيةينصح بإرسال هذه التهنئة عبر رسائل الوسائط المتعددة. سيكون أسرع وأرخص.

من المحطة الأساسية ، تذهب المكالمة إلى وحدة التحكم. تبدو مملة مثل BS نفسها - إنها مجرد مجموعة من الخزانات:

اعتمادًا على الجهاز ، يمكن لوحدة التحكم أن تخدم ما يصل إلى 60 محطة أساسية. يمكن إجراء الاتصال بين BS وجهاز التحكم (BSC) عبر قناة ترحيل لاسلكي أو عبر البصريات. تتحكم وحدة التحكم في تشغيل قنوات الراديو ، بما في ذلك. يتحكم في حركة المشترك ، ونقل الإشارة من محطة قاعدة إلى أخرى.

يبدو المفتاح أكثر إثارة للاهتمام:

يخدم كل مفتاح من 2 إلى 30 وحدة تحكم. تشغل بالفعل قاعة كبيرة مليئة بخزائن مختلفة مع المعدات:

10.

11.

12.

يقوم المفتاح بالتحكم في حركة المرور. هل تتذكر الأفلام القديمة حيث أطلق الناس عليها اسم "الفتاة" أولاً ، ثم قامت بتوصيلهم بمشترك آخر ، وإعادة توصيل الأسلاك؟ المفاتيح الحديثة تفعل الشيء نفسه:

13.

للسيطرة على الشبكة ، لدى Beeline العديد من السيارات ، والتي يسمونها بمودة "القنافذ". يتحركون في جميع أنحاء المدينة ويقيسون قوة الإشارة الشبكة الخاصةوكذلك مستوى شبكة الزملاء من "الثلاثة الكبار":

14.

سقف هذه السيارة بالكامل مرصع بالهوائيات:

15.

يوجد بالداخل معدات تجري مئات المكالمات وتلتقط المعلومات:

16.

يتم التحكم على مدار الساعة في المفاتيح وأجهزة التحكم من مركز التحكم في المهام التابع لمركز التحكم بالشبكة (NCC):

17.

هناك 3 مجالات رئيسية لمراقبة الشبكة الخلوية: معدل الحوادث والإحصاءات و تعليقمن المشتركين.

تمامًا كما هو الحال في الطائرات ، تحتوي جميع معدات الشبكة الخلوية على مستشعرات ترسل إشارة إلى مركز التحكم في المحرك (MCC) وتخرج المعلومات إلى أجهزة كمبيوتر المرسلين. في حالة تعطل أي جهاز ، سيبدأ المصباح الموجود على الشاشة في "الوميض".

يقوم MSC أيضًا بتتبع الإحصائيات الخاصة بجميع المفاتيح ووحدات التحكم. يحللها بمقارنتها بالفترات السابقة (الساعة ، اليوم ، الأسبوع ، إلخ). إذا بدأت إحصائيات بعض العقد تختلف بشكل حاد عن المؤشرات السابقة ، فسيبدأ الضوء على الشاشة في "الوميض" مرة أخرى.

تم تلقي ردود الفعل من قبل مشغلي خدمة المشتركين. إذا لم يتمكنوا من حل المشكلة ، فسيتم تحويل المكالمة إلى أخصائي تقني. إذا تبين أيضًا أنه عاجز ، فعندئذ يتم إنشاء "حادثة" في الشركة ، والتي يتم حلها من قبل المهندسين المشاركين في تشغيل المعدات المقابلة.

تتم مراقبة المفاتيح على مدار الساعة بواسطة مهندسين:

18.

يوضح الرسم البياني نشاط مفاتيح موسكو. من الواضح أنه لا أحد يتصل ليلاً تقريبًا:

19.

يتم التحكم في وحدات التحكم (نأسف على الحشو) من الطابق الثاني لمركز التحكم بالشبكة:

22.

21.

أتفهم أنه لا يزال لديك الكثير من الأسئلة حول كيفية عمل الشبكة الخلوية. الموضوع معقد ، وقد طلبت من متخصص من Beeline مساعدتي في الرد على تعليقاتك. الطلب الوحيد هو البقاء على الموضوع. وأسئلة مثل "فجل خطي. لقد سرقوا 3 روبل من حسابي" - عنوان خدمة المشترك 0611.

غدا سيكون هناك منشور حول كيفية قفز الحوت أمامي ، ولم يكن لدي الوقت لتصويره. ابقوا متابعين!

لا يتم الاتصال بالهواتف المحمولة ، أو كما يطلق عليها أيضًا ، الهواتف المحمولة بمساعدة الأسلاك ، كما هو الحال في نظام الهاتف التقليدي ، ولكن من خلال موجات الراديو. لإجراء مكالمة على هاتف محمول ، تحتاج إلى طلب الرقم كالمعتاد. وبالتالي ، تصل الرسالة اللاسلكية إلى المحطة الأساسية التي تديرها شركة الهاتف الخلوي.

في المحطة التي تتعامل مع جميع المكالمات داخل دائرة نصف قطرها أو منطقة معينة ، يحدد جهاز التحكم الاتصال بقناة راديو مجانية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يرسل إشارة إلى التبادل الهاتفي التلقائي للاتصالات الخلوية. من خلال قراءة الرموز الخاصة المرسلة عبر الهاتف ،

تراقب ATS حركة السيارة في منطقة المحطة الأولى. إذا تجاوز الجهاز المنطقة أثناء المكالمة ودخل المنطقة التالية ، فسيتم تحويل المكالمة تلقائيًا إلى المحطة الأساسية العاملة في تلك المنطقة. عند الاتصال من هاتف محمول ، يكون المتصل متصلاً بمبادل هاتفي تلقائي للاتصال الخلوي ، والذي يحدد الموقع تليفون محمول، يطلب قناة راديو مجانية من وحدة التحكم بالدائرة ويتصل - من خلال المحطة الأساسية - بالرقم المطلوب. ثم يرن الهاتف المحمول. عندما يرفع السائق الهاتف ، تكون الدائرة قد اكتملت.

تشغيل المحطة الأساسية

تستقبل كل محطة قاعدية إشارات تنبعث ضمن دائرة نصف قطرها من ثلاثة إلى ستة أميال. لتجنب الضوضاء ، يجب أن تعمل المحطات القاعدية ذات الحدود المطابقة على مختلف تردد القنوات. ولكن حتى داخل نفس المدينة ، يمكن للمحطات البعيدة تمامًا عن بعضها أن تعمل بسهولة على نفس القناة.

يعتمد نظام الهاتف المحلي ، الذي يخدم المنازل والمكاتب ، على الأسلاك التي تعمل فوق وتحت الأرض ومتصلة ببدالة تلقائية.

الموقع والقناة

يحدد PBX موقع السيارة المتحركة بينما تقوم وحدة التحكم بالدائرة بتوجيه المكالمة إلى قناة الاتصال.

منطقة الاتصال

عندما تغادر السيارة منطقة أبعد محطة أساسية ، لا يمكن للسائق استخدام الاتصال الخلوي. إذا تم إجراء مكالمة في الطريق إلى حافة المنطقة ، فإن الإشارة تصبح أضعف وأضعف وتختفي تمامًا في النهاية.

في الطريق من محطة إلى أخرى

على كل مكالمة جواليعمل التبادل الهاتفي التلقائي للاتصالات الخلوية على تحديد موقع السيارة المتحركة بقوة الإشارات الراديوية المنبعثة منها. عندما تصبح الإشارة ضعيفة للغاية ، يقوم التبادل الهاتفي التلقائي بتنبيه المحطة الأساسية ، والتي بدورها تقوم بتحويل المكالمة إلى خدمة التبادل المجاور.

يكاد يكون من الممكن اليوم العثور على شخص لن يستخدم الهاتف الخليوي مطلقًا. لكن هل يفهم الجميع كيف تعمل الاتصالات الخلوية؟ كيف يتم ترتيبها وكيف ما اعتدنا جميعًا على العمل به منذ فترة طويلة؟ هل تنتقل الإشارات من المحطات القاعدية عبر الأسلاك ، أم تعمل جميعها بطريقة أخرى؟ أو ربما جميع وظائف الاتصال الخلوي فقط بسبب موجات الراديو؟ سنحاول الإجابة على هذه الأسئلة وغيرها في مقالتنا ، مع ترك وصف معيار GSM خارج نطاقه.

في الوقت الذي يحاول فيه الشخص إجراء مكالمة من هاتفه المحمول ، أو عندما يبدأ الاتصال به ، يتصل الهاتف عبر موجات الراديو بإحدى المحطات الأساسية (الأكثر سهولة) ، بأحد الهوائيات الخاصة به. يمكن مشاهدة المحطات القاعدية هنا وهناك ، بالنظر إلى منازل مدننا ، وعلى أسطح وواجهات المباني الصناعية ، وفي ناطحات السحاب ، وأخيراً في الصواري ذات اللون الأحمر والأبيض التي أقيمت خصيصًا للمحطات (خاصة على طول الطرق السريعة).

تبدو هذه المحطات وكأنها مربعات رمادية مستطيلة الشكل ، والتي تنطلق منها هوائيات مختلفة في اتجاهات مختلفة (عادة ما يصل إلى 12 هوائيًا). تعمل الهوائيات هنا للاستقبال والإرسال على حد سواء ، وهي تنتمي إلى شركة الاتصالات المتنقلة. يتم توجيه هوائيات المحطة الأساسية في جميع الاتجاهات (القطاعات) الممكنة لتوفير "تغطية الشبكة" للمشتركين من جميع الجوانب على مسافة تصل إلى 35 كيلومترًا.

هوائي قطاع واحد قادر على خدمة ما يصل إلى 72 مكالمة في وقت واحد ، وإذا كان هناك 12 هوائيًا ، فتخيل: 864 مكالمة يمكن ، من حيث المبدأ ، أن تخدمها محطة قاعدة كبيرة واحدة في نفس الوقت! على الرغم من أنه يقتصر عادةً على 432 قناة (72 * 6). يتم توصيل كل هوائي عن طريق الكابل بوحدة التحكم الخاصة بالمحطة الأساسية. وبالفعل ، يتم توصيل كتل من عدة محطات أساسية (كل محطة تخدم الجزء الخاص بها من الإقليم) بوحدة التحكم. يمكن توصيل ما يصل إلى 15 محطة أساسية بجهاز تحكم واحد.

المحطة الأساسية ، من حيث المبدأ ، قادرة على العمل على ثلاثة نطاقات: إشارة 900 MHz تخترق المباني والهياكل بشكل أفضل ، وتنتشر أكثر ، لذلك غالبًا ما يستخدم هذا النطاق المحدد في القرى والحقول ؛ لا تنتشر الإشارة بتردد 1800 ميجاهرتز حتى الآن ، ولكن يتم تثبيت المزيد من أجهزة الإرسال في قطاع واحد ، لذلك يتم تثبيت هذه المحطات في كثير من الأحيان في المدن ؛ أخيرًا 2100 ميجاهرتز عبارة عن شبكة 3G.

المتحكمات ، بالطبع ، في مكانأو المنطقة ، قد يكون هناك العديد من وحدات التحكم ، وبالتالي ، فإن وحدات التحكم ، بدورها ، متصلة بواسطة الكابلات بالمفتاح. تتمثل مهمة المحول في توصيل شبكات مشغلي الهاتف المحمول ببعضهم البعض ومع خطوط المدينة المعتادة اتصال هاتفيوالاتصالات بعيدة المدى والاتصالات الدولية. إذا كانت الشبكة صغيرة ، فعندئذٍ يكون مفتاح واحد كافيًا ؛ وإذا كانت كبيرة ، فسيتم استخدام مفتاحين أو أكثر. المفاتيح متصلة ببعضها البعض بواسطة الأسلاك.

في عملية نقل شخص يتحدث على هاتف محمول على طول الشارع ، على سبيل المثال: يمشي ، أو يركب في وسائل النقل العام ، أو يتحرك في سيارة شخصية ، يجب ألا يفقد هاتفه الشبكة للحظة ، ولا يمكنك قطع محادثة.

يتم الحصول على استمرارية الاتصال بسبب قدرة شبكة المحطة الأساسية على تبديل المشترك بسرعة كبيرة من هوائي إلى آخر في عملية الانتقال من منطقة تغطية هوائي إلى منطقة تغطية أخرى (من خلية إلى خلية). لا يلاحظ المشترك نفسه كيف يتوقف عن الاتصال بمحطة قاعدة واحدة ، وهو متصل بالفعل بمحطة أخرى ، وكيف ينتقل من هوائي إلى هوائي ، ومن محطة إلى محطة ، ومن وحدة تحكم إلى وحدة تحكم ...

في الوقت نفسه ، يوفر المحول توزيعًا مثاليًا للحمل عبر مخطط شبكة متعدد الطبقات لتقليل احتمالية تعطل المعدات. تم بناء شبكة متعددة المستويات على النحو التالي: هاتف محمول- محطة قاعدية - تحكم - مفتاح.

لنفترض أننا نجري مكالمة ، والآن وصلت الإشارة بالفعل إلى المفتاح. يقوم المحول بتحويل مكالمتنا إلى مشترك الوجهة - إلى شبكة المدينة ، أو شبكة الاتصالات الدولية أو بعيدة المدى ، أو إلى شبكة أخرى مشغل للهاتف النقال. كل هذا يحدث بسرعة كبيرة باستخدام قنوات كبلات الألياف البصرية عالية السرعة.

علاوة على ذلك ، تصل مكالمتنا إلى لوحة التبديل ، الموجودة بجانب المشترك المتلقي للمكالمة (التي نطلق عليها). يحتوي المحول "المستلم" بالفعل على بيانات حول مكان وجود المشترك المطلوب ، وفي أي منطقة تغطية للشبكة: أي وحدة تحكم ، وأي محطة أساسية. وهكذا ، يبدأ استطلاع الشبكة من المحطة الأساسية ، ويتم العثور على المرسل إليه ، و "تستقبل" مكالمة على هاتفه.

سلسلة الأحداث الموصوفة بأكملها ، من لحظة طلب الرقم إلى لحظة سماع المكالمة من جهة الاستقبال ، لا تستغرق عادةً أكثر من 3 ثوانٍ. لذا يمكننا الآن الاتصال بأي مكان في العالم.

أندري بوفني

مبدأ تشغيل الاتصالات الخلوية

المبادئ الأساسية للاتصالات الخلوية بسيطة للغاية. أنشأت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) في الأصل مناطق تغطية جغرافية لأنظمة الراديو الخلوية بناءً على بيانات التعداد المنقحة لعام 1980. الفكرة وراء الاتصالات الخلوية هي أن كل منطقة مقسمة إلى خلايا سداسية الشكل ، عند دمجها ، تشكل بنية تشبه قرص العسل ، كما هو موضح في الشكل. 6.1 ، أ. تم اختيار الشكل السداسي لأنه يوفر الإرسال الأكثر كفاءة من خلال مطابقة نمط الإشعاع الدائري تقريبًا مع التخلص من الفجوات التي تحدث دائمًا بين الدوائر المجاورة.

يتم تحديد الخلية من خلال الحجم الفعلي وعدد السكان ونمط حركة المرور. لا تنظم لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) عدد الخلايا في النظام وحجمها ، تاركة المشغلين لتعيين هذه المعلمات وفقًا لنمط المرور المتوقع. يتم تخصيص عدد ثابت من القنوات الصوتية الخلوية لكل منطقة جغرافية. تعتمد الأبعاد المادية للخلية على كثافة المشتركين وبنية الاتصال. على سبيل المثال ، عادةً ما يكون للخلايا الكبيرة (الخلايا الكلية) نصف قطر من 1.6 إلى 24 كم مع قدرة إرسال المحطة الأساسية من 1 وات إلى 6 وات. أصغر الخلايا (الخلايا الدقيقة) عادةً ما يكون نصف قطرها 460 مترًا أو أقل مع قدرة إرسال المحطة الأساسية من 0.1 واط إلى 1 واط. يوضح الشكل 6.1 ب تكوين قرص العسل بحجمين من الخلايا.

الشكل 6.1. - بنية الخلايا على شكل خلية نحل أ) ؛ بنية قرص العسل مع أقراص عسل بحجمين ب) تصنيف أقراص العسل ج)

يتم استخدام الخلايا الدقيقة بشكل شائع في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية. نظرًا لنطاقها القصير ، تكون الخلايا الدقيقة أقل عرضة لتأثيرات تدهور الإرسال مثل الانعكاسات وتأخير الإشارة.

قد تتداخل خلية ماكرو مع مجموعة من الخلايا الدقيقة ، حيث تخدم الخلايا الدقيقة أجهزة محمولة بطيئة الحركة وخلية ماكرو تخدم الأجهزة سريعة الحركة. الجهاز المحمول قادر على تحديد سرعة حركته بسرعة أو بطيئة. هذا يجعل من الممكن تقليل عدد القفزات من خلية إلى أخرى وتصحيح بيانات الموقع.

يمكن تغيير خوارزمية الانتقال من خلية إلى أخرى على مسافات صغيرة بين الجهاز المحمول والمحطة الأساسية للخلية الصغيرة.

في بعض الأحيان تكون إشارات الراديو في الخلية أضعف من أن توفر اتصالات داخلية موثوقة. هذا ينطبق بشكل خاص على المناطق المحمية جيدًا والمناطق ذات مستوى عالالتشوش. في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام خلايا صغيرة جدًا - خلايا بيكو. يمكن لخلايا بيكو الداخلية أن تستخدم نفس الترددات مثل الخلايا العادية في منطقة معينة ، خاصة في البيئات المواتية مثل الأنفاق تحت الأرض.

عند تخطيط الأنظمة باستخدام خلايا سداسية ، يمكن وضع مرسلات المحطة الأساسية في وسط الخلية أو على حافة الخلية أو في الجزء العلوي من الخلية (الشكل 6.2 أ ، ب ، ج ، على التوالي). في الخلايا التي يوجد بها جهاز إرسال في المركز ، تُستخدم عادةً الهوائيات شاملة الاتجاهات ، وفي الخلايا التي تحتوي على أجهزة إرسال على الحافة أو في الأعلى ، يتم استخدام هوائيات اتجاهية قطاعية.

الهوائيات متعددة الاتجاهات تشع وتستقبل الإشارات بالتساوي في جميع الاتجاهات.

الشكل 6.2 - وضع المرسلات في الخلايا: في الوسط أ) ؛ على الحافة ب) ؛ في الجزء العلوي ج)

في نظام الاتصالات الخلوية ، يمكن استبدال محطة قاعدية ثابتة قوية تقع أعلى وسط المدينة بالعديد من محطات الطاقة المنخفضة المماثلة التي تم تركيبها في منطقة التغطية في مواقع قريبة من الأرض.

يمكن للخلايا التي تستخدم نفس مجموعة الراديو تجنب التداخل إذا تم فصلها بشكل صحيح. في هذه الحالة ، لوحظ إعادة استخدام التردد. إعادة استخدام التردد هو تخصيص نفس مجموعة الترددات (القنوات) لعدة خلايا ، بشرط أن تكون هذه الخلايا مفصولة بمسافات كبيرة. يتم تسهيل إعادة استخدام التردد عن طريق تقليل منطقة التغطية لكل خلية. تخصص المحطة الأساسية لكل خلية مجموعة من ترددات التشغيل التي تختلف عن ترددات الخلايا المجاورة ، ويتم اختيار هوائيات المحطة الأساسية بحيث تغطي منطقة التغطية المرغوبة داخل خليتها. نظرًا لأن منطقة الخدمة محدودة بحدود خلية واحدة ، يمكن للخلايا المختلفة استخدام نفس مجموعة تردد التشغيل دون تداخل متبادل ، بشرط أن تكون خليتان من هذه الخلايا على مسافة كافية من بعضهما البعض.

منطقة الخدمة الجغرافية النظام الخلوي، التي تحتوي على عدة مجموعات من الخلايا مقسمة إلى عناقيد المجموعات (الشكل 6.3). تتكون كل مجموعة من سبع خلايا ، يتم تخصيصها لنفس العدد من قنوات الاتصال المزدوجة الكاملة. تستخدم الخلايا التي لها نفس تعيينات الأحرف نفس مجموعة ترددات التشغيل. كما يتضح من الشكل ، تُستخدم نفس مجموعات التردد في جميع المجموعات الثلاث ، مما يجعل من الممكن مضاعفة عدد قنوات الاتصال المتنقلة المتاحة بثلاثة أضعاف. حروف أ, ب, ج, د, ه, Fو جيتمثل سبع مجموعات من الترددات.

الشكل 6.3 - مبدأ إعادة استخدام التردد في الاتصالات الخلوية

ضع في اعتبارك نظامًا يحتوي على عدد ثابت من القنوات المزدوجة الكاملة المتاحة في بعض المناطق. تنقسم كل منطقة خدمة إلى مجموعات وتتلقى مجموعة من القنوات الموزعة فيما بينها نخلايا الكتلة ، تتجمع في مجموعات غير متكررة. تحتوي جميع الخلايا على نفس عدد القنوات ، ولكن يمكنها أن تخدم مناطق ذات حجم واحد.

وبالتالي ، يمكن تمثيل العدد الإجمالي لقنوات الاتصال الخلوية المتاحة في الكتلة بالتعبير:

F = GN (6.1)

أين F- عدد قنوات الاتصال الخلوية ثنائية الاتجاه المتاحة في المجموعة ؛

جي- عدد القنوات في الخلية ؛

نهو عدد الخلايا في الكتلة.

إذا تم "نسخ" الكتلة داخل منطقة الخدمة المحددة ممرات ، فإن العدد الإجمالي للقنوات ثنائية الاتجاه سيكون:

C = mGN = mF (6.2)

أين مع- العدد الإجمالي للقنوات في منطقة معينة ؛

مهو عدد الكتل في منطقة معينة.

يمكن أن نرى من التعبيرات (6.1) و (6.2) أن العدد الإجمالي للقنوات في نظام الهاتف الخلوي يتناسب طرديًا مع عدد "التكرارات" العنقودية في منطقة خدمة معينة. إذا انخفض حجم الكتلة بينما ظل حجم الخلية كما هو ، فستكون هناك حاجة إلى المزيد من المجموعات لتغطية منطقة خدمة معينة ، وسيزداد العدد الإجمالي للقنوات في النظام.

يعتمد عدد المشتركين الذين يمكنهم استخدام نفس مجموعة الترددات (القنوات) في نفس الوقت أثناء عدم وجودهم في الخلايا المجاورة لمنطقة خدمة صغيرة (على سبيل المثال ، داخل مدينة) على العدد الإجمالي للخلايا في هذه المنطقة. عادةً ما يكون عدد هؤلاء المشتركين أربعة ، لكن في المناطق المكتظة بالسكان يمكن أن يكون أعلى من ذلك بكثير. هذا الرقم يسمى عامل إعادة استخدام التردد أو FRF – عامل إعادة استخدام التردد. رياضيا ، يمكن التعبير عنها على النحو التالي:

(6.3)

أين ن- العدد الإجمالي للقنوات ثنائية الاتجاه في منطقة الخدمة ؛

مع- العدد الإجمالي للقنوات المزدوجة الكاملة في الخلية.

مع الزيادة المتوقعة في حركة البيانات الخلوية ، يتم تلبية الطلب المتزايد على الخدمة عن طريق تقليل حجم الخلية ، وتقسيمها إلى عدة خلايا ، لكل منها محطة أساسية خاصة بها. يسمح الفصل الفعال بين الخلايا للنظام بمعالجة المزيد من المكالمات طالما أن الخلايا ليست صغيرة جدًا. إذا أصبح قطر الخلية أقل من 460 مترًا ، فإن المحطات الأساسية للخلايا المجاورة ستؤثر على بعضها البعض. النسبة بين إعادة استخدامالترددات وحجم الكتلة يحدد كيف يمكنك التغيير حجم النظام الخلوي في حالة زيادة كثافة المشتركين. كلما قل عدد الخلايا في الكتلة ، زاد احتمال الحديث المتبادل بين القنوات.

نظرًا لأن الخلايا سداسية ، تحتوي كل خلية دائمًا على ست خلايا متجاورة متساوية البعد ، والزوايا بين الخطوط التي تربط مركز أي خلية بمراكز الخلايا المجاورة هي مضاعفات 60 درجة. لذلك ، فإن عدد أحجام المجموعات وتخطيطات الخلايا الممكنة محدود. لتوصيل الخلايا ببعضها البعض بدون فجوات (بطريقة فسيفساء) ، يجب أن تكون الأبعاد الهندسية للمسدس بحيث يفي عدد الخلايا في الكتلة بالشرط:

(6.4)

أين ن- عدد الخلايا في الكتلة ؛ أناو يهي أعداد صحيحة غير سالبة.

يستمر البحث عن مسار لأقرب خلايا مشتركة (ما يسمى بخلايا الطبقة الأولى) على النحو التالي:

استمر أناالخلايا (من خلال مراكز الخلايا المجاورة):

استمر يالخلايا إلى الأمام (من خلال مراكز الخلايا المجاورة).

على سبيل المثال ، عدد الخلايا في الكتلة وموقع خلايا الطبقة الأولى للقيم التالية: j = 2. i = 3 سيتم تحديده من التعبير 6.4 (الشكل 6.4) العدد = 3 2 + 3 2 + 2 2 = 19.

يوضح الشكل 6.5 أقرب ست خلايا باستخدام نفس قنوات الخلية. أ.

عملية التسليم من خلية إلى أخرى ، أي. عندما يتحرك الجهاز المحمول بعيدًا عن المحطة الأساسية 1 إلى المحطة الأساسية 2 (الشكل 6.6) يتضمن أربع مراحل رئيسية:

1) البدء - يكتشف الجهاز المحمول أو الشبكة الحاجة إلى التسليم ويبدأ إجراءات الشبكة اللازمة ؛

2) حجز الموارد - بمساعدة إجراءات الشبكة المناسبة ، يتم حجز موارد الشبكة اللازمة للتسليم (القناة الصوتية وقناة التحكم) ؛

3) التنفيذ - النقل المباشر للسيطرة من محطة قاعدة إلى أخرى ؛

4) النهاية - زائدة عن الحاجة موارد الشبكةتم إصداره ليصبح متاحًا للأجهزة المحمولة الأخرى.

الشكل 6.6 - التسليم