Как работает сотовая связь? Разбор

Все мы пользуемся сотовой связью. Но интересно узнать — как она работает?

Почему связь называется сотовой? Кто кого ловит: телефон сеть или наоборот? Как сотовая связь работает в движении? Почему связь пропадает? И сколько человек может говорить по телефону одновременно?

Сегодня во всём разберёмся. А поможет нам в этом новый Kia Sorento с сервисами Kia Connect.

Соты

Ну а начнем с самого банального вопроса. А почему связь называется сотовой?

Всё дело в том, что зона покрытия сотовой связи делится на ячейки, в центре которых находятся базовые станции.

Каждая базовая станция — это такой внушительный набор оборудования, которая включает в себя: пару шкафов набитых телекоммуникационным оборудованием и россыпь из антенн бьющих во все стороны света.

И все эти девайсы окружают вас и нас повсюду.

Шкафы с оборудованием прячутся на последних этажах домов или прямо на крышах в специальных конторах.

Антенны также также стоят на крышах, на столбах, больших радиовышках или даже деревьях. Вот у меня вот дворе например.

Интересный момент состоит в том. что радиус действия одной станции зависит от частотного диапазона. И чем ниже частота, тем дальше бьет антенна. Также на расстояние влияют препятствия. Например, радиус покрытия 3G в мегаполисе где-то около 500 метров.

А вот за городом, в чистом поле, тот же 3G может добивать до 35 км. А 4G даже до 100 км, если поднять антенну достаточно высоко.

Но причём тут соты? Смотрите, на идеальной ровной поверхности, без препятствий, зона покрытия одной БС представляет собой ровный круг.

Но чтобы разные базовые станции вместе образовали единую сеть, их зоны покрытия должны частично перекрываться. От чего каждая ячейка приобретает форму соты или шестигранника.

Также интересная штука: чтобы не гасить сигнал друг друга соседние станции работают чуть-чуть на разных частотах.

А еще, сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, чтобы оптимизировать работу и улучшить её покрытие.

Кстати, карты покрытия российских операторов есть в свободном доступе в сети. И еще одна карта покрытия сети.

С сотами, и базовыми станциями разобрались. Но как наши телефоны или гаджеты побольше подключатся к этой сети? Давайте разберёмся во всём, по порядку.

Регистрация

Итак, я вставил SIM-карту в смартфон, включил его и телефон начинает искать сеть, но что в этот момент происходит на самом деле?

Как только устройство включается, оно начинает прослушивать эфир в поисках сигналов от ближайших базовых станций. Поймав сигнал, телефон посылает несколько уникальных идентификационный кодов. Во первых, IMSI или International Mobile Subscriber Identity — это международный номер мобильного абонента.

Он состоит из 14-15 цифр и нескольких частей: включая код страны, код сети и отдельную строку цифр, обозначающих каждую конкретную SIM-карту в сети мобильной связи.

И не путайте его с номером мобильного телефона, который, кстати, по научному называется MSISDN — Mobile Subscriber Integrated Services Digital Number.

Между прочим, ваш мобильный номер на SIM-карте не хранится. Он хранится в специальной базе в опорной сети GSM и привязан к тому самому номеру IMSI.

Поэтому, в отличие от номера мобильного телефона, IMSI на другую симку перенести нельзя. IMSI уникален для каждой SIM-карты. Кстати, чисто теоретически мобильный номер можно изменить не меняя SIM-карты, для это надо просто подменить данные в базе опорной сети GSM.

IMSI — это основной код, который позволяет идентифицировать вас и понять к какому оператору привязан ваш номер. Но передаются и другие номера, а именно KI (Key Identification) — это уникальный 128-битный ключ аутентификации пользователя. А также, IMEI — уникальный номер устройства.

Кстати, о том как работает сим-карта и что такое IMEI подробнее можете узнать в наших материалах, про eSIM и IMEI, если интересно.

Кстати, без симки телефон также может устанавливает связь с базовыми станциями, просто не регестрируется в сети. Зато может совершать экстренные вызовы, что может быть очень полезно.

Дальше, получив данные, базовая станция понимает кто это и если всё ок, регистрирует в сети.

И телефон переходит в режим standby, то есть смартфон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, обмениваются пакетами и, откровенно говоря, следят друг за другом.

Методом триангуляции сеть определяет ваши координаты и если вы покидаете зону покрытия одной базовой станции или просто ухудшается качество сигнала по какой-либо причине, вас переключают на другую БС. Можно сказать, что оператор, аккуратненько передает абонента из рук одной базовой станции в руки.

Кстати, официально этот процесс называется handover. Благодаря хендоверу, мы можем спокойно смотреть YouTube, мчась в автомобиле, поезде или вагоне метро.

Но насколько быстро? Сеть 3G способна удержать абонента на скорости до 120 км/ч, что уже неплохо. А вот 4G и 5G вообще выдерживать скорость 500 км/ч, но только при очень хорошем покрытии сети.

Кстати, к сотовой сети подключены не только смартфоны пассажиров данного автомобиля, но и сам автомобиль — KIA Sorento, который мы используем для теста и разбора работы сотовой сети. А зачем? Расскажу чуть позже.

Почему связь пропадает?

Тем не менее, даже несмотря на хорошее покрытие, связь иногда пропадает, а звонок прерывается. Почему так происходит?

На самом деле есть всего две основные причины.

Во-первых, каким бы хорошим ни было покрытие, всё равно будут возникать мертвые зоны. Поэтому часто кроме больших базовый станций с большими антеннами операторы устанавливают направленные антенны с покрытием до 1 метра.

• Микроячейка -> менее 2 километров,
• Picocell -> менее 200 метров,
• Фемтосота -> около 10 метров,
• Attocell -> 1–4 метра

Но даже в этих случаях возможны прерывания связи из-за помех.

Ну и самое главное, базовая станция может быть просто перегружена. Ведь несмотря на то, что одновременно к сети могут быть подключены миллионы абонентов. Одновременно один сектор БС может обслуживать всего лишь до 72 звонков. При этом БС может состоять из 6 секторов итого всего одновременных 432 звонка на одну БС. Поэтому в определенные моменты, к примеру в канун Нового Года, могут происходить перегрузы.

Звонки

Но что именно происходит во время звонка? Опять же разберём всё по этапам.

В моем случае: вы набираете чей-то номер.

1. Сначала ваш смартфон передает сигнал базовой станции.
2. БС ловит сигнал, дешифрует его и начинает искать абонента, с которым мы хотим связаться: определяет в какой сети он находится, каким оператором обслуживается и прочее.
3. После чего передает запрос на ближайшую к абоненту базовую станцию.
4. Антенна БС начинает отправлять направленный сигнал и мы слышим звонок.

А те странные звуки, которые мы можем услышать, если телефон лежит рядом с колонками за пару секунд до звонка, это сигнал, который телефон передаёт обратно БС, сообщая, что он готов принять звонок.

Интернет

Примерно по такой же схеме можно не только совершать звонки, но и отправлять SMS, получать пуши и обмениваться пакетами данных через интернет-протокол.

Например, при помощи сотовой связи мы можем управлять девайсами интернета вещей или даже современными автомобилями.

Так вот, данный Kia Sorento непростой, в нем установлен комплекс телематики Kia Connect, который позволяют через приложение с вашего смартфона управлять различными функциями автомобиля.

Можно дистанционно запускать двигатель, настроить микроклимат, включить подогрев сидений и руля. Можно открывать/закрывать двери, включать аварийку или даже сигналить (что пригодится, если вы часто забываете, где припарковали авто или просто у вас странное чувство юмора).

Хотя чтобы определить, где авто, часто сигналить не придется, ведь геолокация автомобиля также отображается в приложении. Есть встроенная система навигации с пробками и погодой. Можно даже искать рестораны, заправки и отправлять прокладку маршрута с телефона на авто.

Что особенно круто, это функции безопасности. На смартфон приходят уведомления о срабатывании штатной сигнализации, телематика сообщает о незакрытых дверях и окнах. Есть автономный режим (без выхода в сеть) и «гостевой» режим. А в приложении можно посмотреть занимательную статистику.

И всё это работает по всей стране где бы вы не находились.

А всё благодаря встроенной симке и сотовым сетям, о работе которых мы сегодня и рассказали вам достаточно подробно и надеемся интересно!

Post Views: 286