Все-симки.ру Основные компоненты сотовой сети
- Стационарная телефонная сеть – необходима для соединения абонентов и передачи данных
- Мобильная телефонная станция – для соединения сотовых абонентов.
- Сотовый сайт с антенной системой – для контроля работы системы сотовой связи.
- Мобильный абонентский пункт – ПО, обеспечивающее стабильную работу оператора при помощи защищенных каналов.
Для приема и передачи сигналов мобильной сети используют специальное устройство – мобильный телефон. Он рассчитан на работу в разных частотных диапазонах.
Правила работы на высоте при обслуживании антенно-мачтовых сооружений
Все хотят иметь хороший сотовый сигнал дома и вне его. Но немногие знают, что комфортное общение по мобильному телефону зависит от количества, расположения и мощности базовых антенн на металлических вышках и мачтах вокруг нас. Зная принцип работы, расположение и уровень сигнала ближайших сотовых станций, всегда можно найти место для комфортного разговора по мобильному телефону и обмена большими файлами.
Архитектура
Первоначально система мобильной связи была построена на использовании мощного передатчика, радиус действия которого составлял 50 км. Его располагали на самой высокой точке. Но такой тип построения сети оказался неэффективным, так как при выходе из строя датчика без связи оставались все абоненты, находящиеся в зоне покрытия. Поэтому стали использовать несколько не самых мощных передатчиков, размещенных по всей площади покрытия.
Чем больше в сети мобильных телефонов, используемых для связи одни и те же датчики, тем не стабильнее работает связь. На датчики повышается нагрузка. Чтобы избежать этого, некоторые операторы уменьшают размеры ячеек, обеспечивая стабильную работу только близко расположенных абонентов.
Базовая станция — вид изнутри
Вы, наверное, уже знаете, что я работаю в сотовой компании. Буквально вчера представилась возможность побывать внутри базовой станции и посмотреть как она устроена. Сделал несколько фотографий, решил поделиться с Хабром.
P.S. Если есть на Хабре инженеры-сотовики, то они наверняка дополнят меня спецтерминами, буду им очень благодарен.
Интересно организован вход в помещение базовой станции, в сам вагончик с оборудованием.
Мало того, что внутри установлены датчики движения, температуры, влажности, пожарная сигнализация…
Само помещение ставится на сигнализацию, информация с которой поступает на пульт Центра Управления и Мониторинга (ЦУМ) сотовой сети, как и с остальных датчиков, впрочем. Существует ряд процедур, которые инженер обязан проделать прежде, чем попадет с помещение. Просто так, «с улицы» не войдёшь. 😉
Итак, сами фото, с пояснениями.
Для начала — сама мачта БС с антеннами, их, как можно видеть, 5 штук. Почему так — будет ясно далее.
Крупным планом.
Все процедуры выполнены, идём внутрь.
Это — сердце базовой станции.
Отсюда она связывается с коммутатором, по оптоволокну. Иногда ставится релейка, но не в этом случае, т.к. БС установлена на нашей собственной территории.
Вот этот агрегат называется «кабинетом», это собственно комплекс оборудования, который составляет базовую станцию стандарта 2G.
Таких кабинетов в помещении может быть установлено несколько, в данном случае — их 2. На фото инженер показывает на блок, который связывает оборудование с антеннами, установленными на мачте. Конкретно — с тремя, что расположены выше.
Здесь видно, что в кабинете установлено 3 передатчика, каждый из которых позволяет одновременно общаться 8 абонентам, зарегистрированным на БС.
А это — самое вкусное. Вот этот блок размером с офисный принтер — базовая станция стандарта 3G. Она соединена с нижними 2 антеннами на мачте и обеспечивает скоростным интернетом все близлежащие офисы.
Что ещё располагается в помещении. Обязательно — кондиционер, который круглый год поддерживает одну и ту же температуру воздуха и степень влажности в помещении. Кроме того — шкаф с электрощитом и аккумулятором, который позволяет БС работать автономно от 4 до 8 часов в случае отключения электричества в районе.
Вы наверняка могли видеть, что вагончиков рядом с вышкой бывает 2 — во втором располагается дизельный генератор, который при необходимости также будет обеспечивать работу оборудования.
Т.е. у Вас может не работать дома электрочайник и микроволновка, но будет работать телефон, пока не сядет АКБ.
Также побывали на экскурсии в самом ЦУМ, куда стекается вся информация о состоянии базовых станций, но там, к сожалению, пофотографировать не дали.
Если у Вас есть какие-либо вопросы — прошу задавать в комментариях, постараюсь на них ответить.
Базовые вышки для профессиональной радиосвязи
Эта система радиосвязи работает централизовано, в ней вышка выполняет функции диспетчерского центра и передает сигнал абонентам, у которых установлены переносные или перевозимые базы. Базовые станции могут быть одноканальными и многоканальными, в случае если радиосвязь передается по нескольким каналам, они могут функционировать одновременно независимо друг от друга.
Наиболее ярким примером являются службы такси, где диспетчеры выбирают канал, который присваивается каждому автомобилю отдельно, и могут в одно и то же время общаться с несколькими водителями. Управлять базовыми станциями можно стационарно и удаленно.
При местном управлении используется специальное оборудование, установленное непосредственно на станции. Удаленный доступ осуществляется посредством передачи сигналов с диспетчерского пульта, для этого используется специальный выделенный канал или канал радиосвязи, отдельный от каналов, обеспечивающих коммуникацию с движущимися объектами.
Базовые вышки мобильной связи по типам радиосвязи
Передачу голосовых, текстовых и других сообщений между передвигающимися абонентами обеспечивает мобильная связь. Сигналы передаются на разных частотах, обмен данными происходит через специальные базовые станции, которые располагаются на земле или на крышах строений.
Обеспечить коммуникацию можно только в том случае, если между ретрансляторами не будет препятствий, именно по этой причине вышки мобильной связи устанавливаются на открытых местностях, незастроенных домами и другими сооружениями. Радиосигнал передается от станций к абонентам беспроводными маршрутизаторами, что и дает возможность связаться с любым человеком на расстоянии.
Базовые станции передачи сигнала используются в таких типах радиосвязи:
- Профессиональная;
- Любительская;
- Беспроводная телефония;
- Спутниковая.
Рассмотрим все эти типы связи более подробно, чтобы понять, как именно устроены в них базовые станции и какие функции они выполняют для обеспечения коммуникации.
Базовые станции для любительской радиосвязи
В любительской радиосвязи коммуникация между движущимися объектами обеспечивается посредством базовых станций и ретрансляторов, расположенных в определенном удалении друг от друга. Такой вид связи используют определенные группы людей для общения, также он широко применяется в мире для вызова экстренных служб.
Вред от вышек мобильной связи
Постоянная работа вышек сотовой связи обеспечивает беспрерывную передачу информации с использованием микроволн, что может негативно сказываться на здоровье людей, вызывая головные боли, проблемы в работе сердечно-сосудистой системы, потерю памяти, различные опухоли.
Выбор конструкции вышек сотовой связи
На выбор необходимой конструкции вышки сотовой связи влияют факторы, которые определяются еще на этапе проектирования.
Обусловлены они выдвигаемыми требованиями по масштабности зоны покрытия, конфигурациям базовой станции и другими составляющими, среди них:
- Определение высоты, на которой будут размещены секторные антенны.
- Масса всего оборудования, что планируется размещать на сооружении:
- секторные антенны;
- малошумящий усилитель;
- фидеры;
- антенны радиорелейных линий (РРЛ) и т.д.
- Ветровая нагрузка. При условии размещения большого количества антенн РРЛ выбор падает на конструкции с максимальной устойчивостью к внешним нагрузкам.
- Площадь, которую займет сооружение.
- Экологичность.
- Удобство обслуживания и монтажа.
- Энергетическая эффективность и т.д.
Установка конструкционных элементов осуществляется посекционно при помощи кранов или на земле в горизонтальном положении, после чего ее поднимают.
Дефекты и повреждения сотовых антенн
В случае обнаружения дефектов не разрешается использовать вышку до тех пор, пока дефект не будет исправлен.
Как определить базовую станцию на карте
Иногда возникают ситуации, когда связь пропадает, а данные невозможно передать. Такие случаи бывают из-за удаленности или маломощности базовых антенн или множества препятствий для сигнала. Хочется найти место для устойчивого приёма и комфортного разговора.
Классификация вышек сотовой связи
Классификация в соответствии с размерами и методами установки вышки сотовой связи выглядит следующим образом:
- Антенно-мачтовые малые металлоконструкции, имеющие высоту от 5 м. Монтаж таких сооружений осуществляется на крышах.
- Мачтовые наземные металлоконструкции высотой 10-100 м, которые устанавливают на возвышенных зонах.
- Башенные наземные металлоконструкции выше 100 м. монтируются как на равнине, так и на возвышенности.
Для установки антенн также часто стали применять бетонные столбы до 30 м. Их преимуществами являются низкая стоимость и быстрая постройка. Но их нагрузочная способность гораздо ниже, нежели у обычной вышки сотовой связи.
Обычно на них размещены 2-3 секторные антенны и 1 небольшая антенна РРЛ. Их часто устанавливают в пригородной зоне или сельской местности для устранения теневых участков, влияющих на передачу сигнала.
В некоторых ситуациях монтируются вышки сотовой связи смешанного типа. К примеру, основа сооружения имеет характерные признаки башни, а верх выглядит как мачтовая конструкция. Кроме того, сооружения до 30 метров часто монтируют на крыше зданий с целью расширения зоны покрытия и решения проблем с теневыми участками, которые создают соседние строения.
Несмотря на почти тридцатилетний возраст эксплуатации мобильной телефонизации, все еще не найдена универсальная конструкция вышки сотовой связи.
Каждый конкретный случай требует дополнительного выбора типа сооружения, который зависит от множества аспектов, определяемых требованиями сетевого оператора и целым комплексом внешних факторов. Поэтому до сих пор продолжаются разработки новых типов башенных и мачтовых конструкций, направленных на улучшение качества передаваемого сигнала.
Мифы о вреде вышек мобильной связи
С развитием мобильной связи и увеличением ретранслирующих и базовых станций население начало переживать о своем здоровье и негативном влиянии радиоволн на организм. В телепередачах нас пугают страшными последствиями от употребления в пищу продуктов из микроволновки, от использования мобильного телефона и других бытовых предметов.
С вышками то же самое, некоторые «эксперты» утверждают, что они чуть ли не смертельно опасны для человека. Однако это не что иное, как очередной миф, развенчать который очень просто.
Во-первых, радиоволны излучает не вся конструкция, а только антенны, расположенные на ней. Во-вторых, радиоволна подобна тонкому лучу фонарика, она не рассеивается, а имеет направленную траекторию. В-третьих, вышки специально расположены выше, чем жилые дома и другие сооружения, чтобы сигнал мог беспрепятственно передаваться между ретрансляторами и абонентами, следовательно, люди находятся вне зоны досягаемости радиоволн.
Оборудование базовых станций сотовой связи
Структурно все базовые станции gsm и lte состоят из трех основных компонентов. Это антенна, радио блок и система питания.
Визуально расположение базовой сотовой станции можно определить по антеннам. Это обязательный элемент устройства. Именно антенны принимают и передают сигналы между собой и абонентами. Антенна это очень важная часть базы, от которой зависит качество мобильной связи. Такие вышки с антеннами уже привычно вписались в городские и сельские пейзажи.
Для связи с сетью (соседними станциями) проводят оптоволокно. Если это сделать затруднительно или вовсе не представляется возможным, то на мачте устанавливается ещё и антенна релейной связи. Она имеет вид тарелки и немного похожа на спутниковые антенны.
С антенн сигнал поступает на радио блоки, которые устанавливаются открыто (наружно), либо в специальных помещениях.
Радио блоки в процессе работы греются. Поэтому установленные внутри аппаратных помещений требуют принудительного охлаждения с помощью кондиционера. Наружные охлаждаются естественным путём.
Третьей основной составляющей базовых станций является система питания. В неё входят преобразователь переменного тока в постоянный с управляющей и защитной аппаратурой. И конечно же аккумуляторы для бесперебойного питания.
Остальное оборудование обеспечивает нормальное функционирование основных систем, и находится в самом помещении либо рядом с ним в специальных шкафах или контейнерах. Это климат-контроль (кондиционер и обогреватель), система вентиляции и безопасности, противопожарные устройства и прочая вспомогательная аппаратура.
Обслуживание базовых станций мобильной связи
Любое оборудование требует периодической профилактики и обслуживания. Обычная проверка включает снятие показаний электросчетчиков, тест блока питания, осмотр электроники, мачты, антенн и кабелей. При аварийных ситуациях обслуживающие инженеры действуют не в слепую.
Для отслеживания неполадок существует дистанционная система мониторинга оборудования. Поэтому они заранее знают о возможных неполадках, и поломка какого-либо элемента не вызывает паники у сотрудников сотовых компаний. Современные сотовые станции собираются по модульной системе, блоки меняются достаточно легко и быстро.
Для мониторинга общей работы сотовых сетей существует специальная аппаратура, которая обычно стационарно устанавливается в автомобиле. Такая лаборатория на колёсах служит для оценки качества сигнала в различных уголках городов и при выезде на открытую местность. Причем компании мониторят как свои, так и сети конкурентов.
Ещё один способ мониторинга своих сетей компании осуществляют с помощью имитатора базовой станции. Он нужен для поиска, идентификации и обнаружения устройств негласного съёма информации и прослушивания абонентов сотовой связи. Сотовики стремятся обезопасить себя и своих клиентов от негласного вторжения в обмен данными и прослушки телефонных звонков.
Общие сведения о базовой станции
Чтобы понять, что такое базовая станция, необходимо иметь представление из чего вообще состоят сотовые сети. Опыт развития мобильной технологии привёл к разделению функций и логической разбивке системы на три подсистемы. Каждая из которых это замкнутый элемент, выполняющий определенные обязанности.
Доступность, качество и непрерывность связи осуществляется благодаря трём подсистемам:
- эксплуатации и технического обслуживания — Operation Subsystem или OSS.
- коммутации — Switching Subsystem или SSS.
- базовых сотовых станций — Base Station Subsystem или BSS.
В общей системе подсистема OSS контролирует качество обмена данными и управляет всеми компонентами. Устранение неисправностей, управление нагрузкой и контроль работы оборудования осуществляются автоматически или в ручном режиме обслуживающим персоналом.
Подсистема коммутации это скелет всей сети GSM. Она обеспечивает коммутацию, регистрацию домашнего и гостевого месторасположения, аутентификацию абонентов.
И наконец, подсистема базовых сотовых станций. В её состав входят:
- Транскодеры — TRAU.
- Контроллеры — BSC.
- И непосредственно базовые сотовые станции — BTS.
Транскодеры и контроллеры помогают функционировать подсистеме, а на отдельные станции возложены следующие обязанности:
- Радиосвязь в определённой соте;
- Контроль качества обмена данными (связи);
- Обмен данными между собой;
- Управление мощностью сигнала.
Каждая базовая сотовая станция это центр соты, обеспечивающая передачу данных и создающая регламентированную зону обслуживания (покрытия). Отсюда и появилось название — сотовая связь.
Сама базовая сотовая станция это комплекс из антенны (антенн), радио модуля и блока питания. Антенны принимают и передают, радио модуль обрабатывает и усиливает сигнал, а блок питания снабжает базу электроэнергией. Располагают базовые антенны на зданиях и сооружениях, возвышенностях, мачтах, вышках до 300 м высотой и просто на столбах.
Принцип работы базовой станции, как они связываются между собой
Удобство пользования мобильной связью заключается в свободе передвижения. Мы можем идти пешком или ехать в автомобиле, при этом разговаривать по телефону. Мы передвигаемся, но связь не прерывается. Непрерывность обеспечивается за счет способности коммутатора или по другому Центра коммутации подвижной связи моментально переключать абонента из зоны действия одной базовой сотовой станции в другую. Это схематично видно на рисунке.
При этом абонент может передвигаться не прерывая разговор не только между антеннами, но от одного контроллера к другому. Эффективные технологии базовых станций позволят проехать тысячи километров не прерывая беседы. Если конечно хватит средств на роуминг.
При этом коммутаторы обеспечивают не только непрерывную связь в сети, но и оптимальное распределение нагрузки на базовые антенны. Это делается, чтобы обеспечить качественный сигнал, исключить перегрузку отдельных сегментов (сот) и снизить вероятность поломки оборудования.
Все это происходит моментально, задержка бывает только при начальном соединении и может составлять до трёх секунд. Так происходит потому, что должна произойти цепочка событий. А именно:
- Сигнал должен добраться до коммутатора.
- Он передает звонок на сторону получателя (в международные или междугородные сети, в городскую АТС, или другому оператору мобильной связи). Это происходит быстро при помощи оптоволоконных кабелей или радиорелейных каналов.
- Далее звонок поступает на коммутатор принимающей стороны. В этом коммутаторе уже есть данные о местонахождении вызываемого абонента. А именно — в какой соте находится и к какой базовой антенне ближе всего.
- И вот уже адресату поступил вызов.
Коротко можно сказать, что абоненты общаются между собой через БС, а сотовые станции соединяет Центр коммутации.
Принципы построения современной сотовой сети
Для построения современной мобильной сети используются группы ячеек. При этом ячейки располагаются по определенным правилам, и в каждой ячейке каждый отдельный канал не может использоваться повторно.
Перегрузка зон обслуживания чаще всего встречается в городском секторе, где расположено большое количество абонентов.
Принципы работы мобильной связи
- Обратная линия – для приема сотовым узлом вызовов.
- Прямая линия – для передачи исходящей информации.
Сотовая сеть обеспечивает соединение сигналов от мобильных телефонов посредством ближайших к абонентам базовых станций. Связь между телефоном и базовой станцией есть постоянно. Именно поэтому соединение происходит быстро. При движении и переходе между базовыми станциями, сотовый телефон быстро устанавливает соединение.
Сотовая связь
В случае с обеспечением коммуникации между движущимися абонентами сот вышки мобильной связи являются целым комплексом, состоящим из аппаратуры, которая принимает, передает и ретранслирует сигнал. Поскольку станции оснащены несколькими передатчиками, которые могут одновременно обеспечивать связь между несколькими абонентами, линия всегда доступна. Все вышки, которые расположены на небольшом отдалении друг от друга, составляют соту.
Узнать о новых открытиях в сфере мобильной связи на выставке
Специализированная выставка «Связь», которая состоится в ЦВК «Экспоцентр», будет посвящена современным коммуникациям.
В ходе мероприятия гости узнают, какие вышки мобильной сотовой связи сейчас строятся в стране, какое оборудование используется для обеспечения передачи сигнала и какие новшества в этой сфере появились за последнее время.
Устройство базовых станций сотовой связи
Как известно, покрытие любой сети сотовой связи представляет собой ячеистую (сотовую) структуру, образованную с помощью базовых станций (БС). Каждая базовая станция может обслуживать одну и более сот в зависимости от конфигурации сети и потребности в емкости и качестве покрытия в заданной области. Оборудование базовой станции в наиболее общем случае может быть разделено на 3 составляющих: приемопередатчики, антенно-фидерное устройство (АФУ) и вспомогательное оборудование (системы кондиционирования, электроснабжения, пожаротушения, охранный комплекс и др.). Возможных способов реализации БС не счесть. В зависимости от поколения, емкости, используемого стандарта, области покрытия БС может быть выполнена как в отдельно стоящем контейнере в сочетании с 72-х метровой мачтой, так и в виде небольшого компактного кейса для покрытия внутри зданий – femto сота. Рассмотрим наиболее типичные случаи реализации полномасштабных БС для покрытия как в городских условиях, так и за городом.
Самым типичным способом размещения оборудования БС является установка специальной башни или мачты, у подножия которой располагаются один или несколько контейнеров для приемопередающего оборудования. Основная цель установки антенно-мачтового сооружения является размещение антенно-фидерного устройства. Оно включает в себя комплекс антенн для создания радио покрытия всенаправленного, но чаще секторного типа, а также фидеров, которые связывают антенны с приемопередающим оборудованием. Кроме того, в загородной местности часто вместе с антеннами используются усилители сигнала в направлении uplink – МШУ (малошумящие усилители), которые расширяют зону действия БС. Также башня необходима для размещения транспортного оборудования, если используются РРЛ (радиорелейные линии связи). В их состав обычно входит направленная параболическая антенна, радио модуль, преобразующий низкочастотный сигнал в высокочастотный для передачи к удаленной стороне и отдельный фидер, передающий низкочастотный сигнал от оборудования БС или отдельного транспортного модуля внутри аппаратной.
Контейнер вмещает приемопередатчики, транспортное оборудование, а также оборудование, предназначенное для обеспечения бесперебойной работы БС и безопасности. Приемопередающее оборудование обычно сочетает в себе блок управления, приемопередатчики (TRX) и комбайнеры, которые сочетают радиосигнал от различных антенн и TRX в разных конфигурациях. В аппаратной может быть расположено оборудование, работающее в нескольких частотных диапазонах или даже различных стандартах и поколениях (2G и 3G). На БС, расположенных вдали от крупных населенных пунктов обычно используют РРЛ для образования транспортных каналов к контроллеру базовых станций. Однако в некоторых случаях используются ВОЛС, электрические проводные линии связи или спутниковую связь. Неотъемлемым элементом оборудования БС является система энергоснабжения. Обычно это специальный источник постоянного тока 48В, запутываемый переменным напряжением 220 или 380В. Он также осуществляет переключение на АКБ (аккумуляторные батареи) в случае пропадания внешнего питания и обеспечивают их подзарядку – после возобновления. Любая аппаратная БС оборудуется системой поддержания рабочих значений температуры и влажности воздуха. Обычно это сплит-система, одна или две работающие либо попеременно, либо как активный/резервный. Обычно любое высотное сооружение должно быть обозначено специальными заградительными огнями, обеспечивающими его обнаружение пилотами авиации в условиях плохой видимости или ночью. Поэтому в аппаратной также можно найти дополнительный источник питания и комплект АКБ для питания системы освещения башни.
Для размещения БС в городах редко устанавливают отдельные башни, т.к. это и дорого, и не эффективно. Поэтому обычно антенны устанавливают на жилых и промышленных зданиях и сооружениях, а также дымовых трубах и других существующих конструкциях башенного типа. Главное требование, что место размещения соответствовало всем гигиеническим нормам установки таких объектов. Такой способ размещения оборудования обычно не меняет состав БС. Контейнер при этом обычно заменяется выгородкой на чердаке или техническом этаже или отдельным помещением в здании, а антенны и фидеры часто маскируются под облик здания, чтобы не портить его внешний вид.
Кроме контейнерного способа размещения оборудования, многие производители предлагают устанавливать специальные outdoor БС. Для их размещения не требуется отдельного помещения, а все оборудование помещается в специальных термобоксах и может крепиться в любом удобном месте: стене, крыше, чердаке и т.п. Это значительно экономит операционные затраты компании. Однако главный минус таких БС заключается в невысокой емкости и сложности расширения их емкости. Поэтому они не находят столь же широко применения как и БС с контейнером.
Также в последнее время многие производители предложили, так называемые, бесфидерные решения. При этом приемопередающее оборудование разделяется на две части: одна устанавливается в контейнере БС и служит основным блоком управления и обработки сигнализации, а также предоставляет интерфейсы к контроллеру базовых станций. Другая часть устанавливается в непосредственной близости от антенн и преобразует сигнал, принятый от блока управления в высокочастотный радио сигнал, передаваемый к антеннам по фидерам. Обе части между собой соединятся обычно с помощью оптического патчкорда или реже витой пары. При этом экономия на длине фидера может достигать десятки раз, что соответственно значительно уменьшает затухание и упрощает прокладку. Особенно широкое распространение такая схема получила для реализации БС 3G.
Читайте также:
