Czym jest komunikacja komórkowa, bez której współczesny człowiek nie wyobraża sobie życia? Jest to rodzaj połączenia, w którym ostatni kanał jest bezprzewodowy. Sieć jest rozproszona na obszarach lądowych zwanych komórkami, z których każdy jest obsługiwany przez co najmniej jeden nadajnik-odbiornik o stałej lokalizacji, ale najczęściej przez trzy stacje nadawczo-odbiorcze komórkowe lub bazowe. Zapewniają komórce zasięg sieci, który może być używany do przesyłania głosu, danych i innych rodzajów treści.
Jak to działa?
Co to jest sieć komórkowa w akcji? Komórka zwykle używa innego zestawu częstotliwości niż sąsiednie, aby uniknąć zakłóceń i zapewnić gwarantowaną jakość usług w każdej komórce (zasada komórki). Po połączeniu komórki te zapewniają zasięg radiowy w rozszerzonym regionie geograficznym. Pozwala to na użycie znacznej liczby przenośnych urządzeń nadawczo-odbiorczych (na przykład mobilnychtelefony, tablety i laptopy wyposażone w mobilne modemy szerokopasmowe, pagery itp.) komunikują się ze sobą oraz ze stacjonarnymi nadajnikami-odbiornikami i telefonami w dowolnym miejscu sieci za pośrednictwem stacji bazowych, nawet jeśli niektóre nadajniki-odbiorniki przechodzą przez wiele komórek podczas transmisji.
Komunikacja komórkowa ma wiele przydatnych funkcji:
- Większa pojemność niż jeden duży nadajnik, ponieważ ta sama częstotliwość może być zastosowana do wielu kanałów, jeśli znajdują się one w różnych komórkach.
- Urządzenia mobilne zużywają mniej energii niż po podłączeniu do jednego nadajnika lub satelity, ponieważ wieże komórkowe są bliżej.
- Większy zasięg niż pojedynczy nadajnik naziemny, ponieważ dodatkowe wieże komórkowe można dodawać w nieskończoność i nie są ograniczone pod względem widoczności.
Jak zaawansowane jest to dzisiaj?
Główni dostawcy usług telekomunikacyjnych wdrożyli sieci komórkowe do transmisji głosu i treści na większości zamieszkałego terytorium Ziemi. Dzięki temu telefony komórkowe i urządzenia komputerowe mogą łączyć się ze standardową siecią telefoniczną i publicznym Internetem.
Regiony operatorów komórkowych mogą być różne - od terytorium kraju po mały obiekt. Prywatne sieci komórkowe mogą być wykorzystywane do badań lub dla dużych organizacji i parków, takich jak wysyłanie połączeń do lokalnych agencji bezpieczeństwa publicznego lub firmy taksówkarskiej.
Który operator komórkowy jest dziś liderem? Dziś każdy kraj ma swoich dostawców. W Rosji MTS i Megafon zajmują pierwsze miejsce pod względem rozpowszechnienia.
Koncepcja
Co to jest komunikacja komórkowa i jak działa? W komórkowym systemie radiokomunikacyjnym obszar lądowy, który ma być objęty tą usługą, jest podzielony na komórki w układzie zależnym od ukształtowania terenu i charakterystyki odbioru. Może być w przybliżeniu sześciokątny, kwadratowy, okrągły lub inny regularny kształt, chociaż sześciokątne plastry miodu są standardem. Każdej z tych komórek przypisany jest zestaw częstotliwości (f1 - f6), które posiadają odpowiednie radiowe stacje bazowe. Grupa częstotliwości może być ponownie zastosowana w innych komórkach, pod warunkiem, że podobne częstotliwości nie są ponownie używane w sąsiednich komórkach, ponieważ może to powodować zakłócenia wspólnego kanału.
Większa przepustowość sieci komórkowej w porównaniu z siecią z jednym nadajnikiem była spowodowana mobilnym systemem przełączania opracowanym przez Amosa Joela z Bell Labs, który umożliwiał wielu abonentom na tym samym obszarze korzystanie z tej samej częstotliwości podczas przełączania połączeń. Jeśli istnieje jeden prosty nadajnik, na danej częstotliwości można wykorzystać tylko jedno wywołanie. Niestety, nieuchronnie występuje pewien poziom zakłóceń ze strony innych komórek, które wykorzystują tę samą częstotliwość. Oznacza to, że w standardowym systemie FDMA musi istnieć co najmniej jedna przerwa między komórkami, które ponownie wykorzystują tę samą częstotliwość.
Jak powstała ta technologia?
Pierwsza komercyjna sieć komórkowa 1G została uruchomiona w Japonii przez Nippon Telegraph and Telephone (NTT) w 1979 roku, początkowo na obszarze metropolitalnym Tokio. W ciągu pięciu lat została rozszerzona, aby objąć całą populację Japonii, stając się pierwszą ogólnokrajową siecią 1G.
Kodowanie komórkowe
Aby zrozumieć, czym jest komunikacja komórkowa, musisz zrozumieć jej standardy. Aby odróżnić sygnały z kilku różnych nadajników, opracowano następujące odmiany wielodostępu:
- podział czasu (TDMA);
- podział częstotliwości (FDMA);
- Podział kodu (CDMA);
- Ortogonalny podział częstotliwości (OFDMA).
W TDMA szczeliny czasowe nadawania i odbierania używane przez różnych użytkowników w każdej komórce są różne.
W FDMA częstotliwości nadawania i odbioru używane przez różnych użytkowników w każdej komórce są różne.
Zasada CDMA jest bardziej złożona, ale daje ten sam rezultat: rozproszone transceivery mogą wybrać jedną komórkę i jej słuchać.
TDMA jest używany w połączeniu z FDMA lub CDMA w niektórych systemach, aby zapewnić wiele kanałów w jednym obszarze pokrycia komórki.
Nowoczesny trend
Co to jest sieć komórkowa LTE w tablecie? Ostatnio pojawiły się systemy oparte na wielodostępie z ortogonalnym podziałem częstotliwości, takie jak:LTE, ponowne wykorzystanie częstotliwości 1.
Ponieważ takie systemy nie rozprzestrzeniają sygnału w paśmie częstotliwości, zarządzanie zasobami radiowymi między komórkami jest ważne dla koordynowania alokacji zasobów między różnymi komórkami i ograniczania zakłóceń między komórkami. Istnieją różne metody koordynacji zakłóceń międzykomórkowych (ICIC) już zdefiniowane w standardzie.
Skoordynowane planowanie, wielostanowiskowa technologia MIMO lub wielomiejscowe kształtowanie wiązki to inne przykłady zarządzania zasobami radiowymi między komórkami, które mogą zostać ujednolicone w przyszłości.
Przesyłaj wiadomości i sygnały
Co to jest telefon komórkowy? Definicja została podana powyżej. Prawie każdy taki system ma jakiś mechanizm nadawania. Można to wykorzystać bezpośrednio do dystrybucji informacji do wielu telefonów komórkowych. W tym celu wykorzystywane są również wzmacniacze komórkowe.
Zazwyczaj, na przykład w systemach telefonii komórkowej, najważniejszym zastosowaniem informacji rozgłoszeniowych jest utworzenie kanałów do komunikacji jeden-do-jednego między mobilnym urządzeniem nadawczo-odbiorczym a stacją bazową. Nazywa się to sygnałem komórkowym. Powszechnie stosowane są trzy różne procedury sygnalizacji: szeregowa, równoległa i selektywna.
Szczegóły procesu wywoływania różnią się nieco w zależności od sieci, ale zwykle istnieje ograniczona liczba komórek, w których znajduje się telefon (ta grupa nazywana jest obszarem zasięgu w systemie GSM lub UMTS albo trasowaniem obszar, jeśli chodzi o sesję).pakiet danych; w LTE komórki są pogrupowane w obszar śledzenia).
Sygnalizacja odbywa się poprzez wysłanie wiadomości rozgłoszeniowej do wszystkich tych komórek. Komunikaty sygnalizacyjne mogą być wykorzystywane do przekazywania informacji. Dzieje się tak w pagerach, w systemach CDMA do wysyłania wiadomości SMS oraz w systemie UMTS, gdzie pozwala na niskie opóźnienie łącza w dół w połączeniach pakietowych.
Ruch między komórkami i transmisja danych
Co to jest nowoczesny rodzaj komunikacji komórkowej? W systemie komunikacji komórkowej, gdy rozproszone nadajniki-odbiorniki przemieszczają się z komórki do komórki podczas ciągłej komunikacji, przełączanie z jednej częstotliwości komórki na drugą odbywa się elektronicznie bez przerw i bez operatora stacji bazowej lub przełączania ręcznego. Nazywa się to mobilną transmisją danych. Zazwyczaj nowy kanał jest automatycznie wybierany dla urządzenia mobilnego w nowej stacji bazowej, która będzie go obsługiwać. Urządzenie automatycznie przełączy się z bieżącego kanału na nowy, a połączenie będzie kontynuowane.
Dokładne szczegóły przenoszenia komunikacji komórkowej z jednej stacji bazowej do drugiej różnią się znacznie w zależności od systemu.
Architektura sieci GSM
Najpopularniejszym przykładem sieci komórkowej jest sieć telefonii komórkowej (komórkowej). Jest to telefon przenośny, który odbiera lub wykonuje połączenia przez sieć komórkową (bazę) lub wieżę transmisyjną. Fale radiowe są używane do przesyłania sygnałów do lub z telefonu komórkowego.
NowoczesneSieci komórkowe wykorzystują komórki, ponieważ częstotliwości radiowe są ograniczonym powszechnym zasobem. Stacje i telefony komórkowe zmieniają częstotliwość pod kontrolą komputera i wykorzystują nadajniki o małej mocy, dzięki czemu wielu abonentów może korzystać z normalnie ograniczonej liczby częstotliwości radiowych przy mniejszych zakłóceniach.
Jak działa połączenie
Sieć komórkowa jest używana przez operatora telefonii komórkowej, aby zapewnić swoim abonentom zarówno zasięg, jak i pojemność. Duże obszary geograficzne są podzielone na mniejsze komórki, aby uniknąć utraty sygnału w zasięgu wzroku i obsługiwać dużą liczbę aktywnych telefonów w tym obszarze. Wszystkie obszary zasięgu są podłączone do central telefonicznych (lub przełączników), które z kolei są podłączone do publicznej sieci telefonicznej.
Czym jest sieć komórkowa jako modem? W rzeczywistości jest to podobne połączenie, które przesyła pakiety informacji przez Internet.
W miastach każda komórka może mieć zasięg do około 0,80 km, podczas gdy na obszarach wiejskich zasięg ten może wynosić do 8 km. Możliwe, że na otwartych przestrzeniach użytkownik może odbierać sygnały z lokalizacji komórki w odległości do 40 km.
Ponieważ prawie wszystkie telefony komórkowe korzystają z komunikacji komórkowej GSM, CDMA i AMPS, termin „telefon komórkowy” jest używany zamiennie z „telefonem komórkowym”. Warto jednak zastanowić się nad pewnymi różnicami między tymi urządzeniami.
Co to jest komunikacja komórkowana iPhonie? Jest to możliwość łączenia się z siecią przy użyciu dwóch standardów jednocześnie - GSM i CDMA. Jednak telefony satelitarne to urządzenia mobilne, które nie komunikują się bezpośrednio z naziemną wieżą telefonii komórkowej, ale mogą to robić pośrednio przez satelitę.
Jakich formatów komunikacji można używać?
Istnieje wiele różnych cyfrowych technologii komórkowych, w tym:
- Globalny system komunikacji mobilnej (GSM).
- Ogólna usługa transmisji pakietowej (GPRS).
- CDMAOne.
- Optymalizacja danych CDMA2000 (EV-DO).
- Podwyższone szybkości transmisji danych dla GSM (EDGE).
- Uniwersalny system telefonii komórkowej (UMTS).
- Rozszerzona cyfrowa komunikacja bezprzewodowa (DECT).
- WZMACNIACZE CYFROWE (IS-136 / TDMA).
- Zintegrowana rozszerzona sieć cyfrowa (iDEN).
Przejście od istniejącego standardu analogowego do cyfrowego było bardzo różne w Europie i Stanach Zjednoczonych. W rezultacie w USA pojawiło się wiele standardów cyfrowych, a Europa i wiele krajów zbliżyło się do GSM. To wyjaśnia specyfikę pracy iPhone'ów w sieci.
Struktura sieci komórkowej
Prosta reprezentacja sieci komórkowej w zakresie komunikacji radiowej składa się z takich elementów jak:
- Sieć radiowych stacji bazowych, które tworzą podsystem stacji bazowych.
- Główna sieć z komutacją obwodów istniejąca do obsługi połączeń głosowych i tekstowych.
- Sieć z przełączaniem pakietów zaprojektowana do obsługi danych mobilnych.
- Publiczna komutowana sieć telefoniczna do łączenia abonentów z szerszą siecią telefoniczną.
Ta sieć jest kręgosłupem systemu GSM. Pełni wiele funkcji, aby zapewnić klientom pożądaną usługę, w tym zarządzanie mobilnością, rejestrację, konfigurację połączeń i przekazanie.
Każdy telefon łączy się z siecią za pomocą RBS (radiowej stacji bazowej) w sektorze odpowiedniej komórki, która z kolei łączy się z Mobile Switching Center (MSC). MSC łączy się z publiczną komutowaną siecią telefoniczną (PSTN). Łącze z telefonu do RBS jest zdefiniowane jako łącze w górę, a ścieżka zwrotna jako łącze w dół.
Jak przesyłane są dane?
Kanały radiowe efektywnie wykorzystują medium transmisyjne dzięki zastosowaniu następujących schematów wielokrotnego dostępu i multipleksowania:
- podział częstotliwości (FDMA);
- podział czasu (TDMA);
- Podział kodu (CDMA);
- Space Division (SDMA).
Małe komórki, które mają mniejszy obszar zasięgu niż stacje bazowe, są klasyfikowane w następujący sposób:
- Mikroogniwo - mniej niż 2 kilometry.
- Picocell - mniej niż 200 metrów.
- Femtokomórka - około 10 metrów.
Co to jest komunikacja komórkowa dla dzieci? Termin ten jest zwykle rozumiany jako specjalne taryfy „dla dzieci” ze specjalnymi pakietami usług.
Transmisja komórkowa w siecikomunikacja mobilna
Gdy użytkownik telefonu przemieszcza się z jednego obszaru komórkowego do drugiego podczas połączenia, stacja mobilna będzie szukać nowego kanału do połączenia, aby nie przerywać połączenia. Po znalezieniu sieć instruuje urządzenie mobilne, aby przełączyło się na nowy kanał i jednocześnie przełączyło na niego połączenie.
Dzięki formatowi CDMA wiele telefonów współdzieli określony kanał radiowy. Sygnały są rozdzielane za pomocą kodu pseudoszumowego (kod PN) specyficznego dla każdego urządzenia. Gdy użytkownik przemieszcza się z jednej komórki do drugiej, telefon ustanawia łącze radiowe z wieloma lokalizacjami (lub sektorami tej samej lokalizacji) w tym samym czasie. Nazywa się to „miękkim przekazywaniem”, ponieważ w przeciwieństwie do tradycyjnych technologii komórkowych nie ma jednego określonego punktu, w którym telefon przełącza się na nową komórkę. Dlatego przy stosowaniu tego standardu używane są wzmacniacze komórkowe i internetowe.
W przełączeniach międzyczęstotliwościowych IS-95 i starszych systemach analogowych, takich jak NMT, zwykle nie jest możliwe bezpośrednie sprawdzenie kanału docelowego podczas komunikacji. W takim przypadku należy zastosować inne metody, takie jak sygnalizatory kontrolne w IS-95. Oznacza to, że przy poszukiwaniu nowego kanału prawie zawsze następuje krótka przerwa w komunikacji, z ryzykiem nieoczekiwanego powrotu do starego.
Jeśli nie ma stałego połączenia lub może ono zostać przerwane, urządzenie mobilne może spontanicznie przenieść się z jednej komórki do drugiej, a następnie powiadomić stację bazową o najsilniejszym sygnale.
Wybórczęstotliwości komórkowe w sieciach komórkowych
Wpływ częstotliwości na zasięg komórki oznacza, że różne częstotliwości są lepiej dostosowane do różnych celów. Niskie częstotliwości, takie jak 450 MHz NMT, bardzo dobrze nadają się do pokrycia obszarów wiejskich. GSM 900 (900 MHz) to odpowiednie rozwiązanie dla małego zasięgu miejskiego.
GSM 1800 (1,8 GHz) zaczyna ograniczać się do ścian konstrukcyjnych. UMTS na 2,1 GHz ma bardzo podobny zasięg do GSM 1800. W zależności od specyfiki regionu operatorzy komórkowi ustalają różne obszary zasięgu i częstotliwości.
Wyższe częstotliwości są wadą, jeśli chodzi o zasięg, ale decydującą zaletą, jeśli chodzi o przepustowość. Możliwe stają się małe komórki pokrywające na przykład jedno piętro budynku, a ta sama częstotliwość może być używana dla komórek, które są praktycznie sąsiadami.
Zasięg i obszary usług
Obszar obsługi komórki może również ulec zmianie z powodu zakłóceń pochodzących od systemów transmisyjnych zarówno w obrębie komórki, jak i wokół niej. Dotyczy to zwłaszcza systemów opartych na CDMA. Odbiornik wymaga określonego stosunku sygnału do szumu, a nadajnik nie powinien nadawać ze zbyt dużą mocą, aby nie zakłócać innych nadajników.
W miarę wzrostu zakłóceń (szumów) ze względu na wzrost odbieranej mocy z nadajnika, sygnał ulega zniekształceniu i ostatecznie staje się bezużyteczny. W systemach opartych na CDMA wpływ zakłóceń z innych nadajników mobilnych w tej samej komórce na obszar pokrycia jest bardzo zauważalny.
Przykłady powłokZasięg sieci komórkowej można zobaczyć, analizując niektóre mapy zasięgu dostarczane przez prawdziwych dostawców na ich stronach internetowych lub przeglądając niezależne mapy crowdsourcingowe, takie jak OpenSignal. Pokazują, który operator komórkowy działa na określonym terytorium. W niektórych przypadkach mogą oznaczać lokalizację nadajnika, w innych można to obliczyć wyznaczając punkt największego zasięgu.
Repeater komórkowy służy do rozszerzenia obszaru zasięgu komórki na duży obszar. Są to zarówno wzmacniacze szerokopasmowe do użytku domowego i biurowego, jak i inteligentne lub cyfrowe wzmacniacze do zastosowań przemysłowych.
Każdy operator komórkowy ma własny zakres numerów, zwykle różniących się kodem. Może być używany do określenia regionu i operatora komórkowego dzwoniącego.
