Komórka komórkowa

komórkowy- jeden z rodzajów mobilnej łączności radiowej, który opiera się na: sieć komórkowa. Kluczowa cecha polega na tym, że całkowity obszar pokrycia jest podzielony na komórki (komórki) określone przez obszary pokrycia poszczególnych stacji bazowych (BS). Komórki częściowo zachodzą na siebie i razem tworzą sieć. Na idealnej (płaskiej i niezabudowanej) powierzchni, obszarem pokrycia jednego BS jest koło, więc złożona z nich sieć wygląda jak plastry miodu z sześciokątnymi komórkami (plastry miodu).

Warto zauważyć, że w wersji angielskiej połączenie nazywa się „komórkowym” lub „komórkowym” (komórkowym), co nie uwzględnia komórek heksagonalnych.

Sieć składa się z transceiverów rozmieszczonych w przestrzeni, pracujących w tym samym zakresie częstotliwości, oraz urządzeń przełączających, które pozwalają określić aktualną lokalizację abonentów telefonii komórkowej i zapewnić ciągłość komunikacji, gdy abonent przemieszcza się z obszaru zasięgu jednego transceivera do zasięgu obszar innego.

Fabuła

Pierwsze użycie radia telefonii komórkowej w Stanach Zjednoczonych datuje się na rok 1921, kiedy policja w Detroit użyła jednokierunkowej łączności dyspozytorskiej w paśmie 2 MHz do przesyłania informacji z centralnego nadajnika do odbiorników zamontowanych na pojeździe. W 1933 roku nowojorska policja zaczęła korzystać z dwukierunkowego systemu telefonii komórkowej, również w paśmie 2 MHz. W 1934 r. Amerykańska Federalna Komisja Łączności przeznaczyła 4 kanały na telefoniczną łączność radiową w zakresie 30...40 MHz, aw 1940 r. około 10 tysięcy pojazdów policyjnych korzystało już z telefonicznej łączności radiowej. Wszystkie te systemy wykorzystywały modulację amplitudy. Modulacja częstotliwości zaczęła być stosowana w 1940 roku, a do 1946 całkowicie wyparła modulację amplitudy. Pierwszy publiczny radiotelefon mobilny pojawił się w 1946 r. (St. Louis, USA; Bell Telephone Laboratories), wykorzystywał pasmo 150 MHz. W 1955 r. zaczął działać system 11-kanałowy w paśmie 150 MHz, a w 1956 r. 12-kanałowy w paśmie 450 MHz. Oba te systemy były simpleksowe i wykorzystywały przełączanie ręczne. Automatyczne systemy dupleksowe zaczęły działać odpowiednio w 1964 (150 MHz) i 1969 (450 MHz).

W ZSRR W 1957 r. moskiewski inżynier L. I. Kupriyanovich stworzył prototyp nadającego się do noszenia, automatycznego dupleksowego mobilnego radiotelefonu LK-1 i jego stację bazową. Mobilny radiotelefon ważył około trzech kilogramów i miał zasięg 20-30 km. W 1958 roku Kupriyanovich stworzył ulepszone modele aparatu o wadze 0,5 kg i wielkości pudełka po papierosach. W latach 60. Christo Bochvarov zademonstrował swój prototyp kieszonkowego radiotelefonu mobilnego w Bułgarii. Na wystawie „Interorgtekhnika-66” Bułgaria prezentuje zestaw do zorganizowania lokalnego komunikacja mobilna od kieszonkowych telefonów komórkowych PAT-0.5 i ATRT-0.5 oraz stacja bazowa RATC-10, zapewniający połączenie 10 abonentów.

Pod koniec lat 50. w ZSRR rozpoczął się rozwój samochodowego systemu radiotelefonicznego Ałtaj, który w 1963 r. został wprowadzony do eksploatacji próbnej. Początkowo system Ałtaj działał na częstotliwości 150 MHz. W 1970 roku system Ałtaj działał w 30 miastach ZSRR i przeznaczono dla niego pasmo 330 MHz.

Podobnie, z naturalnymi różnicami iw mniejszej skali, sytuacja rozwinęła się w innych krajach. Tak więc w Norwegii publiczne radio telefoniczne jest wykorzystywane jako mobilna komunikacja morska od 1931 r.; w 1955 r. w kraju działało 27 nadmorskich stacji radiowych. Lądowa łączność komórkowa zaczęła się rozwijać po II wojnie światowej w postaci prywatnych sieci z komutacją ręczną. Tak więc do 1970 r. radiokomunikacja telefonii komórkowej z jednej strony była już dość powszechna, z drugiej jednak wyraźnie nie nadążała za szybko rosnącymi potrzebami, przy ograniczonej liczbie kanałów w ściśle określonych pasmach częstotliwości. Wyjście zostało znalezione w postaci systemu komunikacja komórkowa, co pozwoliło radykalnie zwiększyć pojemność dzięki ponownemu wykorzystaniu częstotliwości w systemie o strukturze komórkowej.

Oczywiście, jak to zwykle bywa w życiu, poszczególne elementy systemu komunikacji komórkowej istniały już wcześniej. W szczególności pewne podobieństwo system komórkowy był używany w 1949 roku w Detroit (USA) przez dyspozytornię taksówek - z ponownym wykorzystaniem częstotliwości w różnych komórkach z ręcznym przełączaniem kanałów przez użytkowników w określonych miejscach. Jednak architektura systemu, który jest dziś znany jako system komunikacji komórkowej, została nakreślona dopiero w raporcie technicznym firmy Bell System, przedłożonym amerykańskiej Federalnej Komisji ds. Łączności w grudniu 1971 roku. I od tego czasu rozwój komunikacji komórkowej zaczął się właściwy, który od 1985 roku w ciągu ostatnich dziesięciu lat stał się prawdziwym triumfem.

W 1974 roku Federalna Komisja Łączności Stanów Zjednoczonych podjęła decyzję o przydzieleniu pasma częstotliwości 40 MHz do komunikacji komórkowej w paśmie 800 MHz; w 1986 roku dodano do niego kolejne 10 MHz w tym samym zakresie. W 1978 roku Chicago rozpoczęło testowanie pierwszego eksperymentalnego systemu komunikacji komórkowej dla 2000 abonentów. Dlatego rok 1978 można uznać za rok początku praktycznego zastosowania komunikacji komórkowej. Pierwszy automatyczny komercyjny system komunikacji komórkowej został również uruchomiony w Chicago w październiku 1983 r. przez American Telephone and Telegraph (AT&T). Komunikacja komórkowa jest używana w Kanadzie od 1978, w Japonii od 1979, w krajach skandynawskich (Dania, Norwegia, Szwecja, Finlandia) od 1981, w Hiszpanii i Anglii od 1982. W lipcu 1997 roku komunikacja komórkowa działała w ponad 140 krajach na na wszystkich kontynentach, obsługując ponad 150 milionów abonentów.

Pierwszą komercyjnie udaną siecią komórkową była fińska sieć Autoradiopuhelin (ARP). Ta nazwa jest tłumaczona na język rosyjski jako „Radiotelefon samochodowy”. Uruchomiony w mieście osiągnął 100% pokrycie terytorium Finlandii w. Wielkość komórki wynosiła około 30 km, w mieście miała ponad 30 tysięcy abonentów. Pracowała na częstotliwości 150 MHz.

Zasada działania komunikacji komórkowej

Głównymi elementami sieci komórkowej są telefony komórkowe i stacje bazowe. Stacje bazowe są zwykle umieszczane na dachach budynków i wież. Po włączeniu telefon komórkowy nasłuchuje powietrza, znajdując sygnał ze stacji bazowej. Telefon następnie wysyła do stacji swój unikalny kod identyfikacyjny. Telefon i stacja utrzymują stały kontakt radiowy, okresowo wymieniając pakiety. Komunikacja między telefonem a stacją może odbywać się protokołem analogowym (NMT-450) lub cyfrowym (DAMPS, GSM, inż. przekazać).

Sieci komórkowe mogą składać się ze stacji bazowych o różnych standardach, co pozwala zoptymalizować sieć i poprawić jej zasięg.

Sieci komórkowe różnych operatorów są ze sobą połączone, a także z siecią telefonii stacjonarnej. Dzięki temu abonenci jednego operatora mogą wykonywać połączenia z abonentami innego operatora, z telefonów komórkowych na stacjonarne iz telefonów stacjonarnych na komórkowe.

Operatorzy z różnych krajów mogą zawierać umowy roamingowe. Dzięki takim umowom abonent przebywający za granicą może wykonywać i odbierać połączenia za pośrednictwem sieci innego operatora (choć po wyższych stawkach).

Komunikacja komórkowa w Rosji

W Rosji komunikacja komórkowa zaczęła być wprowadzana w 1990 roku, komercyjne wykorzystanie rozpoczęło się 9 września 1991 roku, kiedy w Petersburgu Delta Telecom uruchomiła pierwszą sieć komórkową w Rosji (działała w standardzie NMT-450) i symboliczną komórkę wezwanie burmistrza Sankt Petersburga Anatolija Sobczaka. Do lipca 1997 r. łączna liczba abonentów w Rosji wynosiła około 300 000. W 2007 roku głównymi protokołami komunikacji komórkowej używanymi w Rosji są GSM-900 i GSM-1800. Ponadto działa również UMTS. W szczególności pierwszy fragment sieci tego standardu w Rosji został oddany do użytku 2 października 2007 roku w St. Petersburgu przez MegaFon. W regionie Swierdłowska nadal działa standardowa sieć komunikacji komórkowej DAMPS, należąca do firmy Motiv Mobile Communications.

W grudniu 2008 r. w Rosji było 187,8 mln użytkowników telefonii komórkowej (według liczby sprzedanych kart SIM). Wskaźnik penetracji łączności komórkowej (liczba kart SIM na 100 mieszkańców) w tym dniu wyniósł 129,4%. W regionach z wyłączeniem Moskwy wskaźnik penetracji przekroczył 119,7%.

Udział w rynku największych operatorzy komórkowi w grudniu 2008 było to: 34,4% dla MTS, 25,4% dla VimpelCom i 23,0% dla MegaFon.

W grudniu 2007 r. Liczba użytkowników komunikacji komórkowej w Rosji wzrosła do 172,87 mln abonentów, w Moskwie - do 29,9, w Petersburgu - do 9,7 mln Poziom penetracji w Rosji - do 119,1%, Moskwa - 176 % , Petersburg - 153%. Udział w rynku największych operatorów komórkowych według stanu na grudzień 2007 wyniósł: MTS 30,9%, VimpelCom 29,2%, MegaFon 19,9%, pozostali operatorzy 20%.

Według danych brytyjskiej firmy badawczej Informa Telecoms & Media za 2006 r. średni koszt minuty komunikacji komórkowej dla konsumenta w Rosji wyniósł 0,05 USD - jest to najniższa wartość wśród krajów G8.

Badania oparte na IDC Rynek rosyjski komunikacja komórkowa wykazała, że ​​w 2005 roku łączny czas trwania rozmów na telefon komórkowy mieszkańców Federacji Rosyjskiej osiągnął 155 miliardów minut, a wiadomości SMS Wysłano 15 miliardów sztuk.

Według badań J „son & Partners, liczba kart SIM zarejestrowanych w Rosji na koniec listopada 2008 r. osiągnęła 183,8 mln.

Zobacz też

Źródła

Spinki do mankietów

• Serwis informacyjny o generacjach i standardach komunikacji komórkowej.
• Łączność komórkowa w Rosji 2002-2007, oficjalne statystyki

Trudno dziś znaleźć osobę, która nigdy nie korzystałaby z telefonu komórkowego. Ale czy wszyscy rozumieją, jak działa komunikacja komórkowa? Jak to się układa i jak działa to, do czego wszyscy od dawna przywykliśmy? Czy sygnały ze stacji bazowych są przesyłane przewodami, czy to wszystko działa w inny sposób? A może cała komunikacja komórkowa działa tylko dzięki falom radiowym? Na te i inne pytania postaramy się odpowiedzieć w naszym artykule, pozostawiając opis standardu GSM poza jego zakresem.

W momencie, gdy osoba próbuje zadzwonić ze swojego telefon komórkowy lub gdy zaczynają do niego dzwonić, telefon łączy się za pomocą fal radiowych z jedną ze stacji bazowych (najbardziej dostępną), z jedną ze swoich anten. Stacje bazowe można tu i ówdzie zaobserwować, patrząc na domy naszych miast, na dachy i fasady budynków przemysłowych, na drapacze chmur, wreszcie na czerwono-białe maszty postawione specjalnie dla stacji (zwłaszcza przy autostradach).

Te stacje wyglądają jak prostokątne pudełka. szary kolor, z których różne anteny wystają w różnych kierunkach (zwykle do 12 anten). Anteny działają tutaj zarówno do odbioru, jak i do transmisji i należą do operatora komórkowego. Anteny stacji bazowych są skierowane we wszystkich możliwych kierunkach (sektorach), aby zapewnić „zasięg sieci” abonentom ze wszystkich stron w odległości do 35 kilometrów.

Antena jednego sektora jest w stanie obsłużyć do 72 rozmów jednocześnie, a jeśli jest 12 anten, to wyobraźmy sobie: w zasadzie 864 rozmowy mogą być obsługiwane jednocześnie przez jedną dużą stację bazową! Chociaż zwykle ogranicza się do 432 kanałów (72*6). Każda antena jest połączona kablem z jednostką sterującą stacji bazowej. I już bloki kilku stacji bazowych (każda stacja obsługuje własną część terytorium) są podłączone do kontrolera. Do jednego kontrolera można podłączyć do 15 stacji bazowych.

Stacja bazowa w zasadzie jest zdolna do pracy w trzech pasmach: sygnał 900 MHz lepiej penetruje wewnątrz budynków i budowli, rozprzestrzenia się dalej, więc to konkretne pasmo jest często wykorzystywane na wsiach i na polach; sygnał na częstotliwości 1800 MHz jak dotąd nie rozprzestrzenia się, ale więcej nadajników jest zainstalowanych w jednym sektorze, więc takie stacje są częściej instalowane w miastach; wreszcie 2100 MHz to sieć 3G.

Oczywiście w osiedlu lub dzielnicy może być kilka kontrolerów, więc kontrolery z kolei są połączone kablami z przełącznikiem. Zadaniem przełącznika jest łączenie sieci operatorów komórkowych ze sobą oraz z liniami miejskimi zwykłej komunikacji telefonicznej, komunikacja na odległość i komunikacji międzynarodowej. Jeśli sieć jest mała, wystarczy jeden przełącznik, jeśli jest duża, używane są dwa lub więcej przełączników. Przełączniki są połączone ze sobą przewodami.

W trakcie przemieszczania się po ulicy osoby rozmawiającej przez telefon komórkowy, np.: spaceruje, jeździ komunikacją miejską lub porusza się samochodem osobowym, jego telefon nie powinien ani na chwilę tracić połączenia z siecią, nie można odciąć rozmowa.

Ciągłość komunikacji uzyskuje się dzięki zdolności sieci stacji bazowej do bardzo szybkiego przełączania abonenta z jednej anteny na drugą w procesie przechodzenia z obszaru zasięgu jednej anteny na obszar zasięgu innej (z komórki na komórka). Abonent sam nie zauważa, jak przestaje być połączony z jedną stacją bazową, a jest już podłączony do innej, jak przełącza się z anteny na antenę, ze stacji na stację, ze sterownika do sterownika...

Jednocześnie przełącznik zapewnia optymalny rozkład obciążenia w sieci wielowarstwowej w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa awarii sprzętu. Sieć wielopoziomowa jest zbudowana w następujący sposób: telefon komórkowy - stacja bazowa - kontroler - przełącznik.

Powiedzmy, że dzwonimy, a teraz sygnał dotarł już do przełącznika. Przełącznik przenosi nasze połączenie w kierunku abonenta docelowego - do sieci miejskiej, do sieci komunikacji międzynarodowej lub międzymiastowej lub do sieci innego operator mobilny. Wszystko to dzieje się bardzo szybko przy użyciu szybkich kanałów światłowodowych.

Dalej nasza rozmowa dociera do centrali, która znajduje się po stronie abonenta odbierającego wywołanie (wywoływanego przez nas). Przełącznik „odbiorczy” ma już dane o tym, gdzie znajduje się wywoływany abonent, w jakim obszarze zasięgu sieci: który kontroler, która stacja bazowa. I tak odpytywanie sieci rozpoczyna się od stacji bazowej, adresat zostaje znaleziony, a połączenie „odbiera” na jego telefon.

Cały łańcuch opisywanych zdarzeń, od momentu wybrania numeru do momentu usłyszenia połączenia po stronie odbiorczej, trwa zwykle nie dłużej niż 3 sekundy. Dzięki temu możemy teraz dzwonić do dowolnego miejsca na świecie.

Andriej Powny

Ilu z nas zastanawia się, co się dzieje po naciśnięciu przycisku połączenia w telefonie komórkowym? Jak działają sieci komórkowe?

Prawdopodobnie nie. Najczęściej wybieramy numer federalny rozmówcy na maszynie, z reguły w interesach, więc co tam jest i jak to działa, nie interesuje nas w określonym momencie. Ale to są niesamowite rzeczy. Jak zadzwonić do osoby, która jest w górach lub na środku oceanu? Dlaczego podczas rozmowy źle się słyszymy, a nawet całkowicie przerywamy. W naszym artykule spróbujemy rzucić światło na zasadę komunikacji komórkowej.

Tak więc większość gęsto zaludnionego terytorium Rosji jest objęta tak zwanymi stacjami bazowymi, które bez skrótu nazywane są stacjami bazowymi. Wielu mogło zwrócić na nich uwagę, podróżując między miastami. Na otwartym terenie stacje bazowe bardziej przypominają wieże, które mają czerwone i biały kolor. Ale w mieście takie BS są starannie umieszczane na dachach wieżowców niemieszkalnych. Wieże te są w stanie odebrać sygnał z dowolnego telefonu komórkowego znajdującego się terytorialnie w promieniu nie większym niż 35 kilometrów. „Komunikacja” między BS a telefonem odbywa się za pośrednictwem specjalnej usługi lub kanału głosowego.

Gdy tylko osoba wybierze numer, którego potrzebuje na urządzeniu mobilnym, urządzenie znajduje najbliższą mu stację bazową, a zatem specjalny kanał usługowy i prosi ją o przydzielenie kanału głosowego. Wieża po otrzymaniu żądania z urządzenia wysyła żądanie do tzw. kontrolera, który w skrócie będziemy nazywać BSC. Ten sam kontroler przekierowuje żądanie do przełącznika. Inteligentny przełącznik MSC określi, z którym operatorem jest połączony wywoływany abonent.

Jeśli okaże się, że połączenie jest wykonywane na telefon w tej samej sieci, na przykład od abonenta Beeline do innego abonenta tego operatora lub w ramach MTS, w ramach Megafon i tak dalej, przełącznik zacznie odkrywać lokalizacja wywoływanego abonenta. Dzięki Rejestrowi Lokalizacji Domowej, przełącznik odnajdzie, gdzie znajduje się właściwa osoba. Może być wszędzie, w domu, w pracy, w kraju, a nawet w innym kraju. Nie uniemożliwi to przełącznikowi przekazania połączenia do odpowiedniego przełącznika. A potem „plątanina” zacznie się „rozwijać”. Oznacza to, że połączenie z przełącznika – „odpowiadającego” trafi do kontrolera – „odpowiadającego”, a następnie do jego stacji bazowej i odpowiednio do telefonu komórkowego.

Jeśli przełącznik stwierdzi, że wywoływany abonent należy do innego operatora, wyśle ​​żądanie do przełącznika innej sieci.
Zgadzam się, schemat jest dość prosty, ale trudno go sobie wyobrazić. Jak „inteligentna” stacja bazowa odnajduje telefon, wysyła żądanie, a sam przełącznik określa operatora, a drugi przełącznik. Czym tak naprawdę jest stacja bazowa? Okazuje się, że to kilka żelaznych szafek, które znajdują się albo pod samym dachem budynku, na strychu, albo w specjalnym kontenerze. Głównym warunkiem jest to, aby pomieszczenie było doskonale klimatyzowane.

Logiczne jest, że BS ma antenę, która pomaga „złapać” połączenie. Antena BS składa się z kilku części (sektorów), z których każda odpowiada za terytorium. Część anteny umieszczona pionowo odpowiada za komunikację z telefonami komórkowymi, a okrągła za komunikację ze sterownikiem.

Jeden sektor może jednocześnie odbierać połączenia z siedemdziesięciu aparatów telefonicznych. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że jeden BS może składać się z sześciu sektorów, to jednocześnie z łatwością obsłuży 6 * 72 = 432 wywołania.

Z reguły taka moc stacji bazowej wystarczy "z głową". Oczywiście zdarzają się sytuacje, kiedy cała populacja naszego kraju zaczyna do siebie dzwonić w tym samym czasie. Ten Nowy Rok. Niektórzy muszą tylko powiedzieć do telefonu ukochane zdanie „Szczęśliwego Nowego Roku!”, podczas gdy inni są gotowi wymówić godziny z nieograniczoną taryfą od Communications Corporation, omawiając gości i plany na całą noc.

Jednak niezależnie od czasu trwania połączenia, stacje bazowe nie radzą sobie, a dotarcie do abonenta może być bardzo trudne. Ale w dni powszednie przez większość roku wystarczy BS z sześciu sektorów, szczególnie dla optymalnego obciążenia pracą, operator wybiera stacje zgodnie z populacją terytorium. Niektórzy operatorzy preferują duże BS w celu poprawy jakości dostarczanej komunikacji.

Istnieją trzy zakresy, w których BS może działać i które określają liczbę obsługiwanych urządzeń oraz pokonaną odległość. W paśmie 900 MHz stacja jest w stanie pokryć duży obszar, ale w paśmie 1800 MHz odległość znacznie się zmniejszy, ale liczba podłączonych nadajników wzrośnie. Trzecie pasmo 2100 MHz zakłada już połączenie nowej generacji - 3G.
Oczywiste jest, że na słabo zaludnionych obszarach bardziej celowe jest ustawienie stacji bazowej na 900 MHz, ale w mieście 1800 MHz jest odpowiednie, aby lepiej przenikać przez grube betonowe ściany, a te stacje bazowe będą potrzebowały dziesięć razy więcej niż w wioska. Zauważ, że jeden BS może obsługiwać jednocześnie trzy pasma.

Stacje pracujące w trybie 900 MHz pokrywają obszar o promieniu 35 km, ale jeśli ten moment ponieważ obsługuje kilka telefonów, może „przebić się” do 70 km. Oczywiście nasze telefony komórkowe potrafią „odnaleźć” BS nawet w odległości 70 km. Stacje bazowe są zaprojektowane tak, aby jak najbardziej pokryć powierzchnię ziemi i zapewnić jak największej liczbie osób łączność na ziemi, dlatego jeśli możliwe jest odebranie sygnałów z odległości co najmniej 35 kilometrów, z tej samej odległości, ale w niebo, stacje bazowe nie „przebijają się”.

Aby zapewnić pasażerom łączność komórkową, niektóre linie lotnicze zaczynają umieszczać na pokładach samolotów małe stacje bazowe. Połączenie „niebiańskiej” stacji bazowej z „naziemną” odbywa się za pomocą kanału satelitarnego. Od pracy urządzenia mobilne mogą zakłócać proces lotu, pokładowe BS można łatwo włączyć/wyłączyć, mają kilka trybów pracy, do całkowite zamknięcie przekazywanie komunikatów głosowych. Podczas lotu telefon może przypadkowo zostać przeniesiony na stację bazową ze słabszym sygnałem lub bez. darmowe kanały. W takim przypadku połączenie zostanie zakończone. Wszystko to są subtelności komunikacji komórkowej na niebie w ruchu.

Oprócz samolotów pewne problemy pojawiają się również dla mieszkańców penthouse'ów. Parzysty nielimitowana taryfa i VIP - warunki operatora komórkowego nie pomogą w przypadku różnych BS. Mieszkaniec mieszkania na wysokim piętrze, przechodząc z jednego pokoju do drugiego, straci połączenie. Może to wynikać z tego, że telefon w jednym pokoju „widzi” jeden BS, aw innym „odkrywa” inny. Dlatego podczas rozmowy połączenie jest przerywane, ponieważ te stacje BS znajdują się we względnej odległości od siebie i nie są nawet uważane za „sąsiadujące” przez jednego operatora.

Schemat strukturalny GSM komórkowy telefon

Schemat blokowy radiotelefonu komórkowego pracującego w standardzie cyfrowym GSM (rys. 5.3) składa się z części analogowej i cyfrowej, które zwykle znajdują się na osobnych płytkach. Część analogowa obejmuje urządzenia odbiorcze i nadawcze, które swoją charakterystyką i konstrukcją przypominają te opisane powyżej.

W systemach GSM nadajnik i odbiornik telefonu komórkowego nie działają jednocześnie. Transmisja odbywa się tylko przez 1/8 czasu trwania ramki. To znacznie zmniejsza zużycie baterii i wydłuża czas pracy zarówno w trybie nadawania (rozmowy), jak i odbioru (czuwania). Ponadto znacznie zmniejszone są wymagania dotyczące filtra RF odbiornika SAW, co umożliwia integrację LNA z mikserem. Jednostka interfejsu nadawczo-odbiorczego to przełącznik elektroniczny, który łączy antenę albo z wyjściem nadajnika, albo z wejściem odbiornika, ponieważ telefon komórkowy nigdy nie odbiera i nie nadaje jednocześnie.

Ryż. 5.3. Schemat funkcjonalny radiotelefon standard cyfrowy GSM

Odebrany sygnał po przejściu przez wejściowy filtr pasmowy jest wzmacniany przez LNA i podawany na pierwsze wejście pierwszego miksera. Drugie wejście odbiera sygnał lokalnego oscylatora F prm z syntezatora częstotliwości. Pierwszy sygnał o częstotliwości pośredniej F pr, przechodzi przez filtr pasmowy SAW i jest wzmacniany przez wzmacniacz pierwszej częstotliwości pośredniej UPCH1, po czym wchodzi na pierwsze wejście drugiego miksera. Drugie wejście odbiera sygnał lokalnego oscylatora F gz generatorem częstotliwości. Odebrany sygnał drugiej częstotliwości pośredniej F pr2 jest filtrowany przez filtr pasmowoprzepustowy SAW, wzmacniany przez wzmacniacz UPCH2, demodulowany i podawany do przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC), gdzie jest przetwarzany na sygnał niezbędny do działania cyfrowego bloku logicznego wykonanego na CPU .

W trybie transmisji cyfrowy sygnał informacyjny generowany w bloku logicznym podawany jest do generatora 1/O, gdzie powstaje sygnał modulujący. Ten ostatni wchodzi do modulatora fazy, z którego sygnał F fm wchodzi do miksera. Drugie wejście miksera odbiera sygnał F prd z syntezatora częstotliwości. Otrzymany sygnał F c1 przez filtr pasmowy wchodzi do wzmacniacza mocy (PA), kontrolowanego przez procesor. Sygnał wzmocniony do wymaganego poziomu F c1 przez ceramiczny filtr pasmowy wchodzi do anteny A i jest wypromieniowywany w otaczającą przestrzeń.

Cyfrowa część logiczna telefonu komórkowego (ryc. 5.4) zapewnia tworzenie i przetwarzanie wszystkich niezbędnych sygnałów. Rdzeniem tej ważnej części telefonu cyfrowego jest procesor PROCESOR. Wykonany jest w formie VLSI na mikromocy tranzystory polowe o strukturze „metal-dielektryk-półprzewodnik” (MIS lub MOS).

Część cyfrowa telefonu zawiera:

Cyfrowy procesor sygnału (CPU) z pamięcią operacyjną i stałą, która steruje działaniem telefonu komórkowego. Procesory do telefonów są nieco prostsze niż mikroprocesory komputerowe, niemniej jednak są to najbardziej złożone produkty mikroelektroniczne.

przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC), który konwertuje sygnał analogowy z wyjścia mikrofonowego na postać cyfrową. W tym przypadku wszelkie dalsze przetwarzanie i przesyłanie sygnału mowy odbywa się w postaci cyfrowej, aż do odwrotnej konwersji cyfrowo-analogowej.

koder mowy, który koduje sygnał mowy, który jest już cyfrowy, zgodnie z pewnymi prawami przy użyciu algorytmu kompresji w celu zmniejszenia nadmiarowości sygnału. W ten sposób zmniejsza się ilość informacji, które muszą być przesyłane w kanale komunikacji radiowej.

koder kanału, dodanie dodatkowej (redundantnej) informacji do sygnału cyfrowego odbieranego z wyjścia kodera mowy, mającej na celu ochronę przed błędami podczas transmisji sygnału po linii komunikacyjnej. W tym samym celu informacje podlegają pewnemu przepakowaniu. (przeplatanie). Ponadto koder kanału dodaje informacje sterujące z części logicznej do przesyłanego sygnału.

dekoder kanałów, wyodrębnienie informacji sterujących ze strumienia danych wejściowych i skierowanie ich do bloku logicznego. Otrzymane informacje są sprawdzane pod kątem błędów, które w miarę możliwości są poprawiane. W celu dalszego przetwarzania odebrane informacje są przepakowywane odwrotnie w stosunku do kodera.

Ryż. 5.4. Cyfrowa i logiczna część telefonu komórkowego

dekoder mowy, przywrócenie cyfrowego sygnału mowy dochodzącego do niego z dekodera kanału, przełożenie go na postać naturalną, z wrodzoną redundancją, ale nadal w forma cyfrowa. Zwróć uwagę, że w przypadku kombinacji enkodera i dekodera znajdujących się w tym samym opakowaniu układu scalonego czasami używana jest nazwa kodek(np. kodek mowy, kodek kanału).

przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC), konwertowanie odebranego sygnału mowy na postać analogową i podawanie tego sygnału na wejście wzmacniacza głośnikowego.

Wyrównywacz, służący do częściowej kompensacji zniekształceń sygnału spowodowanych propagacją wielościeżkową. Korektor to filtr adaptacyjny, który jest dostosowywany zgodnie z sekwencją treningową symboli zawartych w przesyłane informacje. Ten blok, ogólnie rzecz biorąc, nie jest konieczny ze względów funkcjonalnych iw niektórych przypadkach może być nieobecny.

Klawiatura, które jest polem wybierania z klawiszami numerycznymi i funkcyjnymi do wybierania numeru wywoływanego abonenta, a także komendami określającymi tryb pracy telefonu komórkowego.

Wyświetlacz, recepcjonista różne informacje zapewniane przez urządzenie i tryb pracy stacji.

Blok do szyfrowania i odszyfrowywania wiadomości, mające na celu zapewnienie poufności przekazywania informacji.

Detektor aktywności mowy(detektor aktywności głosu), który włącza nadajnik na promieniowanie tylko na te przedziały czasu, w których abonent mówi. Na czas przerwy w pracy nadajnika wprowadzany jest dodatkowo na tor tzw. szum komfortu. Odbywa się to w celu oszczędzania energii z zasilacza, a także zmniejszenia poziomu zakłóceń innych stacji.

urządzenia końcowe, służy do łączenia przez specjalne adaptery z wykorzystaniem odpowiednich interfejsów, faksów, modemów itp.

Karta SIM(SIM - moduł identyfikacji abonenta, dosłownie - moduł identyfikacji abonenta) - plastikowa płytka z mikroukładem włożonym do specjalnego gniazda jednostki abonenckiej. Karta SIM przechowuje:

Dane przypisane każdemu abonentowi: międzynarodowa tożsamość abonenta sieci komórkowej (IMSI), klucz uwierzytelniania abonenta (Ki) i klasa kontroli dostępu;

Tymczasowe dane sieciowe: tymczasowa tożsamość abonenta mobilnego (TMSI), identyfikator obszaru lokalizacji (LAI), klucz szyfrujący (Ke), odrzucone dane sieci komórkowej;

Dane związane z usługami: preferowany język komunikacji, powiadomienia o rozliczeniach i lista reklamowanych usług.

Jednym z głównych zadań karty SIM jest zapewnienie ochrony przed nieautoryzowanym użyciem telefonu komórkowego. Na poziomie interfejsu abonenckiego na karcie SIM zapisywany jest osobisty numer identyfikacyjny (numer PIN) o długości od 4 do 8 cyfr, który mikroprocesor karty SIM po włączeniu stacji porównuje z numerem wybieranym przez użytkownika za pomocą klawiatury. W przypadku trzykrotnego wybrania błędnego numeru PIN, korzystanie z karty SIM jest blokowane do czasu wpisania przez abonenta 8-cyfrowego osobistego klucza odblokowującego (PUK).

Jeśli 10 razy z rzędu wpisany zostanie błędny PUK, korzystanie z karty SIM zostanie całkowicie zablokowane i abonent będzie zmuszony skontaktować się z operatorem sieci.

Ponadto dzięki kartom SIM możliwe jest wykonywanie połączeń nie tylko z telefonu komórkowego, ale także z dowolnego innego telefonu GSM, wystarczy włożyć kartę SIM do urządzenia i wybrać osobisty numer identyfikacyjny PIN.

5.3 Usługi komórkowe. Prywatność komunikacji. Oszustwa w komunikacji komórkowej. bezpieczeństwo biologiczne.

W systemach drugiej generacji użytkownik może otrzymać podstawowe i dodatkowe usługi komunikacyjne. Podstawowe usługi komunikacyjne: komunikacja telefoniczna, połączenia alarmowe, krótkie wiadomości tekstowe, komunikacja faksowa. Usługa połączeń alarmowych umożliwia stacji abonenckiej nawiązanie komunikacji głosowej z najbliższym centrum pogotowie. DO dodatkowe usługi połączenia obejmują:

usługi rozpoznawania numerów;
przekazywanie i przekierowanie połączeń;
· usługi zakończenia (połączenie zawieszone, połączenie z oczekiwaniem itp.);
połączenie konferencyjne;
usługi rozliczania kosztów negocjacji;
usługi połączeń grupowych;
usługi ograniczenia połączeń itp.

W kontekście konkurencji o abonenta operatorzy dużych sieci starają się wprowadzać nowe usługi. W ostatnim czasie wprowadzono takie usługi jak prepaidowe połączenie abonenckie, usługa WAP - dostęp do Internetu bezpośrednio z terminala mobilnego, globalny system pozycjonowania GPS, komunikacja wideo itp. Jednak takie możliwości pojawiły się wraz z pojawieniem się komunikatorów (smartfonów).

Prywatność komunikacji wyposażone w ochronę przed nieuprawnionym dostępem do kanałów komunikacji. W tym celu wykorzystywane są różne metody szyfrowania. Na przykład w standardzie GSM szyfrowanie odbywa się poprzez kodowanie z korekcją szumu i przeplatanie i polega na dodawaniu modulo 2 bitowej sekwencji informacyjnej i pseudolosowej sekwencji bitowej, która stanowi podstawę szyfru. Wielokrotne zastosowanie operacji dodawania modulo 2 z tą samą pseudolosową sekwencją do zaszyfrowanej sekwencji informacji przywraca pierwotną sekwencję bitów informacji, czyli realizuje odszyfrowanie zaszyfrowanej wiadomości (rys.).

Istnieje również możliwość zabezpieczenia przed podsłuchem – jest to szyfrowanie (scrambling – miksowanie, tasowanie), które jest rodzajem szyfrowania poprzez przearanżowanie odcinków widma lub segmentów mowy, realizowane w zewnętrznym oprogramowaniu

Rys.5.5. Zasada szyfrowania i deszyfrowania informacji w standardzie GSM.

w kierunku telefonu komórkowego z odpowiednim deszyfrowaniem po stronie odbiorczej.

Oszustwo(z angielskiego. oszustwo- oszustwo, oszustwo) jest jednym z poważnych problemów komunikacji komórkowej. Oszustwo można zdefiniować jako nielegalną działalność mającą na celu korzystanie z usług łączności komórkowej bez należytej zapłaty lub kosztem zapłaty za te usługi przez osoby, które z takich usług nie korzystają.

Od czasu do czasu świat i nasza prasa są zszokowane doniesieniami o oszustwach związanych z telefonami komórkowymi. Najbardziej nieprzyjemna jest sytuacja, gdy zarejestrowany na kogoś telefon komórkowy wpada w ręce oszustów, którzy są w stanie oszukać operatorów komórkowych i prowadzić w niekontrolowany sposób negocjacje na dużą skalę. Czasami wykorzystuje się do tego prymitywne metody (na przykład złośliwe niepłatności), a czasami bardzo subtelne metody oparte na doskonałej znajomości dokumentacji sieci komórkowych. Ćwiczyłem zmianę numerów telefonów komórkowych i wszelkiego rodzaju „chemię” za pomocą szyfrów i haseł.

Straty z oszustw, nawet po wielu latach walki z nimi, sięgają kilku procent całkowitego wolumenu usług komórkowych. Na przykład w Stanach Zjednoczonych w 1996 r. wyniosły nieco ponad 1 miliard dolarów, a łączny dochód z komunikacji komórkowej wyniósł 21 miliardów dolarów.

Jeśli masz podejrzenie, że ktoś używa (jawnie lub domyślnie) Twojego urządzenia, musisz natychmiast powiadomić swojego dostawcę usług komórkowych. Na przykład takie podejrzenie może opierać się na zauważalnym wzroście wolumenu płatności za usługi komórkowe w porównaniu do poziomu, do którego jesteś przyzwyczajony. Jeśli nie kontrolujesz tego, co się stało, możesz nagle otrzymać rachunek na setki, jeśli nie tysiące dolarów i zostaniesz uwikłany w długą batalię prawną z niejasnym wynikiem.

Oprócz oszustw sprzedaż „szarych” telefonów powoduje ogromne szkody w komunikacji komórkowej. Mogą to być wadliwe urządzenia kupowane tanio, które następnie są rękodzielnicze doprowadzane do stanu pracy – często daleko od wszystkiego funkcjonalność. Takie urządzenia sprawiają wiele kłopotów nie tylko ich właścicielom, którzy szukają taniości, ale także operatorom komórkowym. Ponieważ słabo (lub wcale) nie wykonują wielu funkcji, powodują lawinę telefonów do działów serwisowych.

Podsłuchiwanie na telefonach komórkowych również nie jest rzeczą nieszkodliwą. Szczególnie narażone są na to sieci analogowe. Ale w sieciach cyfrowych, nawet przy odpowiednim sprzęcie do kodowania i dekodowania rozmów, podsłuchiwanie ich jest również całkiem możliwe. Należy o tym pamiętać podczas rozmowy.

Sposoby nielegalnego korzystania z telefonów komórkowych są zróżnicowane, choć istnieje opinia, że ​​trzeba o tym wiedzieć. W jakim stopniu? Na przykład dla każdego jest jasne, że telefon komórkowy może być używany jako bardzo prosty detonator radiowy. Jednak opis nawet prostego schematu takiej aplikacji nie może być mile widziany. Odpowiednie władze mogą natychmiast uznać to za korzyść dla terrorystów. Dlatego ostrzegając użytkownika o lukach w legalnym korzystaniu z telefonów komórkowych, zakończymy opis tych subtelnych punktów w korzystaniu z telefonów komórkowych.

bezpieczeństwo biologiczne.

Od czasu do czasu pojawiają się sensacyjne wieści o rozwoju guzów nowotworowych w wyniku korzystania z telefonów komórkowych. Gdzieś w USA toczyły się nawet procesy sądowe w tej sprawie. Są też doniesienia o wybuchach na parkingach podczas tankowania samochodów, o samolotach, które zboczyły z drogi, o reaktorach elektrowni jądrowych, które zostały zatrzymane z powodu telefonów komórkowych i tak dalej. W przeważającej większości przypadków takie „wiadomości” nie są udokumentowane.

W rzeczywistości częstotliwości komórkowe odnoszą się do rodzaju promieniowania elektromagnetycznego, które jest łatwo absorbowane przez tkanki naszych rąk, głowy i mózgu. Badania wykazały, że do 60% energii promieniowania telefonu komórkowego jest pochłaniane przez tkanki ludzkiej głowy. To prawda, że ​​tylko część energii promieniowania mikrofalowego wnika głęboko do głowy. Większość jest wchłaniana przez skórę i kości czaszki.

Tymczasem nie ma oficjalnych danych na temat wpływu promieniowania telefonu komórkowego na organizm człowieka. I nie dlatego, że nie przeprowadzono odpowiednich badań. Ale ponieważ normy mocy promieniowania są znacznie mniejsze niż normy, które zostały ustanowione dla ludzi przez odpowiednie władze.

Stopień pochłaniania energii promieniowania elektromagnetycznego przez organizm człowieka to wartość SAR (Specific Absorption Rates). Wyraża się w energii pochłoniętego promieniowania na jednostkę masy (g lub kg) tkanki biologicznej. Jednocześnie w ciągu 20 minut ekspozycji tkanka nagrzewa się o 1°C.

Nietrudno zrozumieć, że takie czysto „termodynamiczne” podejście w żaden sposób nie sprzyja uspokajaniu ludzi. Nie trzeba bowiem posiadać rozległej wiedzy medycznej, aby sądzić, że działanie promieniowania nie ogranicza się bynajmniej do ogrzewania tkanek organizmu. Należy wziąć pod uwagę, że na poziomie genetycznym znacznie słabsze promieniowanie może spowodować naruszenie struktury komórkowej organizmu lub uszkodzenie genów. Dlatego na przykład w Europie standard SAR jest ustalony na 2 mW/g.

Swoją drogą istnieje prosty sposób na drastyczne ograniczenie wpływu emisji radiowej telefonu komórkowego na organizm człowieka, a przede wszystkim na jego głowę. Jest to użycie specjalnego zestawu słuchawkowego bez użycia rąk (wolne ręce). Ten zestaw słuchawkowy to nagłowna słuchawka i mikrofon, a także radiotelefoniczny panel sterowania. Sam telefon można zainstalować zdalnie. Istnieje również możliwość podłączenia do niego anteny zewnętrznej, którą można zamontować za oknem lub nawet na dachu samochodu.

Nawiasem mówiąc, wszystkich niebezpieczeństw związanych z telefony komórkowe, przede wszystkim odwracanie uwagi użytkownika od jego głównej pracy. Np. bardzo częste są wypadki samochodowe związane z tym, że kierowca odbiera telefon podczas jazdy, a zwłaszcza gdy wybiera numer. W wielu krajach, w tym w Rosji, jest to zabronione i podlega karze grzywny. zestaw głośnomówiący i kontrola głosu telefon - to główne środki przeciwko temu czynnikowi.

Pytania kontrolne

1. Jakie są typowe bloki abonenckiej stacji mobilnej?

2. Podaj nam urządzenie i główne przeznaczenie węzłów analogowych telefonów komórkowych?

3. Podaj nam urządzenie i główne przeznaczenie cyfrowych węzłów telefonii komórkowej?

4. Zdefiniuj „oszustwo” i dlaczego jest niebezpieczne?

5. Wymień główne środki mające na celu zmniejszenie wpływu promieniowania komórkowego na organizm ludzki?

6. Jakie są główne objawy choroby spowodowane emisją radiową?

7. Wymień główne usługi świadczone przez komunikację komórkową?

8. Jaka jest poufność komunikacji w? sieci komórkowe?

Zasada działania komunikacji komórkowej

Podstawowe zasady telefonii komórkowej są dość proste. Początkowo FCC ustanowiła obszary zasięgu geograficznego komórkowych systemów radiowych w oparciu o zrewidowane dane ze spisu ludności z 1980 r. Ideą komunikacji komórkowej jest to, że każdy obszar jest podzielony na heksagonalne komórki, które po połączeniu tworzą strukturę podobną do plastra miodu, jak pokazano na rysunku 6.1,a. Sześciokątny kształt został wybrany, ponieważ zapewnia najbardziej wydajną transmisję, w przybliżeniu dopasowując kołowy wzór promieniowania, jednocześnie eliminując przerwy, które zawsze występują między sąsiednimi okręgami.

Komórka jest definiowana przez jej fizyczny rozmiar, populację i wzorzec ruchu. FCC nie reguluje liczby komórek w systemie i ich wielkości, pozostawiając operatorom ustawienie tych parametrów zgodnie z oczekiwanym wzorcem ruchu. Każdemu obszarowi geograficznemu przydzielana jest stała liczba komórkowych kanałów głosowych. Fizyczne wymiary komórki zależą od gęstości abonentów i struktury połączeń. Na przykład duże komórki (makrokomórki) zwykle mają promień od 1,6 do 24 km z mocą nadajnika stacji bazowej od 1 W do 6 W. Najmniejsze ogniwa (mikroogniwa) zwykle mają promień 460 m lub mniejszy, a moc nadajnika stacji bazowej wynosi od 0,1 W do 1 W. Rysunek 6.1b przedstawia konfigurację plastra miodu z dwoma rozmiarami komórek.

Rysunek 6.1. – Struktura plastra miodu komórek a); struktura plastra miodu z plastrami miodu o dwóch rozmiarach b) klasyfikacja plastra miodu c)

Mikrokomórki są najczęściej używane w regionach o dużej gęstości zaludnienia. Ze względu na krótki zasięg mikroogniwa są mniej podatne na efekty degradacji transmisji, takie jak odbicia i opóźnienia sygnału.

Makrokomórka może zachodzić na grupę mikrokomórek, przy czym mikrokomórki obsługują wolno poruszające się urządzenia mobilne, a makrokomórka obsługują szybko poruszające się urządzenia. Urządzenie mobilne jest w stanie określić prędkość swojego ruchu jako szybką lub wolną. Umożliwia to zmniejszenie liczby przeskoków z jednej komórki do drugiej oraz korektę danych lokalizacyjnych.

Algorytm przejścia z jednej komórki do drugiej można zmieniać przy niewielkich odległościach między urządzeniem mobilnym a stacją bazową mikrokomórki.

Czasami sygnały radiowe w komórce są zbyt słabe, aby zapewnić niezawodną komunikację w pomieszczeniach. Dotyczy to szczególnie dobrze osłoniętych obszarów i obszarów z wysoki poziom ingerencja. W takich przypadkach stosuje się bardzo małe komórki - pikokomórki. Wewnętrzne pikokomórki mogą wykorzystywać te same częstotliwości, co zwykłe komórki w danym regionie, szczególnie w sprzyjających środowiskach, takich jak podziemne tunele.

Planując systemy wykorzystujące komórki sześciokątne, nadajniki stacji bazowych można umieścić w środku komórki, na krawędzi komórki lub na górze komórki (odpowiednio rys. 6.2 a, b, c). W komórkach z nadajnikiem w środku zwykle stosuje się anteny dookólne, a w komórkach z nadajnikami na krawędzi lub na górze stosuje się anteny sektorowe.

Anteny dookólne emitują i odbierają sygnały równomiernie we wszystkich kierunkach.

Rysunek 6.2 – Rozmieszczenie nadajników w komórkach: w środku a); na krawędzi b); u góry c)

W systemie telefonii komórkowej jedną stałą stację bazową o dużej mocy umieszczoną wysoko nad centrum miasta można zastąpić wieloma identycznymi stacjami małej mocy, które są instalowane w obszarze zasięgu w miejscach położonych bliżej ziemi.

Komórki korzystające z tej samej grupy radiowej mogą uniknąć zakłóceń, jeśli są odpowiednio rozdzielone. W takim przypadku obserwuje się ponowne wykorzystanie częstotliwości. Ponowne wykorzystanie częstotliwości to przydzielenie tej samej grupy częstotliwości (kanałów) kilku komórkom, pod warunkiem, że komórki te są oddzielone znacznymi odległościami. Ponowne wykorzystanie częstotliwości jest ułatwione dzięki zmniejszeniu obszaru zasięgu każdej komórki. Stacji bazowej każdej komórki przydzielana jest grupa częstotliwości roboczych, które różnią się od częstotliwości sąsiednich komórek, a anteny stacji bazowej są wybierane tak, aby pokrywały pożądany obszar pokrycia w jej komórce. Ponieważ obszar usług jest ograniczony do granic jednej komórki, różne komórki mogą wykorzystywać tę samą grupę częstotliwości roboczych bez wzajemnych zakłóceń, pod warunkiem, że dwie takie komórki znajdują się w wystarczającej odległości od siebie.

Obszar usługi geograficznej systemu komórkowego zawierającego wiele grup komórek jest podzielony na klastry (Rysunek 6.3). Każdy klaster składa się z siedmiu komórek, którym przydzielona jest taka sama liczba kanałów komunikacji pełnego dupleksu. Komórki o tych samych oznaczeniach literowych wykorzystują tę samą grupę częstotliwości roboczych. Jak widać na rysunku, te same grupy częstotliwości są wykorzystywane we wszystkich trzech klastrach, co umożliwia potrojenie liczby dostępnych kanałów komunikacji mobilnej. Listy A, b, C, D, mi, F oraz g reprezentują siedem grup częstotliwości.

Rysunek 6.3 – Zasada ponownego wykorzystania częstotliwości w komunikacji komórkowej

Rozważmy system ze stałą liczbą kanałów pełnego dupleksu dostępnych na pewnym obszarze. Każdy obszar usług jest podzielony na klastry i otrzymuje grupę kanałów, które są rozdzielone między n komórki klastra, grupujące się w nie powtarzające się kombinacje. Wszystkie komórki mają taką samą liczbę kanałów, ale mogą obsługiwać obszary o jednym rozmiarze.

Zatem całkowitą liczbę kanałów komunikacji komórkowej dostępnych w klastrze można przedstawić za pomocą wyrażenia:

F=GN (6.1)

gdzie F– liczba pełnodupleksowych kanałów komunikacji komórkowej dostępnych w klastrze;

g– liczba kanałów w komórce;

n to liczba komórek w klastrze.

Jeśli klaster jest „kopiowany” w ramach danego obszaru usług m razy, to łączna liczba kanałów w trybie pełnego dupleksu będzie wynosić:

C=mGN=mF (6.2)

gdzie Z– łączna liczba kanałów w danej strefie;

m to liczba klastrów w danej strefie.

Z wyrażeń (6.1) i (6.2) wynika, że ​​całkowita liczba kanałów w systemie telefonii komórkowej jest wprost proporcjonalna do liczby „powtórzeń” klastra w danym obszarze usług. Jeśli rozmiar klastra zmniejszy się, a rozmiar komórki pozostanie taki sam, wówczas do pokrycia danego obszaru usług będzie potrzebnych więcej klastrów, a całkowita liczba kanałów w systemie wzrośnie.

Liczba abonentów, którzy mogą jednocześnie korzystać z tej samej grupy częstotliwości (kanałów), a nie znajdują się w sąsiednich komórkach małego obszaru usługowego (na przykład w mieście), zależy od całkowitej liczby komórek w tym obszarze. Zazwyczaj liczba takich abonentów wynosi cztery, ale w gęsto zaludnionych regionach może być znacznie wyższa. Ten numer nazywa się współczynnik ponownego wykorzystania częstotliwości lub FRF – współczynnik ponownego wykorzystania częstotliwości. Matematycznie można to wyrazić jako:

gdzie n– łączna liczba kanałów w pełnym dupleksie w obszarze obsługi;

Z– łączna liczba kanałów full duplex w komórce.

Przy przewidywanym wzroście ruchu komórkowego zwiększone zapotrzebowanie na usługę jest zaspokajane poprzez zmniejszenie rozmiaru komórki, dzieląc ją na kilka komórek, z których każda ma własną stację bazową. Skuteczna separacja komórek pozwala systemowi obsłużyć więcej połączeń, o ile komórki nie są zbyt małe. Jeżeli średnica komórki spadnie poniżej 460 m, to stacje bazowe sąsiednich komórek będą na siebie oddziaływać. Związek między ponownym wykorzystaniem częstotliwości a rozmiarem klastra określa, jak można się zmienić skala system komórkowy w przypadku wzrostu gęstości abonentów. Im mniej komórek w klastrze, tym większe prawdopodobieństwo przesłuchu między kanałami.

Ponieważ komórki są sześciokątne, każda komórka ma zawsze sześć równoodległych sąsiednich komórek, a kąty między liniami łączącymi środek dowolnej komórki ze środkami sąsiednich komórek są wielokrotnościami 60°. Dlatego liczba możliwych rozmiarów klastrów i układów komórek jest ograniczona. Aby połączyć komórki ze sobą bez przerw (w sposób mozaikowy), wymiary geometryczne sześciokąta muszą być takie, aby liczba komórek w klastrze spełniała warunek:

gdzie n– liczba komórek w klastrze; i oraz J są nieujemnymi liczbami całkowitymi.

Znalezienie drogi do najbliższych komórek współkanałowych (tzw. komórek pierwszego rzędu) przebiega w następujący sposób:

Pójść dalej i komórki (poprzez centra sąsiednich komórek):

Pójść dalej J komórki do przodu (przez centra sąsiednich komórek).

Na przykład liczba komórek w klastrze i lokalizacja komórek pierwszej warstwy dla następujących wartości: j = 2. i = 3 zostaną określone na podstawie wyrażenia 6.4 (rysunek 6.4) N = 3 2 + 3 2 + 2 2 = 19.

Rysunek 6.5 pokazuje sześć najbliższych komórek używających tych samych kanałów co komórka A.

Proces przekazywania z jednej komórki do drugiej, czyli tzw. gdy urządzenie mobilne oddala się od stacji bazowej 1 do stacji bazowej 2 (rysunek 6.6) obejmuje cztery główne etapy:

1) inicjacja - urządzenie mobilne lub sieć wykrywa potrzebę przekazania i inicjuje niezbędne procedury sieciowe;

2) rezerwacja zasobów - za pomocą odpowiednich procedur sieciowych rezerwowane są zasoby sieciowe niezbędne do przekazania (kanał głosowy i kanał sterowania);

3) wykonanie - bezpośrednie przekazanie sterowania z jednej stacji bazowej do drugiej;

4) zakończenie - zbędne zasoby sieciowe zwolnione, stając się dostępne dla innych urządzeń mobilnych.

Rysunek 6.6 – Przekazanie