Čo je bunková komunikácia: definícia, princíp činnosti, spojenie

Čo je to bunková komunikácia, bez ktorej si moderný človek nevie predstaviť život? Toto je druh pripojenia, v ktorom je posledný kanál bezdrôtový. Sieť je distribuovaná po pozemných oblastiach nazývaných bunky, z ktorých každá je obsluhovaná najmenej jedným transceiverom s pevným umiestnením, ale najčastejšie tromi bunkovými alebo základnými transceiverovými stanicami. Poskytujú bunke sieťové pokrytie, ktoré možno použiť na hlas, dáta a iné typy obsahu.

Ako to funguje?

Čo je bunková komunikácia v akcii? Bunka zvyčajne používa inú sadu frekvencií ako susedné, aby sa zabránilo rušeniu a zabezpečila zaručená kvalita služieb v každej bunke (princíp" bunky"). Pri kombinácii tieto bunky poskytujú rádiové pokrytie v rozšírenej geografickej oblasti. To umožňuje značný počet prenosných vysielačov a prijímačov (napríklad mobilné telefóny ,tablety a notebooky vybavené mobilnými širokopásmovými modemami, pagermi atď. e.) komunikujte medzi sebou a s pevnými vysielačmi a prijímačmi a telefónmi kdekoľvek v sieti prostredníctvom základňových staníc, aj keď niektoré vysielače a prijímače počas prenosu prechádzajú niekoľkými bunkami.

Mobilná komunikácia má množstvo užitočných funkcií:

• Väčšia kapacita ako jeden veľký vysielač, pretože rovnakú frekvenciu je možné použiť pre niekoľko kanálov, ak sú umiestnené v rôznych bunkách.
• Mobilné zariadenia spotrebúvajú menej energie ako pri pripojení k jednému vysielaču alebo satelitu, pretože bunkové veže sú bližšie.
• Väčšia oblasť pokrytia ako jeden pozemný vysielač, pretože ďalšie bunkové veže je možné pridávať donekonečna a nie sú obmedzené viditeľnosťou.

Ako je to dnes rozvinuté?

Hlavní poskytovatelia telekomunikačných služieb nasadili celulárne siete na prenos hlasu a obsahu na väčšine obývaného územia Zeme. To umožňuje mobilným telefónom a výpočtovým zariadeniam pripojiť sa k štandardnej telefónnej sieti a verejnému internetu.

Regióny mobilných operátorov sa môžu líšiť – od územia krajiny po malý objekt. Súkromné mobilné siete môžu byť použité na výskum alebo pre veľké organizácie a parky, napríklad na odosielanie hovorov miestnym agentúram verejnej bezpečnosti alebo taxislužbe.

Ktorý mobilný operátor je dnes lídrom? K dnešnému dňu má každá krajina svojich vlastných poskytovateľov. V Rusku zaujímajú MTS a Megafon prvé miesto z hľadiska prevalencie.

Koncepcia

Čo je bunková komunikácia a ako funguje? V celulárnom rádiokomunikačnom systéme je plocha pozemku, ktorá by mala byť vybavená touto službou, rozdelená na bunky podľa schémy, ktorá závisí od charakteristík terénu a príjmu. Môže to byť približne šesťuholníkový, štvorcový, okrúhly alebo iný pravidelný tvar, aj keď šesťuholníkové plásty sú štandardné. Každej z týchto buniek je priradená sada frekvencií (f1-f6), ktoré majú zodpovedajúce základné rozhlasové stanice. Skupina frekvencií sa môže opätovne použiť v iných bunkách za predpokladu, že podobné frekvencie sa opätovne nepoužijú v susedných bunkách, pretože to môže spôsobiť interferenciu v kombinovanom kanáli.

Zvýšená šírka pásma v celulárnej sieti v porovnaní so sieťou s jedným vysielačom je spôsobená mobilným prepínacím systémom vyvinutým Amosom Joelom z Bell Labs, ktorý umožnil niekoľkým účastníkom v tej istej zóne používať rovnakú frekvenciu pri prepínaní hovorov. Ak existuje jeden jednoduchý vysielač, na ľubovoľnej frekvencii je možné použiť iba jeden hovor. Bohužiaľ, nevyhnutne existuje určitá úroveň rušenia zo signálu z iných buniek, ktoré používajú rovnakú frekvenciu. To znamená, že v štandardnom systéme FDMA by mala existovať aspoň jedna medzera medzi bunkami, ktoré opätovne používajú rovnakú frekvenciu.

Ako sa táto technológia objavila?

Prvú komerčnú celulárnu sieť generácie 1G spustila v Japonsku spoločnosť Nippon Telegraph and Telephone (NTT) v roku 1979, pôvodne v Tokijská Metropolitná oblasť. Do piatich rokov bola rozšírená tak, aby pokrývala celú populáciu Japonska, a stala sa prvou celonárodnou sieťou 1G.

Kódovanie bunkového signálu

Aby sme pochopili, čo je bunková komunikácia, je potrebné pochopiť jej štandardy. Na rozlíšenie signálov od niekoľkých rôznych vysielačov boli vyvinuté nasledujúce typy viacnásobného prístupu:

• časové delenie (TDMA);
• frekvenčné delenie (FDMA);
• s rozdelením kódu (CDMA);
• ortogonálne s frekvenčným delením (OFDMA).

V TDMA sa časové intervaly prenosu a príjmu používané rôznymi používateľmi v každej bunke navzájom líšia.

V FDMA sa prenosové a prijímacie frekvencie používané rôznymi používateľmi v každej bunke navzájom líšia.

Princíp CDMA je zložitejší, ale dosahuje rovnaký výsledok: distribuované transceivery môžu vybrať jednu bunku a počúvať ju.

TDMA sa používa v kombinácii s FDMA alebo CDMA v mnohých systémoch na zabezpečenie viacerých kanálov v oblasti pokrytia jednej bunky.

Moderný trend

Čo je to Mobilná komunikácia LTE v tablete? Nedávno boli nasadené aj systémy s viacnásobným prístupom s ortogonálnym frekvenčným delením, ako napríklad LTE, s opätovným použitím frekvencie 1.

Pretože takéto systémy nešíria signál vo frekvenčnom pásme, je riadenie medzibunkových rádiových zdrojov dôležité pre koordináciu distribúcie zdrojov medzi rôznymi bunkovými bunkami a pre obmedzenie medzibunkového rušenia. Existujú rôzne spôsoby koordinovať medzibunkové rušenie (ICIC) už definované v norme.

Koordinované plánovanie, viacmiestne mimo alebo viacmiestne vytváranie lúčov sú ďalšími príkladmi riadenia medzibunkových rádiových zdrojov, ktoré môžu byť v budúcnosti štandardizované.

Vysielanie správ a signálov

Čo je bunková komunikácia?? Definícia je uvedená vyššie. Takmer každý takýto systém má akýsi vysielací mechanizmus. To sa dá priamo použiť na distribúciu informácií do viacerých mobilných telefónov. Na tento účel sa používajú aj zosilňovače bunkovej komunikácie.

Zvyčajne napríklad v mobilných telefónnych systémoch je najdôležitejším využitím informácií o vysielaní nastavenie kanálov pre individuálnu komunikáciu medzi mobilným vysielačom a prijímačom a základňovou stanicou. Toto sa nazýva bunkový signál. Bežne sa používajú tri rôzne signálne postupy: Sériové, paralelné a selektívne.

Podrobnosti procesu vyhľadávacieho hovoru sa v jednotlivých sieťach trochu líšia, ale zvyčajne je známy obmedzený počet buniek, v ktorých sa telefón nachádza (táto skupina sa nazýva oblasť pokrytia v systéme GSM alebo UMTS alebo smerovacia zóna, ak ide o reláciu dátových paketov; v LTE sú bunky zoskupené do sledovacích oblastí).

Signál sa odosiela odoslaním vysielacej správy do všetkých týchto buniek. Signálne správy možno použiť na prenos informácií. Stáva sa to v pageroch, v systémoch CDMA na odosielanie SMS správ a v systéme UMTS, kde umožňuje nízku latenciu downlink v paketových pripojeniach.

Pohyb medzi bunkami a prenos dát

Čo je moderný typ bunkovej komunikácie? V celulárnom komunikačnom systéme, keď sa distribuované mobilné vysielače a prijímače pohybujú z bunky do bunky počas nepretržitej komunikácie, prepínanie z jednej bunkovej frekvencie na druhú sa vykonáva elektronicky spôsobom bez prerušenie a bez obsluhy základňovej stanice alebo manuálneho prepínania. Toto sa nazýva mobilný prenos dát. Spravidla sa pre mobilné zariadenie automaticky vyberie nový kanál na novej základňovej stanici, ktorá mu bude slúžiť. Potom sa zariadenie automaticky prepne z aktuálneho kanála na Nový a komunikácia pokračuje.

Presné podrobnosti o presune celulárnej komunikácie z jednej základňovej stanice na druhú sa v jednotlivých systémoch výrazne líšia.

Architektúra siete GSM

Najbežnejším príkladom celulárnej siete je mobilná (celulárna) telefónna sieť. Jedná sa o prenosný telefón, ktorý prijíma alebo telefonuje cez mobilnú stanicu (základňu) alebo vysielaciu vežu. Rádiové vlny sa používajú na prenos signálov do alebo z mobilného telefónu.

Moderné celulárne siete používajú bunky, pretože rádiové frekvencie sú obmedzeným zdieľaným zdrojom. Mobilné stanice a telefóny menia frekvenciu pod kontrolou počítača a používajú vysielače s nízkym výkonom, takže mnoho účastníkov môže zvyčajne používať obmedzený počet rádiových frekvencií súčasne s menším rušením.

Ako funguje pripojenie

Mobilnú sieť používa mobilný operátor na dosiahnutie pokrytia aj šírky pásma pre svojich predplatiteľov. Veľké geografické oblasti sú rozdelené na menšie bunky, aby sa zabránilo strate signálu priamej viditeľnosti a aby sa v tejto oblasti udržalo veľké množstvo aktívnych telefónov. Všetky oblasti pokrytia sú pripojené k telefónnym ústredniam (alebo prepínačom), ktoré sú zase pripojené k verejnej telefónnej sieti.

Čo je bunková komunikácia ako modem? V skutočnosti ide o podobné spojenie, ktoré prenáša pakety informácií cez Internet.

V mestách môže mať každá časť bunkovej komunikácie dosah až približne 0,80 km, zatiaľ čo v vidiecke oblasti táto hodnota môže dosiahnuť 8 km. Je možné, že v otvorených priestoroch môže užívateľ prijímať signály z bunkového uzla vo vzdialenosti až 40 km.

Pretože takmer všetky mobilné telefóny používajú GSM, CDMA a zosilňovače celulárnej komunikácie, pojem "mobilný telefón" sa používa zameniteľne s označením "mobilný". Je však potrebné zvážiť niektoré rozdiely medzi týmito zariadeniami.

Čo je mobilná komunikácia v iPhone? Toto je možnosť pripojenia k sieti pomocou dvoch štandardov súčasne-GSM a CDMA. Satelitné telefóny sú však mobilné zariadenia, ktoré nekomunikujú priamo s pozemnou bunkovou vežou, ale môžu tak robiť nepriamo prostredníctvom satelitu.

Aké komunikačné formáty je možné použiť?

Existuje množstvo rôznych digitálnych bunkových komunikačných technológií vrátane:

• Globálny mobilný komunikačný systém (GSM).
• Univerzálna Paketová rádiová služba (GPRS).
• CDMAOne.
• CDMA2000 optimalizovaný pre prenos dát (EV-DO).
• Vylepšené dátové rýchlosti pre GSM (EDGE).
• Univerzálny mobilný komunikačný systém (UMTS).
• Digitálna Pokročilá bezdrôtová komunikácia (DECT).
• Digitálne zosilňovače (IS-136 / TDMA).
• Integrovaná digitálna rozšírená sieť (iDEN).

Prechod z existujúceho analógového štandardu na digitálny sa uskutočnil v Európe a USA úplne inak. V dôsledku toho sa v USA objavilo veľa digitálnych štandardov a Európa a mnohé krajiny sa priblížili k GSM. To vysvetľuje zvláštnosť práce telefónov iPhone v sieti.

Štruktúra celulárnej siete

Jednoduchá reprezentácia celulárnej siete z hľadiska rádiovej komunikácie pozostáva z takých prvkov, ako sú:

• Sieť základných rozhlasových staníc, ktoré tvoria subsystém základňových staníc.
• Sieť s prepínaním hlavných kanálov, ktorá existuje na spracovanie hlasových a textových hovorov.
• Sieť s prepínaním paketov určená na mobilné spracovanie dát.
• Verejná komutovaná telefónna sieť na pripojenie účastníkov k širšej telefónnej sieti.

Táto sieť je základom systému GSM. Vykonáva mnoho funkcií, aby zabezpečil, že zákazníci dostanú požadovanú službu, vrátane správy mobility, registrácie, nastavenia hovorov a odovzdania.

Každý telefón sa pripája k sieti pomocou RBS (Základná rozhlasová stanica) v sektore príslušnej bunky, ktorá sa zase pripája k mobilnému spínaciemu centru (MSC). MSC sa pripája k Verejná Komutovaná telefónna sieť (PSTN). Odkaz z telefónu na RBS je definovaný ako uplink a spiatočná cesta je downlink.

Ako sa prenášajú údaje?

Rádiové kanály používajú prenosové médium s účinnosťou vďaka použitiu nasledujúcich schém viacnásobného prístupu a multiplexovania:

• frekvenčné delenie (FDMA);
• časové delenie (TDMA);
• s rozdelením kódu (CDMA);
• s priestorovým oddelením (SDMA).

Malé bunky, ktoré majú menšiu plochu pokrytia ako základňové stanice, sa klasifikujú takto:

• Mikrobunka-menej ako 2 kilometre.
• Picocell-menej ako 200 metrov.
• Femtocell-asi 10 metrov.

Čo je bunková komunikácia pre deti? Tento pojem sa zvyčajne chápe ako špeciálny "dieťa" tarify so špeciálnymi balíčkami služieb.

Mobilný prenos v mobilných komunikačných sieťach

Keď sa používateľ telefónu počas hovoru presunie z jednej celulárnej zóny do druhej, mobilná stanica vyhľadá nový spojovací kanál, aby hovor neprerušila. Hneď ako sa nájde, sieť vydá mobilnému zariadeniu príkaz na prepnutie na nový kanál a súčasné prepnutie hovoru naň.

Vo formáte CDMA niekoľko telefónov zdieľa určitý rádiový kanál. Signály sú oddelené pomocou pseudošumového kódu (PN kód) špecifického pre každé zariadenie. Keď sa používateľ presunie z jednej bunky do druhej, telefón nadviaže rádiovú komunikáciu s niekoľkými miestami (alebo sektormi toho istého miesta) súčasne. Toto je známe ako "mäkké odovzdanie", pretože na rozdiel od tradičných mobilných komunikačných technológií neexistuje jediný definovaný bod, v ktorom by sa telefón prepol na novú bunku. Preto sa pri použití tohto štandardu používajú mobilné a internetové zosilňovače.

V medzifrekvenčných odovzdaniach IS-95 a starších analógových systémoch, ako je NMT, zvyčajne nie je možné priamo skontrolovať cieľový kanál počas komunikácie. V takom prípade by sa mali použiť iné metódy, napríklad kontrolné majáky V IS-95. To znamená, že pri hľadaní nového kanála je takmer vždy krátka prestávka v komunikácii, ktorá je sprevádzaná rizikom neočakávaného návratu k starému.

Ak nie je trvalé pripojenie alebo môže byť prerušené, mobilné zariadenie sa môže spontánne presunúť z jednej bunky do druhej a potom upozorniť základňovú stanicu najsilnejším signálom.

Výber bunkovej frekvencie v mobilných komunikačných sieťach

Vplyv frekvencie na pokrytie buniek znamená, že rôzne frekvencie sú vhodnejšie na rôzne účely. Nízke frekvencie, napríklad 450 MHz NMT, veľmi dobre slúžia na pokrytie vidieckych oblastí. GSM 900 (900 MHz) je vhodným riešením pre malé mestské pokrytie.

GSM 1800 (1,8 GHz) začína byť obmedzený konštrukčnými stenami. UMTS s frekvenciou 2,1 GHz je veľmi podobný pokrytiu GSM 1800. V závislosti od špecifík regiónu mobilní operátori nastavujú rôzne oblasti pokrytia a frekvencie.

Vyššie frekvencie sú nevýhodou, pokiaľ ide o pokrytie, ale je to zásadná výhoda, pokiaľ ide o šírku pásma. Sú možné malé bunky pokrývajúce napríklad jedno poschodie budovy a rovnakú frekvenciu je možné použiť pre bunky, ktoré sú prakticky susedmi.

Oblasti pokrytia a služieb

Servisná oblasť bunky sa môže tiež zmeniť v dôsledku rušenia vysielacích systémov vo vnútri aj okolo nej. To platí najmä v systémoch založených na CDMA. Prijímač potrebuje určitý pomer signálu k šumu a vysielač by nemal vysielať pri príliš vysokom výkone, aby nezasahoval do iných vysielačov.

Keď sa rušenie (šum) zvyšuje v dôsledku zvýšenia prijatého výkonu z vysielača, signál sa skreslí a nakoniec sa stane nepoužiteľným. V systémoch založených na CDMA je vplyv rušenia inými mobilnými vysielačmi v tej istej bunke na oblasť pokrytia veľmi zreteľný.

Príklady celulárneho pokrytia možno vidieť preskúmaním niektorých máp pokrytia poskytovaných skutočnými poskytovateľmi na ich webových stránkach alebo prezeraním nezávislých crowdsourcingových máp, ako je OpenSignal. Ukazujú, ktorý mobilný operátor pracuje na konkrétnom území. V niektorých prípadoch môžu označiť umiestnenie vysielača, v iných sa dá vypočítať určením bodu najväčšieho pokrytia.

Bunkový opakovač sa používa na rozšírenie oblasti pokrytia bunky na veľké plochy. Siahajú od širokopásmových zosilňovačov pre domáce a kancelárske použitie až po inteligentné alebo digitálne zosilňovače pre priemyselné potreby.

Každý mobilný poskytovateľ má svoj vlastný rozsah čísel, zvyčajne sa líši podľa kódu. Môže sa použiť na určenie, ktorý región a mobilný operátor má účastník uskutočňujúci hovory.