Составные части телефона. Как работает стационарный телефон
Статьи и Лайфхаки
В нашей статье мы вкратце разберем внутреннее устройство современного мобильного телефона, остановившись на каждом из значимых блоков.
Речь идет именно о кнопочных «трубках», об устройстве смартфона мы поговорим в другой раз.
Корпус и клавиатура
На сегодняшний день почти все кнопочные модели выпускаются в корпусе из пластмассы.Исключением являются только некоторые дизайнерские телефоны, например, титановые гаджеты , но их можно не брать в расчет в силу малой распространенности.
Подавляющее большинство телефонов сегодня выпускается в форм-факторе , разнообразные раскладушки и слайдеры с рынка почти исчезли. В них задняя панель является съемной, а нередко и заменяемой.
Таким образом, пользователь получает доступ к слоту для сим-карты, карт памяти и батарее.
Клавиатура чаще всего выполнена из резины, обычно клавиши имеют подсветку, облегчающую использование аппарата в темное время суток.
Дисплей
Экраны большинства современных кнопочных моделей выполнены по .Логический блок
Мобильный телефон, как и смартфон, представляет собой специализированный миникомпьютер. Однако элементная база в нем используется совершенно иная, поэтому привычных по сенсорным гаджетам процессоров Qalcomm или MediaTek в «трубках» не встретишь.Более того – в спецификациях моделей практически никогда не указывается ни тип чипсета, ни даже количество оперативной памяти.
Единственное, о чем имеет смысл говорить – это встроенное хранилище, предназначенное, главным образом, для фотографий и музыки.
Помимо этого, многие сотовые телефоны поддерживают работу с microSD картами, обычно емкостью до 32 Гб. Впрочем, больше и не требуется.
Особо следует упомянуть энергонезависимую память, в которой хранится уникальный код устройства – IMEI.
Радиомодуль
Помимо голосовой связи по стандарту GSM, кнопочные устройства способны работать в интернете по технологии GPRS.
Скорость обмена данными у нее чрезвычайно низкая даже в сравнении с 3G, не говоря уже об LTE, а тарифы операторов делают такую связь абсолютно непригодной для использования.
Для обеспечения устойчивой связи в телефонах предусмотрена внутренняя штыревая антенна.
Иногда можно встретить модели, в которых есть поддержка 3G интернета. Это несколько расширяет возможности аппарата.
Аудиосистема
В простейшем варианте она состоит из микротелефона и микрофона, позволяющих использовать гаджет по прямому назначению – для разговоров.Практически неотъемлемой частью внутреннего устройства любого мобильного телефона является специальный 3,5-мм разъем для подключения наушников.
В некоторых моделях предусмотрен еще и динамик, который может использоваться как для hands-free связи, так и для воспроизведения музыки.
Сим-карта
Сим-карта представляет собой ключ аутентификации абонента. В отличие от смартфонов, в «трубках» до сих пор в большинстве используется стандарт mini-SIM.
Слот может быть как один, так и два. Последнее чаще встречается в моделях, оборудованных 3G модулем, чтобы можно было отдельно подключить карту для интернета.
Камера
В отличие от смартфонов, далеко не каждый телефон оборудован камерой. Да и там, где она всё-таки есть, ее разрешение весьма скромное – до сих пор встречаются 0,3-мегапиксельные модули, в лучшем случае можно надеяться на 3 мегапикселя.Ничего удивительного – вряд ли стоит надеяться встретить в устройстве за 2 тысячи рублей двухмодульную камеру с оптическим зумом. Поэтому рассчитывать на получение качественных фото в данном случае не стоит.
Аккумулятор
Батарея обеспечивает питанием все элементы мобильного устройства. Обычно она съемная, для ее извлечения достаточно снять заднюю панель. В современных моделях используются два типа аккумуляторов: литий-ионные и литий-полимерные.Последние считаются несколько более прогрессивными, поскольку создавались в ответ на склонность к вздутию и даже взрывоопасность литий-ионных батарей.
Как следствие, проблемы у кнопочных устройств в этом отношении те же самые, что и у смартфонов: холодобоязнь и ограниченное число циклов заряда.
Некоторые пользователи до сих пор пребывают в плену мифов и полагают, что аккумулятор обладает т.н. «эффектом памяти». Ничего подобного в современных телефонах нет.
Напряжение, используемое в современных моделях, обычно составляет 3,6 В.
Интерфейсы
Этот элемент предназначен для взаимодействия с другими устройствами.
Возможны три варианта :
- Полное отсутствие интерфейсов в самых примитивных моделях.
- Беспроводный интерфейс Bluetooth, позволяющий обмениваться файлами, например, с другим телефоном, настольным компьютером или ноутбуком.
- Порт USB, позволяющий подключить телефон к ПК при помощи кабеля.
Привычный для пользователей смартфонов Wi-Fi в данном случае отсутствует.
Прочие элементы
В кнопочных телефонах имеется несколько внутренних устройств, которые обычно не встречаются в смартфонах. Это может быть фонарик или вибратор, позволяющий принимать звонки, не включая звуковой сигнал вызова.Во всём остальном эти гаджеты практически не отличаются друг от друга.
В заключение
Как видим, за десятилетия, прошедшие с момента появления сотовой связи, устройство телефонов не слишком изменилось.И, несмотря на засилье на мобильном рынке смартфонов, вымирать эта категория устройств до сих пор не собирается.
Она заняла нишу, обеспечивающую потребности тех, кому не требуется от аппарата ничего, кроме его основной функции – возможности разговаривать с собеседником.
И если раньше появлялись кнопочные модели, имевшие претензию на соперничество с сенсорными, то сегодня из их конструкции исчезло всё лишнее, оставив только необходимый минимум.
Это и позволило снизить цену аппарата до абсолютного минимума.
Часть текста, а также схемы и диаграмма напряжений АТС-абонент взяты из книги Евсеева А.Н. «Радиолюбительские устройства телефонной связи» (М.: Радио и связь, Малип, 1999г) Параграф «Устройство телефонного аппарата и основы телефонной связи»
Основные компоненты телефонного аппарата использующего проводную связь.
В состав телефонных аппаратов, предназначаемых для работы в телефонных сетях, входят обязательные элементы: объединенные в микротелефонную трубку микрофон и телефон, вызывное устройство, трансформатор, разделительный конденсатор, номеронабиратель, рычажный переключатель.
Микрофон служит для преобразования звуковых колебаний речи и электрический сигнал звуковой частоты. Микрофоны могут быть угольными, конденсаторными, электродинамическими, электромагнитными, пьезоэлектрическими. Их можно классифицировать на активные и пассивные. Активные микрофоны непосредственно преобразуют звуковую энергию в электрическую. В пассивных же микрофонах звуковая энергия преобразуется в изменение какого-либо параметра (чаще всего - емкости и сопротивления). Для работы пассивного микрофона обязательно требуется вспомогательный источник питания. На принципиальных схемах микрофон обозначают латинскими буквами ВМ .
Устройство телефона
электромагнитного типа
Телефоном называют прибор, предназначенный для преобразования электрических сигналов в звуковые и рассчитанный для работы в условиях нагрузки на ухо человека. (Более расширенное определение на странице Телефон. Понятие и история)
В зависимости от конструкции телефоны подразделяют на электромагнитные, электродинамические, с дифференциальной магнитной системой и пьезоэлектрические. В старых телефонных аппаратах использовали телефоны электромагнитного типа. В них телефонах катушки закреплены неподвижно. Под действием протекающего в катушках тока возникает переменное магнитное поле, приводящее в движение подвижную мембрану, которая и излучает звуковые колебания.
Трубка от
старого
телефонного
аппарата
Полоса рабочих частот для микрофонов и телефонов, используемых в телефонных аппаратах, составляет примерно 300...3500 Гц. На принципиальных схемах телефон обозначают латинскими буквами BF .
Для удобства пользования микрофон и телефон объединены в микротелефонной трубке.
Вызывное устройство служит для преобразования вызывного сигнала переменного тока в звуковой сигнал. Применяют электромагнитные или электронные вызывные устройства.
В аппаратах старого типа вызывное устройство представляло собой одно- или двухкатушечный звонок. Звуковой сигнал образовывался в результате удара бойка о звонковые чашки. Протекающий в катушках ток частотой 16...50 Гц создавал переменное магнитное поле, которое приводило в движение якорь с бойком. В телефонных звонках использовали постоянные магниты, создававшие определенную полярность магнитопровода, поэтому такие звонки называли поляризованными. Сопротивление обмоток звонка постоянному току 1,5...3 кОм, рабочее напряжение 30...50 В. На принципиальных схемах звонок обозначают латинскими буквами НА .
Практически во всех современных телефонных аппаратах сейчас используется электронное вызывное устройство. Оно преобразует вызывной сигнал в звуковой тональный сигнал, который может имитировать, например, пение птицы. В качестве акустического излучателя при этом используют телефон, компактный динамик или пьезоэлектрический вызывной прибор. Схемы электронных вызывных устройств выполняют на транзисторах или интегральных микросхемах.
Трансформатор телефонного аппарата предназначен для связи отдельных элементов разговорной части и для согласования их сопротивлений с входным сопротивлением абонентской линии. Он, кроме того, позволяет устранять так называемый .
Разделительный конденсатор служит элементом подключения вызывного устройства к абонентской линии в режиме ожидания и приема вызова. При этом обеспечивается практически бесконечно большое сопротивление телефонного аппарата постоянному току и малое сопротивление - переменному. В телефонных аппаратах применяют разделительные конденсаторы емкостью 0,25...1 мкф и на номинальное напряжение 160...250 В.
Номеронабиратель
дисковый
Номеронабиратель при импульсном наборе обеспечивает подачу импульсов набора номера в абонентскую линию с целью установления требуемого соединения. То есть линия номеронабирателем периодически замыкается и размыкается. В телефонных аппаратах применяют механические и электронные номеронабиратели.Причём дисковый механический номеронабиратель (имеет диск с десятью отверстиями) в современных аппаратах уже не устанавливается, Но для понимания принципа работы системы АТС-абонент именно его работа более наглядна.
При вращении диска по часовой стрелке заводится пружина механизма номеронабирателя. После отпускания диска он вращается в обратную сторону под действием пружины, при этом происходит периодическое размыкание контактов, замыкающих абонентскую линию. Необходимая скорость и равномерность вращения диска достигаются наличием центробежного регулятора или фрикционного механизма. Формирование импульсов при свободном движении диска обеспечивает их стабильную частоту и необходимый интервал между импульсными посылками, соответствующими двум соседним цифрам набираемого номера. Необходимый интервал обеспечивается благодаря тому, что число размыканий импульсных контактов всегда выбирается на одно два больше, чем требуется подать импульсов в линию. Этим обеспечивается гарантированная пауза между пачками импульсов (0,2...0,8 с). При этом указанные лишние импульсы в линию не поступают, поскольку в это время импульсные контакты шунтируются одной из групп контактов номеронабирателя. Имеются также контакты, замыкающие телефон при наборе номера, чтобы исключить громкие щелчки в телефоне. Частота импульсов, формируемых номеронабирателем, должна составлять (10±1) имп./с. Число проводов, соединяющих номеронабиратель с другими элементами телефонного аппарата, может быть 3 - 5.
Электронные номеронабиратели , которыми комплектуются современные телефонные аппараты, выполнены на интегральных микросхемах и транзисторах. Набор номера осуществляют нажатием кнопок клавиатуры - так называемой тастатуры. Поскольку скорость нажатия кнопок может быть сколь угодно большой, в среднем на наборе одной цифры номера экономится 0,5 с. Кроме того, тастатурные номеронабиратели предоставляют пользователям различные удобства, экономящие время: запоминание последнего набранного номера, возможность запоминания нескольких десятков номеров и др. Питание электронных номеронабирателей осуществляется как от абонентской линии, так и от сети напряжением 220 В через блок питания.
В настоящее время всё большее распространение получает тональный набор номера . В этом случае в линию аппаратом абонента посылаются не пачки импульсов а кратковременные сигналы определённых частот, каждое значение которых соответствует определённой цифре. Тональный набор номера более быстрый, так как не требуется дожидаться прохождения пачек импульсов от цифр с большим значением и нуля. Но естественно для использования тонального набора должна использоваться современная АТС с поддержкой возможности такого набора.
Тональный набор , он же DTMF или тональный сигнал (англ. Dual-Tone Multi-Frequency) - двухтональный многочастотный аналоговый сигнал, используемый для набора телефонного номера. В DTMF передаваемая цифра кодируется сигналом полученным суммированием двух синусоидальных напряжений определенной частоты. Используется две группы по четыре частоты звукового диапазона в каждой.
Таблица частот тонального набора номера DTMF
| 1 | 2 | 3 | A | 697 Гц |
| 4 | 5 | 6 | B | 770 Гц |
| 7 | 8 | 9 | C | 852 Гц |
| * | 0 | # | D | 941 Гц |
| 1209 Гц | 1336 Гц | 1477 Гц | 1633 Гц |
В современных проводных телефонных аппаратах часто реализуется возможность выбора стандарта набора номера. Это либо переключатель «PULSE/TONE » либо возможность программно изменить вид набора. Кстати возможность этого переключения часто создаёт проблемы у несведущих пользователей. Случайно переключив переключатель «PULSE/TONE» в неправильное положение люди несут аппараты в ремонтные мастерские с проблемой «не набирается номер».
Рычажный переключатель обеспечивает подключение к абонентской линии вызывного устройства телефонного аппарата в дежурном состоянии (трубка лежит) и разговорных цепей или номеронабирателя в рабочем состоянии (трубка снята). Рычажный переключатель представляет собой группы из нескольких переключающих контактов в старых аппаратах, срабатывающих при снятии телефонной трубки; или одного контакта (иногда геркона) в аппаратах современных.
Местный эффект в телефонах и способ его ослабления.
При работе телефонного аппарата в разговорном режиме возникает местный эффект , т.е. прослушивание собственной речи в телефоне аппарата. Местный эффект объясняется тем, что ток, протекающий через микрофон, поступает не только в абонентскую линию, но и в собственный телефон. Для устранения этого нежелательного явления в современных телефонных аппаратах используют противоместные устройства.
Существуют различные типы подобных устройств. Одно из них представлено на рис. 1.
Рис.1. Функциональная схема телефонного аппарата с противоместным эффектом
Микрофон ВМ1, телефон BF1, балансный контур Zб и линия Zл связаны между собой обмотками трансформатора Т1: линейной I, балансной II и телефонной III. Во время разговора, когда сопротивление микрофона изменяется, разговорные токи звуковой частоты протекают по двум цепям: линейной и балансной. Из схемы видно, что токи, протекающие через обмотки I и II, суммируются с противоположными знаками, поэтому ток в обмотке 111 будет отсутствовать в том случае, если токи в линейной и балансной обмотках равны по величине. Это достигается соответствующим выбором элементов балансного контура Zб, параметры которого зависят от параметров линии Zл. Сопротивление линии содержит активную и емкостную составляющие, поэтому балансный контур выполняют из резисторов и конденсаторов.
Полное устранение местного эффекта достигается только на одной определенной частоте и определенных параметрах линии, что в реальности невыполнимо, так как речевой сигнал содержит широкий спектр частот, а параметры линии изменяются в широких пределах (зависят от удаленности абонента от АТС, переходных сопротивлений и емкостей в кабелях и др.). Практически же местный эффект полностью не пропадает, а только ослабляется подобными схемами.
За прошедшие 20 лет мобильная связь прошла путь от предмета роскоши до массовой услуги, доступной даже школьникам. Многие из нас, пользуясь мобильным телефоном, даже представляют из чего он состоит. Да в принципе это нам и не к чему, если пользоваться им по его прямому назначению. Но есть среди нас и любознательные, которые всегда хотят знать, что находится внутри. Для них и предназначена данная статья об устройстве сотового телефона.
Современные мобильные телефоны уже превратились в многофункциональные комбайны. Производители оснащают телефоны помимо средства связи функциями радио, плеера, фотоаппарата, диктофона и т.п. Телефон давно стал помощником в повседневных делах и любимой игрушкой. Так, что же он имеет внутри?
Мобильный телефон имеет довольно сложное устройство, основообразующим элементом которого является электронная плата, к которой подключаются все остальные комплектующие. Если проводить аналогию с компьютером, то это материнская плата. К ней уже подключаются остальные запчасти для сотовых телефонов такие, как дисплей, антенна и другие составляющие. Подобно ноутбукам, данные платы в сотовых являются индивидуальной вещью для каждой модели. Их форм-фактор и функционал зависят от модели телефонного аппарата.
Детали корпуса
В основном на рынке присутствуют телефоны с тремя видами корпусов: моноблок, "раскладушка", слайдер. Возможны также комбинации и вариации этих трех основных видов. Само собой, что конструкция корпуса влияет и на тип комплектующих внутри. Так, в случае слайдера (или других моделей имеющих подвижные части) внутренние компоненты соединяются при помощи гибких шлейфов. Перетирание таких шлейфов становится одной из главных причин выхода их из строя.
Корпуса-моноблоки включают три основных составляющих: средняя часть, лицевая и задняя панели. Бывает, что задняя панель совмещена с крышкой аккумулятора. В состав "раскладушки" входят верхняя и нижняя части корпуса, а также поворотный механизм. В слайдерах также присутствуют салазки, которые могут иметь различную конструкцию в зависимости от модели.
Практически во всех корпусах клавиатуры имеют идентичную конструкцию и состоят из двух частей. Одна представляет собой клавиши на подложке, а вторая скрыта в корпусе и выполнена в виде подложки с металлическими площадками для замыкания контактов на плате. Клавиатура может быть совмещена с материнской платой, может быть выполнена отдельно от нее.
Аккумулятор
По типу аккумуляторов, которые устанавливаются в сотовых телефонах, их можно разделить на Ni-Mn (никель-металлогидридные), Li-On (литий-ионные), Li-Pol (литий-полимерные). Первый тип на данный момент уже являются устаревшими. Аккумуляторы обоих типов состоят из 2-х частей, самой батареи и электронного блока.
Дисплей
В телефонах присутствуют дисплеи, что называется "всех мастей". Они могут быть черно-белые и цветные и выполняются по различным технологиям. Среди последних можно отметить наиболее распространенные UFB, TFT, STN, OLED и некоторые другие. Все они различаются по качеству выводимого изображения и, соответственно по цене. Если смотреть по конструктивному исполнению, то среди дисплеев можно выделить две основные группы. Первая, это дисплеи, подключаемые к материнской плате на шлейфе, а вторая - это припаиваемые дисплеи.
Прочие запчасти
Кроме того, могут также присутствовать и другие запчасти для мобильных телефонов . Например, это может быть микрофон, динамики, вибромотор, фотокамера и т.п. Назначение таких комплектующих понятно и не требует особых объяснений. Отметим только, что в ряде мобильных телефонов для воспроизведения мелодий и разговора может применяться один динамик, а в других используются разные. Динамики могут фиксироваться на плате или на корпусе. В последнем случае они соединяются с платой при помощи специального разъема. Такая ситуация с микрофоном. Камера, как правило, уже установлена на материнской плате. Важной частью телефона является антенна, которая может быть расположена снаружи или внутри корпуса. Последний вариант наиболее распространенный, хотя модели с внешней антенной также встречаются на рынке.
Ну вот, собственно, и все. Мы рассмотрели все основные части, из которых состоит мобильный телефон. Обзор имеет довольно общее описание, но оно поможет Вам составить представление о том, как устроен современный сотовый телефон.
Сотовая связь считается одним из самых полезных изобретений человечества - наряду с колесом, электричеством, интернетом и компьютером. И лишь за несколько десятилетий эта технология пережила целый ряд революций. С чего начиналось беспроводное общение, как работают соты и какие возможности откроет новый мобильный стандарт 5G?
Первое использование подвижной телефонной радиосвязи относится к 1921 году - тогда в США полиция Детройта использовала одностороннюю диспетчерскую связь в диапазоне 2 МГц для передачи информации от центрального передатчика к приемникам в автомобилях полицейских.
Как появилась сотовая связь
Впервые идея сотовой связи была выдвинута в 1947 году - над ней работали инженеры из Bell Labs Дуглас Ринг и Рэй Янг. Однако реальные перспективы ее воплощения стали вырисовываться только к началу 1970-х годов, когда сотрудники компании разработали рабочую архитектуру аппаратной платформы сотовой связи.
Так, американские инженеры предложили размещать передающие станции не в центре, а по углам «ячеек», а чуть позже была придумана технология, позволяющая абонентам передвигаться между этими «сотами», не прерывая связи. После этого осталось разработать действующее оборудование для такой технологии.
Задачу успешно решила компания Motorola - ее инженер Мартин Купер 3 апреля 1973 года продемонстрировал первый работающий прототип мобильного телефона. Он позвонил начальнику исследовательского отдела компании-конкурента прямо с улицы и рассказал ему о собственных успехах.
Руководство Motorola немедленно вложило в перспективный проект 100 миллионов долларов, однако на коммерческий рынок технология вышла только через десять лет. Такая задержка связана с тем, что сначала требовалось создать глобальную инфраструктуру базовых станций сотовой связи.
На территории США этой работой занялась компания AT&T - телекоммуникационный гигант добился от федерального правительства лицензирования нужных частот и построил первую сотовую сеть, которая охватила крупнейшие американские города. В качестве первого мобильника выступила знаменитая модель Motorola DynaTAC 8000.
В продажу первый сотовый телефон поступил 6 марта 1983 года. Он весил почти 800 граммов, мог работать на одном заряде 30 минут в режиме разговора и заряжался около 10 часов. При этом аппарат стоил 3995 долларов - баснословную сумму по тем временам. Несмотря на это, мобильник мгновенно стал популярен.
Почему связь называется сотовой
Принцип мобильной связи прост - территория, на которой обеспечивается соединение абонентов, разбивается на отдельные ячейки или «соты», каждую из которых обслуживает базовая станция. При этом в каждой «соте» абонент получает идентичные услуги, поэтому сам он никак не чувствует пересечения этих виртуальных границ.
Обычно базовая станция в виде пары железных шкафов с оборудованием и антенн размещается на специально построенной вышке, однако в городе их нередко размещают на крышах высотных зданий. В среднем каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров.
Для улучшения качества обслуживания операторы также устанавливают фемтосоты - маломощные и миниатюрные станции сотовой связи, предназначенные для обслуживания небольшой территории. Они позволяют резко улучшить покрытие в тех местах, где это необходимо.Сотовую связь в России объединят с космосом
Находящийся в сети мобильник прослушивает эфир и находит сигнал базовой станции. В современную SIM-карту, кроме процессора и оперативки, вшит уникальный ключ, позволяющий авторизоваться в сотовой сети. Связь телефона со станцией может осуществляться по разным протоколам - например, цифровым DAMPS, CDMA, GSM, UMTS.
Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Если телефон выходит из поля действия базовой станции, аппарат налаживает связь с другими - установленное абонентом соединение незаметно передается другим «сотам», что обеспечивает непрерывную связь при перемещениях.
В России для вещания сертифицированы три диапазона - 800 МГц, 1800 МГц и 2600 МГц. Диапазон 1800 МГц считается самым популярным в мире, так как сочетает высокую емкость, большой радиус действия и высокую проникающую способность. Именно в нем сейчас работают большинство мобильных сетей.
Какие стандарты мобильной связи бывают
Первые мобильники работали с технологий 1G - это самое первое поколение сотовой связи, которое опиралось на аналоговые телекоммуникационные стандарты, главным из которых стал NMT - Nordic Mobile Telephone. Он предназначался исключительно для передачи голосового трафика.
К 1991 году относят рождение 2G - главным стандартом нового поколения стал GSM (Global System for Mobile Communications). Данный стандарт поддерживается до сих пор. Связь в этом стандарте стала цифровой, появилась возможность шифрования голосового трафика и отправки СМС.
Скорость передачи данных внутри GSM не превышала 9,6 кбит/с, что делало невозможной передачу видео или высококачественного звука. Проблему был призван решить стандарт GPRS, известный как 2.5G. Он впервые позволил пользоваться сетью Интернет владельцам мобильных телефонов.
Такой стандарт уже обеспечил скорость передачи данных до 114 Кбит/c. Однако вскоре он также перестал удовлетворять постоянно растущие запросы пользователей. Для решения этой проблемы в 2000 году был разработан стандарт 3G, который обеспечивал доступ к услугам Сети на скорости передачи данных в 2 Мбита.
Еще одним отличием 3G стало присвоение каждому абоненту IP-адреса, что позволило превратить мобильники в маленькие компьютеры, подключенные к интернету. Первая коммерческая сеть 3G была запущена 1 октября 2001 года в Японии. В дальнейшем пропускная способность стандарта неоднократно увеличивалась.
Наиболее современный стандарт - связь четвертого поколения 4G, которая предназначена только для высокоскоростных сервисов передачи данных. Пропускная способность сети 4G способна достигать 300 Мбит/сек, что дает пользователю практически неограниченные возможности работы в интернете.
Сотовая связь будущего
Стандарт 4G заточен на непрерывную передачу гигабайтов информации, в нем даже отсутствует канал для передачи голоса. За счет чрезвычайно эффективных схем мультиплексирования загрузка фильма высокого разрешения в такой сети займет у пользователя 10-15 минут. Однако даже его возможности уже считаются ограниченными.
В 2020 году ожидается официальный запуск нового поколения связи стандарта 5G, который позволит передачу больших объемов данных на сверхвысоких скоростях до 10 Гбит/сек. Кроме этого, стандарт позволит подключить к высокоскоростному интернету до 100 миллиардов устройств.
Именно 5G позволит появиться настоящему интернету вещей - миллиарды устройств будут обмениваться информацией в реальном времени. По оценке экспертов, сетевой трафик скоро вырастет на 400%. Например, автомобили начнут постоянно находиться в глобальной Сети и получать данные о дорожной обстановке.
Низкая степень задержки обеспечит связь между транспортными средствами и инфраструктурой в режиме реального времени. Ожидается, что надежное и постоянно действующее соединение впервые откроет возможность для запуска на дорогах полностью автономных транспортных средств.
Российские операторы уже экспериментируют с новыми спецификациями - например, работы в этом направлении ведет «Ростелеком». Компания подписала соглашение о строительстве сетей 5G в инновационном центре «Сколково». Реализация проекта входит в государственную программу «Цифровая экономика», недавно утвержденную правительством.
Знаете ли вы, что происходит после того, как вы набрали номер друга на мобильном телефоне? Как сотовая сеть находит его в горах Андалусии или на побережье далекого острова Пасхи? Почему иногда неожиданно разговор прерывается? На прошлой неделе я побывал в компании Beeline и попытался разобраться, как устроена сотовая связь…
Большая площадь населенной части нашей страны покрыта Базовыми Станциями (БС). В поле они выглядят как красно-белые вышки, а в городе спрятаны на крышах нежилых домов. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров и общается с мобильным телефоном по служебным или голосовым каналам.
После того, как вы набрали номер друга, ваш телефон связывается с ближайшей к вам Базовой Станцией (БС) по служебному каналу и просит выделить голосовой канал. Базовая Станция отправляет запрос на контроллер (BSC), а тот переадресует его на коммутатор (MSC). Если ваш друг является абонентом той же сотовой сети, то коммутатор сверится с Home Location Register (HLR), выяснит, где в данный момент находится вызываемый абонент (дома, в Турции или на Аляске), и переведет звонок на соответствующий коммутатор, откуда тот его переправит на контроллер и затем на Базовую Станцию. Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном и соединит вас с другом. Если ваш друг абонент другой сети или вы звоните на городской телефон, то ваш коммутатор обратится к соответствующему коммутатору другой сети. Сложно? Давайте разберемся подробнее. Базовая Станция представляет из себя пару железных шкафов, запертых в хорошо кондиционируемом помещении. Учитывая, что в Москве было на улице +40, мне захотелось немного пожить в этом помещении. Обычно, Базовая Станция находится либо на чердаке здания, либо в контейнере на крыше:
2. 
Антенна Базовой Станции разделена на несколько секторов, каждый из которых «светит» в свою сторону. Вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, круглая соединяет Базовую Станцию с контроллером:
3. 
Каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно, в зависимости от настройки и конфигурации. Базовая Станция может состоять из 6 секторов, таким образом, одна Базовая Станция может обслуживать до 432 звонков, однако, обычно на станции установлено меньшее количество передатчиков и секторов. Сотовые операторы предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи. Базовая Станция может работать в трех диапазонах: 900 МГц — сигнал на этой частоте распространяется дальше и лучше проникает внутрь зданий 1800 МГц — сигнал распространяется на более короткие расстояния, но позволяет установить большее количество передатчиков на 1 секторе 2100 МГц — Сеть 3G Вот так выглядит шкаф с 3G оборудованием:
4. 
На Базовые Станции в полях и деревнях устанавливают передатчики 900 МГц, а в городе, где Базовые Станции натыканы как иглы у ежика, в основном, связь осуществляется на частоте 1800 МГц, хотя на любой Базовой Станции могут присутствовать передатчики всех трех диапазонов одновременно.
5. 
6. 
Сигнал частотой 900 МГц может бить до 35 километров, хотя «дальность» некоторых Базовых Станций, стоящих вдоль трасс, может доходить до 70 километров, за счет снижения числа одновременно обслуживаемых абонентов на станции в два раза. Соответственно, наш телефон с его маленькой встроенной антенной также может передавать сигнал на расстояние до 70 километров… Все Базовые Станции проектируются таким образом, чтобы обеспечить оптимальное покрытие радиосигналом на уровне земли. Поэтому, несмотря на дальность в 35 километров, на высоту полета самолетов радиосигнал просто не посылается. Тем не менее, некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих самолетах маломощные базовые станции, которые обеспечивают покрытие внутри самолета. Такая БС соединяется с наземной сотовой сетью с помощью спутникового канала. Система дополняется панелью управления, которая позволяет экипажу включать и выключать систему, а также отдельные типы услуг, например, выключать голос на ночных рейсах. Телефон может измерять уровень сигнала от 32 Базовых Станций одновременно. Информацию о 6-ти лучших (по уровню сигнала) он отправляет по служебному каналу, и уже контроллер (BSC) решает, какой БС передать текущий звонок (Handover), если вы находитесь в движении. Иногда телефон может ошибиться и перебросить вас на БС с худшим сигналом, в этом случае разговор может прерваться. Также может оказаться, что на Базовой Станции, которую выбрал ваш телефон, все голосовые линии заняты. В этом случае разговор также прервется. Еще мне рассказали о так называемой «проблеме верхних этажей». Если вы живете в пентхаусе, то иногда, при переходе из одной комнаты в другую, разговор может прерываться. Это происходит потому, что в одной комнате телефон может «видеть» одну БС, а во второй — другую, если она выходит на другую сторону дома, и, при этом эти 2 Базовые Станции находятся на большом удалении друг от друга и не прописаны как «соседние» у сотового оператора. В этом случае передача звонка с одной БС на другую происходить не будет:
Связь в метро обеспечивается так же, как и на улице: Базовая Станция – контроллер – коммутатор, с той лишь разницей, что применяются там маленькие Базовые Станции, а в тоннеле покрытие обеспечивается не обычной антенной, а специальным излучающим кабелем. Как я уже писал выше, одна БС может производить до 432 звонков одновременно. Обычно этой мощности хватает за глаза, но, например, во время некоторых праздников БС может не справиться с количеством желающих позвонить. Обычно это случается на Новый Год, когда все начинают поздравлять друг друга. SMS передаются по служебным каналам. На 8 марта и 23 февраля люди предпочитают поздравлять друг друга с помощью SMS, пересылая смешные стишки, и телефоны зачастую не могут договориться с БС о выделении голосового канала. Мне рассказали интересный случай. Из одного района Москвы стали поступать жалобы от абонентов о том, что они не могут никуда дозвониться. Технические специалисты стали разбираться. Большинство голосовых каналов было свободно, а все служебные были заняты. Оказалось, что рядом с этой БС находился институт, в котором шли экзамены и студенты беспрерывно обменивались эсэмэсками. Длинные SMS телефон делит на несколько коротких и отправляет каждое отдельно. Сотрудники технической службы советуют отправлять такие поздравления с помощью MMS. Это будет быстрее и дешевле. С Базовой Станции звонок попадает на контроллер. Выглядит он так же скучно, как и сама БС — это просто набор шкафов:
7. 
В зависимости от оборудования, контроллер может обслуживать до 60 Базовых Станций. Связь между БС и контроллером (BSC) может осуществляться по радиорелейному каналу либо по оптике. Контроллер осуществляет управление работой радиоканалов, в т.ч. контролирует передвижение абонента, передачу сигнала с одной БС на другую. Гораздо интереснее выглядит коммутатор:
8. 
9. 
Каждый коммутатор обслуживает от 2 до 30 контроллеров. Он занимает уже большой зал, заставленный различными шкафами с оборудованием:
10. 
11. 
12. 
Коммутатор осуществляет управление трафиком. Помните старые фильмы, где люди сначала дозванивались до «девушки», а затем она уже соединяла их с другим абонентом, перетыкивая проводки? Этим же занимаются и современные коммутаторы:
13. 
Для контроля за сетью у Билайна есть несколько автомобилей, которые они ласково называют «ежики». Они передвигаются по городу и измеряют уровень сигнала собственной сети, а также уровень сети коллег из «Большой Тройки»:
14. 
Вся крыша такого автомобиля утыкана антеннами:
15. 
Внутри стоит оборудование, осуществляющее сотни звонков и снимающее информацию:
16. 
Круглосуточный контроль за коммутаторами и контроллерами осуществляется из Центра Управления Полетами Центра Контроля Сети (ЦКС):
17. 
Существует 3 основных направления по контролю за сотовой сетью: аварийность, статистика и обратная связь от абонентов. Так же, как и в самолетах, на всем оборудовании сотовой сети стоят датчики, которые посылают сигнал в ЦКС и выводят информацию на компьютеры диспетчеров. Если какое-то оборудование вышло из строя, то на мониторе начнет «мигать лампочка». ЦКС также отслеживает статистику по всем коммутаторам и контроллерам. Он анализирует ее, сравнивая с предыдущими периодами (часом, сутками, неделей и т.д.). Если статистика какого-то из узлов стала резко отличаться от предыдущих показателей, то на мониторе опять начнет «мигать лампочка». Обратную связь принимают операторы абонентской службы. Если они не могут решить проблему, то звонок переводится на технического специалиста. Если же и он оказывается бессильным, то в компании создается «инцидент», который решают инженеры, занимающиеся эксплуатацией соответствующего оборудования. За коммутаторами круглосуточно следят по 2 инженера:
18. 
На графике показана активность московских коммутаторов. Хорошо видно, что ночью практически никто не звонит:
19. 
Контроль за контроллерами (простите за тавтологию) осуществляется со второго этажа Центра Контроля Сети:
22. 
21. 
Загрузка...
