Im theoretischen Teil werden wir nicht in die Schöpfungsgeschichte eintauchen zellulare Kommunikation, über seine Gründer, die Chronologie der Standards usw. Für wen es interessant ist - es gibt reichlich Material sowohl in gedruckten Publikationen als auch im Internet.

Überlegen Sie, was ein Mobiltelefon ist.

Die Abbildung zeigt das Funktionsprinzip stark vereinfacht:

Abb.1 Das Funktionsprinzip eines Mobiltelefons

Ein Mobiltelefon ist ein Transceiver, der auf einer der Frequenzen im Bereich von 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz arbeitet. Außerdem sind Empfang und Übertragung nach Frequenzen getrennt.

Das GSM-System besteht aus 3 Hauptkomponenten wie:

Basisstationssubsystem (BSS - Base Station Subsystem);

Switching/Switching Subsystem (NSS – NetworkSwitchingSubsystem);

Betriebs- und Wartungszentrum (OMC)

Kurz gesagt funktioniert es so:

Ein zellulares (mobiles) Telefon interagiert mit einem Netzwerk von Basisstationen (BS). BS-Türme werden in der Regel entweder auf ihren Bodenmasten, oder auf den Dächern von Häusern oder anderen Bauwerken, oder auf angemieteten bestehenden Türmen aller Art von Radio-/TV-Umsetzern etc., sowie auf Hochhausrohren von Kesselhäusern u.ä. installiert andere Industriebauten.

Das Telefon überwacht (hört, scannt) nach dem Einschalten und während der restlichen Zeit die Luft auf das Vorhandensein eines GSM-Signals von seiner Basisstation. Das Telefon bestimmt das Signal seines Netzes durch eine spezielle Kennung. Wenn es eine gibt (das Telefon befindet sich im Netzabdeckungsbereich), dann wählt das Telefon die Frequenz aus, die hinsichtlich der Signalstärke am besten ist, und sendet eine Anfrage an die BS, sich auf dieser Frequenz im Netzwerk zu registrieren.

Der Registrierungsprozess ist im Wesentlichen ein Authentifizierungs-(Autorisierungs-)Prozess. Sein Wesen liegt in der Tatsache, dass jede in das Telefon eingesetzte SIM-Karte ihre eigenen eindeutigen Kennungen IMSI (International Mobile Subscriber Identity) und Ki (Key for Identification) hat. Dieselben IMSI und Ki werden nach Erhalt der hergestellten SIM-Karten durch den Telekommunikationsbetreiber in die Datenbank des Authentifizierungszentrums (AuC) eingegeben. Beim Registrieren eines Telefons im Netzwerk werden die Kennungen von der BS übertragen, nämlich AuC. Dann sendet AuC (Identification Center) eine Zufallszahl an das Telefon, die der Schlüssel zur Durchführung von Berechnungen mit einem speziellen Algorithmus ist. Diese Berechnung findet gleichzeitig im Handy und im AuC statt, danach werden beide Ergebnisse verglichen. Wenn sie übereinstimmen, wird die SIM-Karte als echt erkannt und das Telefon im Netzwerk registriert.

Bei einem Telefon ist die Kennung im Netzwerk seine eindeutige IMEI-Nummer (International Mobile Equipment Identity). Diese Zahl besteht normalerweise aus 15 Ziffern in Dezimalschreibweise. Zum Beispiel 35366300/758647/0. Die ersten acht Ziffern beschreiben das Modell des Telefons und seine Herkunft. Verblieben - Seriennummer Telefon und Schecknummer.

Diese Nummer wird im nichtflüchtigen Speicher des Telefons gespeichert. Bei älteren Modellen kann diese Nummer mit einem speziellen geändert werden Software(Software) und dem entsprechenden Programmiergerät (manchmal ein Datenkabel), und in modernen Telefonen ist es dupliziert. Eine Kopie der Nummer wird im programmierbaren Speicherbereich und das Duplikat im OTP-Speicherbereich (One Time Programming) gespeichert, der vom Hersteller einmalig programmiert wird und nicht umprogrammiert werden kann.

Also, auch wenn Sie die Nummer im ersten Speicherbereich ändern, vergleicht das Telefon beim Einschalten die Daten beider Speicherbereiche, und wenn unterschiedliche IMEI-Nummern gefunden werden, wird das Telefon gesperrt. Warum das alles ändern, fragen Sie? Tatsächlich verbieten die Gesetze der meisten Länder dies. Telefon nach IMEI-Nummer wird im Netzwerk verfolgt. Dementsprechend kann das Telefon, wenn es gestohlen wird, verfolgt und beschlagnahmt werden. Und wenn Sie Zeit haben, diese Nummer in eine andere (funktionierende) Nummer zu ändern, werden die Chancen, ein Telefon zu finden, auf Null reduziert. Diese Fragen werden von speziellen Diensten mit entsprechender Unterstützung des Netzbetreibers usw. behandelt. Daher werde ich mich nicht mit diesem Thema befassen. Uns interessiert der rein technische Moment der Änderung der IMEI-Nummer.

Tatsache ist, dass diese Nummer unter Umständen durch einen Softwarefehler oder ein falsches Update beschädigt werden kann und das Telefon dann absolut unbrauchbar ist. Hier kommen alle Mittel zur Hilfe, um die IMEI und die Leistung des Geräts wiederherzustellen. Dieser Punkt wird im Abschnitt Softwarereparatur des Telefons ausführlicher besprochen.

Nun kurz zur Sprachübertragung von Teilnehmer zu Teilnehmer im GSM-Standard. Tatsächlich handelt es sich hierbei um einen technisch sehr aufwendigen Vorgang, der völlig anders ist als die übliche Sprachübertragung über analoge Netze, wie etwa ein kabelgebundenes/Funktelefon zu Hause. Digitale DECT-Funktelefone sind etwas ähnlich, aber die Implementierung ist immer noch anders.

Tatsache ist, dass die Stimme des Abonnenten, bevor sie gesendet wird, viele Transformationen erfährt. Analogsignal wird in Segmente mit einer Dauer von 20 ms unterteilt, wonach es in ein digitales umgewandelt wird, wonach es unter Verwendung von Verschlüsselungsalgorithmen mit dem sogenannten verschlüsselt wird. öffentlicher Schlüssel - das EFR-System (Enhanced Full Rate - ein fortschrittliches Sprachcodierungssystem, das von der finnischen Firma Nokia entwickelt wurde).

Alle Codec-Signale werden von einem sehr nützlichen Algorithmus verarbeitet, der auf dem Prinzip von DTX (Discontinuous Transmission) basiert - diskontinuierliche Sprachübertragung. Seine Nützlichkeit liegt darin, dass es den Sender des Telefons steuert, ihn nur in dem Moment einschaltet, in dem die Rede beginnt, und ihn in den Pausen zwischen den Gesprächen ausschaltet. All dies wird mit Hilfe des im Codec enthaltenen VAD (Voice Activated Detector) erreicht - einem Sprachaktivitätsdetektor.

Beim empfangenen Teilnehmer erfolgen alle Transformationen in umgekehrter Reihenfolge.

17. August 2010

Wissen Sie, was passiert, nachdem Sie die Nummer eines Freundes auf Ihrem Handy gewählt haben? Wie Mobilfunk findet man ihn in den Bergen Andalusiens oder an der Küste der fernen Osterinsel? Warum hört das Gespräch manchmal plötzlich auf? Letzte Woche habe ich Beeline besucht und versucht herauszufinden, wie die Mobilfunkkommunikation funktioniert ...

Ein großer Teil des besiedelten Teils unseres Landes wird von Basisstationen (BS) abgedeckt. Im Feld sehen sie aus wie rot-weiße Türme, in der Stadt verstecken sie sich auf den Dächern von Nichtwohngebäuden. Jede Station empfängt ein Signal von Mobiltelefonen in einer Entfernung von bis zu 35 Kilometern und kommuniziert mit einem Mobiltelefon über Service- oder Sprachkanäle.

Nachdem Sie die Nummer eines Freundes gewählt haben, kontaktiert Ihr Telefon die nächste Basisstation (BS) über einen Dienstkanal und bittet Sie, einen Sprachkanal zuzuweisen. Die Basisstation sendet die Anfrage an den Controller (BSC), der sie an den Switch (MSC) weiterleitet. Wenn sich Ihr Freund im selben Mobilfunknetz befindet, überprüft der Switch das Home Location Register (HLR), um herauszufinden, wo er sich befindet dieser Moment Der angerufene Teilnehmer befindet sich (zu Hause, in der Türkei oder in Alaska) und leitet den Anruf an die entsprechende Vermittlungsstelle weiter, von wo er ihn an den Controller und dann an die Basisstation weiterleitet. Die Basisstation kontaktiert das Mobiltelefon und verbindet Sie mit einem Freund. Wenn Ihr Freund ein Teilnehmer eines anderen Netzes ist oder Sie ein Festnetztelefon anrufen, kontaktiert Ihr Schalter den entsprechenden Schalter eines anderen Netzes.

Schwierig? Lass uns genauer hinschauen.

Die Basisstation besteht aus zwei Eisenschränken, die in einem gut klimatisierten Raum eingeschlossen sind. Da es in Moskau +40 auf der Straße war, wollte ich eine Weile in diesem Zimmer wohnen. Üblicherweise befindet sich die Basisstation entweder im Dachgeschoss des Gebäudes oder in einem Container auf dem Dach:

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Die Antenne der Basisstation ist in mehrere Sektoren unterteilt, von denen jeder in seine eigene Richtung „strahlt“. Vertikale Antenne kommuniziert mit Telefonen, der runde verbindet die Basisstation mit dem Controller:

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Jeder Sektor kann je nach Einrichtung und Konfiguration bis zu 72 Anrufe gleichzeitig bedienen. Eine Basisstation kann aus 6 Sektoren bestehen, sodass eine Basisstation bis zu 432 Anrufe bedienen kann, jedoch sind normalerweise weniger Sender und Sektoren in der Station installiert. Mobilfunkbetreiber ziehen es vor, mehr BS zu installieren, um die Qualität der Kommunikation zu verbessern.

Die Basisstation kann in drei Bändern betrieben werden:

900 MHz - das Signal auf dieser Frequenz breitet sich weiter aus und dringt besser in Gebäude ein
1800 MHz - Das Signal erstreckt sich über kürzere Entfernungen, ermöglicht jedoch die Installation mehrerer Sender in einem Sektor
2100 MHz - 3G-Netz

So sieht ein Schrank mit 3G-Equipment aus:

4.

900-MHz-Sender sind an Basisstationen auf Feldern und in Dörfern installiert, und in der Stadt, wo Basisstationen wie Nadeln in einem Igel stecken, wird die Kommunikation hauptsächlich auf einer Frequenz von 1800 MHz durchgeführt, obwohl Sender aller drei Bänder vorhanden sein können an jeder Basisstation gleichzeitig.

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Ein 900-MHz-Signal kann bis zu 35 Kilometer erreichen, obwohl die "Reichweite" einiger Basisstationen entlang der Strecken bis zu 70 Kilometer erreichen kann, indem die Anzahl der gleichzeitig bedienten Teilnehmer an der Station um die Hälfte reduziert wird. Dementsprechend kann unser Telefon mit seiner kleinen eingebauten Antenne auch ein Signal bis zu 70 Kilometer weit senden ...

Alle Basisstationen sind so konzipiert, dass sie eine optimale bodennahe Funkabdeckung bieten. Daher wird das Funksignal trotz der Reichweite von 35 Kilometern einfach nicht auf die Höhe des Flugzeugs gesendet. Einige Fluggesellschaften haben jedoch bereits damit begonnen, Basisstationen mit geringer Leistung in ihren Flugzeugen zu installieren, die eine Abdeckung innerhalb des Flugzeugs bieten. Eine solche BS ist unter Verwendung von mit dem terrestrischen zellularen Netzwerk verbunden Satellitenkanal. Das System wird durch ein Bedienfeld ergänzt, mit dem die Besatzung das System ein- und ausschalten kann, sowie bestimmte Arten von Diensten, z. B. das Abschalten der Stimme bei Nachtflügen.

Das Telefon kann die Signalstärke von 32 Basisstationen gleichzeitig messen. Es sendet Informationen über die 6 besten (nach Signalpegel) über den Dienstkanal, und der Controller (BSC) entscheidet, welche BS den aktuellen Anruf überträgt (Handover), wenn Sie unterwegs sind. Manchmal kann das Telefon einen Fehler machen und Sie an die BS weiterleiten schlechteste Signal, in diesem Fall kann die Konversation unterbrochen werden. Es kann sich auch herausstellen, dass an der Basisstation, die Ihr Telefon ausgewählt hat, alle Sprachleitungen besetzt sind. In diesem Fall wird die Konversation ebenfalls unterbrochen.

Mir wurde auch von dem sogenannten „Top-Floor-Problem“ berichtet. Wenn Sie in einem Penthouse wohnen, kann es manchmal vorkommen, dass das Gespräch unterbrochen wird, wenn Sie von einem Raum in einen anderen wechseln. Dies liegt daran, dass das Telefon in einem Raum eine BS "sehen" kann und im zweiten - eine andere, wenn es auf die andere Seite des Hauses geht, und gleichzeitig befinden sich diese 2 Basisstationen auf weit weg voneinander und werden nicht als "benachbart" registriert Mobilfunkbetreiber. In diesem Fall erfolgt keine Weiterleitung eines Anrufs von einer BS zu einer anderen:

Die Kommunikation in der U-Bahn erfolgt auf die gleiche Weise wie auf der Straße: Basisstation - Controller - Switch, mit dem einzigen Unterschied, dass dort kleine Basisstationen verwendet werden und im Tunnel die Abdeckung nicht von einer gewöhnlichen Antenne, sondern von einem spezielles strahlendes Kabel.

Wie ich oben geschrieben habe, kann eine BS bis zu 432 Anrufe gleichzeitig tätigen. Normalerweise reicht diese Leistung für die Augen aus, aber beispielsweise kann die BS während einiger Feiertage die Anzahl der Personen, die anrufen möchten, möglicherweise nicht bewältigen. Dies geschieht normalerweise am Neues Jahr wenn alle anfangen, sich gegenseitig zu gratulieren.

SMS werden über Servicekanäle übertragen. Am 8. März und 23. Februar gratuliert man sich lieber per SMS mit lustigen Reimen, und Telefone können sich mit der BS oft nicht auf die Zuteilung eines Sprachkanals einigen.

Mir wurde eine interessante Geschichte erzählt. Aus einem Moskauer Bezirk kamen Beschwerden von Abonnenten, dass sie nirgendwo durchkommen könnten. Die Techniker begannen zu verstehen. Die meisten Sprachkanäle waren frei, und alle Dienstkanäle waren besetzt. Es stellte sich heraus, dass es neben diesem BS ein Institut gab, in dem Prüfungen stattfanden und Studenten ständig SMS austauschten.

Lang SMS-Telefon teilt sich in mehrere kurze auf und sendet jede einzeln. Mitarbeiter Technischer Dienst Es wird empfohlen, solche Glückwünsche per MMS zu senden. Es wird schneller und billiger.

Von der Basisstation geht der Anruf zum Controller. Es sieht genauso langweilig aus wie das BS selbst - es ist nur eine Reihe von Schränken:

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Je nach Ausstattung kann der Controller bis zu 60 Basisstationen bedienen. Die Kommunikation zwischen der BS und dem Controller (BSC) kann über einen Richtfunkkanal oder über Optik erfolgen. Der Controller steuert den Betrieb von Funkkanälen, inkl. steuert die Bewegung des Teilnehmers, Signalübertragung von einer BS zu einer anderen.

Der Schalter sieht viel interessanter aus:

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Jeder Schalter versorgt 2 bis 30 Controller. Es nimmt bereits eine große Halle ein, die mit verschiedenen Schränken mit Geräten gefüllt ist:

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Die Vermittlung führt eine Verkehrssteuerung durch. Erinnern Sie sich an die alten Filme, in denen die Leute zuerst das "Mädchen" anriefen und sie sie dann mit einem anderen Teilnehmer verband und die Drähte neu verkabelte? Moderne Schalter tun dasselbe:

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Um das Netzwerk zu kontrollieren, hat Beeline mehrere Autos, die sie liebevoll "Igel" nennen. Sie bewegen sich durch die Stadt und messen die Signalstärke eigenes Netzwerk, sowie die Ebene des Netzwerks von Kollegen aus den „Großen Drei“:

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Das gesamte Dach eines solchen Autos ist mit Antennen übersät:

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Im Inneren befinden sich Geräte, die Hunderte von Anrufen tätigen und Informationen erfassen:

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Vom Mission Control Center des Network Control Center (NCC) aus erfolgt rund um die Uhr die Kontrolle über Switches und Controller:

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Es gibt 3 Hauptbereiche für die Überwachung des Mobilfunknetzes: Unfallrate, Statistik und Rückkopplung von Abonnenten.

Genau wie in Flugzeugen verfügen alle Mobilfunkgeräte über Sensoren, die ein Signal an das MCC senden und Informationen an die Computer der Dispatcher ausgeben. Wenn ein Gerät außer Betrieb ist, beginnt das Licht auf dem Monitor zu "blinken".

Das MSC verfolgt auch Statistiken für alle Switches und Controller. Er analysiert es, indem er es mit früheren Perioden (Stunde, Tag, Woche usw.) vergleicht. Wenn sich die Statistiken einiger Knoten stark von den vorherigen Indikatoren unterscheiden, beginnt das Licht auf dem Monitor erneut zu "blinken".

Das Feedback wird von Teilnehmerdienstbetreibern empfangen. Wenn sie das Problem nicht lösen können, wird der Anruf an einen technischen Spezialisten weitergeleitet. Stellt er sich auch noch als machtlos heraus, entsteht im Unternehmen ein „Zwischenfall“, der von Ingenieuren gelöst wird, die am Betrieb der entsprechenden Anlagen beteiligt sind.

Die Schalter werden rund um die Uhr von 2 Ingenieuren überwacht:

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Die Grafik zeigt die Aktivität der Moskauer Switches. Es ist deutlich zu sehen, dass nachts fast niemand anruft:

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Die Kontrolle über die Controller (sorry für die Tautologie) erfolgt im zweiten Stock des Network Control Center:

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Ihren Angaben zufolge haben Sie noch viele Fragen zur Funktionsweise des Mobilfunknetzes. Das Thema ist komplex, und ich habe einen Spezialisten von Beeline gebeten, mir bei der Beantwortung Ihrer Kommentare zu helfen. Die einzige Bitte ist, beim Thema zu bleiben. Und Fragen wie "Beeline Radieschen. Sie haben 3 Rubel von meinem Konto gestohlen" - wenden Sie sich an den Abonnentendienst 0611.

Morgen gibt es einen Beitrag darüber, wie ein Wal vor mir herausgesprungen ist und ich keine Zeit hatte, ihn zu fotografieren. Bleiben Sie dran!

Die Kommunikation von Mobiltelefonen oder, wie sie auch genannt werden, Handys, erfolgt nicht wie bei einem herkömmlichen Telefonsystem mit Hilfe von Kabeln, sondern über Funkwellen. Um einen Anruf auf einem Mobiltelefon zu tätigen, müssen Sie die Nummer wie gewohnt wählen. Somit kommt die Funknachricht bei der von der Mobilfunkgesellschaft betriebenen Basisstation an.

An der Station, die alle Anrufe innerhalb eines gegebenen Radius oder einer gegebenen Zone abwickelt, bestimmt die Steuervorrichtung den Anruf zu einem freien Funkkanal. Darüber hinaus sendet es ein Signal an die automatische Telefonzentrale der Mobilfunkkommunikation. Durch Lesen der vom Telefon übermittelten Sondercodes

ATS überwacht die Bewegung des Autos im Bereich der ersten Station. Wenn das Gerät während eines Anrufs die Zone umgeht und in die nächste eintritt, wird der Anruf automatisch an die Basisstation weitergeleitet, die in dieser Zone betrieben wird. Beim Anruf von einem Mobiltelefon wird der Anrufer mit einer automatischen Telefonzentrale für die Mobilfunkkommunikation verbunden, die den Standort bestimmt Mobiltelefon, fordert einen freien Funkkanal von der Schaltungssteuerung an und kommuniziert – durch die Basisstation – mit der gewünschten Nummer. Dann klingelt das Handy. Wenn der Fahrer zum Telefon greift, ist die Schaltung geschlossen.

Betrieb der Basisstation

Jede Basisstation empfängt Signale, die in einem Umkreis von drei bis sechs Meilen ausgesendet werden. Um Rauschen zu vermeiden, sollten Basisstationen mit übereinstimmenden Grenzen auf unterschiedlichen arbeiten Frequenzkanäle. Aber selbst innerhalb der gleichen Stadt können Stationen, die weit voneinander entfernt sind, leicht auf dem gleichen Kanal arbeiten.

Das lokale Telefonsystem, das sowohl Haushalte als auch Büros bedient, basiert auf Drähten, die über und unter der Erde verlaufen und an eine automatische Vermittlung angeschlossen sind.

Ort und Kanal

Die PBX bestimmt den Standort des sich bewegenden Fahrzeugs, während die Schaltungssteuerung den Anruf an den Kommunikationskanal weiterleitet.

Anrufbereich

Wenn das Auto den Bereich der entferntesten Basisstation verlässt, kann der Fahrer keine Mobilfunkkommunikation mehr nutzen. Wird auf dem Weg zum Zonenrand gerufen, wird das Signal immer schwächer und verschwindet schließlich ganz.

Auf dem Weg von Station zu Station

Überall Handy anrufen Eine automatische Telefonzentrale für zellulare Kommunikation bestimmt den Standort eines fahrenden Autos anhand der Stärke der von ihm ausgehenden Funksignale. Wenn das Signal zu schwach wird, alarmiert die automatische Telefonvermittlung die Basisstation, die wiederum den Anruf an die benachbarte Vermittlung weiterleitet.

Es ist heute kaum möglich, eine Person zu finden, die niemals ein Handy benutzen würde. Aber versteht jeder, wie Mobilfunk funktioniert? Wie ist es geregelt und wie funktioniert das, was wir alle schon lange gewohnt sind? Werden Signale von Basisstationen über Kabel übertragen oder funktioniert das alles auf andere Weise? Oder funktioniert die gesamte Mobilfunkkommunikation nur aufgrund von Funkwellen? Wir werden versuchen, diese und andere Fragen in unserem Artikel zu beantworten, wobei wir die Beschreibung des GSM-Standards sprengen würden.

In dem Moment, in dem eine Person versucht, einen Anruf von ihrem Mobiltelefon aus zu tätigen, oder wenn sie ihn anzurufen beginnt, verbindet sich das Telefon über Funkwellen mit einer der Basisstationen (die am leichtesten zugänglichen) mit einer seiner Antennen. Basisstationen sind hier und da zu beobachten, mit Blick auf die Häuser unserer Städte, auf die Dächer und Fassaden von Industriebauten, auf Wolkenkratzer und schließlich auf eigens für Stationen errichtete rot-weiße Masten (insbesondere entlang von Autobahnen).

Diese Stationen sehen aus wie rechteckige graue Kästen, aus denen verschiedene Antennen in verschiedene Richtungen herausragen (normalerweise bis zu 12 Antennen). Die Antennen hier arbeiten sowohl zum Empfangen als auch zum Senden und gehören dem Mobilfunkbetreiber. Basisstationsantennen werden in alle möglichen Richtungen (Sektoren) ausgerichtet, um Teilnehmern von allen Seiten in einer Entfernung von bis zu 35 Kilometern „Netzabdeckung“ zu bieten.

Eine Antenne eines Sektors kann bis zu 72 Anrufe gleichzeitig bedienen, und wenn es 12 Antennen gibt, dann stellen Sie sich vor: 864 Anrufe können im Prinzip gleichzeitig von einer großen Basisstation bedient werden! Obwohl normalerweise auf 432 Kanäle (72 * 6) begrenzt. Jede Antenne ist per Kabel mit der Steuereinheit der Basisstation verbunden. Und bereits Blöcke von mehreren Basisstationen (jede Station bedient ihren eigenen Teil des Territoriums) sind an den Controller angeschlossen. An einen Controller können bis zu 15 Basisstationen angeschlossen werden.

Die Basisstation kann im Prinzip auf drei Bändern arbeiten: Das 900-MHz-Signal dringt besser in Gebäude und Strukturen ein, breitet sich weiter aus, sodass dieses spezielle Band häufig in Dörfern und Feldern verwendet wird; Das Signal mit einer Frequenz von 1800 MHz breitet sich nicht so weit aus, aber in einem Sektor sind mehr Sender installiert, sodass solche Stationen häufiger in Städten installiert werden. schließlich ist 2100 MHz ein 3G-Netz.

Controller natürlich drin Lokalität oder Bezirk, es können mehrere sein, also sind die Controller wiederum über Kabel mit dem Switch verbunden. Aufgabe des Switches ist es, die Netze der Mobilfunkanbieter untereinander und mit den üblichen Stadtlinien zu verbinden Telefonanschluss, Fernkommunikation und internationale Kommunikation. Bei kleinen Netzwerken reicht ein Switch, bei großen werden zwei oder mehr Switches eingesetzt. Die Schalter sind durch Drähte miteinander verbunden.

Wenn Sie beispielsweise eine Person, die mit einem Mobiltelefon telefoniert, auf der Straße bewegen: Sie geht zu Fuß, fährt mit öffentlichen Verkehrsmitteln oder bewegt sich in einem Privatauto, sollte ihr Telefon das Netzwerk nicht für einen Moment verlieren, Sie können das nicht unterbrechen Gespräch.

Die Kommunikationskontinuität wird aufgrund der Fähigkeit des Basisstationsnetzwerks erreicht, den Teilnehmer sehr schnell von einer Antenne auf eine andere umzuschalten, während er sich vom Abdeckungsbereich einer Antenne zum Abdeckungsbereich einer anderen bewegt (von Zelle zu Zelle). Der Teilnehmer selbst merkt nicht, wie er nicht mehr mit einer Basisstation verbunden ist und bereits mit einer anderen verbunden ist, wie er von Antenne zu Antenne, von Station zu Station, von Controller zu Controller wechselt ...

Gleichzeitig bietet der Switch eine optimale Lastverteilung über ein mehrschichtiges Netzwerkschema, um die Wahrscheinlichkeit von Geräteausfällen zu verringern. Ein mehrstufiges Netzwerk ist wie folgt aufgebaut: Handy- Basisstation - Controller - Schalter.

Nehmen wir an, wir telefonieren, und jetzt hat das Signal bereits die Vermittlung erreicht. Die Vermittlung überträgt unseren Anruf an den Zielteilnehmer – an das Stadtnetz, an das internationale oder Fernkommunikationsnetz oder an das Netz eines anderen Mobilfunkbetreiber. All dies geschieht sehr schnell über Highspeed-Glasfaserkabelkanäle.

Außerdem kommt unser Anruf bei der Telefonzentrale an, die sich auf der Seite des empfangenden (von uns angerufenen) Teilnehmers befindet. Der "empfangende" Switch hat bereits Daten darüber, wo sich der angerufene Teilnehmer befindet, in welchem ​​Netzabdeckungsbereich: welcher Controller, welche Basisstation. Und so beginnt die Netzabfrage von der Basisstation aus, der Adressat wird gefunden und ein Anruf „erhält“ auf seinem Telefon.

Die gesamte Kette der beschriebenen Ereignisse vom Wählen der Nummer bis zum Hören des Anrufs auf der Empfängerseite dauert normalerweise nicht länger als 3 Sekunden. So können wir jetzt überall auf der Welt telefonieren.

Andrey Povny

Das Funktionsprinzip der Mobilfunkkommunikation

Die Grundprinzipien der Mobiltelefonie sind recht einfach. Die FCC legte ursprünglich geografische Abdeckungsgebiete für Mobilfunksysteme fest, basierend auf überarbeiteten Daten der Volkszählung von 1980. Die Idee hinter der Mobilfunkkommunikation ist, dass jedes Gebiet in sechseckige Zellen unterteilt ist, die, wenn sie kombiniert werden, eine wabenartige Struktur bilden, wie in der Abbildung gezeigt. 6.1, a. Die sechseckige Form wurde gewählt, weil sie die effizienteste Übertragung bietet, indem sie das kreisförmige Strahlungsmuster ungefähr anpasst, während die Lücken eliminiert werden, die immer zwischen benachbarten Kreisen auftreten.

Eine Zelle wird durch ihre physische Größe, Population und ihr Verkehrsmuster definiert. Die FCC regelt nicht die Anzahl der Zellen im System und ihre Größe und überlässt es den Betreibern, diese Parameter in Übereinstimmung mit dem erwarteten Verkehrsmuster einzustellen. Jedem geografischen Gebiet wird eine feste Anzahl von zellularen Sprachkanälen zugewiesen. Die physikalischen Abmessungen einer Zelle hängen von der Teilnehmerdichte und der Verbindungsstruktur ab. Beispielsweise haben große Zellen (Makrozellen) typischerweise einen Radius von 1,6 bis 24 km mit einer Sendeleistung der Basisstation von 1 W bis 6 W. Die kleinsten Zellen (Mikrozellen) haben typischerweise einen Radius von 460 m oder weniger mit einer Sendeleistung der Basisstation von 0,1 W bis 1 W. Abbildung 6.1b zeigt eine Wabenkonfiguration mit zwei Zellgrößen.

Abbildung 6.1. – Wabenstruktur der Zellen a); Wabenstruktur mit Waben in zwei Größen b) Klassifizierung der Waben c)

Mikrozellen werden am häufigsten in Regionen mit hoher Bevölkerungsdichte eingesetzt. Aufgrund ihrer kurzen Reichweite sind Mikrozellen weniger anfällig für Überwie Reflexionen und Signalverzögerungen.

Eine Makrozelle kann sich mit einer Gruppe von Mikrozellen überlappen, wobei die Mikrozellen sich langsam bewegende mobile Geräte bedienen und die Makrozelle sich schnell bewegende Geräte bedient. Das mobile Gerät kann die Geschwindigkeit seiner Bewegung als schnell oder langsam bestimmen. Dadurch ist es möglich, die Anzahl der Sprünge von einer Zelle zur anderen zu reduzieren und die Standortdaten zu korrigieren.

Der Algorithmus des Übergangs von einer Zelle zur anderen kann bei kleinen Abständen zwischen dem Mobilgerät und der Basisstation der Mikrozelle geändert werden.

Manchmal sind die Funksignale in einer Zelle zu schwach, um eine zuverlässige Innenkommunikation bereitzustellen. Dies gilt insbesondere für gut abgeschirmte Bereiche und Bereiche mit hohes Level Interferenz. In solchen Fällen werden sehr kleine Zellen verwendet - Pico-Zellen. Indoor-Pico-Zellen können die gleichen Frequenzen wie normale Zellen in einer bestimmten Region verwenden, insbesondere in günstigen Umgebungen wie in unterirdischen Tunneln.

Bei der Planung von Systemen mit hexagonalen Zellen können Basisstationssender in der Mitte der Zelle, am Rand der Zelle oder am oberen Rand der Zelle platziert werden (Abbildung 6.2 a, b bzw. c). In Zellen mit einem Sender in der Mitte werden üblicherweise Rundstrahlantennen verwendet, und in Zellen mit Sendern am Rand oder oben werden Sektorrichtantennen verwendet.

Omnidirektionale Antennen strahlen und empfangen Signale in alle Richtungen gleichermaßen.

Abbildung 6.2 - Platzierung von Sendern in Zellen: in der Mitte a); an Kante b); oben c)

In einem zellularen Kommunikationssystem kann eine hoch über dem Stadtzentrum angeordnete leistungsstarke feste Basisstation durch zahlreiche identische Stationen mit geringer Leistung ersetzt werden, die im Abdeckungsbereich an Orten installiert sind, die näher am Boden liegen.

Zellen, die dieselbe Funkgruppe verwenden, können Interferenzen vermeiden, wenn sie richtig getrennt sind. In diesem Fall wird eine Frequenzwiederverwendung beobachtet. Frequenzwiederverwendung ist die Zuweisung derselben Gruppe von Frequenzen (Kanälen) an mehrere Zellen, vorausgesetzt, dass diese Zellen durch signifikante Entfernungen voneinander getrennt sind. Die Frequenzwiederverwendung wird erleichtert, indem der Versorgungsbereich jeder Zelle reduziert wird. Der Basisstation jeder Zelle wird eine Gruppe von Betriebsfrequenzen zugewiesen, die sich von den Frequenzen benachbarter Zellen unterscheiden, und die Antennen der Basisstation werden so ausgewählt, dass sie den gewünschten Versorgungsbereich innerhalb ihrer Zelle abdecken. Da das Versorgungsgebiet auf die Grenzen einer Zelle begrenzt ist, können verschiedene Zellen ohne gegenseitige Beeinflussung dieselbe Betriebsfrequenzgruppe nutzen, vorausgesetzt, dass zwei solcher Zellen einen ausreichenden Abstand voneinander haben.

Geografisches Versorgungsgebiet zellulares System, die mehrere Gruppen von Zellen enthält, wird unterteilt Cluster (Abbildung 6.3). Jeder Cluster besteht aus sieben Zellen, denen dieselbe Anzahl von Vollduplex-Kommunikationskanälen zugeordnet ist. Zellen mit denselben Buchstabenbezeichnungen verwenden dieselbe Gruppe von Betriebsfrequenzen. Wie aus der Abbildung ersichtlich, werden in allen drei Clustern die gleichen Frequenzgruppen verwendet, was eine Verdreifachung der verfügbaren Mobilfunkkanäle ermöglicht. Briefe A, B, C, D, E, F Und G repräsentieren sieben Frequenzgruppen.

Abbildung 6.3 – Das Prinzip der Frequenzwiederverwendung in der Mobilfunkkommunikation

Stellen Sie sich ein System mit einer festen Anzahl von Vollduplexkanälen vor, die in einem bestimmten Bereich verfügbar sind. Jeder Dienstbereich ist in Cluster unterteilt und empfängt eine Gruppe von Kanälen, die darauf verteilt sind N Zellen des Clusters, Gruppierung in sich nicht wiederholende Kombinationen. Alle Zellen haben die gleiche Anzahl von Kanälen, aber sie können Bereiche mit einer einzigen Größe bedienen.

Somit kann die Gesamtzahl der im Cluster verfügbaren zellularen Kommunikationskanäle durch den Ausdruck dargestellt werden:

F=GN (6.1)

Wo F– Anzahl der im Cluster verfügbaren zellularen Vollduplex-Kommunikationskanäle;

G– Anzahl der Kanäle in einer Zelle;

N ist die Anzahl der Zellen im Cluster.

Wenn der Cluster innerhalb des angegebenen Servicebereichs "kopiert" wird M mal, dann ist die Gesamtzahl der Vollduplex-Kanäle:

C=mGN=mF (6.2)

Wo MIT– Gesamtzahl der Kanäle in einer bestimmten Zone;

M ist die Anzahl der Cluster in einer gegebenen Zone.

Aus den Ausdrücken (6.1) und (6.2) ist ersichtlich, dass die Gesamtzahl der Kanäle in einem zellularen Telefonsystem direkt proportional zur Anzahl der Cluster-"Wiederholungen" in einem gegebenen Dienstbereich ist. Wenn die Clustergröße abnimmt, während die Zellengröße gleich bleibt, dann werden mehr Cluster benötigt, um einen gegebenen Dienstbereich abzudecken, und die Gesamtzahl von Kanälen in dem System wird zunehmen.

Die Anzahl der Teilnehmer, die gleichzeitig dieselbe Gruppe von Frequenzen (Kanälen) nutzen können, während sie sich nicht in benachbarten Zellen eines kleinen Versorgungsgebiets (z. B. innerhalb einer Stadt) befinden, hängt von der Gesamtzahl der Zellen in diesem Gebiet ab. Typischerweise beträgt die Anzahl solcher Teilnehmer vier, in dicht besiedelten Regionen kann sie jedoch viel höher sein. Diese Nummer wird angerufen Frequenzwiederverwendungsfaktor oder FRF – Frequenzwiederverwendungsfaktor. Mathematisch lässt sich das ausdrücken als:

(6.3)

Wo N– Gesamtzahl der Vollduplex-Kanäle im Versorgungsbereich;

MIT– Gesamtzahl der Vollduplex-Kanäle in der Zelle.

Mit der prognostizierten Zunahme des Mobilfunkverkehrs wird die erhöhte Nachfrage nach Diensten gedeckt, indem die Größe der Zelle reduziert wird, indem sie in mehrere Zellen aufgeteilt wird, von denen jede ihre eigene Basisstation hat. Eine effiziente Zellentrennung ermöglicht es dem System, mehr Anrufe zu verarbeiten, solange die Zellen nicht zu klein sind. Wenn der Zelldurchmesser kleiner als 460 m wird, beeinflussen sich die Basisstationen benachbarter Zellen gegenseitig. Das Verhältnis zwischen Wiederverwendung Frequenzen und Clustergröße bestimmt, wie Sie sich ändern können Skala Mobilfunknetz bei steigender Teilnehmerdichte. Je weniger Zellen in einem Cluster sind, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit von Übersprechen zwischen Kanälen.

Da Zellen sechseckig sind, hat jede Zelle immer sechs äquidistante benachbarte Zellen, und die Winkel zwischen Linien, die die Mitte jeder Zelle mit der Mitte benachbarter Zellen verbinden, sind Vielfache von 60°. Daher ist die Anzahl möglicher Clustergrößen und Zelllayouts begrenzt. Um Zellen lückenlos (mosaikartig) miteinander zu verbinden, müssen die geometrischen Abmessungen des Sechsecks so sein, dass die Anzahl der Zellen im Cluster die Bedingung erfüllt:

(6.4)

Wo N– Anzahl der Zellen im Cluster; ich Und J sind nicht negative ganze Zahlen.

Das Finden einer Route zu den nächsten Co-Channel-Zellen (den sogenannten First-Tier-Zellen) geht wie folgt vor:

Weitergehen ich Zellen (durch die Zentren benachbarter Zellen):

Weitergehen J Zellen vorwärts (durch die Zentren benachbarter Zellen).

Beispielsweise wird die Anzahl der Zellen im Cluster und die Position der Zellen der ersten Ebene für die folgenden Werte: j = 2. i = 3 wird aus Ausdruck 6.4 bestimmt (Abbildung 6.4). N = 3 2 + 3 2 + 2 2 = 19.

Abbildung 6.5 zeigt die sechs nächstgelegenen Zellen, die dieselben Kanäle wie die Zelle verwenden A.

Der Prozess der Übergabe von einer Zelle zur anderen, dh. wenn sich das Mobilgerät von Basisstation 1 zu Basisstation 2 bewegt (Abbildung 6.6), umfasst vier Hauptphasen:

1) Initiierung – das mobile Gerät oder Netzwerk erkennt die Notwendigkeit einer Übergabe und leitet die erforderlichen Netzwerkprozeduren ein;

2) Ressourcenreservierung – mit Hilfe geeigneter Netzwerkprozeduren werden die für die Übergabe erforderlichen Netzwerkressourcen (Sprachkanal und Steuerkanal) reserviert;

3) Ausführung – direkte Übertragung der Steuerung von einer Basisstation zu einer anderen;

4) Ende - überflüssig Netzwerkressourcen veröffentlicht und für andere Mobilgeräte verfügbar gemacht.

Abbildung 6.6 – Übergabe