V teoretickej časti sa nebudeme vŕtať v histórii stvorenia celulárna komunikácia, o jej zakladateľoch, chronológii noriem a pod. Pre koho je to zaujímavé - existuje veľa materiálu v tlačených publikáciách aj na internete.

Zvážte, čo je mobilný (mobilný) telefón.

Obrázok ukazuje princíp činnosti veľmi zjednodušeným spôsobom:

Obr.1 Princíp fungovania mobilného telefónu

Mobilný telefón je transceiver pracujúci na jednej z frekvencií v rozsahu 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz. Okrem toho je príjem a vysielanie oddelené frekvenciami.

Systém GSM pozostáva z 3 hlavných komponentov, ako sú:

Subsystém základňovej stanice (BSS - Base Station Subsystem);

Spínací/spínací subsystém (NSS – NetworkSwitchingSubsystem);

Centrum prevádzky a údržby (OMC)

V skratke to funguje takto:

Mobilný (mobilný) telefón komunikuje so sieťou základňových staníc (BS). Stožiare BS sa zvyčajne inštalujú buď na ich pozemné stožiare, alebo na strechy domov či iných stavieb, alebo na prenajaté existujúce stožiare všetkých druhov rozhlasových/TV opakovačov a pod., ako aj na výškové potrubia kotolní a iné priemyselné štruktúry.

Telefón po zapnutí a ostatnom čase monitoruje (počúva, skenuje) vzduch na prítomnosť GSM signálu zo svojej základňovej stanice. Telefón určuje signál svojej siete špeciálnym identifikátorom. Ak existuje (telefón je v oblasti pokrytia sieťou), tak telefón vyberie frekvenciu, ktorá je najlepšia z hľadiska sily signálu a odošle do BS požiadavku na registráciu v sieti na tejto frekvencii.

Proces registrácie je v podstate proces autentifikácie (autorizácie). Jeho podstata spočíva v tom, že každá SIM karta vložená do telefónu má svoje jedinečné identifikátory IMSI (International Mobile Subscriber Identity) a Ki (Key for Identification). Tie isté IMSI a Ki sa vložia do databázy Authentication Center (AuC) po prijatí vyrobených SIM kariet telekomunikačným operátorom. Pri registrácii telefónu v sieti sú identifikátory prenášané BS, a to AuC. Potom AuC (Identification Center) odošle do telefónu náhodné číslo, ktoré je kľúčom k vykonaniu výpočtov pomocou špeciálneho algoritmu. Tento výpočet prebieha súčasne v mobilnom telefóne a AuC, potom sa oba výsledky porovnajú. Ak sa zhodujú, SIM karta sa rozpozná ako pravá a telefón sa zaregistruje v sieti.

V prípade telefónu je identifikátorom v sieti jeho jedinečné číslo IMEI (International Mobile Equipment Identity). Toto číslo sa zvyčajne skladá z 15 číslic v desiatkovej sústave. Napríklad 35366300/758647/0. Prvých osem číslic popisuje model telefónu a jeho pôvod. Zostávajúce - sériové číslo telefón a skontrolujte číslo.

Toto číslo je uložené v energeticky nezávislej pamäti telefónu. V starších modeloch je možné toto číslo zmeniť pomocou špeciálneho softvér(softvér) a príslušný programátor (niekedy dátový kábel) a v moderných telefónoch je zdvojený. Jedna kópia čísla je uložená v pamäťovej oblasti, ktorú je možné naprogramovať, a duplikát je uložený v pamäťovej oblasti OTP (One Time Programming), ktorá je naprogramovaná výrobcom raz a nedá sa preprogramovať.

Takže aj keď zmeníte číslo v prvej pamäťovej oblasti, telefón po zapnutí porovná údaje oboch pamäťových oblastí a ak sa nájdu rôzne čísla IMEI, telefón sa zablokuje. Prečo to všetko meniť, pýtate sa? V skutočnosti to zákony väčšiny krajín zakazujú. Telefón podľa čísla IMEI sa sleduje v sieti. V súlade s tým, ak je telefón odcudzený, môže byť sledovaný a zaistený. A ak máte čas zmeniť toto číslo na akékoľvek iné (pracovné) číslo, potom sa šanca na nájdenie telefónu zníži na nulu. Tieto záležitosti riešia špeciálne služby s príslušnou asistenciou prevádzkovateľa siete atď. Preto sa nebudem vŕtať v tejto téme. Zaujíma nás čisto technický moment zmeny čísla IMEI.

Faktom je, že za určitých okolností môže dôjsť k poškodeniu tohto čísla v dôsledku zlyhania softvéru alebo nesprávnej aktualizácie a potom je telefón absolútne nepoužiteľný. Tu prichádzajú na pomoc všetky prostriedky na obnovenie IMEI a výkonu zariadenia. Tento bod bude podrobnejšie popísaný v časti opravy softvéru telefónu.

Teraz stručne o prenose hlasu od účastníka k účastníkovi v štandarde GSM. V skutočnosti ide o technicky veľmi zložitý proces, ktorý je úplne odlišný od bežného prenosu hlasu cez analógové siete, ako je domáci drôtový / rádiový telefón. Digitálne rádiotelefóny DECT sú v niečom podobné, ale implementácia je stále iná.

Faktom je, že hlas predplatiteľa pred jeho odvysielaním prechádza mnohými transformáciami. analógový signál je rozdelená na segmenty s trvaním 20 ms, po ktorých je prevedená na digitálny, následne je zakódovaná pomocou šifrovacích algoritmov s tzv. verejný kľúč - systém EFR (Enhanced Full Rate - pokročilý systém kódovania reči vyvinutý fínskou spoločnosťou Nokia).

Všetky signály kodekov sú spracovávané veľmi užitočným algoritmom na princípe DTX (Discontinuous Transmission) - nespojitý prenos reči. Jeho užitočnosť spočíva v tom, že ovláda vysielač telefónu, zapína ho až v momente, keď začína reč a vypína ho v pauzách medzi rozhovormi. To všetko sa dosahuje pomocou VAD (Voice Activated Detector), ktorý je súčasťou kodeku - detektora rečovej aktivity.

U prijatého účastníka všetky transformácie prebiehajú v opačnom poradí.

17. august 2010

Viete, čo sa stane, keď na svojom mobilnom telefóne vytočíte číslo priateľa? Ako mobilnej siete nájdete ho v horách Andalúzie alebo na pobreží vzdialeného Veľkonočného ostrova? Prečo sa rozhovor niekedy náhle zastaví? Minulý týždeň som navštívil Beeline a snažil som sa zistiť, ako funguje mobilná komunikácia...

Veľkú oblasť obývanej časti našej krajiny pokrývajú základňové stanice (BS). V teréne vyzerajú ako červeno-biele veže a v meste sú ukryté na strechách nebytových budov. Každá stanica zachytáva signál z mobilných telefónov na vzdialenosť až 35 kilometrov a komunikuje s mobilným telefónom prostredníctvom servisných alebo hlasových kanálov.

Po vytočení čísla priateľa váš telefón kontaktuje najbližšiu základňovú stanicu (BS) cez servisný kanál a požiada vás o pridelenie hlasového kanála. Základňová stanica odošle požiadavku riadiacej jednotke (BSC), ktorá ju prepošle prepínaču (MSC). Ak je váš priateľ v rovnakej mobilnej sieti, prepínač skontroluje Home Location Register (HLR), aby zistil, kde tento moment volaný účastník sa nachádza (doma, v Turecku alebo na Aljaške) a prepojí hovor do príslušnej ústredne, odkiaľ ho prepošle do riadiacej jednotky a následne do Základnej stanice. Základná stanica sa spojí s mobilným telefónom a spojí vás s priateľom. Ak je váš priateľ účastníkom inej siete alebo voláte na pevnú linku, váš prepínač sa spojí s príslušným prepínačom inej siete.

ťažké? Poďme sa na to pozrieť bližšie.

Základná stanica je pár železných skríň uzamknutých v dobre klimatizovanej miestnosti. Vzhľadom na to, že v Moskve bolo na ulici +40, chcel som chvíľu bývať v tejto izbe. Základná stanica sa zvyčajne nachádza buď v podkroví budovy alebo v kontajneri na streche:

Anténa Base Station je rozdelená do niekoľkých sektorov, z ktorých každý „svieti“ vlastným smerom. Vertikálna anténa komunikuje s telefónmi, okrúhly spája základňovú stanicu s ovládačom:

Každý sektor môže obsluhovať až 72 hovorov súčasne, v závislosti od nastavenia a konfigurácie. Základňová stanica môže pozostávať zo 6 sektorov, takže jedna základňová stanica môže obslúžiť až 432 hovorov, zvyčajne je však v stanici nainštalovaných menej vysielačov a sektorov. Mobilní operátori radšej inštalujú viac BS na zlepšenie kvality komunikácie.

Základná stanica môže pracovať v troch pásmach:

900 MHz - signál na tejto frekvencii sa šíri ďalej a lepšie preniká dovnútra budov
1800 MHz - signál sa šíri na kratšie vzdialenosti, ale umožňuje inštalovať viac vysielačov v 1 sektore
2100 MHz - 3G sieť

Takto vyzerá skriňa s 3G zariadením:

900 MHz vysielače sú inštalované na základňových staniciach na poliach a dedinách a v meste, kde sú základňové stanice zaseknuté ako ihly v ježkovi, komunikácia prebieha hlavne na frekvencii 1 800 MHz, hoci môžu byť prítomné vysielače všetkých troch pásiem na akejkoľvek základnej stanici v rovnakom čase.

Signál 900 MHz môže dosiahnuť až 35 kilometrov, hoci „dosah“ niektorých základných staníc pozdĺž trás môže dosiahnuť až 70 kilometrov, a to znížením počtu súčasne obsluhovaných účastníkov na stanici na polovicu. V súlade s tým náš telefón so svojou malou vstavanou anténou dokáže prenášať signál až do vzdialenosti 70 kilometrov ...

Všetky základňové stanice sú navrhnuté tak, aby poskytovali optimálne pozemné rádiové pokrytie. Preto aj napriek dosahu 35 kilometrov sa rádiový signál jednoducho neposiela do výšky lietadla. Niektoré letecké spoločnosti však už začali do svojich lietadiel inštalovať základňové stanice s nízkym výkonom, ktoré poskytujú pokrytie vo vnútri lietadla. Takáto BS je pripojená k pozemnej celulárnej sieti pomocou satelitný kanál. Systém je doplnený o ovládací panel, ktorý umožňuje posádke zapnúť a vypnúť systém a tiež niektoré druhy služieb, ako napríklad vypnutie hlasu pri nočných letoch.

Telefón dokáže merať silu signálu z 32 základných staníc súčasne. Pošle informácie o 6 najlepších (podľa úrovne signálu) cez servisný kanál a ovládač (BSC) rozhodne, ktorá BS prenesie aktuálny hovor (Handover), ak ste na cestách. Niekedy sa môže telefón pomýliť a preniesť vás do BS s najhorší signál, v takom prípade môže byť konverzácia prerušená. Môže sa tiež ukázať, že na základnej stanici, ktorú váš telefón zvolil, sú všetky hlasové linky obsadené. V tomto prípade sa preruší aj konverzácia.

Tiež mi povedali o takzvanom „probléme s horným poschodím“. Ak bývate v podkrovnom dome, niekedy sa pri prechode z jednej miestnosti do druhej môže konverzácia prerušiť. Je to preto, že v jednej miestnosti môže telefón „vidieť“ jednu BS a v druhej inú, ak ide na druhú stranu domu, a zároveň sa tieto 2 základňové stanice nachádzajú na ďaleko od seba navzájom a nie sú registrovaní ako „susedia“ mobilného operátora. V tomto prípade nedôjde k presunu hovoru z jednej BS do druhej:

Komunikácia v metre je zabezpečená rovnakým spôsobom ako na ulici: Základňová stanica - radič - prepínač, len s tým rozdielom, že sa tam používajú malé Základňové stanice a v tuneli je pokrytie nie obyčajnou anténou, ale špeciálny vyžarovací kábel.

Ako som písal vyššie, jedna BS dokáže uskutočniť až 432 hovorov súčasne. Obyčajne tento výkon pre oči stačí, ale napríklad počas niektorých sviatkov BS nemusí zvládať množstvo ľudí, ktorí chcú volať. To sa zvyčajne deje na Nový rok keď si všetci začnú gratulovať.

SMS sa prenášajú cez servisné kanály. 8. marca a 23. februára si ľudia radšej navzájom gratulujú prostredníctvom SMS, posielajú vtipné riekanky a telefóny sa často nevedia dohodnúť s BS na pridelení hlasového kanála.

Povedal mi zaujímavý príbeh. Z jedného moskovského okresu začali od predplatiteľov prichádzať sťažnosti, že sa nikam nevedia dostať. Technici začali chápať. Väčšina hlasových kanálov bola bezplatná a všetky servisné kanály boli obsadené. Ukázalo sa, že vedľa tejto BS bol ústav, kde prebiehali skúšky a študenti si neustále vymieňali esemesky.

Dlhé SMS telefón rozdelí na niekoľko krátkych a pošle každú zvlášť. Zamestnanci technická služba Takéto blahoželanie sa odporúča posielať prostredníctvom MMS. Bude to rýchlejšie a lacnejšie.

Zo základnej stanice ide hovor do ovládača. Vyzerá rovnako nudne ako samotná BS - je to len sada skriniek:

V závislosti od výbavy môže ovládač obsluhovať až 60 základných staníc. Komunikácia medzi BS a regulátorom (BSC) môže prebiehať cez rádioreléový kanál alebo cez optiku. Ovládač riadi prevádzku rádiových kanálov, vr. riadi pohyb účastníka, prenos signálu z jednej BS do druhej.

Prepínač vyzerá oveľa zaujímavejšie:

Každý spínač slúži od 2 do 30 ovládačov. Už teraz zaberá veľkú halu plnú rôznych skríň s vybavením:

10.

11.

12.

Prepínač vykonáva riadenie dopravy. Pamätáte si na staré filmy, kde ľudia najprv volali „dievča“ a potom ich spojila s iným predplatiteľom a prepojila káble? Moderné prepínače robia to isté:

13.

Na ovládanie siete má Beeline niekoľko áut, ktoré s láskou nazývajú „ježkovia“. Pohybujú sa po meste a merajú silu signálu vlastnú sieť, ako aj úroveň siete kolegov z „veľkej trojky“:

14.

Celá strecha takéhoto auta je posiata anténami:

15.

Vo vnútri je zariadenie, ktoré uskutočňuje stovky hovorov a zachytáva informácie:

16.

Nepretržité ovládanie prepínačov a ovládačov sa vykonáva z Mission Control Center Centra riadenia siete (NCC):

17.

Existujú 3 hlavné oblasti monitorovania mobilnej siete: nehodovosť, štatistiky a Spätná väzba od predplatiteľov.

Rovnako ako v lietadlách, všetky zariadenia mobilnej siete majú senzory, ktoré posielajú signál do MCC a odosielajú informácie do počítačov dispečerov. Ak je nejaké zariadenie mimo prevádzky, kontrolka na monitore začne „blikať“.

MSC tiež sleduje štatistiky pre všetky spínače a ovládače. Analyzuje ho porovnaním s predchádzajúcimi obdobiami (hodina, deň, týždeň atď.). Ak sa štatistika niektorých uzlov začala výrazne líšiť od predchádzajúcich indikátorov, svetlo na monitore začne znova "blikať".

Spätnú väzbu dostávajú operátori účastníckych služieb. Ak problém nedokážu vyriešiť, hovor sa prenesie na technického špecialistu. Ak sa aj on ukáže ako bezmocný, tak v podniku vzniká „incident“, ktorý riešia inžinieri zapojení do prevádzky zodpovedajúceho zariadenia.

Prepínače nepretržite monitorujú 2 inžinieri:

18.

Graf zobrazuje aktivitu moskovských spínačov. Je jasne vidieť, že v noci takmer nikto nevolá:

19.

Kontrola nad ovládačmi (ospravedlňujeme sa za tautológiu) sa vykonáva z druhého poschodia Network Control Center:

22.

21.

Chápem, že máte stále veľa otázok o tom, ako funguje mobilná sieť. Táto téma je zložitá a požiadal som špecialistu z Beeline, aby mi pomohol reagovať na vaše komentáre. Jedinou požiadavkou je zostať pri téme. A otázky ako "Beeline reďkovky. Ukradli 3 ruble z môjho účtu" - adresujte predplatiteľskú službu 0611.

Zajtra tu bude príspevok o tom, ako predo mnou vyskočila veľryba a ja som ju nestihol odfotiť. Zostaňte naladení!

Komunikácia mobilných alebo, ako sa tiež nazýva, mobilných telefónov, sa neuskutočňuje pomocou drôtov, ako v bežnom telefónnom systéme, ale prostredníctvom rádiových vĺn. Ak chcete uskutočniť hovor na mobilnom telefóne, musíte vytočiť číslo ako zvyčajne. Rádiová správa teda dorazí na základňovú stanicu prevádzkovanú celulárnou telefónnou spoločnosťou.

Na stanici, ktorá vybavuje všetky hovory v danom okruhu alebo zóne, riadiace zariadenie určí hovor na voľný rádiový kanál. Okrem toho vysiela signál do automatickej telefónnej ústredne celulárnej komunikácie. Čítaním špeciálnych kódov prenášaných telefónom,

ATS monitoruje pohyb auta v zóne prvej stanice. Ak počas hovoru zariadenie obíde zónu a vstúpi do ďalšej, hovor sa automaticky prenesie na základňovú stanicu pracujúcu v tejto zóne. Pri volaní z mobilného telefónu je volajúci pripojený k automatickej telefónnej ústredni pre celulárnu komunikáciu, ktorá určí polohu mobilný telefón, vyžiada si voľný rádiový kanál od ovládača okruhu a komunikuje - cez základňovú stanicu - s požadovaným číslom. Potom zazvoní mobilný telefón. Keď vodič zdvihne telefón, okruh je dokončený.

Prevádzka základňovej stanice

Každá základňová stanica prijíma signály vysielané v okruhu troch až šiestich míľ. Aby sa predišlo šumu, základňové stanice so zodpovedajúcimi hranicami by mali fungovať na rôznych frekvenčné kanály. Ale aj v rámci toho istého mesta môžu stanice, ktoré sú od seba dosť vzdialené, ľahko fungovať na rovnakom kanáli.

Miestny telefónny systém, ktorý slúži domácnostiam aj kanceláriám, je založený na drôtoch, ktoré vedú nad a pod zemou a sú napojené na automatickú ústredňu.

Poloha a kanál

Pobočková ústredňa určuje polohu pohybujúceho sa vozidla, zatiaľ čo obvodový ovládač smeruje hovor na komunikačný kanál.

Oblasť hovoru

Keď auto opustí oblasť najvzdialenejšej základňovej stanice, vodič už nemôže používať mobilnú komunikáciu. Ak sa uskutoční hovor na ceste k okraju zóny, signál je čoraz slabší a nakoniec úplne zmizne.

Na ceste zo stanice na stanicu

Po všetkom mobilný hovor Automatická telefónna ústredňa pre mobilnú komunikáciu určuje polohu pohybujúceho sa auta silou rádiových signálov, ktoré z neho vychádzajú. Keď je signál príliš slabý, automatická telefónna ústredňa upozorní základňovú stanicu, ktorá následne presmeruje hovor na obsluhu susednej ústredne.

Len ťažko dnes možno nájsť človeka, ktorý by nikdy nepoužíval mobilný telefón. Ale chápe každý, ako funguje mobilná komunikácia? Ako sa to zariaďuje a ako funguje to, na čo sme všetci už dávno zvyknutí? Prenášajú sa signály zo základňových staníc cez drôty, alebo to všetko funguje nejakým iným spôsobom? Alebo možno všetka mobilná komunikácia funguje len vďaka rádiovým vlnám? Na tieto a ďalšie otázky sa pokúsime odpovedať v našom článku, pričom popis štandardu GSM necháme nad jeho rámec.

V momente, keď sa človek pokúša zavolať z mobilu, alebo keď mu začnú volať, telefón sa pomocou rádiových vĺn spojí s jednou zo základných staníc (najdostupnejšou), s jednou zo svojich antén. Základňové stanice možno tu a tam pozorovať pri pohľade na domy našich miest, na strechy a fasády priemyselných budov, na mrakodrapy a napokon na červeno-biele stožiare špeciálne postavené pre stanice (najmä pozdĺž diaľnic).

Tieto stanice vyzerajú ako obdĺžnikové sivé škatule, z ktorých trčia rôzne antény v rôznych smeroch (zvyčajne do 12 antén). Antény tu fungujú na príjem aj na vysielanie a patria mobilnému operátorovi. Antény základňových staníc sú nasmerované do všetkých možných smerov (sektorov), aby poskytli „pokrytie siete“ účastníkom zo všetkých strán na vzdialenosť až 35 kilometrov.

Anténa jedného sektora je schopná obsluhovať až 72 hovorov súčasne a ak je antén 12, predstavte si: 864 hovorov môže v zásade obsluhovať jedna veľká základňová stanica súčasne! Hoci je zvyčajne obmedzený na 432 kanálov (72 * 6). Každá anténa je prepojená káblom s riadiacou jednotkou základnej stanice. A k ovládaču sú už pripojené bloky niekoľkých základňových staníc (každá stanica obsluhuje svoju časť územia). K jednému ovládaču je možné pripojiť až 15 základňových staníc.

Základňová stanica je v princípe schopná pracovať v troch pásmach: 900 MHz signál lepšie preniká do budov a stavieb, šíri sa ďalej, takže práve toto pásmo sa často používa na dedinách a poliach; signál na frekvencii 1800 MHz sa zatiaľ nešíri, ale v jednom sektore je inštalovaných viac vysielačov, preto sú takéto stanice častejšie inštalované v mestách; nakoniec 2100 MHz je siet 3G.

Ovládače, samozrejme, v lokalite alebo okres, môže ich byť viacero, takže ovládače sú zase prepojené káblami s vypínačom. Úlohou prepínača je prepojiť siete mobilných operátorov medzi sebou a s bežnými mestskými linkami telefónne spojenie, komunikácia na diaľku a medzinárodná komunikácia. Ak je sieť malá, stačí jeden prepínač, ak je veľká, použijú sa dva alebo viac prepínačov. Spínače sú navzájom prepojené vodičmi.

V procese presunu osoby hovoriacej na mobilnom telefóne po ulici, napríklad: kráča, jazdí v MHD alebo sa pohybuje v osobnom aute, by jeho telefón nemal na chvíľu stratiť sieť, nemôžete prerušiť rozhovor.

Kontinuita komunikácie je dosiahnutá vďaka schopnosti siete základňovej stanice veľmi rýchlo prepínať účastníka z jednej antény na druhú v procese prechodu z oblasti pokrytia jednej antény do oblasti pokrytia inej (z bunky do bunka). Samotný účastník si nevšimne, ako prestáva byť spojený s jednou základňovou stanicou a už je pripojený k inej, ako prepína z antény na anténu, zo stanice na stanicu, z ovládača na ovládač ...

Prepínač zároveň poskytuje optimálne rozloženie záťaže cez viacvrstvovú sieťovú schému, aby sa znížila pravdepodobnosť zlyhania zariadenia. Viacúrovňová sieť je postavená takto: mobilný telefón- základňová stanica - ovládač - spínač.

Povedzme, že voláme a signál už dorazil k prepínaču. Ústredňa prepojí náš hovor smerom k cieľovému účastníkovi - do mestskej siete, do medzinárodnej alebo diaľkovej komunikačnej siete alebo do siete iného mobilného operátora. To všetko sa deje veľmi rýchlo pomocou vysokorýchlostných káblových kanálov z optických vlákien.

Ďalej náš hovor prichádza do ústredne, ktorá je umiestnená na strane prijímajúceho (nami volaného) účastníka. „Prijímací“ prepínač už má údaje o tom, kde sa volaný účastník nachádza, v akej oblasti pokrytia siete: ktorý ovládač, ktorá základňová stanica. A tak sa zo základňovej stanice začne sieťový dopyt, nájde sa adresát a na jeho telefón sa „prijme“ hovor.

Celý reťazec opísaných udalostí, od okamihu vytočenia čísla až po okamih, keď sa hovor ozve na strane príjemcu, zvyčajne netrvá dlhšie ako 3 sekundy. Takže teraz môžeme volať kdekoľvek na svete.

Andrej Povny

Princíp fungovania bunkovej komunikácie

Základné princípy mobilnej telefónie sú celkom jednoduché. FCC pôvodne stanovila oblasti geografického pokrytia pre mobilné rádiové systémy na základe revidovaných údajov zo sčítania ľudu z roku 1980. Myšlienka bunkovej komunikácie spočíva v tom, že každá oblasť je rozdelená na šesťuholníkové bunky, ktoré po spojení vytvárajú štruktúru podobnú včelím plástom, ako je znázornené na obrázku. 6.1, a. Šesťhranný tvar bol zvolený, pretože poskytuje najefektívnejší prenos tým, že sa približne zhoduje s kruhovým vyžarovacím diagramom a zároveň eliminuje medzery, ktoré sa vždy vyskytujú medzi susednými kruhmi.

Bunka je definovaná svojou fyzickou veľkosťou, počtom obyvateľov a vzorom prevádzky. FCC nereguluje počet buniek v systéme a ich veľkosť, takže operátori musia nastaviť tieto parametre v súlade s očakávaným vzorom prevádzky. Každá geografická oblasť má pridelený pevný počet mobilných hlasových kanálov. Fyzické rozmery bunky závisia od hustoty účastníkov a štruktúry hovoru. Napríklad veľké bunky (makrobunky) majú zvyčajne polomer 1,6 až 24 km s výkonom vysielača základňovej stanice 1 W až 6 W. Najmenšie bunky (mikrobunky) majú zvyčajne polomer 460 m alebo menej s výkonom vysielača základňovej stanice 0,1 W až 1 W. Obrázok 6.1b zobrazuje voštinovú konfiguráciu s dvoma veľkosťami buniek.

Obrázok 6.1. – Voštinová štruktúra buniek a); voštinová štruktúra s plástmi dvoch veľkostí b) klasifikácia plástov c)

Mikrobunky sa najčastejšie používajú v regiónoch s vysokou hustotou obyvateľstva. Vďaka svojmu krátkemu dosahu sú mikročlánky menej náchylné na účinky degradácie prenosu, ako sú odrazy a oneskorenia signálu.

Makrobunka sa môže prekrývať so skupinou mikrobuniek, pričom mikrobunky obsluhujú pomaly sa pohybujúce mobilné zariadenia a makrobunka obsluhuje rýchlo sa pohybujúce zariadenia. Mobilné zariadenie je schopné určiť rýchlosť svojho pohybu ako rýchly alebo pomalý. To umožňuje znížiť počet skokov z jednej bunky do druhej a opraviť údaje o polohe.

Algoritmus prechodu z jednej bunky do druhej sa môže meniť v malých vzdialenostiach medzi mobilným zariadením a základňovou stanicou mikrobunky.

Niekedy sú rádiové signály v bunke príliš slabé na to, aby poskytovali spoľahlivú vnútornú komunikáciu. To platí najmä pre dobre tienené oblasti a oblasti s vysoký stupeň rušenie. V takýchto prípadoch sa používajú veľmi malé bunky - pikobunky. Vnútorné pikobunky môžu používať rovnaké frekvencie ako bežné bunky v danej oblasti, najmä v priaznivom prostredí, ako napríklad v podzemných tuneloch.

Pri plánovaní systémov využívajúcich šesťuholníkové bunky môžu byť vysielače základňových staníc umiestnené v strede bunky, na okraji bunky alebo v hornej časti bunky (obrázok 6.2 a, b, c). V bunkách s vysielačom v strede sa zvyčajne používajú všesmerové antény a v bunkách s vysielačmi na okraji alebo hore sa používajú sektorové smerové antény.

Všesmerové antény vyžarujú a prijímajú signály rovnako vo všetkých smeroch.

Obrázok 6.2 - Umiestnenie vysielačov v bunkách: v strede a); na hrane b); hore c)

V celulárnom komunikačnom systéme môže byť jedna výkonná pevná základňová stanica umiestnená vysoko nad centrom mesta nahradená množstvom identických nízkoenergetických staníc, ktoré sú inštalované v oblasti pokrytia na miestach umiestnených bližšie k zemi.

Bunky používajúce rovnakú rádiovú skupinu sa môžu vyhnúť rušeniu, ak sú správne oddelené. V tomto prípade sa pozoruje opätovné použitie frekvencie. Opätovné použitie frekvencie je pridelenie rovnakej skupiny frekvencií (kanálov) niekoľkým bunkám za predpokladu, že tieto bunky sú oddelené značnými vzdialenosťami. Opätovné použitie frekvencie je uľahčené znížením oblasti pokrytia každej bunky. Základnej stanici každej bunky je pridelená skupina prevádzkových frekvencií, ktoré sa líšia od frekvencií susedných buniek, a antény základnej stanice sú zvolené tak, aby pokrývali požadovanú oblasť pokrytia v jej bunke. Keďže obsluhovaná oblasť je obmedzená hranicami jednej bunky, rôzne bunky môžu používať rovnakú skupinu prevádzkových frekvencií bez vzájomného rušenia za predpokladu, že dve takéto bunky sú od seba v dostatočnej vzdialenosti.

Geografická obsluhovaná oblasť bunkový systém, obsahujúci niekoľko skupín buniek sa delí na klastre (Obrázok 6.3). Každý klaster pozostáva zo siedmich buniek, ktorým je pridelený rovnaký počet plne duplexných komunikačných kanálov. Bunky s rovnakým označením písmen používajú rovnakú skupinu prevádzkových frekvencií. Ako je možné vidieť z obrázku, vo všetkých troch klastroch sa používajú rovnaké frekvenčné skupiny, čo umožňuje strojnásobiť počet dostupných mobilných komunikačných kanálov. Listy A, B, C, D, E, F A G predstavujú sedem skupín frekvencií.

Obrázok 6.3 – Princíp opätovného použitia frekvencie v celulárnej komunikácii

Zvážte systém s pevným počtom plne duplexných kanálov dostupných v niektorých oblastiach. Každá oblasť služieb je rozdelená do klastrov a prijíma skupinu kanálov, ktoré sú medzi sebou rozdelené N bunky klastra, zoskupujúce sa do neopakujúcich sa kombinácií. Všetky bunky majú rovnaký počet kanálov, ale môžu obsluhovať oblasti jednej veľkosti.

Celkový počet bunkových komunikačných kanálov dostupných v klastri teda môže byť vyjadrený výrazom:

F=GN (6.1)

Kde F– počet plne duplexných bunkových komunikačných kanálov dostupných v klastri;

G– počet kanálov v bunke;

N je počet buniek v zhluku.

Ak je klaster "skopírovaný" v rámci danej obsluhovanej oblasti m krát, potom bude celkový počet plne duplexných kanálov:

C=mGN=mF (6.2)

Kde S– celkový počet kanálov v danej zóne;

m je počet zhlukov v danej zóne.

Z výrazov (6.1) a (6.2) je možné vidieť, že celkový počet kanálov v celulárnom telefónnom systéme je priamo úmerný počtu "opakovaní" klastra v danej oblasti služieb. Ak sa veľkosť klastra zníži, zatiaľ čo veľkosť bunky zostane rovnaká, potom bude potrebných viac klastrov na pokrytie danej oblasti služieb a celkový počet kanálov v systéme sa zvýši.

Počet účastníkov, ktorí môžu súčasne využívať rovnakú skupinu frekvencií (kanálov), pričom nie sú v susedných bunkách malej oblasti pokrytia (napríklad v rámci mesta), závisí od celkového počtu buniek v tejto oblasti. Typicky je počet takýchto účastníkov štyria, ale v husto obývaných regiónoch môže byť oveľa vyšší. Toto číslo sa volá faktor opätovného použitia frekvencie alebo FRF – faktor opätovného použitia frekvencie. Matematicky sa to dá vyjadriť takto:

(6.3)

Kde N– celkový počet plne duplexných kanálov v oblasti služieb;

S– celkový počet plne duplexných kanálov v bunke.

S predpokladaným nárastom celulárnej prevádzky je zvýšený dopyt po službe uspokojený zmenšením veľkosti bunky, jej rozdelením na niekoľko buniek, z ktorých každá má svoju vlastnú základňovú stanicu. Efektívne oddelenie buniek umožňuje systému zvládnuť viac hovorov, pokiaľ bunky nie sú príliš malé. Ak je priemer bunky menší ako 460 m, základňové stanice susedných buniek sa budú navzájom ovplyvňovať. Pomer medzi opätovné použitie frekvencie a veľkosť klastra určuje, ako sa môžete zmeniť stupnica celulárny systém v prípade zvýšenia hustoty účastníkov. Čím menej buniek v klastri, tým väčšia je pravdepodobnosť presluchu medzi kanálmi.

Pretože bunky sú šesťuholníkové, každá bunka má vždy šesť rovnako vzdialených susedných buniek a uhly medzi čiarami spájajúcimi stred ktorejkoľvek bunky so stredmi susedných buniek sú násobky 60°. Preto je počet možných veľkostí klastrov a rozložení buniek obmedzený. Na vzájomné spojenie buniek bez medzier (mozaikovým spôsobom) musia byť geometrické rozmery šesťuholníka také, aby počet buniek v zhluku spĺňal podmienku:

(6.4)

Kde N– počet buniek v zhluku; i A j sú nezáporné celé čísla.

Hľadanie trasy k najbližším bunkám spoločného kanála (takzvané bunky prvej vrstvy) prebieha takto:

Pohni sa i bunky (cez stredy susedných buniek):

Pohni sa j bunky dopredu (cez stredy susedných buniek).

Napríklad počet buniek v zhluku a umiestnenie buniek prvej vrstvy pre nasledujúce hodnoty: j = 2. i = 3 sa určí z výrazu 6.4 (obrázok 6.4) N = 32 + 32 + 22 = 19.

Obrázok 6.5 zobrazuje šesť najbližších buniek pomocou rovnakých kanálov ako bunka. A.

Proces odovzdávania z jednej bunky do druhej, tzn. keď sa mobilné zariadenie vzdiali od základňovej stanice 1 k základňovej stanici 2 (obrázok 6.6), zahŕňa štyri hlavné fázy:

1) iniciácia – mobilné zariadenie alebo sieť zistí potrebu odovzdania a spustí potrebné sieťové procedúry;

2) rezervácia zdrojov - pomocou vhodných sieťových procedúr sú rezervované sieťové zdroje potrebné na odovzdanie (hlasový kanál a riadiaci kanál);

3) vykonávanie - priamy prenos riadenia z jednej základňovej stanice na druhú;

4) koncovka - nadbytočná sieťové zdroje uvoľnené a dostupné pre iné mobilné zariadenia.

Obrázok 6.6 – Odovzdanie