Какво е клетъчна мрежа: определение, действие, свързаност

Какво представлява клетъчната комуникация, без която съвременният човек не може да си представи живота?? Това е вид връзка, при която последният канал е безжичен. Мрежата е разпределена в наземни зони, наречени клетки, всяка от които се обслужва от поне един приемо-предавател с фиксирано местоположение, но по-често от три клетъчни или базови приемо-предавателни станции. Те осигуряват на клетката покритие на мрежата, което може да се използва за предаване на глас, данни и други видове съдържание.

Как работи?

Какво е клетъчно в действие? Една клетка обикновено използва различен набор от честоти от съседните клетки, за да се избегнат смущения и да се гарантира гарантирано качество на услугата във всяка клетка (клетъчен принцип). Когато се комбинират, тези клетки осигуряват радиопокритие в обширна географска област. Това дава възможност на голям брой преносими приемо-предавателни устройства (напр. мобилни телефони, таблети и лаптопи, оборудвани с мобилни широколентови модеми, пейджъри и др. д.) комуникират помежду си и с фиксирани приемопредаватели и телефони навсякъде в мрежата чрез базови станции, дори ако някои приемопредаватели преминават през няколко клетки по време на предаването.

Клетъчната комуникация има редица полезни функции:

• По-голям капацитет от един голям предавател, тъй като една и съща честота може да се използва за няколко канала, ако те са в различни клетки.
• Мобилните устройства изразходват по-малко енергия в сравнение с единичен предавател или сателитна връзка, тъй като клетъчните кули са по-близо.
• По-голяма зона на покритие от един наземен предавател, тъй като допълнителни клетъчни кули могат да се добавят неограничено и не са ограничени от видимостта.

Колко напреднала е тази система днес?

Големите доставчици на телекомуникационни услуги са разгърнали клетъчни мрежи за предаване на глас и съдържание в по-голямата част от населената територия на Земята. Това позволява на мобилните телефони и компютърните устройства да се свързват със стандартната телефонна мрежа и обществения интернет.

Регионите на клетъчните оператори могат да бъдат различни - от националната територия до малък обект. Частните клетъчни мрежи могат да се използват за научни изследвания или за големи организации и паркове, например за изпращане на повиквания до местни агенции за обществена безопасност или таксиметрови компании.

Кой мобилен оператор е лидер днес?? Всяка страна вече има собствени доставчици. В Русия МТС и Мегафон са начело на списъка по разпространение на услугите.

Концепцията

Какво представлява мобилната телефонна услуга и как работи? В клетъчната радиосистема земната площ, която трябва да се обслужва, се разделя на клетки по схема, която зависи от характеристиките на терена и приемането. Тя може да бъде приблизително шестоъгълна, квадратна, кръгла или с друга правилна форма, въпреки че стандартно се използват шестоъгълни пчелни пити. На всяка от тези клетки е определен набор от честоти (f1 до f6), на които са разположени съответните базови радиостанции. Група от честоти може да се използва повторно в други клетки, при условие че подобни честоти не се използват повторно в съседни клетки, тъй като това може да доведе до смущения в съвместно разположения канал.

По-високата пропускателна способност на клетъчната мрежа в сравнение с мрежата с един предавател се дължи на системата за мобилна комутация, разработена от Амос Джоел от Bell Labs, която позволява на множество абонати в една и съща област да използват една и съща честота при превключване на повикванията. Ако има един прост предавател, на дадена честота може да се използва само едно повикване. За съжаление, неизбежно има известно ниво на смущения от сигнали от други клетки, които използват същата честота. Това означава, че в стандартна система FDMA трябва да има поне една междина между клетките, които използват една и съща честота.

Как се появи технологията?

Първата комерсиална клетъчна мрежа 1G е пусната в Япония от Nippon Telegraph and Telephone (NTT) през 1979 г., първоначално в столичния район на Токио. В рамките на пет години тя е разширена, за да покрие цялото население на Япония, и става първата национална 1G мрежа.

Кодиране на клетъчен сигнал

За да разберете клетъчната комуникация, трябва да познавате стандартите. За да се разграничат сигналите от няколко различни предавателя, са разработени следните разновидности на множествения достъп:

• Мултиплексиране с разделяне по време (TDMA);
• Мултиплексиране с честотно разделяне (FDMA);
• Множествен достъп с кодово разделяне (CDMA);
• Ортогонално мултиплексиране с честотно разделяне (OFDMA).

При TDMA времето за предаване и приемане, използвано от различните потребители във всяка клетка, е различно.

При FDMA честотите за предаване и приемане, използвани от различните потребители във всяка клетка, са различни.

Принципът на CDMA е по-сложен, но постига същия резултат: разпределените приемопредаватели могат да изберат една клетка и да я слушат.

TDMA се използва в комбинация с FDMA или CDMA в редица системи за осигуряване на множество канали в рамките на една зона на покритие на клетката.

Настоящата тенденция

Какво представлява LTE клетъчната свързаност в таблет? Напоследък се прилагат и системи за множествен достъп с ортогонално честотно разделяне, като LTE, с повторно използване на честотата 1.

Тъй като такива системи не разпространяват сигнала в цялата честотна лента, управлението на междуклетъчните радиоресурси е важно за координиране на разпределението на ресурсите между различните клетъчни клетки и за ограничаване на междуклетъчните смущения. Съществуват различни начини за координиране на междуклетъчните смущения (ICIC), което вече е дефинирано в стандарта.

Други примери за управление на междуклетъчните радиоресурси, които могат да бъдат стандартизирани в бъдеще, са координираното планиране, MIMO на няколко места или формирането на лъча на няколко места.

Излъчване на съобщения и сигнали

Какво представлява клетъчната комуникация? Определение, дадено по-горе. Почти всяка такава система има някакъв механизъм за излъчване. Това може да се използва директно за разпространение на информация до множество мобилни телефони. За тази цел се използват и клетъчни усилватели.

Обикновено, например в системите за мобилна телефония, най-важната употреба на излъчваната информация е да се създадат канали за комуникация "едно към едно" между мобилен приемопредавател и базова станция. Това се нарича клетъчен сигнал. Обикновено се използват три различни процедури за подаване на сигнали: серийна, паралелна и селективна.

Детайлите на процеса на търсене на повикване варират донякъде в различните мрежи, но обикновено се знае ограничен брой клетки, в които се намира телефонният апарат (тази група се нарича зона на покритие в система GSM или UMTS или зона на маршрутизация, ако става въпрос за сесия за пакети данни; в LTE клетките са групирани в зони за проследяване).

Сигнализацията се осъществява чрез изпращане на съобщение за излъчване до всички тези клетки. Съобщенията за сигнализация могат да се използват за предаване на информация в. Това се среща при пейджърите, в системите CDMA за изпращане на SMS съобщения и в системите UMTS, където това позволява ниска латентност на низходящата линия при пакетните връзки.

Движение между клетките и прехвърляне на данни

Какво представлява съвременната клетъчна комуникация? В клетъчна система, в която разпределените мобилни приемо-предаватели се движат от клетка в клетка по време на непрекъсната комуникация, превключването от една клетъчна честота към друга се извършва по електронен път по начин, който не прекъсване и без оператор на базова станция или ръчно превключване. Това се нарича мобилно предаване на данни. Обикновено новият канал се избира автоматично за мобилното устройство в новата базова станция, която ще го обслужва. След това устройството автоматично превключва от текущия към новия канал и комуникацията продължава.

Точните детайли на начина, по който клетъчната комуникация се движи от една базова станция до друга, варират значително в различните системи.

Архитектура на GSM мрежата

Най-разпространеният пример за клетъчна мрежа е мобилната мрежа (мобилен телефон). Това е преносим телефон, който приема или извършва повиквания чрез клетъчна станция (базова станция) или предавателна кула. Радиовълните се използват за предаване на сигнали към и от мобилния телефон.

Съвременните клетъчни мрежи използват клетки, тъй като радиочестотите са ограничен общ ресурс. Клетъчните станции и телефони променят честотата си под компютърен контрол и използват предаватели с ниска мощност, така че обикновено ограничен брой радиочестоти могат да се използват едновременно от много абонати с по-малко смущения.

Как се осъществява връзката

Клетъчната мрежа се използва от оператора на мобилна мрежа за постигане на покритие и капацитет за абонатите си. Големи географски райони се разделят на по-малки клетки, за да се избегне загубата на сигнал при пряка видимост и да се поддържа голям брой активни телефони в този район. Всички зони на покритие са свързани с телефонни централи (или комутатори), които от своя страна са свързани с обществената телефонна мрежа.

Какво представлява клетъчната връзка като модем? Всъщност това е подобна връзка, която предава пакети с информация през интернет.

В градските райони всеки клетъчен обект може да има обхват до около 0,80 км, докато в селски райони тази стойност може да бъде до 8 км. Възможно е в открити райони потребителят да получава сигнали от клетъчен възел на разстояние до 40 км.

Тъй като почти всички мобилни телефони използват GSM, CDMA и AMPS клетъчни услуги, терминът "мобилен телефон" се използва взаимозаменяемо с "мобилен". Но си струва да се имат предвид някои от разликите между тези устройства.

Какво е клетъчно в iPhone? Възможността за свързване към мрежа чрез два стандарта едновременно - GSM и CDMA. Спътниковите телефони обаче са мобилни устройства, които не комуникират директно с наземна клетъчна кула, а непряко чрез спътник.

Кои формати за комуникация могат да се използват?

Съществуват редица различни цифрови технологии за клетъчна комуникация, включително:

• Глобална система за мобилни комуникации (GSM).
• Обща пакетна радиоуслуга (GPRS).
• CDMAOne.
• CDMA2000, оптимизиран за пренос на данни (EV-DO).
• Подобрена скорост на трансфер на данни за GSM ( EDGE).
• Универсална мобилна телекомуникационна система (UMTS).
• Цифрови подобрени безжични телекомуникации (DECT).
• Цифров AMPS (IS-136 / TDMA).
• Интегрирана цифрова разширена мрежа (iDEN).

Преходът от съществуващия аналогов стандарт към цифров се осъществи по много различен начин в Европа и САЩ. В резултат на това в САЩ и Европа се появиха много цифрови стандарти и много страни се доближиха до GSM. Това обяснява особеностите на iPhone в мрежа.

Структура на клетъчната мрежа

Едно просто представяне на клетъчна мрежа по отношение на радиокомуникациите се състои от елементи като:

• Мрежа от базови станции, които образуват подсистема от базови станции.
• Основната мрежа с комутация на канали, която съществува за обработка на гласови и текстови повиквания.
• Мрежа с комутация на пакети, предназначена за обработка на мобилни данни.
• Обществена комутируема телефонна мрежа за свързване на абонати към по-широка телефонна мрежа.

Тази мрежа е гръбнакът на системата GSM. Той изпълнява много функции, за да гарантира, че клиентите получават желаната услуга, включително управление на мобилността, регистрация, създаване на повиквания и прехвърляне на услуги.

Всеки телефон се свързва с мрежата посредством радиобазова станция (RBS) в сектора на съответната клетка, която от своя страна се свързва с мобилния комутационен център (MSC). MSC осъществява връзката с обществената комутируема телефонна мрежа (PSTN). Връзката от слушалката към RBS се определя като възходяща, а обратната - като низходяща.

Как се предават данните?

Радиовръзките използват ефективно преносната среда, като използват следните схеми за множествен достъп и мултиплексиране:

• мултиплексиране с честотно разделяне (FDMA);
• Мултиплексиране с разделяне по време (TDMA);
• Множествен достъп с кодово разделяне (CDMA);
• с пространствено разделяне (SDMA).

Малките клетки, които имат по-малка зона на покритие от базовите станции, се класифицират, както следва:

• Microcell - на по-малко от 2 километра.
• Picocell - на по-малко от 200 метра.
• Femtocell - около 10 метра.

Какво е клетъчна комуникация при деца? Терминът обикновено се отнася до специални "деца" специални пакетни планове; и.

Клетъчно предаване в мобилни мрежи

Когато потребителят на телефона се премести от една клетъчна зона в друга по време на повикване, мобилната станция ще търси нов канал, към който да се свърже, за да не прекъсва повикването. Веднага щом го открие, мрежата подава команда на мобилното устройство да превключи към новия канал и едновременно с това да превключи повикването към него.

Във формат CDMA няколко телефона споделят определен радиоканал. Сигналите се споделят чрез псевдошумов код (PN код), специфичен за всяко устройство. Когато потребителят се премества от една клетка в друга, слушалката установява радиовръзка с няколко локации (или сектори на една и съща локация) едновременно. Това е известно като "плавно предаване", тъй като за разлика от традиционната клетъчна технология, при него няма определена точка, в която телефонът преминава към нова клетка. Поради това при прилагането на този стандарт се използват клетъчни и интернет усилватели.

При междучестотни предавания IS-95 и по-стари аналогови системи като NMT обикновено не е възможно директно да се тества целевият канал по време на повикване. В този случай трябва да се използват други методи, като например контролните маяци в IS-95. Това означава, че почти винаги има кратко прекъсване на комуникацията, когато се търси нов канал, с риск от неочаквано връщане към стария.

Ако няма постоянна връзка или ако връзката може да бъде прекъсната, мобилното устройство може да се премести спонтанно от една клетка в друга и след това да уведоми базовата станция с най-силен сигнал.

Избор на клетъчна честота в мобилните мрежи

Влиянието на честотата върху клетъчното покритие означава, че различните честоти са по-подходящи за различни цели. Ниските честоти, като например 450 MHz NMT, служат много добре за покритие в селските райони. GSM 900 (900 MHz) е подходящ за покритие в малки градове.

GSM 1800 (1,8 GHz) започва да се ограничава до структурни стени. UMTS с честота 2,1 GHz е с много подобно покритие на GSM 1800. В зависимост от региона операторите на мобилни мрежи определят различни зони на покритие и честоти.

По-високите честоти са недостатък, когато става въпрос за покритие, но са решаващо предимство, когато става въпрос за капацитет. Възможни са малки клетки, които покриват например един етаж от сграда, и една и съща честота може да се използва за клетки, които са почти съседни.

Покритие и области на обслужване

Районът на обслужване на клетката може да се промени и поради смущения от предавателни системи във и около нея. Това важи особено за системите, базирани на CDMA. Приемникът изисква определено съотношение сигнал/шум, а предавателят не трябва да предава с твърде висока мощност, за да не пречи на други предаватели.

Тъй като смущенията (шумът) се увеличават поради по-високата мощност, приемана от предавателя, сигналът се изкривява и в крайна сметка става неизползваем. В системите, базирани на CDMA, ефектът от смущенията от други мобилни предаватели в същата клетъчна мрежа върху зоната на покритие е много забележим.

Примери за клетъчно покритие могат да се видят, като се разгледат някои карти на покритието, предоставени от реални доставчици на техните уебсайтове, или като се разгледат независими карти, създадени от тълпата, като OpenSignal. Те показват кой мобилен оператор работи в даден район. В някои случаи те могат да маркират местоположението на предавателя, а в други то може да бъде изчислено чрез определяне на точката на най-голямо покритие.

Клетъчният ретранслатор се използва за разширяване на клетъчното покритие в по-големи райони. Те варират от широколентови ретранслатори за домашна и офис употреба до интелигентни или цифрови ретранслатори за индустриални приложения.

Всеки клетъчен оператор има свой собствен набор от номера, които обикновено се отличават с код. Тя може да се използва за определяне на региона и доставчика на мобилни услуги на обаждащия се.