Средства связи — Карта знаний

Основные понятия мобильной связи

Мобильная связь — это любая радиосвязь, позволяющая
абоненту пользоваться ею без привязки к конкретному месту: сотовая,
транковая (или транкинговая), пейджинговая, радиотелефоны, радиоудлинители,
рации и т. д.

Сотовая связь — разновидность мобильной
связи, организованная по принципу сот или ячеек (cells), путём размещения
базовых станций (БС) (Base Transceiver Station),
которые покрывают локальную территорию.

Совокупность локальных территорий
составляет зону обслуживания (ЗО) Оператора. Уровень
сигнала в конкретном месте зависит от близости к БС, рельефа местности,
застройки, индустриальных помех и других факторов. Сигнал с БС передаётся
на коммутатор и обрабатывается им.

Карты ЗО Операторы публикуют, например, на своих сайтах. У Московских
Операторов карты не очень наглядные — во-первых, они публикуют их
без указания местоположения БС (неуклюже ссылаясь на секретность),
что снижает их информативность, во-вторых, иногда показаны всего 3
градации уровня сигнала: отсутствие сигнала, зона возможного приёма
и зона уверенного приёма.

Причём, вместо логичной для наглядности
цветовой гаммы — белый, светлый, тёмный соответственно — у некоторых
на картах так — белый, тёмный, светлый. Может, для обмана зрения?
Взглянешь на карту — всё тёмное, а на поверку — это зона всего лишь
возможной связи :-).

Многие региональные Операторы секретов Полишинеля не практикуют ;-).
Например, образцовая
карта у С.-Петербуржского Оператора Fora — и БС указаны (даже
публикуются список точных адресов их установки), и 7 градаций сигнала.

1g – аналоговые соты

Концепция запущена (1979 год) японской компанией Ниппон телеграф и телефон (NTT), охватив метрополию Токио. Выполнив план пятилетки, инженеры покрыли сеткой острова архипелага. 1981 считается годом рождения датской, финской, норвежской, шведской систем связи NMT.

Единый стандарт помог реализовать международный роуминг. США выжидал 2 года, лицезря европейские успехи. Затем чикагский провайдер Америтех, используя аппараты Моторола, начал захват рынка. Последовали аналогичные шаги со стороны Мексики, Канады, Великобритании, России.

Северная Америка (13 октября 1983 – 2008 г.г.), Австралия (28 февраля 1986, Телеком), Канада широко использовали AMPS; Великобритания – TACS; Западная Германия, Португалия, Южная Африка – С-450; Франция – Радиоком 2000; Испания – ТМА; Италия – RTMI. Японцы плодили стандарты неимоверно быстро: TZ-801, TZ-802, TZ-803. Конкурент NTT создал систему JTACS.

Стандарт включает цифровой вызов станции, однако передача информации полностью аналоговая (модулированный сигнал ДМВ выше 150 МГц). Шифрование отсутствовало напрочь, набивая монетой карманы частных детективов. Частотное деление каналов оставляло место незаконному клонированию устройств.

6 марта 1983 запущена разработка мобильника DynaTAC 8000X Америтех, стоившая компании состояние. Целое десятилетие устройство силилось достигнуть прилавки магазинов. Список желающих подписаться исчислялся тысячами индивидов, невзирая на явные недостатки:

• Время жизни батареи.
• Габариты.
• Быстрая разрядка.

Поколение телефонов позже успешно модернизировали, обеспечивая апгрейд к поколению 2G.

2g – цифровая связь

Появлением второй ступени развития отмечено начало 90-х. Сразу обозначились два главных конкурента:

1. Европейский GSM.
2. Американский CDMA.

Ключевые отличия:

1. Цифровая передача информации.
2. Внеполосный вызов вышки телефоном.

Эру 2G называют эпохой заказанных телефонов. Покупателей слишком много, производитель заранее собирал списки желающих. Первой сеть Радиолиния запустила Финляндия. Европейские частоты исторически выше американских, некоторые диапазоны 1G и 2G (900 МГц) накладываются. Устаревшие системы ускоренно закрывали. Американский IS-54 захватил прежние ресурсы AMPS.

IBM Simon принято считать первым смартфоном: мобильник, пейджер, факс, PDA. Программный интерфейс предоставлял календарь, адресную книгу, часы, калькулятор, блокнот, электронную почту, опцию предсказания следующего символа наподобие Т9. Тачскрин обеспечивал управление клавиатурой QWERTY. Комплект дополнял стилус. Карта памяти PCMCIA ёмкостью 1,8 МБ расширяла функционал.

Наметилась тенденция минимизации аппаратов. Кирпичи начинали весить 100-200 г. Впервые оценены публикой СМС-сообщения. Первый (сгенерированный автоматически) GSM-текст послали 2 декабря 1992 года, в 1993 – произвели опробирование люди. Метод пакетной предоплаты вскоре сделал СМС общение популярной молодёжной забавой. Позже страсть охватила старшие поколения.

Появлением сервиса мобильных платежей (автоматы Кока-Кола, парковки), выходом платного медиаконтента ознаменован 1998 год: провайдером Радиолиния (ныне Элиза) продан первый рингтон. Изначально новостные подписки (2000 г.) распространяли бесплатно, сервис оплачивали рекламными взносами спонсоров.

Антенны базовых станций. заглянем внутрь

В сотовой связи чаще всего используют секторные панельные антенны, которые имеют диаграмму направленности (ДН) шириной в 120, 90, 60 и 30 градусов. Соответственно, для организации связи во всех направлениях (от 0 до 360) может потребоваться 3 (ширина ДН 120 градусов) либо 6 (ширина ДН 60 градусов) антенных блоков.

А ниже вид типовых диаграмм направленности в логарифмическом масштабе.

Большинство антенн базовых станций широкополосные, позволяющие работать в одном, двух или трех диапазонах частот. Один из эффективных методов управления излучаемой мощностью – это управление углом наклона антенны, что позволяет изменить площадь облучения диаграммы направленности.

Антенны могут иметь фиксированный угол наклона, либо имеют возможность дистанционной регулировки с помощью специального программного обеспечения, располагаемого в блоке управления БС, и встроенных фазовращателей. 

С учетом современных реалий развития беспроводных технологий, базовые станции должны поддерживать работу 2G, 3G и LTE сетей. И если блоки управления базовых станций сетей разных поколений удается вместить в один коммутационный шкаф без увеличения габаритного размера, то с антенной частью возникают значительные трудности.

Например, в многодиапазонных антенных панелях количество коаксиальных соединительных линий достигает 100 метров! 

С целью снижения электрических потерь и уменьшения точек пайки часто делают микрополосковые линии, это позволяет выполнить диполи и систему запитки всей антенны по единой печатной технологии. 

Бесплатный порог и посекундная тарификация

Бесплатный порог при исходящем/входящем звонке в секундах (БП исх/вх)
— нетарифицируемый интервал, т. е. отрезок времени от начала разговора,
который не тарифицируется Оператором, проще говоря — продолжительность
разговора, за который не берётся плата.

Полезная штука — если кто-то
позвонил вам по ошибке, или если вы кому-то звоните, а вместо абонента
включается АОН, автоответчик (при их включении идёт отсчёт времени)
или нужного человека нет дома, то при наличии БП не придется платить
за несостоявшийся разговор за целую минуту (на большинстве ТП).

В
Билайн-800 по кредитным ТП тарификация начинается с начала соединения,
т. е. когда пошли вызывные гудки. Контроль БП на NMT- и DAMPS-телефонах
затруднён, так как они показывают время не с начала разговора, а с
момента соединения.

У МСС на большинстве ТП — 10исх/15вх. У Билайна БП — 9исх/9вх. Некоторые
думают, что у Билайна на БИ БП действует в начале каждой минуты,
т. е. 1 минута 8 секунд тарифицируется как 1 минута. Это не верно,
так было только на старых ТП БИ GSM.

Надо учесть, что у всех Операторов не тарифицируется время до БП,
т. е. 5 сек у МТС уже тарифицируется. А если учесть возможную разницу
в измерении времени аппаратурой Оператора и аппарата абонента, то
можно быть уверенным, что разговор абонента МТС не тарифицировался,
только если на дисплее телефона 3 сек (!) или меньше.

Более издевательский
БП встречал только у ННС — Нижегородской
Сотовой Связи (GSM-900) — до 3 сек (!). Но у НСС ситуация сглаживается
тем, что тарификация у неё идёт по 15 сек, т. е. если вы немного не
уложились в БП, то зачтут 15 сек, а не минуту, как на МТС.

Те, кому
важен БП на МТС, могут попробовать купить SIM-карту у старых абонентов
МТС или абонентов региональных ТП, например, РТК (сейчас уже по ним
не подключают), на которых БП — 5исх/20вх. БП не действует при переадресованных
и междугородних звонках.

Кстати, действительно проблему БП решило бы введение настоящей посекундной
оплаты (т. е. с первой минуты) или дискретно-посекундной (как
у НСС). Пока единственным московским ТП с настоящей посекундной оплатой
является МСС-Секунда.

У МТС и Билайн-GSM посекундная тарификация начинается
со второй минуты. На большинстве ТП МСС, на всех ТП по БИ , а также
на большинстве других ТП при междугородних и переадресованных звонках,
поминутная тарификация, т. е.

1 минуту 01 сек разговора
зачтут за 2 минуты, т. е. стоимость минуты, кстати, получается в этих
случаях дороже почти в 2 раза. К слову сказать, для таких ТП бесполезны
минутные таймеры у телефонов, которые лишь будут информировать, что
пошла следующая минута.

Вы решили продать телефон

Привязанный — конечно, можно просто продать телефон
без смены владельца, не мудрствуя лукаво. Но есть вероятность, что
ваш бывший телефон (точнее его номер) может влипнуть в какую-либо
историю, а беспокоить будут вас, как юридического владельца телефона.
Поэтому лучше обрубать концы — продавать телефон официально через
смену владельца или путём расторжения контракта и подключения телефона
заново. Излишне говорить, что это связано с дополнительными хлопотами
и материальными затратами.

GSM — вынимаете свою SIM-карту и продаёте телефон.
Можно таким же образом легко купить другой. К слову сказать, что повод
поменять GSM-телефон всегда есть — новые модели появляются постоянно.
Множество моделей, современные, с великолепным дизайном на любой вкус,
технически навороченные, некоторые из них с отличным качеством, в
том числе звука, так и подбивают купить себе что-то новенькое.

Так что недостатки «привязанных» стандартов налицо. Повторюсь,
радует начало выпуска CDMA-телефонов с SIM-картой, так что есть вероятность
того, что CDMA перестанет быть «привязанным» стандартом
и дело останется за малым — преодолеть рогатки российских чиновников
:-).

Как работает мобильная связь: ликбез

Обратите внимание на промышленные здания, городские высотки и специальные вышки. На них располагаются большие серые прямоугольные блоки с торчащими антеннами разных форм. Это приемо-передающие операторов сотовой связи. От антенны сигнал по кабелю передается непосредственно в управляющий блок станции. Вместе они и образуют базовую станцию [антенны и управляющий блок].

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

Несмотря на своё название, пчёлы в функционировании сотовой связи никак не задействованы. Сотовой связь называется потому, что территория, на которой обеспечивается связь, разбивается на отдельные ячейки или соты.

Соты формируют многочисленные базовые станции – это совокупности антенн, расположенные где-то на крышах зданий.

Каждая такая станция способна поймать сигнал от сотового телефона на расстоянии до 35 километров.

Антенна базовой станции разбита на несколько участков, каждый из которых направлен в свою сторону.

Антенна может включать в себя до шести секторов, каждый из которых в состоянии обрабатывать до 72 звонков одновременно.

То есть теоретически одна базовая станция может обрабатывать до 432 звонков, правда на практике используется меньшее количество секторов антенны.

Провода от антенн тянутся в специальный домик, который по сути и является базовой станцией.

Физически она выполнена в виде двух железных шкафов, установленных в помещениях с хорошей системой вентиляции.

Как правило, базовые станции устанавливаются на чердаках или крышах в специальных контейнерах.

За городом антенны базовых станций как правило устанавливают на антенно-мачтовых сооружениях.

Это наиболее эффективный способ обеспечить связью трассы и большие территории за пределами города.

В этом случае базовые станции располагаются в специализированных вагончиках около вышек.

Провода спускаются от антенн и проникают в помещение.

С базовых станций вызов переводится на центральный контроллер, где и происходит установление соединения с нужным абоненту направлением.

Контроллер и базовая станция связываются по оптическому или радиорелейному каналам. Один контроллер способен обслуживать до шестидесяти базовых станций.

Ниже вы можете увидеть, что из себя представляет коммутатор:

Коммутаторы размещают в больших помещениях, заполненных металлическими шкафами с оборудованием.

Задача коммутатора состоит в управлении трафиком. Если раньше чтобы поговорить друг с другом, абонентам нужно было сначала связываться с телефонисткой, которая затем вручную переставляла нужные провода, то теперь с ее ролью отлично справляется коммутатор.

Многодиапазонные антенны

С развитием сетей связи третьего и четвертого поколений требуется модернизация антенной части как базовых станций, так и сотовых телефонов. Антенны должны работать в новых дополнительных диапазонах, превышающих 2.2 ГГц. 

В качестве примера рассмотрим конструкцию излучателей двухдиапазонной антенны базовой станции сотовой связи Powerwave, работающей в диапазонах 824-960, МГц и 1710-2170, МГц. Ее внешний вид показан на рисунке ниже:

Этот двухдиапазонный облучатель состоит из двух металлических пластин. Та, что большего размера работает в нижнем диапазоне 900 МГц, над ней расположена пластина с щелевым излучателем меньшего размера. Обе антенны возбуждаются щелевыми излучателями и таким образом имеют единую линию запитки.

Если в качестве излучателей используются дипольные антенны, то необходимо ставить отдельный диполь для каждого диапазона волн. Отдельные диполи должны иметь свою линию запитки, что, конечно же, снижает общую надежность системы и увеличивает энергопотребление. Примером такой конструкции является антенна Kathrein. Проектирование многодиапазонной антенны производят поэтапно.

Широкополосная антенна типа “бабочка” может быть удачно использована как основа для трехдиапазонной печатной антенны. На рисунке ниже изображены четыре различных варианта ее конфигурации.

Приведенные конструкции антенн отличаются формой реактивного элемента, который применяется для расширения рабочей полосы частот по согласованию. Каждый слой такой трехдиапазонной антенны представляет собой микрополосковый излучатель заданных геометрических размеров. Чем ниже частоты – тем больше относительный размер такого излучателя.

Таким образом, диполи для нижнего диапазона частот находятся как бы внутри диполей верхнего диапазона.

Для реализации трех- и более диапазонного режимов работы наибольшей технологичностью обладают печатные многослойные антенны. В таких антеннах каждый новый слой работает в довольно узком диапазоне частот. Такая “многоэтажная” конструкция изготавливается из печатных антенн с индивидуальными излучателями.

Мобильная связь

Важное явление, которое приходится учитывать при создании сотовых систем подвижной радиосвязи – отражение радиоволн, и, как следствие, их многолучевое распространение. 

           “АНАТОМИЯ”

Передача данных осуществляется по радиоканалам. Сеть GSM работает в диапазонах частот 900 или 1800 МГц. Например, при диапазоне 900МГц подвижной абонентский аппарат передает на одной из частот, лежащих в диапазоне 890-915 МГц, а принимает на частоте, лежащей в диапазоне 935-960 МГц. Для других частот принцип тот же, изменяются только численные характеристики.

Когда абонент получает канал, ему выделяется не только частотный канал, но и один из конкретных канальных интервалов, и он должен вести передачу в строго отведенном временном интервале, не выходя за его пределы – иначе будут создаваться помехи в других каналах.

Работа передатчика происходит в виде отдельных импульсов, которые происходят в строго отведенном канальном интервале: продолжительность канального интервала составляет 577мкс, а всего цикла – 4616мкс. Выделение абоненту только одного из восьми канальных интервалов позволяет разделить во времени процесс передачи и приема путем сдвига канальных интервалов, выделяемых передатчикам подвижного аппарата и базовой станции. Базовая станция (BS) всегда передает на три канальных интервала раньше подвижного аппарата (HS).

Кроме каналов, передающих полезную информацию, существует еще ряд каналов, передающих сигналы управления. Реализация таких каналов и их работа требуют четкого управления, которое реализуется программными средствами.

Тарифные планы

Тарифный план (ТП) — система тарифов и набора услуг. Тарифные планы
бывают авансовыми и кредитными. Например, основные ТП МТС и МСС —
авансовые: деньги есть на счету — говоришь, в минус вышел — будь здоров,
так же на БИ .

Другие ТП Билайна — кредитные, т. е. оплата происходит
ежемесячно после разговоров. Билайн допускает разговоры в долг, т. е.
когда уже выговорен гарантийный взнос и на счету — «минус»,
иногда сотни долларов.

• Иногда нечистоплотные дилеры подключают абонентов по чужим паспортным
  данным. Абоненты выговаривают все деньги на счету, залезают «в
  минус» до отключения, а потом владельцам этим паспортов приходят
  счета, приходится разбираться. Это, так называемое, «подключение
  на убой».
• Ребёнок «поиграл» с телефоном, абонент не рассчитал
  с роумингом на отдыхе :-), да и просто новичок не разобрался с тарифами
  и наговорил на большую сумму. Конечно, надо быть внимательным, изучать
  договора и тарифы, следить за детьми и т. д., но всё же…
• Получение счёта по адресу абонента (или в офисе Билайна) доставляет
  некоторое неудобство для тех абонентов, которые часто переезжают.
• Текущий контроль над расходом средств невозможен, абоненты Билайна
  на кредитных ТП разговаривают «вслепую», вся информация
  о расходах будет только когда придёт счёт. Нет даже информации о
  расходе «бесплатных» минут. Хотя это и не является особенностью
  кредитной системы. Ведь можно было бы и на кредитных ТП сделать
  автоматизированную систему, аналогичную АССА в МТС, которая бы извещала
  абонента о его текущих расходах.
• Кредитная система накладна для Оператора, так как надо тратиться
  на собирание долгов, а также нести убытки от невыплаченных долгов
  и «убоя». Эти расходы, кстати, ложатся на плечи остальных
  абонентов. Кредитная система не оправдала себя у МСС — она раньше
  тоже допускала большой долг у абонентов (причём даже на авансовых
  ТП!), но, видимо, собирать долги стало тяжело, и теперь МСС долга
  у абонентов не допускает, и даже стала подключать «долговые»
  телефоны.
• При кредитной системе надо вносить гарантийный взнос (залог),
  который, должен возвращаться при разрыве контракта, что тоже хлопотно
  — надо ехать в офис Билайна, возможно — стоять в очереди, расторгать
  договор, ждать несколько дней, опять ехать… Кстати, почему-то гарантийный
  взнос (залог) в Билайне облагается НДС, хотя по Закону «О НДС»
  — не должен.

Есть и поклонники кредитной системы из-за того, что абонента не отключат,
как при авансовой системе, при недостатке денег на счету (как правило,
в самый неподходящий момент 🙂 ), но у МТС на эту ситуацию есть полезная
услуга «Обещанный платёж» — абонент по телефону может как
бы взять кредит до 10 долларов с последующей оплатой в течение 7 дней
— очень удобно, если деньги не счету кончатся, а оплатить пока нет
возможности.

Так называемые карточные (препейдные) ТП — БИ , МСС-Секунда, МТС-ТАКСАфон
— это разновидность авансовых ТП. Преимущество — оплата по картам,
чёткая система контроля счёта, недостаток — ограниченный набор услуг.

На всех ТП московских Операторов (за исключением МСС-Разговорный)
есть абонентская плата или другие обязательные платежи, например,
минимальная плата за трафик, явная, как на МТС-Локальном или скрытая,
как на БИ .

Трафик (traffic) — это эфирное время,
т. е. время использования телефона, за определённый отрезок времени
(как правило, за месяц). Иногда трафиком называют сумму,
потраченную на связь за этот период.

У многих Операторов есть корпоративные ТП, предназначенные для группы
абонентов, оплата идёт по одному счёту. Такие ТП удобны и выгодны
для абонентов одной организации или группы родственников. Недавние
изменения в корпоративных ТП Билайна сделали их наиболее привлекательными
— минимальное количество трубок на корпоративных ТП снижено с 25 до
10, действительно нет абонентской платы на кривом номере, низкие тарифы,
а у Билайна-800 (DAMPS) все входящие звонки бесплатны.

Упоминания в литературе

Упоминания в литературе (продолжение)