Мобильный интернет — устройства, технологии, тонкости.

Связь мобильных, или, как их еще называют, сотовых, телефонов осуществляется не при помощи проводов, как в обычной телефонной системе, а посредством радиоволн. Чтобы позвонить по мобильному телефону, необходимо как обычно набрать номер. Тем самым радиопослание поступает на базовую станцию, управляемую сотовой телефонной компанией.

На станции, которая обслуживает все звонки в пределах данного радиуса или зоны, контроллерное устройство определяет звонок в свободный радиоканал. Кроме того, оно направляет сигнал в автоматическую телефонную станцию сотовой связи. Считывая специальные коды, передаваемые телефоном,

АТС следит за передвижением автомашины по зоне первой станции. Если во время звонка машина минует зону и оказывается в следующей, звонок автоматически переводится на базовую станцию, действующую в той зоне. При звонке по мобильному телефону звонящий подключается к автоматической телефонной станции для сотовой связи, которая определяет местонахождение мобильного телефона, запрашивает свободный радиоканал у контроллерного устройства цепи и осуществляет связь - через базовую станцию - с нужным номером. Затем мобильный телефон звонит. Когда водитель поднимает трубку, цепь замыкается.

Работа базовой станции

Каждая базовая станция принимает сигналы, испускаемые в радиусе от трех до шести миль. Чтобы избежать шумов, базовые станции с совпадающими границами должны работать на различных частотных каналах. Но даже в пределах одного города достаточно удаленные друг от друга станции могут без труда работать на одном канале.

Местная телефонная система, которая обслуживает и дома и офисы, основана на проводах, тянущихся под и над землей и подсоединенных к автоматической станции.

Местонахождение и канал

Автоматическая телефонная станция определяет местоположение движущегося транспортного средства, в то время как контроллер цепи направляет звонок в коммуникационный канал.

Область звонка

Когда автомобиль выезжает за пределы зоны самой удаленной базовой станции, водитель больше не может пользоваться сотовой связью. Если звонок сделан на пути к границе зоны, сигнал становится все слабее и слабее и в конце концов совсем исчезает.

На пути от станции к станции

На всем протяжении мобильного звонка автоматическая телефонная станция для сотовой связи фиксирует местонахождение движущегося автомобиля по силе исходящих от него радиосигналов. Когда сигнал становится слишком слабым, автоматическая телефонная станция предупреждает базовую станцию, которая, в свою очередь, передает звонок для обслуживания соседней станции.

Как-то раз друг, работающий инженером у одного сотового оператора, предложил устроить экскурсию по высоткам Белгорода и рассказать о том, как работает сотовая связь. Я, само собой, отказаться от такого не мог, и этот обзор стал самым интересным, что мне приходилось видеть за последнее время, не говоря уже о том, что с этих крыш открываются невероятно красивые виды родного города. Прежде чем начать это рассказ, хочу искренне поблагодарить Кирилла и за организацию этой экскурсии, и за техническую консультацию в процессе написания этой статьи.

Первой крыша стала высотка на улице Костюкова рядом с жилым комплексом «Владимирский». Этот 18-этажный дом стоит на холме, таким образом являясь одной из самых высоких точек города.

В любом городе крыши высотных зданий всегда облюбованы операторами сотовой связи - здесь установлено множество антенн.

Эти антенны бывают двух типов. Панельные прямоугольные, похожие по форме на пастилу - антенны сотовой связи, или «сектора». Через них ваш сотовый телефон или модем связывается с управляющим блоком - базовой станцией. Обычно несколько подключённых к одной базовой станции секторных антенн установлены под разными углами, чтобы обеспечить связью абонентов со всех сторон. Для оптимального покрытия (как технически, так и экономически), базовые станции расставляют таким образом, что схема их расположения напоминает пчелиные соты - отсюда и термин «сотовая связь». В реальности, конечно, идеальные соты получаются редко, так как на их расположение влияет множество других факторов, как то рельеф, возможность установки БС и количество абонентов. Секторные антенны устанавливаются также и непосредственно в зданиях, для обеспечения сигнала внутри них. В частности, indoor-сектора установлены внутри различных белгородских ТРЦ (Сити-Молле, Мега-Гринне, Рио и др.), в противном случае ваши мобильники не ловили бы там сеть.

Круглая антенна - радиорелейная (РРЛ). При помощи таких антенн осуществляется связь между базовыми станциями, если никакой другой связи между ними нет. Такое соединение называется радиорелейным пролётом. При установке 2 антенн очень важно, чтобы они были чётко направлены друг на друга (этот процесс называется юстировкой), потому что при малейшем отклонении сигнал становится хуже, уменьшая пропускную способность. Антенны могут быть разного диаметра (от 30 см до двух с половиной метров) и работать в разных частотных диапазонах (в зависимости от длины пролёта, типа местности и требований оператора).

Базовой станцией называется помещение, в котором располагается оборудования. Это может быть контейнер, выгородка в здании, изредка - термошкаф. В контейнер подаётся внешнее 3-фазное электроснабжение на 380 вольт. Электричество попадает на вводной щит, от которого запитываются потребители переменного тока (кондиционеры и охранно-пожарная сигнализация). От вводного щита запитан ИБП (источник бесперебойного питания), преобразующий переменный ток в постоянный на 48 вольт, от которого работает большая часть оборудования базовой станции. На фото - стойки оборудования и ИБП базовой станции GSM.

Стойка GSM-овской базовой станции внутри.

Источник бесперебойного питания. У базовой станции и оборудования транспортной сети (внутренних блоков антенн РРЛ, мультиплексоров и прочего) должны быть разные источники питания, так как при отключении питания оборудование транспортной сети должно «продержаться» дольше.

Базовая станция является низшей ступенью в сетевой иерархии. Несколько десятков территориально связанных станций через кабель подключаются к BSC (Base Station Controller, контроллер базовых станций), осуществляющий контроль за их работоспособностью и многими процессами, такими как хэндовер (переключение абонента с одной станции на другую без разрыва соединения), обновление местоположения и сигнализирование, а также параметрами работы. Шкаф контроллера.

Оборудование контроллера.

Оптический магистральный мультиплексор (устройство, комбинирующее несколько различных потоков данных для передачи по одной линии связи).

BSC это серьёзный транспортный узел с кучей радиорелейного, оптического оборудования, критичный к качеству электропитания, из-за чего на случай перебоя с питанием оборудуется серьёзными аккумуляторами (на фото) или ДГУ (дизельным генератором).

Ядром сети в отдельно взятом городе или регионе, с которым соединены контроллеры базовых станций, является MSC (Mobile Switching Centre, центр мобильной коммутации) - автоматическая телефонная станция или коммутатор. Именно MSC определяет, куда направлять звонки, а также обрабатывает звонки из внешних сетей (городской, других операторов) и посылает информацию о длительности разговоров и заказанных услугах в биллинговый центр. Многоуровневая структура сети необходима для более равномерной нагрузки - ведь если бы MSC, например, должен был осуществлять функцию хэндовера и другие функции контроллера базовых станций, нагрузка на него выросла бы в разы. Для проложенных между регионами опорных сетей используются оптоволоконные кабели, позволяющие моментально передавать огромные потоки данных.

Привычное вам слово «симка» происходит от английского сокращения SIM (Subscriber Identity Module, модуль идентификации подписчика). Каждая карта имеет IMSI (International Subscriber Identification Number, международный опознавательный номер абонента, тот самый длинный номер, который написан на ней мелкими цифрами). Когда вы включаете телефон, он передаёт этот номер на БС, откуда он затем идёт на BSC и далее на MSC. MSC запрашивает операторскую базу данных (HLR) о наличии такого абонента, и о том, можно ли ему предоставлять услуги связи (заплатил ли он, подключены ли они), а затем прописывает его в VLR - временной базе данных абонентов, находящихся в зоне действия данного MSC (это включает как и абонентов данной сети, так и роумеров - абонентов других сетей, в данный момент подключённых к ней).

GSM (изначально происходит от Groupe Spécial Mobile) - разработанный в Европе стандарт мобильной связи, фактически ставший мировым (хотя существуют и другие стандарты, например популярный в Америке CDMA). Этот стандарт был ориентирован в первую очередь на голосовую передачу данных. Сети третьего поколения (UMTS), которые иногда для показания преемственности называют 3GSM и в которых используется протокол HSDPA, значительно увеличивающий скорость передачи, уже более заточены именно под данные, хотя при отсутствии GSM-сети через 3G всё же можно сделать звонок. Что же касается LTE, сети 4 поколения, то она полностью оптимизирована для высокоскоростной передачи данных (хотя в российских реалиях многое зависит от развития у операторов т.н. «транспортной сети» - совокупности ресурсов и возможностей по передаче больших объемов информации и распределения этих объемов по базовым станциям).

На фото ниже - базовая станция LTE. В случае отключения электричества аккумуляторов хватит ещё на 5 часов работы.

Большой преградой для развития скоростного мобильного интернета в России является дефицит радиочастот. Нельзя просто установить оборудование и начать обслуживание, нужно сначала получить разрешение на использование частоты. Однако, частоты, необходимые для развёртывания таких сетей, часто бывают зарезервированы Министерством обороны в соответствии со стандартами 60-70 годов прошлого века, когда оборудованию нужны были широкие диапазоны. Выделение («конверсия») таких частот для гражданского использования - процедура дорогая и сложная как технически, так и бюрократически. Помимо того, вплоть до декабря 2013 года в России по закону частоты выделялись только под конкретные технологии, и если компания получала частоту, на которой ей разрешалось предоставлять услуги GSM-связи, она не имела права использовать эту же частоту для LTE. Из-за этого, например, Теле2, не получившая в своё время отдельной частоты для 3G и 4G, долгое время не могла начать предоставлять услуги скоростного мобильного интернета.

Отвлечёмся немного от технической стороны, и посмотрим по сторонам. С этого дома город видно как на ладони. Посмотрим в самый центр. В середине - здание городской администрации. Из-за него выглядывает Преображенский собор. Видны диорама «Огненная дуга» и художественный музей, парк имени Ленина.

Памятник князю Владимиру отсюда кажется совсем крошечным.

Корпуса БелГУ.

Вокзал и городской пляж.

«Технолог», вдали видны районы Старый Город и Крейда.

Внутренний двор ЖК «Владимирский».

Надо зафигачить лук

И конечно, панорамы. Белгород, какая красота!

С большим приближением (к сожалению погода была не идеальной, хоть и светило солнце, воздух был затянут дымкой, несмотря на задранный контраст, видно не очень хорошо.

Если смотреть с этой же крыши в южную сторону. Южная половина города в народе называется «Харьковской горой».

Следующим объектом, который мы посетили, стала 70-метровая сотовая вышка недалеко от БГТУ.

На вышке располагаются антенны, а в металлических будках - оборудование базовых станций. Сама вышка окружена забором из колючей проволоки, чтобы туда не лазили.

Чтобы залезть на вышку, нужно быть в хорошей физической форме. Я, хоть и хожу всё время в спортзал, под конец начал уставать. А Кирилл, который сам здоровенный качок, предложил представить, каково лезть на неё, ещё и таща на себе тяжёлое оборудование.

Но вообще сам процесс залезания изрядно доставил. Это здорово. Никакой страховки нет - держитесь крепче.

Неиспользуемая советская радиорелейная антенна, установленная ещё в 1970-е годы, которую слишком сложно демонтировать из-за её веса и габаритов, поэтому она продолжает здесь висеть. Эта конкретная вышка довольно старая и была построена ещё в те времена, однако, большинство вышек, которые нам встречаются, появились уже во время бурного развития в России сотовой связи.

Монтаж таких вышек обычно осуществляется при помощи вертолёта. На место на длинномерных тягачах привозятся собранные части конструкции весом 2-3 тонны каждая, после чего машина их подымает , а монтажники закрепляют. Красно-белая раскраска, увеличивающая видимость конструкции для летательных аппаратов, является требованием, прописанным в Руководстве по эксплуатации гражданских аэродромов РФ. Такая раскраска наносится на все высотные конструкции, мачты и заводские трубы.

Наверху вышки, как и на высотках, установлены красные огни светового ограждения, нужные для тех же целей, что и раскраска, но в тёмное время суток.

Как правило, на одной вышке находится оборудование сразу нескольких компаний. Сама вышка, при этом, может принадлежать лишь одному оператору (а другие платят аренду), либо нескольким, либо вообще принадлежать какой-то другой организации, которая не занимается услугами связи, а лишь сдаёт объект в аренду. С недавнего времени в России стало появляться также и совместное использование базовых станций.

Вышка немного качается на ветру - так и должно быть.

Всё сильнее хочется стать бейсером.

Строящийся микрорайон Новый-2 и гаражи, сверху напоминающие трущобы какого-нибудь латиноамериканского города. Отдельный гаражный кооператив рядом с жилым массивом - это такое чисто советское изобретение, на западе вызывающее недоумение.

Улица Губкина, Харгора.

Чуть поодаль в середине видны корпуса БГТУ. Справа вдали городской пляж. Вверху слева - высотка, на которой мы только что были.

Общий вид с крыши здания. В самой левой части - начало района Болховец и западная промзона (жёлтое пятно на горизонте - карьер цементного завода). Район Левобережье, центр Хоркиной (синее здание), БелГУ, парк Победы, застроенный коттеджами район Супруновка, железная дорога, район «Салют», две городские телебашни, улица (правильнее было бы назвать её проспектом) Щорса, ТЦ «Сфера», Первомайский район.

Парк Победы и центральная часть города, Супруновка.

Улица Щорса.

Две городские телебашни - старая (слева) и новая. Ночью они красиво подсвечиваются. На них попасть очень и очень сложно (если вы только не Вадим Махоров).

Улицы Плеханова и Горовца.

Западная промзона (цементный завод, Энергомаш, Белаци).

Один из недостатков Белгорода заключается в том, что здесь практически полностью отсутствуют исторические достопримечательности, что делает его малоинтересным для туристов. Дореволюционные здания точечно встречаются в центре, но они со всех сторон окружены современными. Здесь нет ни одной старинной улицы, какие есть в городах вроде Тулы , Ярославля или Владимира, разве что пара улиц со сталинской архитектурой. Сейчас весь центр застраивается стеклобетонными высотками, а прочие районы полностью состоят из таких вот многоэтажек. Панельные дома на переднем плане характерны для 80-х годов, те что дальше - типичная современная архитектура белгородских спальных районов.

Устройство керамической облицовки зданий. Помимо новых домов, её часто применяют для реставрации построек эпохи Хрущёва и Брежнева - квадратные здания, которые уже через два года после побелки начинают выглядеть облезло, будучи облицованными, выглядят вполне себе современно и эстетично.

Вентиляция.

В заключение мы поднялись на крышу бывшего завода «Электроконтакт». В советское время завод производил различное электрооборудование, но в девяностых годах закрылся из-за нерентабельности. Сейчас в его зданиях располагаются офисы и магазины, цеха используются как склады или пустуют.

На крыше одного из зданий установлены радиомачты.

Уютная такая крыша.

Рядом находится одна из городских достопримечательностей, деревянный храм святых мучениц Веры, Надежды, Любови и матери их Софии. В 2009 году эпически сгорел , но с того времени был отстроен заново.

Крыши цехов напоминают улицы заброшенного посёлка. Интересно, как можно туда попасть?

Улица Горького и кольцо Щорса-Королёва-Горького.

Не побоюсь сказать, что в познавательном плане эта была самая интересная экскурсия с момента посещения Зоны отчуждения 6 лет назад. Больше всего на свете я обожаю индустриальные инсайдерские экскурсии, когда можно посмотреть на то, что находится рядом с нами, тесно связано с нашей жизнью, но при этом малоизвестно и закрыто человеку с улицы.

Побывал в Дубовом (пригород Белгорода на юге от Харгоры). Привет, Настя:-)

Такой тихий и приятный спальный райончик. Большую часть его занимают коттеджи.

В этом году тут наконец-то заработал горнолыжный комплекс, который строился очень долго (правда, судя по отзывам, заработал скорее условно).

Если вечером прийти на пешеходный мост над разделяющим северную и южную части города частным сектором, можно встретить Повелительницу коз. Можно ли её вносить в список городских сумасшедших?

Прогулочные лодки на Везёлке.

Почему современные выпускники все такие габаритные? Я в 17 лет весил 55 килограммов, а тут посмотришь - прямо дяди и тёти какие-то. Наверное, виноваты голодные девяностые, в которые мы росли:-)

Обычно вид заходящего за белгородский университет солнца ассоциируется с J:Морсовской песней «Паветра», но в этот момент было странно осознавать, что лето ещё даже не началось, хотя накрепко привязавшаяся к прошлому апрелю «Весна» «Воплів Відоплясова» сюда тоже уже как-то не подходила... Было бы интересно понять, откуда у меня такое желание привязывать ко всему саундтреки.

З тобою літаю я там, де літо, там, де літо,
Там, де душа моя, ллється через край.
З тобою літаю я там, де літо, там, де літо,
Там, де душа моя понесе мене за небокрай.

З нами літо бавилось і сміялось,
З нами літо ділилось своїм теплом,
А під вечір так непомітно вкривалось
Синє небо золотом і вином ©

Если все время сидеть в интернете, то складывается ложное впечатление, что кругом все всем должны. Даже, если не углубляться в политику, где вообще все как один эксперты и знают что нужно делать, но, как говорил герой одного анекдота, делать самому что-то некогда, потому что нужно «таксовать», то нас окружают толпы недовольных людей. Мобильной связью вообще недовольны все, как один. У меня нет готового рецепта как это недовольство исправить, но есть хорошая новость: если вы понимаете как эта чертова мобильная связь работает, то вы гораздо меньше нервничаете. Вот вы, например, когда-нибудь разговаривали о качестве связи с теми, кто ею занимается? Я так точно не раз разговаривал. И ни разу не встречал недовольного специалиста (хотя проблемы со связью, безусловно, бывают и у них). Они не суетятся, не нервничают, потому что почти всегда четко себе представляют что (и почему) происходит. И при каких условиях ситуация может измениться. Овладеть этим «кунг-фу» на самом деле несложно, и начать нужно с того, чтобы разобраться как работает мобильная связь и какие процессы в ней происходят, когда мы снимаем трубку, делаем вызов или используем телефон для интернета.

Радиосигнал

И начать нужно с банального: мобильная связь на самом деле (вот новость-то, да?) использует радиосигнал, который по определению не может быть таким же надежным соединением, как толстый медный кабель надежно спрятанный от любых воздействий (ну, кроме ковша экскаватора, конечно же) извне. Радиосигнал подвержен куче всяких других вещей в этом несправедливом мире. Хотя бы потому, что нас постоянно окружает множество невидимых глазу передач, проходящих на самых разных частотах. Конечно, все мы знаем из школьного курса физики, что сигнал радиоволны может быть на разных частотах (и разной мощности, добавлю, но для нашего понимания ситуации это уже чересчур сложно, не будем так углубляться). И когда мы говорим о том, что наши телефоны работают на частотах 900, 1800 и 1900 МГц, на самом деле это диапазоны частот. А конкретная базовая станция и ваш телефон могут работать на других, близких к ним: 1799 или 1801 ГГц. Именно такое разделение частот и позволяет в современном городе пользоваться мобильной связью тысячам людей одновременно, а не ждать пока свободная частота освободится. Что еще больше усложняет ситуации, если задуматься, что операторов мобильной связи у нас больше, чем один. И все они работают тоже одновременно.

Также из курса физики мы помним (ведь помним же, да?), что при прохождении препятствия сигнал ослабевает. Вспомните как обстоит дело с Bluetooth-сигналом, если вы выйдете в соседнюю комнату. А ведь расстояние менее заявленных стандартом 10 метров. Так что ж - вам врут? Нет, на пути стоит препятствие, а если стена еще и несущая, то внутри нее не гипсокартон, а железная арматура, что однозначно лишь ухудшает сигнал и уж никак не улучшает его. Аналогичная ситуация и с Wi-Fi, и с мобильной связью. Потому что в обоих случаях используется радиосигнал. Поэтому каждый раз, когда вы заходите в лифт или спускаетесь в подвал (например, в кафе), то связь может внезапно ухудшаться. И это нормально, потому что полностью соответствует законам физики, даже если вы о них ничего не знаете.

Базовые станции

Поставили как-то в одном селе базовую станцию.
Через некоторое время оператору, установившему базовую станцию,
стали приходить жалобы от местных жителей
на ухудшееся самочувствие.
«Это еще что», - ответили представители оператора, -
«вот посмотрите что начнется, когда мы ее включим»
Популярный в среде операторов анекдот

Некоторые (не все, конечно) догадываются о том, что для мобильной связи нужны еще и базовые станции. Это довольно сложные (и дорогие) комплексные конструкции, включающие в себя различный набор коммуникационного (и не только его) оборудования. В минимальной конфигурации базовой станции нужно питание, подключение к другим таким же базовым станциям и/или маршрутизаторам сети, способным правильно направить данные и мгновенно связать между собой двух абонентов. Связь эта может быть по опто-волоконному кабелю (и тогда вы его даже не увидите) или по радиоканалу. И тогда вы увидите такие большие круглые антенны радиорелейной связи, работающие по направленному лучу и связывающие базовую станцию с другой (конкретной) такой же станцией. В городе такие базовые станции могут размещаться на крышах административных (премущественно, так проще получить разрешение на их установку) зданиях. Почему на крышах? Потому что чем выше - тем больше открытого пространства и меньше препятствий для радиосигнала. За городом (или там, где нет высоких зданий) для базовой станции устанавливается отдельная мачта, с виду напоминающая мачты электропередач. Сама базовая станция - это еще и ящик с умной электроникой, обслуживающей все это хозяйство, а также кондиционер, охлаждающий ее работу (особенно нужен, как мы все понимаем, летом). По идее, у каждой базовой станции должен еще быть дизель-генератор с автономным питанием, включающийся автоматически при отключении электричества. Иначе при любых авариях энергосети мобильная связь тут же будет отключена, а так она какое-то время еще способна проработать (в идеале - до приезда ремонтной бригады или ликвидации аварии энергосети). Заценили? И это мы еще не перешли к передатчикам, непосредственно связывающим базовую станцию с мобильными телефонами. Вы их видите чаще всего - это вертикально установленные панели, обычно их три - по сектору в 120 градусов на каждый.

Чтобы все это работало как часы и разные игроки рынка не мешали друг другу существует государственное регулирование. Оно касается мощности используемого оборудования, безопасности мобильных телефонов (именно поэтому все легально продаваемые телефоны проходят обязательную сертификацию, что, пусть и немного, но увеличивает их стоимость). Кстати, именно поэтому купленные за границей телефоны могут работать не так хорошо, как хотелось бы - они разработаны для других условий и соответствуют другим требованиям. Особенно это касется дешевых моделей (с брендовыми телефонами таких сюрпризов, как правило, не происходит, потому что их выпускают компании, тщательно следящими за соответствиями своих устройств нормам тех стран, где они официально продаются). О том зачем государство это делает, каким образом и какую пользу это приносит обществу, вы можете почитать в отдельной статье на эту тему.

Но мы помним, что радиосвязь и ее качество все-таки зависит от многих факторов, которые являются непостоянными. Скорость передачи данных в конкретном месте в конкретно взятом промежутке времени может существенно измениться, если поменяются исходные данные. Поэтому, потребительские тестирования - субъективны, однако именно они могут дать информацию потребителю в определенной географической точке о качестве предоставляемой услуги. По-настоящему оценить качество сети можно только при помощи специального оборудования и целой команды специалистов (причем в каждом городе - отдельной).

Помимо естественных причин (нагрузки на сеть, например) есть еще и другая проблема: в городах, где мы живем, постоянно строятся новые объекты, которые способны кардинально менять картину покрытия сети и наличия сигнала в конкретном районе. Поэтому процесс радиопланирования сети - процесс непрерывный. Он никогда не прекращается, и внедрение 3G, которое мы наблюдаем сейчас, - всего лишь один эпизод в длинной цепочке постоянной работы, которая велась, ведется и будет проходить в будущем. Всегда.

Помимо довольно медленных изменений (строительство высотки, согласитесь, занимает месяцы, а то и годы), есть еще стихийные всплески потребления мобильной связи, способные создать пиковые нагрузки, многократно превосходящие емкость сети в текущем месте. Самый простой пример - выставки, когда в одном здании или павильоне собираются тысячи людей, у каждого из которых в кармане есть мобильный телефон. Вы, наверняка, сталкивались с ситуацией, когда на выставке (или стадионе) плохо работала мобильная связь. Аналогичные всплески, например, происходят накануне Нового года, к которому все операторы тщательно готовятся. Потому что для них это не только определенный вызов и удовлетворенность потребителей, но и (к чему скрывать) дополнительный заработок.

Если о мероприятии известно заранее, для увеличения емкости сети используются так называемые мобильные базовые станции. Они представляют собой автомобиль, внутри которого находится куча дорогостоящей электроники, подключающейся к сети оператора и увеличивающей емкость сети в конкретно взятом месте. Для развертывания такой мобильной базовой станции необходимо от 3-4 часов до суток (в зависимости от сложности условий - напомню, что у каждого оператора они свои, и определяются наличием ближайщих базовых станций, расстоянием до них, прямой видимостью и так далее). Например, по словам Юрия Григорьева, начальника департамента эксплуатации мобильной сети Центрального региона lifecell, во время проведения чемпионата по футболу Евро-2012 на Крещатике, в фан-зоне работало сразу три мобильных базовых станции в разных частях улицы (весь Крещатик представлял собой тогда фан-зону с огромными установленными экранами для зрителей). Аналогичные действия проводятся с сезонными мероприятиями, например, днями городов. Свои коррективы вносят и периоды отпусков с курортными местами - морскими летом и горнолыжными зимой. Все эти действия проводятся незаметно для большинства абонентов мобильной связи, которые даже не подозревают о технических сложностях (да, между нами говоря, и не должны подозревать). Но они проводятся всеми операторами вне зависимости от того какого вы мнения об их работе.

Отдельного разговора стоит оборудование, используемое для улучшения связи внутри помещений. Чтобы не усложнять рассказ перечислением разных репитеров и фемтосот, просто скажу, что внутри помещения (это может быть кафе в подвале или огромный торговый центр) устанавливается оборудование, повышающее тем или иным способом емкость сети и передающее весь трафик (голосовой и данные) дальше в сеть оператора. В метро для этого используют специальный излучающий радиосигнал кабель, поэтому мы можем иметь (или не иметь) мобильную связь даже в тоннелях метро, хотя они и находятся на недостижимой для обычных радиоволн глубине.

Опорная сеть

На первый взгляд, вопрос кажется странным, но мы никогда не задумываемся о том куда сигнал с мобильного телефона уходит дальше. Нет, понятно, что он уходит в сеть мобильного оператора, но что такое «сеть»? На самом деле значительная часть сети мобильного оператора находится в... кабеле. Базовые станции, связанные между собой только по радио не способны передавать весь тот объем голосовой связи и тем более данных по радиосигналу. Тем более, что большинство пользователей мобильной связи сосредоточены в отдельных городах, не связанных между собой радиосвязью. И сигнал между ними проходит через магистральные опто-волоконные кабели, составляющие основу отрасли телекоммуникаций. Существует понятие «опорной сети» или back bone, которую еще могут называть трансмиссией в силу ее функций - передачи огромного потока данных между ключевыми сегментами сети оператора. Каждый город, в свою очередь, может иметь свое «кольцо», соединяющее в себе потоки данных от конкретных базовых станций или опорных пунктов, аккумулирующих трафик с нескольких базовых станций. Для управления всей сетью необходимы огромные узловые коммутаторы, обслуживающие целые регионы. Это огромные дата-центры, управляющие всем трафиков и занимающих отдельное здание. Они, как и любые другие дата-центры, имеют несколько независимых каналов подключения, собственные системы энергопотребления. В менее купных городах существуют еще «выносные» коммутаторы, меньшие по размерам, предназначенные для обслуживания своего региона.

Теперь вы понимаете, что мобильная сеть оператора представляет собой очень сложную систему. И на каждом ее этапе, в каждом звене цепочки - от мобильного телефона пользователя до базовой станции, коммутатора и опорной сети может возникнуть проблема с качеством связи. Подробнее мы рассказывали об этих проблемах в отдельной статье , поэтому вкратце напомню, что качество связи зависит от трех факторов: покрытия, емкости и качества самой сети. Грубо говоря, покрытие - это то, куда «добивает» сигнал базовой станции, емкость - способность сети принимать большее количество звонков и/или передавать больший объем данных (кстати, это главная выгода от внедрения сетей 4G, позволяющая нарастить емкость и использовать большее количество частот - это своя отдельная проблема , связанная в том числе с перераспределением частот и технологической нейтральности).

Биллинг

Говоря о мобильной связи, о том как она работает и откуда могут возникнуть проблемы у пользователей, нельзя не затронуть вопрос биллинга. Технически это программное обеспечение определяющее тариф абонента, учитывающий все, включенные в него затраты пользователя, и рассчитывающее его баланс на счету. Оно интегрированно в сеть оператора и при совершеннии какого-либо действия со стороны абонента (вызов, SMS, доступ в интернет) сначала проверяет может ли пользователь совершить это действие, затем либо разрешает системе предоставить абоненту запрашиваемую услугу, либо выдает ему сообщение почему это действие выполнить нельзя (например, не хватает средств на счету). Все эти многочисленные операции происходят мгновенно и незаметно для пользователя, но для общего понимания того как работает мобильная связь, знать об этом стоит.

Как работает биллинг нам объяснил Константин Жилин, руководитель Департамента эксплуатации телекоммуникационных сетей оператора lifecell: «Для того, чтобы сделать звонок, сервер определяет триггер: что нужно сделать, чтобы дать абоненту возможность звонить. Триггером может быть «проиграй какую-то мелодию», иногда это триггер «иди сходи проверь тарификацию». Для того, чтобы абонент сделал звонок, биллинговой системе сначала нужно запросить есть ли достаточно средств у абонента для того, чтобы сделать звонок. Биллинговая система смотрит счет абонента и отвечает: «пожалуйста, разрешаю сделать звонок такой-то длительности». И только после этого происходит подключение трафика, маршрутизации и так далее. После того, как абонент использовал эту квоту звонка, например, 150 секунд, биллинг снова делает запрос разрешения и проверяет остаток денег на счету. Квота выдается исходя из среднестатистического времени совершения звонка и остатка денег на счету и исчисляется в минутах».

Само снятие денег со счета (сакральный момент) происходит по окочанию звонка, когда биллинг запрашивает систему об окончательной длительности звонка и тарифицирует его по фактической продолжительности, а не по объему выделенной квоты. С точки зрения биллинговой системы смена тарифного плана абонента просто означает замена в каталоге продуктов оператора одного пункта на другой. В продуктовом плане для биллинга есть список доступных абоненту услуг, часть из которых являются базовыми (и предоставляемых в рамках тарифного плана без дополнительной платы), а часть - дополнительными и, соответственно, оплачиваемыми отдельно. Если изменяется одно либо другое, значит для биллинга что-то бесплатное становится платным или наоборот. Либо меняется стоимость какой-то конкретной услуги. Так это работает. Все разговоры про воровство операторами денег на самом деле является распространенным заблуждением. Что не отменяет активной маркетинговой деятельности большинства операторов. Но что-то украсть у абонента невозможно физически.

Как говорится, знание - сила, поэтому во всех спорных случаях нужно внимательно читать условия своего тарифного плана и не стесняться уточнять все вопросы у оператора. Сотрудники кол-центров стрессоустойчивы, проходят специальные треннинги и всегда готовы спокойно выслушать абонента и постараться помочь ему. Об этом подробнее мы еще поговорим как-нибудь в следующий раз.

Тем, кто хочет знать больше

Операторы используют свои собственные жаргонные словечки, которые нам показались забавными и стоящими вашего внимания:

• «кастрюлька» - радиорелейная антенна, имеющая круглую форму и предназначенная для связи двух базовых станций между собой по радиоканалу
• «греть воздух » - работать вхолостую, так говорят, когда дорогостоящее оборудование не использует свои возможности полностью, имеет избыточную емкость сети и, соответсвенно, не приносящее ожидаемого дохода для оператора
• «кабинет» - шкаф мобильной базовой станции с оборудованием: шасси с приемо-передатчиком (вмещает в себя до 4 полок, на которых размещается до 12 приемо-передатчиков) и «мозги» базовой станции - электроника, обеспечивающая работу самой сети

Немного грустно, что подавляющее большинство людей на вопрос: «Как работает сотовая связь?», отвечают «по воздуху» или вообще - «не знаю».

В продолжение этой темы, у меня вышел один забавный разговор с другом на тему работы мобильной связи. Случилось это аккурат за пару дней до отмечаемого всеми связистами и телекомщиками праздника «Дня радио». Так уж сложилось, что в силу своей ярой жизненной позиции, мой друг считал, что мобильная связь работает вообще без проводов через спутник . Исключительно за счет радиоволн. Сначала у меня не получалось переубедить его. Но после непродолжительной беседы все встало на свои места.

После этой дружеской «лекции» появилась идея написать простым языком о том, как работает сотовая связь. Все как есть.

Когда вы набираете номер и начинаете звонить, ну, или вам кто-нибудь звонит, то ваш мобильный телефон по радиоканалу связывается с одной из антенн ближайшей базовой станции. Где же находятся эти базовые станции, спросите вы?

Обратите внимание на промышленные здания, городские высотки и специальные вышки . На них и располагаются большие серые прямоугольные блоки с торчащими антеннами разных форм. Но антенны эти не телевизионные и не спутниковые, а приемо-передающие операторов сотовой связи. Они направлены в разные стороны, чтобы обеспечить связью абонентов со всех сторон. Ведь мы же не знаем, откуда будет поступать сигнал и куда занесет «горе-абонента» с телефонной трубкой? На профессиональном жаргоне антенны также называют «секторами». Как правило, они устанавливаются от одной до двенадцати.

От антенны сигнал по кабелю передается непосредственно в управляющий блок станции . Вместе они и образуют базовую станцию [антенны и управляющий блок]. Несколько базовых станций, чьи антенны обслуживают отдельную территорию, например, район города или небольшой населенный пункт, подсоединены к специальному блоку - контроллеру . К одному контроллеру обычно подключается до 15 базовых станций.

В свою очередь, контроллеры, которых также может быть несколько, кабелями подключены к «мозговому центру» - коммутатору . Коммутатор обеспечивает выход и вход сигналов на городские телефонные линии, на других операторов сотовой связи, а также операторов междугородней и международной связи.

В небольших сетях используется только один коммутатор, в более крупных, обслуживающих сразу более миллиона абонентов, могут использоваться два, три и более коммутаторов , объединенных между собой опять-таки проводами.

Зачем же такая сложность? Спросят читатели. Казалось бы, можно антенны просто подключить к коммутатору и все будет работать . А тут базовые станции, коммутаторы, куча кабелей… Но, не все так просто.

Когда человек передвигается по улице пешком или идет на автомобиле, поезде и т.д. и при этом еще и разговаривает по телефону, важно обеспечить непрерывность связи. Связисты процесс эстафетной передачи обслуживания в мобильных сетях называют термином «handover». Необходимо вовремя переключать телефон абонента из одной базовой станции на другую, от одного контроллера к другому и так далее.

Если бы базовые станции были напрямую подключены к коммутатору, то всеми этими переключениями пришлось бы управлять коммутатору . А ему «бедному» и так есть, чем заняться. Многоуровневая схема сети дает возможность равномерно распределить нагрузку на технические средства . Это снижает вероятность отказа оборудования и, как следствие, потери связи. Ведь все мы заинтересованы в бесперебойной связи, не так ли?

Итак, достигнув коммутатора, наш звонок переводится д алее - на сеть другого оператора мобильной, городской междугородной и международной связи. Конечно же, это происходит по высокоскоростным кабельным каналам связи. Звонок поступает на коммутатор другого оператора. При этом последний «знает», на какой территории [в области действия, какого контроллера] сейчас находится нужный абонент. Коммутатор передает телефонный вызов конкретному контроллеру, в котором содержится информация, в зоне действия какой базовой станции находится адресат звонка. Контроллер посылает сигнал этой единственной базовой станции, а она в свою очередь «опрашивает», то есть вызывает мобильный телефон. Трубка начинает причудливо звонить.

Весь этот длинный и сложный процесс в реальности занимает 2-3 секунды !

Точно также происходят телефонные звонки в разные города России, Европы и мира. Для связи коммутаторов различных операторов связи используются высокоскоростные оптоволоконные каналы связи . Благодаря им сотни тысяч километров телефонный сигнал преодолевает за считанные секунды.

Спасибо великому Александру Попову за то, что он дал миру радио! Если бы не он, возможно, мы бы сейчас были лишены многих благ цивилизации.

Все мы пользуемся мобильными телефонами, но при этом редко кто задумывается - как же они работают? В данной статье мы постараемся разобраться, как, собственно, реализуется связь относительно вашего мобильного оператора.

Когда вы осуществляете звонок своему собеседнику, или кто-то звонит вам, ваш телефон соединяется по радиоканалу с одной из антенн соседней базовой станции (БС, BS, Base Station) .Каждая базовая станция сотовой связи (в простонародье - вышки сотовой связи) включает в себя от одной до двенадцати приемо-передающих антенн , имеющих направления в разные стороны с целью обеспечения качественной связью абонентов в радиусе своего действия. Такие антенны специалисты на своем жаргоне называют «секторами» , представляющими собой серые прямоугольные конструкции, которые вы можете практически каждый день видеть на крышах зданий или специальных мачтах.

Сигнал от такой антенны поступает по кабелю прямо в управляющий блок базовой станции. Базовая станция является совокупностью секторов и управляющего блока. При этом определенную часть населенного пункта или территории обслуживают сразу несколько базовых станций, подключенных к специальному блоку - контроллеру локальной зоны (сокращенно LAC, Local Area Controller или просто «контроллер»). Как правило, один контроллер объединяет до 15 базовых станций определенного района.

Со своей стороны, контроллеры (их также может быть несколько) соединены с самым главным блоком - Центром управления мобильными услугами (MSC, Mobile services Switching Center) , который для упрощения восприятия принято называть просто «коммутатором» . Коммутатор, в свою очередь, осуществляет вход и выход на любые линии связи - как сотовой, так и проводной.

Если отобразить написанное в виде схемы, то получится следующее:
GSM-сети небольшого масштаба (как правило, региональные) могут использовать всего один коммутатор. Крупные же, такие как наши операторы «большой тройки» МТС, Билайн или МегаФон, обслущивающие одновременно миллионы абонентов, используют сразу несколько объединенный между собой устройств MSC.

Давайте разберемся, зачем нужна столь сложная система и почему нельзя подключить антенны базовых станций к коммутатору напрямую? Для этого нужно рассказать про еще один термин, называемый на техническом языке handover (хэндовер) . Он характеризует собой передачу обслуживания в мобильных сетях по эстафетному принципу. Иными словами, когда вы перемещаетесь по улице пешком или в транспортном средстве и говорите при этом по телефону, то, чтобы ваш разговор при этом не прерывался, следует своевременно переключать ваш аппарат из одного сектора БС в другой, из зоны действия одной базовой станции или контроллера локальной зоны в другую и т.д. Следовательно, если бы сектора базовых станций подключались к коммутатору напрямую, ему бы пришлось самому осуществлять данную процедуру хендовера всех своих абонентов, а у коммутатора и без того хватает задач. Поэтому для уменьшения вероятности отказов оборудования, связанных с его перегрузками, схема построения сотовых сетей GSM реализуется по многоуровнему принципу.

В итоге, если вы со своим телефоном перемещаетесь из зоны обслуживания одного сектора БС в зону действия другого, то данное перемещение осуществляет блок управления данной базовой станции, не касаясь при это более «высокостоящих» устройств - LAC и MSC. Если же хэндовер происходит между разными БС, то за него берется уже LAC и т. д.

Коммутатор - ни что иное, как основной «мозг» сетей GSM, поэтому его работу следует рассмотреть более детально. Коммутатор сотовой сети берет на себя примерно те же задачи, что и АТС в сетях проводных операторов. Именно он понимает, куда вы осуществляете звонок или кто звонит вам, регулирует работу дополнительных услуг и, собственно, решает - можете ли вы в настоящее время осуществить свой звонок или нет.

Теперь давайте разберемся, что же происходит, когда вы включаете свой телефон или смартфон?

Итак, вы нажали «волшебную кнопку» и ваш телефон включился. На SIM-карте вашего сотового оператора находится специальный номер, который носит название IMSI - International Subscriber Identification Number (Международный опознавательный номер абонента) . Он является уникальным номером для кажой SIM-карты не только у вашего оператора МТС, Билайн, МегаФон и т.п., а уникальным номером для всех мобильных сетей в мире! Именно по нему операторы отличают абонентов между собой.

В момент включения телефона ваш аппарат посылает данный код IMSI на базовую станцию, которая передает его далее на LAC, он же, в свою очередь, отсылает его на коммутатор. При этом в нашу игру вступают два дополнительных устройства, свзанных непосредственно с коммутатором - HLR (Home Location Register) и VLR (Visitor Location Register) . В переводе на русский это, соответственно, Регистр домашних абонентов и Регистр гостевых абонентов . HLR хранит в себе IMSI всех абонентов своей сети. В VLR же содержится информация о тех абонентах, которые пользуются сетью данного оператора в настоящее время.

Номер IMSI передается в HLR с помощью системы шифрования (за этот процесс отвечает еще одно устройство AuC - Центр аутентификации) . HLR при этом проверяет, существует ли в его базе абонент с данным номером, и если факт его наличия подтверждается, система смотрит, может ли он в настоящее время пользоваться услугами связи или, скажем, имеет финансовую блокировку. Если все нормально, то данный абонент отправляется в VLR и после этого получает возможность звонить и пользоваться другими услугами связи.

Для наглядности отобразим данную процедуру с помощью схемы:

Таким образом, мы коротко описали принцип работы сотовых сетей GSM. На самом деле, это описание достаточно поверхностно, т.к. если углубиться в технические детали подробнее, то материал бы получился во много раз объемнее и гораздо менее понятным для большинства читателей.

Во второй части мы продолжим знакомство с работой сетей GSM и рассмотрим, как и за что оператор списывает средства с нашего с вами счета.