Как работает мобильная связь

История и принцип работы сотовой связи

Сотовая связь укоренилась в мире в конце XX века, но зародилась на 100 лет раньше.

История

В конце XIX века благодаря изобретениям Александра Степановича Попова и итальянца Гульельмо Маркони мир впервые начал передавать голос без проводов на дальние расстояния и через препятствия. Их устройства использовали в военной промышленности Российской Империи и на частных судах Европы, и США. Началась новая эра беспроводных технологий.

В 1946 году компании AT&T и Telephone Laboratories запустили первый проект, похожий на современные сотовые сети связи. Абонент выбирал канал, связывался с оператором, который и соединял его с нужным человеком. Общение абонентов было полудуплексным, т.е. люди не могли говорить одновременно. Работу системы обеспечивало одно мощное радиоэлектронное средство, а телефон весил до 40 кг. Поэтому систему устанавливали в автомобили или стационарные строения. Только к 1964 году компании смогли автоматизировать проект и сделать общение по телефону полностью дуплексным, как сейчас.

Первые сети сотовой связи

В 70-х годах прошлого века компаниями-гигантами была устроена гонка технологий. Они пытались реализовать недавно выдвинутую идею сотового принципа организации сетей сотовой связи. Победу одержала Motorola. Первую базовую станцию на 30 абонентов смонтировали в США на крыше небоскреба. 3.04.1973 глава подразделения по разработке мобильных устройств Motorola совершил первый звонок. Его мобильное устройство весило 1,15 кг, было похоже на кирпич, а заряда аккумулятора хватало на 20 минут общения. До 1983 года компания улаживала законодательные вопросы, дорабатывала телефон и устраняла выявленные недоработки. Первый телефон вышел в продажу под названием Motorola DynaTAC 8000X и стал самым мобильным для своего времени.

Первый звонок Мартин Купер совершил на номер стационарного телефона компании-конкурента Motorola — компании Bell Laboratories. Он сообщил, что звонит с первого в мире сотового телефона. Мистер Купер утверждал, что слышал, как скрипят зубы на другом конце линии.

В 80-е годы XX века активно использовали технологии, известные под общим названием 1G. Первую коммерческую сеть развернули японцы в 1979 году. Но к концу 80-ых, Европейский институт стандартизации электросвязи разработал стандарт 2G или GSM, который до сих пор использует 29% населения Земли.

В 2001 году в Японии, а в 2003 в Европе запустили технологии CDMA и UMTS, известные под общим наименованием 3G. Уже через 7 лет началось развитие сетей 4G/LTE. Технология была недоработана до конца, но ко второй половине этого десятилетия сотовые компании достигли первоначально заявленной пропускной способности сетей LTE – 1 Гбит/секунду. Для этого пришлось усовершенствовать протоколы передачи данных и увеличить ширину полос беспроводных каналов связи с 5 до 20 МГц.

Сотовая связь в России

Разработки систем сотовой связи велись по всему миру. СССР рассматривал их исключительно для военных целей. Поэтому только к концу 1991 году в Российской Федерации появились сети 1G. Вплоть до экономического кризиса конца 90-ых сотовую связь использовало менее 0,5% населения Российской Федерации. Операторы брали не менее 50 центов за минуту разговора и тарифицировали даже входящие вызовы. Мобильные аппараты стоили слишком дорого. К примеру, телефон, по которому Анатолий Собчак впервые вызывал Сиэтл, обошелся в 5000$. Кризис совпал с падением цен на телефоны и услуги связи. Благодаря этому, число абонентов увеличилось с 300 тысяч человек в 1997 году до 1,5 млн. в конце 1999 года. К 2008 году количество проданных SIM-карт превысило население РФ.

Россия сокращала технологическое отставание сотовой инфраструктуры. В 2003 году группа операторов перешла на устаревший в мире стандарт 3G – CDMA. В 2007 году началось строительство сетей связи другой технологии третьего поколения – UMTS. Она, в отличие от CMDA, востребована по всему миру, работает на больших скоростях передачи данных и может обслуживать большее число абонентов одновременно. В 2012 году началась тестовая эксплуатация 4G.

В 2015 году ООО «Т2 Мобайл» начал предоставлять услуги связи в Москве, не имея передатчиков 2 поколения, – только 3G и 4G.

Принцип работы сотовой связи

Доступность услуг мобильных компаний обеспечивают базовые станции. Каждая покрывает свою территорию – соту. Вы перемещаетесь между сотами, смартфон автоматически переключается между базовыми станциями и связь не обрывается.

Через ручные настройки смартфона можно подключиться к конкретной доступной базовой станции. К примеру, выезжая за границу Российской Федерации, вы можете продолжать выполнять звонки, отправлять SMS-сообщения и сидеть в интернете, используя исключительно российский базовые станции. Если вы отъедите слишком далеко от ближайшего российского передатчика, услуги перестанут работать. При этом смартфон не переключится на радиоэлектронные средства местных операторов, пока вы не переведете выбор сети в автоматический режим.

Состав и характеристики базовых станций

Базовая станция состоит из секторов антенно-фидерных устройств, радиорелейных линий, коммутационного оборудования, системы контроля климата и всепогодного корпуса.

Сектора передатчиков 2G-4G расположены по периметру базовых станций и обеспечиваю вас связью. Они развернуты на 45-120 градусов относительно друг друга, чтобы покрыть максимум территории по горизонтали и вертикали. Каждый сектор обслуживает до 72 звонков одновременно. Зона действия классической базовой станции ограничена препятствиями. Поэтому чаще антенно-фидерные устройства устанавливают на возвышенностях, крышах домов, железобетонных опорах и башнях высотой от 20 до 70 метров.

Все антенно-фидерные устройства сотовых компаний объедены в единую сеть с помощью оптоволоконных кабелей и радиорелейных линий. Последние позволяют без проводов соединять станции, находящиеся на расстоянии до 70 км друг от друга.

В каждой базовой станции предусмотрено место для коммутационного оборудования и системы контроля климата. Эта зона защищена металлическим корпусом. С годами он уменьшился с размеров вагона до небольшого всепогодного шкафа.

Маломощные базовые станции

Мобильные компании также используют мобильные ретрансляторы и фемтосоты – маломощные базовые станции. Благодаря этому удается поддерживать работу услуг сотовой связи в труднодоступных местах, например, в метро, больших зданиях или подвалах. Подобные устройства устанавливают, как по желанию оператора, так и по заказу со стороны.

Технологии

Информация о SIM-картах хранится на серверах оператора в домашнем регионе и где бы не находился абонент, взаимодействие с телефоном происходит через упомянутые сервера.

Для оказания услуг сотовой связи используют 3 основные технологии:

  • GMS. Цифровой стандарт передачи данных второго поколения. Информация передается в виде узкополосного сигнала на частотах 850, 900, 1800, 1900 МГц. В 2003 году разработана технология Enhanced Data-rates for GSM Evolution (EDGE или 2,5G), которая позволила пользоваться услугами сети Интернет через сети GSM. Максимальная скорость передачи данных – 59,2 Кбит/ секунду;
  • UMTS. Наиболее распространенный стандарт сетей 3 поколения. В отличие от сетей 2 поколения, информация передается по широкополосному каналу связи. Преимущественно работает в диапазонах 2100 и 900 МГц. Первоначально позволял передавать данные на скоростях от 384 Кбит/ секунду. Благодаря дополнительной технологии 2006 года High-Speed Downlink Packet Access (HDPSA+ или 3,5G) скорость увеличилась до 21 Мбит/секунду;
  • LTE. Стандарт передачи данных четвертого поколения. Работает на частотах 800, 1800, 2100, 2600 МГц. В мире 1800 МГц – наиболее используемый диапазон. В России первоначальный упор делался на 2600 МГц, но на 2019 год задействованы все перечисленные диапазоны радиочастот. Каждая сота может поддерживать до 200 клиентов при ширине полосы 5 МГц и выдавать информацию абоненту со скоростью до 75,4 Мбит/с.

Для каждой технологии и оператора выделены отдельные частоты передачи и приема. Список разрешенных для использования каналов отличается в разных странах. К примеру, в регионах России до 2016 года технология 4G не работала на некоторых китайских телефонах, потому что передатчики смартфонов не поддерживали частоты, используемые российскими операторами.

Как устроена сотовая связь в России

В связи с особенностями советской политики, с начала 90-ых годов Россия отставала и зачастую использовала вышедшую из эксплуатации технику сотовой связи США и других развитых стран. Сегодня отставание существенно сократилось. Как и в развитых странах, мы используем технологии 2G, 3G и 4G. По информации Минкомсвязи России покрытие GSM-передатчиками до сих пор остается наиболее плотным. Покрытие LTE пока отстает от технологий предыдущих поколений.

Контроль качества

Для того чтобы не отстать от конкурентов, сотовые операторы постоянно совершенствуют своё оборудование и расширяют покрытие. Для того чтобы убедиться в качестве услуг, специальные мобильные комплексы операторов перемещаются по городам и оценивают связь. Аналогичные независимые комплексы используют и государственные органы, чтобы предоставлять гражданам независимую оценку предоставляемых услуг сотовых компаний.

На сайте Минкомсвязи России вы можете посмотреть, как работает сотовая связь в вашем населенном пункте. Выбирайте интересующие технологии и компании, смотрите зоны покрытия, наложенные на карту.

Какие перспективы развития мобильной связи

Дальнейшее развитие мобильной связи возможно по нескольким направлениям:

  • создание принципиально новых технологий и протоколов передачи данных;
  • доработка существующих стандартов передачи данных;
  • разработка технологий и стандартов для «Интернета вещей».

С 2014 года в России и мире тестируют технологию Pre-5G. Скорость передачи данных во время экспериментальных замеров в России варьировалась от 4 до 35 Гбит/секунду.

В 2015 году Международный союз электросвязи разработал концепцию развитию сетей 5G IMT-2020. С тех пор полноценная инфраструктура пятого поколения появилась в Соединенных Штатах Америки, Китайской Народной Республике, Республике Корея, некоторых странах и городах Евросоюза.

Минимальная пропускная способность новой технологии в 136 раз выше максимальной для предыдущего поколения 4G. В тестовых сетях скорость передачи данных доходит до 25 Гбит/с. По оценкам специалистов, 5G позволит предоставить скорость в 100 Мбит/секунду для 1 миллиона устройств на 1 км².

Pre-5G и 5G в России

С 2016 года ПАО «МегаФон» и ПАО «Мобильные ТелеСистемы» тестирует Pre-5G совместно с международными компаниями Nokia и Huawei.

Главная сложность технологии 5G в том, что полоса сигнала гораздо шире, чем у предыдущих поколений сетей. Поэтому в России до сих пор не определили доступный диапазон частот для строительства сетей связи. Активно ведется дискуссия по поводу частот 3,4-3,8 ГГц. Они наиболее удобны из доступных в мире, но в Российской Федерации закреплены за специальными службами, государственным компаниями и стандартом беспроводного широкополосного доступа WiMAX. Правительство рассматривает варианты в диапазоне 4,79-5 ГГц.

Решением Государственной Комиссии по использованию радиочастот для тестирования инфраструктуры 5G в России выделен диапазон радиочастот 25,25-29,5 ГГц. Летом 2019 года в Москве начали тестирование пятого поколения сотовой связи. Первой экспериментальной площадкой выступит территория Морозовской детской городской клинической больницы. Инфраструктуру там уже выстроили операторы федеральной четверки – ПАО «Вымпел-Коммуникации», ПАО «МегаФон», ПАО «Мобильные ТелеСистемы» и ООО «Т2 Мобайл».

Окончательно освободить место в радиочастотном спектре под 5G Правительство РФ планирует в течение 2,5 лет. А Huawei обещает смартфоны с поддержкой 5G не раньше 2021 года.

С июля 2019 также ведется разработка российского программного обеспечения для взаимодействия с технологией 5G.

Интернет вещей

Internet of items (IoT) – концепция, при которой техника решает задачи без участия человека или с минимальным его вмешательством. Яркими примерами IoT являются умный дом и беспилотный автомобиль.

Сети связи пятого поколения первоначально проектировались и для «интернета вещей». 5G станет первым стандартом, который объединит IoT и выведет роботизацию процессов на новый уровень. Благодаря снижению времени задержки 5G можно использовать даже на беспилотном транспорте, двигающемся со скоростью до 500 км/ час.

Скорость развития технологий растет ежегодно. Если от 1G до 2G прошло около 16 лет, то теперь смена поколений происходит раз в 7-10 лет. Важно правильно и своевременно использовать новые технологии и вовремя отказываться от старых.

0 0 Голос
Рейтинг статьи
Задай вопрос оператору!
Подписаться
Уведомление о
guest
0 комментариев
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Горячие новости
0
Будем рады вашему мнению. Прокомментируйтеx
()
x
Наверх

Следите за новостями Вконтакте

 

VK.Widgets.Group("vk_groups", {mode: 3, width: "300"}, 167773441);

Adblock
detector