Kas ir šūnu komunikācija, bez kuras mūsdienu cilvēks nevar iedomāties dzīvi? Šis ir savienojuma veids, kurā pēdējais kanāls ir bezvadu režīmā. Tīkls ir sadalīts pa sauszemes teritorijām, ko sauc par šūnām, un katru no tām apkalpo vismaz viens fiksētas atrašanās vietas raiduztvērējs, bet visbiežāk trīs mobilo sakaru vai bāzes raiduztvērēju stacijas. Tie nodrošina šūnai tīkla pārklājumu, ko var izmantot balss, datu un cita veida satura pārsūtīšanai.
Kā tas darbojas?
Kas ir mobilā tālruņa darbībā? Šūna parasti izmanto atšķirīgu frekvenču kopu no blakus esošajām, lai izvairītos no traucējumiem un nodrošinātu garantētu pakalpojumu kvalitāti katrā šūnā (šūnas princips). Apvienojot šīs šūnas, tās nodrošina radio pārklājumu paplašinātā ģeogrāfiskā reģionā. Tas nodrošina ievērojamu skaitu pārnēsājamu raiduztvērēju (piemēram, mobilotālruņi, planšetdatori un klēpjdatori, kas aprīkoti ar mobilajiem platjoslas modemiem, peidžeriem utt.) sazināties savā starpā un ar fiksētiem raiduztvērējiem un tālruņiem jebkurā tīklā, izmantojot bāzes stacijas, pat ja daži raiduztvērēji pārraides laikā šķērso vairākas šūnas.
Šūnu saziņai ir vairākas noderīgas funkcijas:
- Lielāka kapacitāte nekā vienam lielam raidītājam, jo vienu un to pašu frekvenci var pielietot vairākiem kanāliem, ja tie atrodas dažādās šūnās.
- Mobilās ierīces patērē mazāk enerģijas nekā tad, ja tās ir savienotas ar vienu raidītāju vai satelītu, jo mobilo sakaru torņi atrodas tuvāk.
- Lielāks pārklājums nekā vienam zemes raidītājam, jo papildu mobilo sakaru torņus var pievienot neierobežotu laiku, un to redzamība nav ierobežota.
Cik tas ir uzlabots šodien?
Lielākie telekomunikāciju pakalpojumu sniedzēji ir izvietojuši mobilos tīklus balss un satura pārraidīšanai lielākajā daļā Zemes apdzīvotās teritorijas. Tas ļauj mobilajiem tālruņiem un skaitļošanas ierīcēm izveidot savienojumu ar standarta tālruņu tīklu un publisko internetu.
Mobilo operatoru reģioni var būt dažādi – no valsts teritorijas līdz nelielam objektam. Privātos šūnu tīklus var izmantot pētniecībai vai lielām organizācijām un parkiem, piemēram, zvanu nosūtīšanai vietējām sabiedriskās drošības aģentūrām vai taksometru uzņēmumam.
Kurš mobilo sakaru operators šodien ir līderis? Mūsdienās katrai valstij ir savi pakalpojumu sniedzēji. Krievijā MTS un Megafon ieņem pirmo vietu izplatības ziņā.
Koncepcija
Kas ir mobilā saziņa un kā tā darbojas? Šūnu radiosakaru sistēmā zemes platība, kas tiek nodrošināta ar šo pakalpojumu, ir sadalīta šūnās tādā veidā, kas ir atkarīgs no reljefa un uztveršanas īpašībām. Tam var būt aptuveni sešstūra, kvadrātveida, apaļa vai kāda cita regulāra forma, lai gan sešstūra šūnveida formas ir standarta. Katrai no šīm šūnām ir piešķirta frekvenču kopa (f1 - f6), kas ir attiecīgajām radio bāzes stacijām. Frekvenču grupu var atkārtoti lietot citās šūnās, ja līdzīgas frekvences netiek atkārtoti izmantotas blakus esošajās šūnās, jo tas var izraisīt līdzkanāla traucējumus.
Palielinātā caurlaidspēja mobilajā tīklā, salīdzinot ar viena raidītāja tīklu, bija saistīta ar mobilo sakaru komutācijas sistēmu, ko izstrādājis Amoss Džoels no Bell Labs, kas ļāva vairākiem abonentiem vienā apgabalā izmantot vienu un to pašu frekvenci, pārslēdzot zvanus. Ja ir viens vienkāršs raidītājs, jebkurā frekvencē var izmantot tikai vienu zvanu. Diemžēl neizbēgami ir zināmi traucējumi no citām šūnām, kas izmanto to pašu frekvenci. Tas nozīmē, ka standarta FDMA sistēmā ir jābūt vismaz vienai atstarpei starp šūnām, kas atkārtoti izmanto to pašu frekvenci.
Kā radās šī tehnoloģija?
Pirmo komerciālo 1G mobilo sakaru tīklu Japānā atklāja uzņēmums Nippon Telegraph and Telephone (NTT) 1979. gadā, sākotnēji Tokijas metropoles rajonā. Piecu gadu laikā tas tika paplašināts, aptverot visus Japānas iedzīvotājus, kļūstot par pirmo valsts mēroga 1G tīklu.
Mobilā kodēšana
Lai saprastu, kas ir mobilā komunikācija, jums ir jāsaprot tās standarti. Lai atšķirtu signālus no vairākiem dažādiem raidītājiem, ir izstrādāti šādi daudzpiekļuves veidi:
- laika sadalījuma nodaļa (TDMA);
- frekvences dalījums (FDMA);
- Koda nodaļas nodaļa (CDMA);
- Ortogonālā frekvenču dalīšana (OFDMA).
TDMA pārraides un saņemšanas laika intervāli, ko izmanto dažādi lietotāji katrā šūnā, ir atšķirīgi.
FDMA pārraides un saņemšanas frekvences, ko izmanto dažādi lietotāji katrā šūnā, ir atšķirīgas.
CDMA princips ir sarežģītāks, taču nodrošina to pašu rezultātu: sadalītie raiduztvērēji var atlasīt vienu šūnu un klausīties to.
TDMA dažās sistēmās tiek izmantota kopā ar FDMA vai CDMA, lai nodrošinātu vairākus kanālus vienas šūnas pārklājuma zonā.
Mūsdienu tendence
Kas ir LTE mobilais savienojums planšetdatorā? Nesen sistēmas, kuru pamatā ir ortogonālā frekvenču dalījuma daudzkārtēja piekļuve, piemēram,LTE, frekvences atkārtota izmantošana 1.
Tā kā šādas sistēmas neizplata signālu pa frekvenču joslu, starpšūnu radioresursu pārvaldība ir svarīga, lai koordinētu resursu sadali starp dažādām šūnām un ierobežotu starpšūnu traucējumus. Standartā jau ir definētas dažādas starpšūnu traucējumu koordinācijas (ICIC) metodes.
Koordinēta plānošana, vairāku vietu MIMO vai vairāku vietu staru veidošana ir citi starpšūnu radioresursu pārvaldības piemēri, kas nākotnē var tikt standartizēti.
Apraides ziņas un signālus
Kas ir mobilais tālrunis? Definīcija ir dota iepriekš. Gandrīz katrai šādai sistēmai ir sava veida apraides mehānisms. To var tieši izmantot, lai izplatītu informāciju uz vairākiem mobilajiem tālruņiem. Šim nolūkam tiek izmantoti arī mobilo sakaru pastiprinātāji.
Parasti, piemēram, mobilās telefonijas sistēmās, vissvarīgākā apraides informācijas izmantošana ir kanālu iestatīšana savstarpējai saziņai starp mobilo raiduztvērēju un bāzes staciju. To sauc par šūnu signālu. Parasti tiek izmantotas trīs dažādas signalizācijas procedūras: seriālā, paralēlā un selektīvā.
Sīkāka informācija par peidžeru procesu atšķiras atkarībā no tīkla, taču parasti ir ierobežots šūnu skaits, kurās atrodas tālrunis (šo grupu sauc par pārklājuma zonu GSM vai UMTS sistēmā vai maršrutēšanu zonā, ja ir iesaistīta sesija).datu pakete; LTE šūnas tiek grupētas izsekošanas apgabalā).
Signalēšana notiek, nosūtot apraides ziņojumu uz visām šīm šūnām. Signalizācijas ziņojumus var izmantot informācijas nodošanai. Tas notiek peidžeros, CDMA sistēmās īsziņu sūtīšanai un UMTS sistēmā, kur tas pieļauj mazu lejupsaites aizkavi pakešu savienojumos.
Kustība starp šūnām un datu pārraide
Kas ir mūsdienu mobilo sakaru veids? Šūnu sakaru sistēmā, kad izplatīti mobilie raiduztvērēji nepārtrauktas komunikācijas laikā pārvietojas no šūnas uz šūnu, pārslēgšanās no vienas šūnas frekvences uz otru notiek elektroniski bez pārtraukuma un bez bāzes stacijas operatora vai manuālas pārslēgšanas. To sauc par mobilajiem datiem. Parasti mobilajai ierīcei tiek automātiski atlasīts jauns kanāls jaunajā bāzes stacijā, kas to apkalpos. Pēc tam ierīce automātiski pārslēdzas no pašreizējā kanāla uz jauno, un savienojums turpinās.
Precīza informācija par mobilo sakaru pārvietošanu no vienas bāzes stacijas uz citu ievērojami atšķiras dažādās sistēmās.
GSM tīkla arhitektūra
Visizplatītākais mobilā tīkla piemērs ir mobilais (mobilais) telefonu tīkls. Šis ir pārnēsājams tālrunis, kas saņem vai veic zvanus, izmantojot šūnu vietni (bāzi) vai pārraides torni. Radioviļņus izmanto, lai pārraidītu signālus uz mobilo tālruni vai no tā.
ModerniMobilie tīkli izmanto šūnas, jo radiofrekvences ir ierobežots kopīgs resurss. Mobilo sakaru stacijas un telefoni maina frekvenci datora vadībā un izmanto mazjaudas raidītājus, lai parasti ierobežotu radiofrekvenču skaitu vienlaikus varētu izmantot daudzi abonenti ar mazākiem traucējumiem.
Kā darbojas savienojums
Mobilo sakaru tīklu izmanto mobilo sakaru operators, lai nodrošinātu gan pārklājumu, gan jaudu saviem abonentiem. Lieli ģeogrāfiskie apgabali ir sadalīti mazākās šūnās, lai izvairītos no redzamības signāla zuduma un atbalstītu lielu skaitu aktīvo tālruņu šajā apgabalā. Visas pārklājuma zonas ir savienotas ar telefona centrālēm (vai slēdžiem), kuras savukārt ir savienotas ar publisko telefonu tīklu.
Kas ir mobilais savienojums kā modems? Faktiski šis ir līdzīgs savienojums, kas pārraida informācijas paketes, izmantojot internetu.
Pilsētās katras šūnu vietas diapazons var būt līdz aptuveni 0,80 km, savukārt lauku apvidos šis diapazons var būt līdz 8 km. Iespējams, ka atklātās vietās lietotājs var saņemt signālus no mobilā tīkla līdz 40 km attālumā.
Tā kā gandrīz visi mobilie tālruņi izmanto GSM, CDMA un AMPS mobilos sakarus, termins "mobilais tālrunis" tiek lietots aizvietojot ar terminu "mobilais". Taču ir vērts apsvērt dažas atšķirības starp šīm ierīcēm.
Kas ir mobilā saziņauz iPhone? Šī ir iespēja izveidot savienojumu ar tīklu, izmantojot divus standartus vienlaikus - GSM un CDMA. Tomēr satelīttālruņi ir mobilās ierīces, kas nesazinās tieši ar zemes šūnu torni, bet var to darīt netieši, izmantojot satelītu.
Kādus saziņas formātus var izmantot?
Ir vairākas dažādas digitālās mobilās tehnoloģijas, tostarp:
- Globālā mobilo sakaru sistēma (GSM).
- General Packet Radio Service (GPRS).
- CDMAOne.
- CDMA2000 optimizēti dati (EV-DO).
- Uzlabots datu pārraides ātrums GSM (EDGE).
- Universālā mobilo telekomunikāciju sistēma (UMTS).
- Digital Enhanced Wireless Communications (DECT).
- Digitālais AMPS (IS-136/TDMA).
- Integrēts digitālais uzlabotais tīkls (iDEN).
Pāreja no esošā analogā uz digitālo standartu Eiropā un ASV bija ļoti atšķirīga. Tā rezultātā ASV ir parādījušies daudzi digitālie standarti, un Eiropa un daudzas valstis ir pietuvojušās GSM. Tas izskaidro iPhone darba īpatnības tīklā.
Mobilā tīkla struktūra
Vienkāršs mobilā tīkla attēlojums radiosakaru izteiksmē sastāv no tādiem elementiem kā:
- Radio bāzes staciju tīkls, kas veido bāzes staciju apakšsistēmu.
- Galvenais ķēdes komutācijas tīkls, kas pastāv balss un teksta zvanu apstrādei.
- Pakešu komutācijas tīkls, kas paredzēts mobilo datu apstrādei.
- Publiskais komutācijas telefonu tīkls abonentu savienošanai ar plašāku telefonu tīklu.
Šis tīkls ir GSM sistēmas mugurkauls. Tas veic daudzas funkcijas, lai nodrošinātu, ka klienti saņem vēlamo pakalpojumu, tostarp mobilitātes pārvaldību, reģistrāciju, zvanu iestatīšanu un pārsūtīšanu.
Katrs tālrunis savienojas ar tīklu, izmantojot RBS (radio bāzes staciju) attiecīgās šūnas sektorā, kas savukārt savienojas ar mobilo sakaru komutācijas centru (MSC). MSC savienojas ar publisko komutācijas telefonu tīklu (PSTN). Saite no tālruņa uz RBS ir definēta kā augšupsaite, un atgriešanās ceļš ir definēts kā lejupsaite.
Kā tiek pārsūtīti dati?
Radiokanāli efektīvi izmanto pārraides vidi, izmantojot šādas daudzpiekļuves un multipleksēšanas shēmas:
- frekvences dalījums (FDMA);
- laika sadalījuma nodaļa (TDMA);
- Koda nodaļas nodaļa (CDMA);
- Space Divisional (SDMA).
Mazas šūnas, kurām ir mazāks pārklājuma laukums nekā bāzes stacijām, tiek klasificētas šādi:
- Microcell - mazāk nekā 2 kilometri.
- Picocell - mazāk nekā 200 metri.
- Femtocell - apmēram 10 metri.
Kas ir mobilā saziņa bērniem? Ar šo terminu parasti saprot īpašus "bērnu" tarifus ar īpašām pakalpojumu pakām.
Mobilā pārraide tīklosmobilie sakari
Kad tālruņa lietotājs sarunas laikā pāriet no vienas šūnas zonas uz otru, mobilā stacija meklēs jaunu kanālu, lai izveidotu savienojumu, lai nepārtrauktu sarunu. Kad tas ir atrasts, tīkls norāda mobilajai ierīcei pārslēgties uz jauno kanālu un vienlaikus pārslēgt zvanu uz to.
Izmantojot CDMA formātu, vairāki tālruņi koplieto noteiktu radio kanālu. Signāli tiek atdalīti, izmantojot katrai ierīcei raksturīgu pseidotrokšņu kodu (PN kodu). Kad lietotājs pāriet no vienas šūnas uz otru, tālrunis izveido radiosavienojumu ar vairākām vietām (vai vienas un tās pašas atrašanās vietas sektoriem) vienlaikus. To sauc par "mīksto pārsūtīšanu", jo atšķirībā no tradicionālajām mobilo sakaru tehnoloģijām nav viena noteikta punkta, kurā tālrunis pārslēdzas uz jaunu šūnu. Tāpēc, piemērojot šo standartu, tiek izmantoti mobilo sakaru un interneta pastiprinātāji.
IS-95 starpfrekvenču pārslēgšanā un vecākām analogajām sistēmām, piemēram, NMT, komunikācijas laikā parasti nav iespējams tieši pārbaudīt mērķa kanālu. Šajā gadījumā ir jāizmanto citas metodes, piemēram, IS-95 kontroles bākas. Tas nozīmē, ka, meklējot jaunu kanālu, gandrīz vienmēr ir īss saziņas pārtraukums ar risku negaidīti atgriezties pie vecā.
Ja nav pastāvīga savienojuma vai tas var tikt pārtraukts, mobilā ierīce var spontāni pārvietoties no vienas šūnas uz otru un pēc tam informēt bāzes staciju ar spēcīgāko signālu.
Izvēlemobilo sakaru frekvences mobilajos tīklos
Frekvences ietekme uz šūnu pārklājumu nozīmē, ka dažādas frekvences ir labāk piemērotas dažādiem mērķiem. Zemas frekvences, piemēram, 450 MHz NMT, ļoti labi kalpo lauku pārklājumam. GSM 900 (900 MHz) ir piemērots risinājums nelielam pilsētas pārklājumam.
GSM 1800 (1,8 GHz) sāk ierobežot tikai konstrukciju sienās. UMTS ar 2,1 GHz pārklājumu ir ļoti līdzīgs GSM 1800 pārklājumam. Atkarībā no reģiona īpatnībām mobilo sakaru operatori nosaka dažādas pārklājuma zonas un frekvences.
Augstākās frekvences ir trūkums attiecībā uz pārklājumu, bet izšķiroša priekšrocība, runājot par joslas platumu. Kļūst iespējamas mazas šūnas, kas aptver, piemēram, vienu ēkas stāvu, un to pašu frekvenci var izmantot šūnām, kas praktiski atrodas kaimiņos.
Pārklājuma un apkalpošanas apgabali
Šūnas apkalpošanas apgabals var mainīties arī pārraides sistēmu traucējumu dēļ gan tajā, gan ap to. Tas jo īpaši attiecas uz sistēmām, kuru pamatā ir CDMA. Uztvērējam ir nepieciešama noteikta signāla un trokšņa attiecība, un raidītājs nedrīkst pārraidīt ar pārāk lielu jaudu, lai netraucētu citiem raidītājiem.
Palielinoties traucējumiem (trokšņiem), jo palielinās raidītāja saņemtā jauda, signāls tiek bojāts un galu galā kļūst nelietojams. Sistēmās, kuru pamatā ir CDMA, ir ļoti jūtama citu tajā pašā šūnā esošo mobilo raidītāju radīto traucējumu ietekme uz pārklājuma zonu.
Pārklājuma piemērimobilo sakaru pārklājumu var redzēt, pārbaudot dažas pārklājuma kartes, ko savās vietnēs nodrošina reāli pakalpojumu sniedzēji, vai aplūkojot neatkarīgas pūļa kartes, piemēram, OpenSignal. Tie parāda, kurš mobilo sakaru operators darbojas noteiktā teritorijā. Dažos gadījumos tie var atzīmēt raidītāja atrašanās vietu, citos to var aprēķināt, nosakot vislielākā pārklājuma punktu.
Šūnu atkārtotājs tiek izmantots, lai paplašinātu šūnas pārklājuma zonu lielā apgabalā. To diapazons ir no platjoslas retranslatoriem izmantošanai dzīvojamās telpās un birojos līdz viedajiem vai digitālajiem atkārtotājiem rūpnieciskai lietošanai.
Katram mobilo sakaru pakalpojumu sniedzējam ir savs numuru diapazons, kas parasti atšķiras pēc koda. To var izmantot, lai noteiktu, kurš reģions un mobilo sakaru operators ir zvanītājam.
