Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

7 Основные принципы взаимодействия MS и BTS

Начнем с того, что происходит при включении мобильного телефона. Чаще всего, даже если телефон выключен со вставленной батареей, он продолжает работать. В это время работает небольшая программа, называемая «загрузчиком». Загрузчик ожидает нажатия клавиши включения, запускает процесс зарядки при подключении зарядного устройства, а иногда и будильник.

Все зависит от конкретной модели телефона. Как только нажимается клавиша включения, начинается процесс загрузки операционной системы, которая сначала проверяет наличие SIM-карты, а затем запускает сканирование эфира в поисках сети оператора. Даже если SIM-карты нет, телефон все-равно подключается к ближайшей базовой станции, предоставляя возможность экстренного вызова.

Если SIM-карта на месте, выполняется запрос Location Update, уведомляющий сеть о текущем LAС абонента. Затем, базовая станция запрашивает IMEI телефона и IMSI SIM-карты, чтобы идентифицировать абонента (Identity Request). Если предоставленный IMEI отличается от того, с которым абонент подключался раньше, оператор может выслать настройки интернета.

Теперь подробнее остановимся на процессе подключения к сети. Каждая базовая станция обязательно имеет широковещательный канал CCCH, который располагается на нулевом таймслоте определенного ARFCN. В процессе сканирования эфира телефон последовательно переключает частоту тюнера, измеряя мощность принимаемого сигнала.

Как только BTS с наиболее сильным сигналом будет найдена, телефон переключается на ее канал синхронизации (SCH). Затем, получив первый Synchronization Burst, телефон определяет порядок следования таймслотов, а также идентификационные данные BSIC, которые состоят из NCC (Network Color Code) и BCC (Base station Color Code). Список разрешенных и запрещенных для подключения идентификаторов хранится на SIM-карте.

Как только телефон находит разрешенный BCCH, посылается RACH-запрос, базовая станция выделяет определенный физический канал, выполняет аутентификацию абонента, а также регистрирует его прибывание в VLR и HLR. После этого телефон находится в режиме IDLE.

При входящем звонке или SMS-сообщении, все базовые станции текущего LAC начинают рассылать Paging Requests, чтобы уведомить абонента о каком-либо событии. Если телефон его «услышал», он отвечает, сеть высылает пакет Immediate Assignment, описывающий выделенные абоненту ресурсы (частота, номер таймслота и т.д.). Очень похоже на Ping в Интернете. С этого момента телефон находится в режиме DEDICATED до момента разрыва соединения.

В случае, если абонент сам выступает в роли инициатора соединения, ему необходимо сначала выслать запрос CM Service Request, а затем дождаться Immediate Assignment от сети.

3 Инфраструктура сотовых сетей

Базовые станции не могут существовать сами по себе, поэтому, находясь в определенном LAC, они подключаются к контроллеру базовых станций — BSC (Base Station Controller). Контроллеры, в свою очередь, выполняют балансировку нагрузки, а также активно участвуют в процессе обмена трафика между сетью и своими «подчиненными».

Взаимодействие BTS и BSC осуществляется посредством интерфейса A-bis. В пределах сети у большинства операторов, чаще всего, несколько контроллеров базовых станций, которые посредством A-интерфейса и Gb-интерфейса к коммутационным узлам сети (MSC — Mobile Switching Center, SGSN — Serving GPRS Support Node).

MSC образует ядро сетевой инфраструктуры (Core Network), в которое входят следующие основные элементы:

  • HLR (Home Location Register) — база данных, содержащая персональные данные каждого абонента, включая телефонный номер, тарифный план, список подключенных услуг, а также информацию об используемой абонентом SIM-карте.
  • VLR (Visitor Location Register) — временная база данных абонентов, которые находятся в зоне действия определённого центра мобильной коммутации. Каждая базовая станция в сети приписана к определённому VLR, так что абонент не может присутствовать в нескольких VLR одновременно.
  • AuC (Authentication Center) — центр аутентификации абонентов, выполняющий проверку подлинности каждой SIM-карты, подключающейся к сети.
  • SMSC (SMS Center) — центр обмена короткими текстовыми сообщениями, занимающийся их хранением и маршрутизацией.
  • GMSC (Gateway MSC) — шлюз, предоставляющий доступ к сетям проводных городских телефонов. Именно благодаря данному элементу возможны звонки между абонентами сотовых и городских телефонных сетей.
  • SGSN (Serving GPRS Support Node) — узел обслуживания абонентов GPRS, выступающий точкой соединения между системой базовых станций (BSS) и базовой сетью (Core Network). SGSN можно назвать аналогом коммутатора MSC сети GSM. SGSN выполняет контроль доставки пакетов данных, мониторинг находящихся в режиме online пользователей, преобразование кадров GSM в форматы, используемые протоколами TCP/IP глобальной компьютерной сети Internet, регистрацию или «прикрепление» (attachment) абонентов, вновь «появившихся» в зоне действия сети, шифрование данных, обработку поступающей биллинговой информации, а также обеспечивает взаимодействие с реестром собственных абонентов сети HLR. В отличии от вышеперечисленных элементов, SGSN соединяется напрямую с BSC.

Кроме этого, внутри инфраструктуры сети существует биллинговая система, где хранится наш «баланс», списывается плата за пользование услугами, а также обрабатываются различные платежные операции. Оператор может присоединять и другие подсистемы к ядру сети на свое усмотрение.

1 Частотные диапазоны

Любое оборудование в сотовых сетях взаимодействует посредством определенных интерфейсов. Как уже говорилось, обмен данными между базовой станцией и абонентом осуществляется через

, который в первую очередь является радиоинтерфейсом, следовательно обмен данными происходит в процессе приема/передачи радиоволн. Радиоволны являются таким же электромагнитным излучением, как тепло или свет. Ультрафиолетовое, рентгеновское и ионизирующее излучения так же являются видами электромагнитного излучения с определенными диапазонами частот и определенными длинами волн. Помните такую картинку?

Так вот, диапазон радиоволн тоже разделен на дочерние диапазоны частот, например, диапазоны LF (30—300 кГц), MF (300—3000 кГц) и HF (3—30 МГц) чаще всего используются для радиосвязи и радиовещания; телевещание ведется в диапазонах VHF (30—300 МГц), UHF (300—3000 МГц)

и SHF (3—30 ГГц); беспроводные сети, типа WiFi, а также спутниковое телевидение работают в том-же SHF. Больше всего нас интересует диапазон UHF, в котором работают сети GSM. Согласно стандарту 3GPP TS 45.005, в эфире им выделено целых 14 дочерних для UHF диапазонов, причем в различных странах используются различные диапазоны. Рассмотрим наиболее распространенные:

P-GSM-900, E-GSM-900 и DCS-1800 используются преимущественно в странах Европы и Азии. Диапазоны GSM-850 и PCS-1900 используется в США, Канаде, отдельных странах Латинской Америки и Африки.

Любой выделенный под сотовую сеть диапазон делится на множество отрезков (обычно по 200 КГц), часть из которых называется Downlink — здесь данные в эфир передают только базовые станции (BTS), часть — Uplink, где вещают только телефоны (MS). Пары таких отрезков, где один принадлежит Downlink, а другой Uplink, образуют радиочастотные каналы, называемые ARFCN (Absolute radio-frequency channel number).

2 Физические каналы, разделение множественного доступа

С диапазонам разобрались. Теперь представьте небольшую закрытую комнату, в которой много людей. Если в определенный момент времени все начнут разговаривать, собеседникам будет трудно понимать друг друга. Некоторые начнут говорить громче, что только ухудшит ситуацию для остальных. Так вот, в физике это явление называется

. Иными словами интерференцию можно назвать наложением волн. Для сотовых сетей GSM это паразитное явление, поэтому на помощь приходят технологии разделения множественного доступа.

Потребность в разделении множественного доступа возникла давно и применяется как в проводных коммуникациях (I2C, USB, Ethernet), так и в беспроводных. В сотовых сетях чаще всего используются технологии FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) и CDMA (Code Division Multiple Access).

Для радиосистем существует два основных ресурса — частота и время. Разделение множественного доступа по частотам, когда каждому приемнику и передатчику выделяется определенная частота, называется FDMA. Разделение по времени, когда каждой паре приёмник-передатчик выделяется весь спектр или большая его часть на выделенный отрезок времени, называют TDMA.

Читайте про операторов:  Не работает сим карта Билайн на телефоне

В CDMA нет ограничений на частоту и время. Вместо этого каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода, а приемник вычисляет нужную часть сигнала, используя аналогичный код.

Кроме того, существует еще несколько технологий: PAMA (Pulse-Address Multiple Access), PDMA (Polarization Division Multiple Access), SDMA (Space Division Multiple Access), однако, их описание выходит за рамки данной статьи.

FDMAПринцип данного метода заключается в том, что доступный частотный спектр разделяется между приемниками и передатчиками на равные или неравные частотные полосы, часть из которых выделяется под Downlink (трафик от BTS к MS), часть под Uplink (трафик от MS к BTS). Об этом мы уже говорили.

TDMAВместе с разделением по частоте (FDMA), в GSM применяется метод разделения по времени — TDMA. Согласно TDMA, весь поток данных делится на фреймы, а фреймы в свою очередь делятся на несколько таймслотов, которые распределяются между приемопередающими устройствами. Следовательно, телефон может выполнять обмен информацией с сетью только в определенные, выделенные ему промежутки времени.

Фреймы объединяются в мультифреймы, которые бывают двух видов:

Control Multiframe (содержит 51 фрейм)

Traffic Multiframe (содержит 26 фреймов)

Мультифреймы образуют суперфреймы, а уже суперфреймы образуют гиперфреймы. Подробнее о структуре фреймов и их организации можно узнать тут (источник изображений) и здесь.

В результате, физический канал между приемником и передатчиком определяется частотой, выделенными фреймами и номерами таймслотов в них. Обычно базовые станции используют один или несколько каналов ARFCN, один из которых используется для идентификации присутствия BTS в эфире.

4 Шифрование трафика

Согласно спецификации, существует три алгоритма шифрования пользовательского трафика:

  • A5/0 — формальное обозначение отсутствия шифрования, так же как OPEN в WiFi-сетях. Сам я ни разу не встречал сетей без шифрования, однако, согласно gsmmap.org, в Сирии и Южной Корее используется A5/0.
  • A5/1 — самый распространенный алгоритм шифрования. Не смотря на то, что его взлом уже неоднократно демонстрировался на различных конференциях, используется везде и повсюду. Для расшифровки трафика достаточно иметь 2 Тб свободного места на диске, обычный персональный компьютер с Linux и программой Kraken на борту.
  • A5/2 — алгоритм шифрования с умышленно ослабленной защитой. Если где и используется, то только для красоты.
  • A5/3 — на данный момент самый стойкий алгоритм шифрования, разработанный еще в 2002 году. В интернете можно найти сведения о некоторых теоретически возможных уязвимостях, однако на практике его взлом еще никто не демонстрировал. Не знаю, почему наши операторы не хотят использовать его в своих 2G-сетях. Ведь для СОРМ это далеко не помеха, т.к. ключи шифрования известны оператору и трафик можно довольно легко расшифровывать на его стороне. Да и все современные телефоны прекрасно его поддерживают. К счастью, его используют современные 3GPP-сети.

Способы атаки

Как уже говорилось, имея оборудование для сниффинга и компьютер с 2 Тб памяти и программой Kraken, можно довольно быстро (несколько секунд) находить сессионные ключи шифрования A5/1, а затем расшифровывать чей-угодно трафик. Немецкий криптолог Карстен Нол (Karsten Nohl) в 2009 году

способ взлома A5/1. А через несколько лет Карстен и Сильвиан Мюно продемонстрировали перехват и способ дешифровки телефонного разговора с помошью нескольких старых телефонов Motorola (проект OsmocomBB).

Как организована сотовая связь

Сотовая сеть разбита на территориальные ячейки (соты). Каждая сота занимает свой участок территории, который покрывает (обслуживает) базовая станция. Форма и размеры сот зависят от множества факторов, в том числе от мощности излучения базовой станции, стандарта, рабочих частот, направления антенн и т.п.

Базовые станции подключенные по оптоволоконному кабелю, осуществляют связь терминала (телефона) с базовой станцией, после чего разговор или трафик передачи данных от базовой станции доставляется до коммутатора.

Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

Само собой равномерное распределение базовых станций невозможно в условиях городской застройки ввиду архитектурных препятствий. Поэтому все операторы стараются резервировать дополнительные мощности в крупных городах, создавать перекрывающиеся зоны для базовых станций.

Чтобы закрыть так называемые «дыры» в покрытии сетей, сотовые операторы устанавливают свои базовые станции как на офисных зданиях, производственных помещениях и магазинах, так и на крышах жилых домов. Это дает возможность более равномерно покрыть район и позволить мобильным устройствам надежно регистрироваться в сети.

Для обслуживания тысячи пользователей операторы за большие деньги покупают Полосы частот — это ограниченный и крайне ценный ресурс, за лицензирование которых государству платят большие деньги. И не только деньги. Например, в России Министерство связи закладывает в лицензии обязательства оператора по обеспечению связью не только выгодных для сотовиков городов, но и малонаселенных территорий, где строить базовые станции – заведомо убыточное дело. Поэтому стоимость установки базовых станций и строительства сетей в малых городах компенсируется услугами в больших.

Как устроена сотовая связь

Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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.

Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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.

Читайте про операторов:  Как работает сотовая связь? Разбор |

5. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

6. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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:

Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

9. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

Каждый коммутатор обслуживает от 2 до 30 контроллеров. Он занимает уже большой зал, заставленный различными шкафами с оборудованием:

10. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

11. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

12. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

Вся крыша такого автомобиля утыкана антеннами:

15. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

Внутри стоит оборудование, осуществляющее сотни звонков и снимающее информацию:

16. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

Круглосуточный контроль за коммутаторами и контроллерами осуществляется из Центра Управления Полетами Центра Контроля Сети (ЦКС):

17. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

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. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

На графике показана активность московских коммутаторов. Хорошо видно, что ночью практически никто не звонит:

19. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

Контроль за контроллерами (простите за тавтологию) осуществляется со второго этажа Центра Контроля Сети:

22. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

21. Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

Понимаю, что у вас осталась куча вопросов о том, как устроена сотовая сеть. Тема сложная, и я попросил специалиста из “Билайн” помочь мне отвечать на ваши комментарии. Единственная просьба – придерживайтесь темы. А вопросы типа “Билайн редиски. Украли у меня 3 рубля со счета” – адресуйте абонентской службе 0611.

Завтра будет пост о том, как передо мной выпрыгнул кит, а я не успел его сфотографировать. Stay Tuned!

§

“Сигнал частотой 900 МГц может бить до 35 километров, хотя “дальность” некоторых Базовых Станций, стоящих вдоль трасс, может доходить до 70 километров в ущерб качеству сигнала.”

В этом месте не совсем верно. 70 километров получается не за счет ухудшения качества сигнала, а за счет снижения числа одновременно обслуживаемых абонентов на станции в два раза.
Физика процесса.
В мобильной связи GSM используется временное разделение сигнала, то есть когда мы говорим – то телефон и базовая станция обмениваются радиосигналами не постоянно, а импульсами через определенное время. Для каждого телефона на базовой станции выделено свое “окно” для связи, тайм-слот. В остальное время станция общается с другими абонентами, пока круг не замкнется. Число одновременно обслуживаемых абонентов на базовой станции ограничено, и если все тайм-слоты заняты, а другой свободной базовой станции в пределах радиовидимости нет, то позвонить не получится.
Радиоволны распространяются не мгновенно, сигнал в зависимости от расстояния проходит с задержкой, и 35 км – это как раз расстояние, на котором телефон при обмене сигналами все еще попадает в свой тайм-слот на стандатрной базовой станции. Если расстояние увеличится более чем на 35 км – связь прервется.
Ну и соответственно если тайм-слот на базовой станции увеличить в два раза – то теореически можно говорить на расстоянии в два раза большем (70 км), но одновременно обслуживать в два раза меньше абонентов.

Читайте про операторов:  Зона покрытия Ростелеком в России: карта сотовой связи и интернета

§

Просьба к сотруднику Билайн прокомментировать ситуацию.
Как-то судьба занесла меня с коллегой на окраину Родины с целью установить некую систему удалённого мониторинга. Одним из используемых протоколов передачи данных был CSD.

Так вот, когда мы, сидя в центре небольшого городка, пытались установить связь по CSD с удалённой станцией – ничего не получалось, шли постоянные сбои ещё на самых начальных этапах установки соединения. Перепробовали всех операторов большой тройки и одного местного – результат одинаковый.

На следующий день попробовали связь с окраины городка – всё в норме. Отъехали в глушь километров на 100 – аналогично, всё работает. С чем может быть связана подобная странная ситуация?

Какой оператор связи лучше

Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

Определиться с выбором лучшего оператора основываясь только на количестве базовых станций, которые он имеет, неверно. Ведь стандартов связи становится больше и все они имеют свою специфику: 2G для голоса, 3G/4G и их промежуточные версии для передачи данных, а также голоса (3G , а также появляется Voice over LTE).

Маркетинговые термины про 4G, 4G сегодня не гарантируют качество связи. Важно понимать, какие скорости достижимы на практике и в чем есть подводные камни. Насколько хорошо работает голосовая связь. Наличие у оператора низких частот обеспечит «пробивную способность» сигнала.

Конечно же стоит учитывать число базовых станций и количество современных станций, которые объединены высокоскоростной оптикой для тех, кто частно разъезжает по миру. Среди операторов можно отметить Мегафон, которая активно и первой развивает станции новых поколений, и имеет максимальный частотный ресурс. Компания подобралась к теоретическому максимуму базовых станций для всех территорий в России.

Какого сотового оператора выбрать

Общий вывод

Чем больше в вашем телефоне поддерживаемых стандартов и чем больше их у вашего оператора, тем надежнее в большинстве случаев связь, особенно это касается мобильного интернета.

Предисловие

Сотовая связь появилась довольно давно. Еще в 40-х годах двадцатого века начались исследования с целью создания сети подвижной связи. В 1956 году в нескольких городах Швеции запускают автомобильную телефонную сеть Mobile System A (MTA). В 1957 году наш соотечественник Л.И.

Куприянович публично демонстрирует разработанный им мобильный телефон и базовую станцию для него. Затем в СССР начнется разработка гражданской системы сотовой связи «Алтай», которая через несколько лет покроет более 30, а затем и вовсе 114 советских городов.

стоимостью $3995. И только в 1992 году следом за NMT-450, AMPS, ETACS, D-AMPS и NMT-900 в Германии запускается сотовая связь на базе стандарта GSM.

Сегодня, спустя двадцать с лишним лет, мы пользуемся сетями нового поколения, вроде 3G и 4G, однако сети GSM никуда не исчезли — они все-еще используются банкоматами, терминалами, сигнализациями и даже современными телефонами для экономии электроэнергии и сохранения обратной совместимости.

К тому же новинки, вроде UMTS (или W-CDMA) и LTE, имеют много общего с GSM. В отличие, например, от TCP/IP, сотовые сети менее доступны для изучения и исследований. Причин много: начиная от довольно высоких цен на оборудование, заканчивая запретом законодательств большинства стран на использования частот GSM-диапазонов без лицензии.

Содержание:

  1. Введение в сотовые сети
    1.1 Провайдеры услуг сотовой связи
    1.2 Принципы обеспечения сетевого покрытия
    1.3 Инфраструктура сотовых сетей
    1.4 Межоператорное взаимодействие
  2. Um-интерфейс (GSM Air Interface)
    2.1 Частотные диапазоны
    2.2 Физические каналы, разделение множественного доступа
    2.3 Логические каналы
    2.4 Что такое burst?
    2.5 Виды burst
    2.6 Frequency Hopping
    2.7 Основные принципы взаимодействия MS и BTS
    2.8 Handover
    2.9 Кодирование речи
  3. Безопасность и конфиденциальность
    3.1 Основные векторы атак
    3.2 Идентификация абонентов
    3.3 Аутентификация
    3.4 Шифрование трафика

Совместимость терминалов, выбор мобильного устройства с хорошей связью

По мере возможности производители смартфонов, планшетов и другой электроники адаптируют свои устройства под конкретные рынки. В таких устройствах обычно прописаны точки доступа, проверена работа со множеством SIM-карт различных операторов, в инженерном меню телефона выставлены правильные настройки для сети.

Одна и та же модель может быть настроена так, что ее локальный вариант будет качественно работать в сети, чем аналог, привезенный из Европы или США. Вопрос в настройках, которые сделаны для России, и в том, насколько они универсальны или специфичны.

Это также напрямую влияет на время работы вашего устройства, скорость регистрации в сети. Например, покупая новейший смартфон, не предназначенный для России, поддерживающий агрегацию частот в 4G, вы можете столкнуться с тем, что в российских условиях скорости не поддерживаются.

Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях / Хабр

Зачастую в телефонах заявляется поддержка полного набора стандартов, обычное описание выглядит так – GSM 850/900/1800/1900, 3G 900/2100, 4G LTE FDD, и дальше идет перечисление диапазонов или, как их еще называют, band’ов. Например, если в сети МегаФон есть поддержка LTE Advanced, то ваш смартфон или планшет также должны поддерживать эту технологию и эти частоты, иначе не ждите большей скорости и качества связи.

Для LTE в России используется стандарт band 20 , в то время как во многих азиатских моделях он отсутствует. Например, привезённые из китая iPhone могут работать в band 7 (2600 МГц), но не поддерживать LTE 800 МГц (Band 20). К тому же стоит учитывать, что частот в Band 20 у наших операторов сравнительно мало, и сети в этом диапазоне развивают не так активно.

Обычно, большая часть устройств, продаваемых в России, поддерживает локальные частоты в полной мере, но «серые» аппараты могут предназначаться для других рынков, поэтому стоит внимательно ознакомиться с поддержкой используемых диапазонов терминала и оператора.

Факторы влияющие на качество связи

Многие сталкивались с тем, что в «пиковые » часы связь сильно портиться или вообще пропадает. Дело в том, что с повышением нагрузки (число одновременно разговаривающих) территория покрытия базовой станции 3G может уменьшаться, вплоть до появления «дыр » в покрытии там, где соседние соты мало перекрывают друг друга (ближе к границам сот).

Чтобы не возникали проблемы со связью на даче, в сельской местности можно установить сотовые усилители специально предназначенные для удаленных от города населенных пунктов (сотовые усилители для сельской местности).

Погодные условия также сказываются на связи. Во время дождя радиорелейные каналы связи резко теряют свою пропускную способность. Особенно за городом.

В городе проблемы со связью и интернетом возникают в местах плотной застройки, на первых и верхних этажах, во внутренних и подвальных помещениях, слепые зоны появляются в «Колодцах » между высокими домами. Причина плохой связи на верхних этажах заключаются в том, что станции ставят часто, и «светят » они низко, чтобы не мешать друг другу работать на тех же частотах.

Вернуть связь и улучшить ее качество могут GSM репитеры, предназначенные специально для городских условий , которые обеспечивают способность сигнала проникать сквозь слепые зоны и через железобетонные перекрытия.

В любом случает стоит обратиться к оператору. Бывает что проблемы возникают из-за перегрузки конкретной базовой станции, а может и радиорелейный канал связи не справляться.

Заключение

Мой длинный рассказ подошел к концу. Более подробно и с практической стороны с принципами работы сотовых сетей можно будет познакомиться в цикле статей

, как только я допишу оставшиеся части. Надеюсь, у меня получилось рассказать Вам что-нибудь новое и интересное. Жду Ваших отзывов и замечаний!

Список использованной литературы

Принципы передачи данных в радиоэфире

en.wikipedia.org/wiki/Um_interface
en.wikipedia.org/wiki/GSM_frequency_bands
www.teletopix.org/gsm/what-is-burst-in-gsm-and-burst-types-in-gsm
en.wikipedia.org/wiki/Control_channel
www.etsi.org/deliver/etsi_gts/05/0502/03.08.00_60/gsmts_0502sv030800p.pdf
www.sharetechnote.com/html/FrameStructure_GSM.html
www.teletopix.org/gsm/how-26-and-51-multiframes-in-gsm
www.teletopix.org/gsm/bch-cbch-and-ccch-works-in-gsm
www.teletopix.org/gsm/dedicated-control-channel-dcch-in-gsm
en.wikipedia.org/wiki/Handover
www.teletopix.org/gsm/slow-and-fast-frequency-hopping-in-gsm

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector