Co to jest komórkowe: definicja, działanie, łączność

Czym jest komunikacja komórkowa, bez której współczesny człowiek nie wyobraża sobie życia? Jest to rodzaj połączenia, w którym ostatni kanał jest bezprzewodowy. Sieć jest rozłożona na obszarach lądowych, zwanych komórkami, z których każda jest obsługiwana przez co najmniej jeden stacjonarny nadajnik, ale częściej przez trzy komórkowe lub bazowe stacje nadawcze. Zapewniają one komórce zasięg sieci, który może być wykorzystany do transmisji głosu, danych i innych rodzajów treści.

Jak to działa?

Co to jest łączność komórkowa w działaniu? Komórka zazwyczaj wykorzystuje inny zestaw częstotliwości niż sąsiednie komórki, aby uniknąć zakłóceń i zapewnić gwarantowaną jakość usług w każdej komórce (zasada "komórki"). W połączeniu te komórki zapewniają zasięg radiowy na dużym obszarze geograficznym. Dzięki temu znaczna liczba przenośnych urządzeń nadawczo-odbiorczych (np. telefony komórkowe, tablety i laptopy wyposażone w mobilne modemy szerokopasmowe, pagery itp.) może być wykorzystywana do transmisji obrazu i dźwięku. д.) komunikują się ze sobą oraz ze stacjonarnymi urządzeniami nadawczo-odbiorczymi i telefonami w dowolnym miejscu sieci za pośrednictwem stacji bazowych, nawet jeśli niektóre urządzenia nadawczo-odbiorcze podczas transmisji przechodzą przez kilka komórek.

Komunikacja komórkowa spełnia szereg przydatnych funkcji:

• Większa pojemność niż w przypadku pojedynczego dużego nadajnika, ponieważ ta sama częstotliwość może być stosowana do wielu kanałów, jeśli znajdują się one w różnych komórkach.
• Urządzenia mobilne zużywają mniej energii niż pojedynczy nadajnik lub satelita, ponieważ wieże komórkowe są bliżej siebie.
• Większy obszar pokrycia niż w przypadku pojedynczego nadajnika naziemnego, ponieważ dodatkowe wieże komórkowe mogą być dodawane w nieskończoność i nie są ograniczone widocznością.

Jak bardzo jest to dziś zaawansowane?

Najwięksi dostawcy usług telekomunikacyjnych wdrożyli sieci komórkowe do transmisji głosu i treści na większości zamieszkanego terytorium Ziemi. Pozwala to telefonom komórkowym i urządzeniom komputerowym na połączenie 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 firm taksówkowych.

Który operator sieci komórkowej jest dziś liderem?? Każdy kraj ma teraz swojego własnego dostawcę. W Rosji najbardziej rozpowszechnione są MTS i Megafon.

Koncepcja

Czym są i jak działają telefony komórkowe? W radiowym systemie komórkowym obszar lądowy, który ma być zasilany tą usługą, jest podzielony na komórki według schematu, który zależy od ukształtowania terenu i charakterystyki odbioru. Może być w przybliżeniu sześciokątny, kwadratowy, okrągły lub o innych regularnych kształtach, chociaż standardem są sześciokątne plastry miodu. Każdej z tych komórek przypisany jest zestaw częstotliwości (f1 do f6), którym odpowiadają stacje bazowe. Grupa częstotliwości może być ponownie zastosowana w innych komórkach, pod warunkiem, że podobne częstotliwości nie są ponownie wykorzystywane w sąsiednich komórkach, gdyż może to powodować zakłócenia w kanale współlokatorskim.

Większa przepustowość w sieci komórkowej, w porównaniu z siecią z jednym nadajnikiem, wynika z systemu przełączania komórkowego opracowanego przez Amosa Joela z Bell Labs, który pozwalał wielu abonentom na tym samym obszarze korzystać z tej samej częstotliwości podczas przełączania połączeń. Jeśli jest jeden prosty nadajnik, to na danej częstotliwości może być używane tylko jedno połączenie. Niestety, nieuchronnie występuje pewien poziom zakłóceń od sygnału z innych komórek, które używają tej samej częstotliwości. Oznacza to, że w standardowym systemie FDMA musi istnieć co najmniej jedna przerwa pomiędzy komórkami, które ponownie wykorzystują tę samą częstotliwość.

Jak powstała ta technologia?

Pierwsza komercyjna sieć komórkowa 1G została uruchomiona w Japonii przez firmę Nippon Telegraph and Telephone (NTT) w 1979 roku, początkowo w obszarze metropolitalnym Tokio. W ciągu pięciu lat została ona rozszerzona na całą populację Japonii i stała się pierwszą ogólnokrajową siecią 1G.

Kodowanie sygnału komórkowego

Aby zrozumieć komunikację komórkową, trzeba zrozumieć jej standardy. W celu rozróżnienia sygnałów pochodzących z kilku różnych nadajników opracowano następujące odmiany dostępu wielokrotnego:

• Time Division Multiple Access (TDMA);
• dostęp wielokrotny z podziałem częstotliwości (FDMA);
• Code Division Multiple Access (CDMA);
• Ortogonalny podział częstotliwości (OFDMA).

W TDMA czasy nadawania i odbioru wykorzystywane 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 osiąga ten sam rezultat: rozproszone transceivery mogą wybrać jedną komórkę i słuchać na niej.

TDMA jest używane w połączeniu z FDMA lub CDMA w wielu systemach w celu zapewnienia wielu kanałów w obszarze zasięgu jednej komórki.

Dzisiejszy trend

Czym jest łączność komórkowa LTE w tablecie? Ostatnio wprowadzono również systemy oparte na ortogonalnym podziale częstotliwości (multiple access), takie jak LTE, w których ponowne wykorzystanie częstotliwości wynosi 1.

Ponieważ takie systemy nie rozprzestrzeniają sygnału w całym paśmie, międzykomórkowe zarządzanie zasobami radiowymi jest ważne dla koordynacji przydziału zasobów między różnymi komórkami oraz dla ograniczenia zakłóceń międzykomórkowych. Istnieją różne metody Międzykomórkowa koordynacja zakłóceń (ICIC) już zdefiniowana w normie.

Skoordynowane planowanie, wielomiejscowe MIMO lub wielomiejscowe kształtowanie wiązki to inne przykłady międzykomórkowego zarządzania zasobami radiowymi, które mogą zostać znormalizowane w przyszłości.

Nadawanie wiadomości i sygnałów

Co to jest komunikacja komórkowa? Definicja podana jest powyżej. Praktycznie każdy taki system posiada jakiś mechanizm nadawania. Może być używany bezpośrednio do dystrybucji informacji do wielu telefonów komórkowych. Do tego celu wykorzystywane są również wzmacniacze komórkowe.

Zazwyczaj, na przykład w systemach telefonii komórkowej, najważniejszym zastosowaniem informacji nadawanej jest ustanowienie kanałów dla komunikacji jeden do jednego pomiędzy przenośnym urządzeniem nadawczym a stacją bazową. To jest nazywane sygnałem komórkowym. Powszechnie stosowane są trzy różne procedury sygnalizacyjne: szeregowa, równoległa i selektywna.

Szczegóły procesu wywołania lookup różnią się nieco w zależności od sieci, ale zazwyczaj ograniczona liczba komórek jest znana z tego, że zawiera słuchawkę (grupa ta jest nazywana obszarem pokrycia w systemie GSM lub UMTS lub obszarem routingu, jeśli sesja pakietu danych jest zaangażowana; w LTE komórki są pogrupowane w obszary śledzenia).

Sygnalizacja odbywa się poprzez wysłanie wiadomości rozgłoszeniowej do wszystkich tych komórek. Komunikaty sygnalizacyjne mogą być używane do przekazywania informacji. Występuje to w pagerach, w systemach CDMA do wysyłania wiadomości SMS oraz w systemach UMTS, gdzie pozwala na niskie opóźnienia downlink w komunikacji pakietowej.

Ruch między komórkami i transmisja danych

Na czym polega nowoczesna komunikacja komórkowa? W systemie komórkowym, w którym rozproszone nadajniki ruchome przemieszczają się z komórki do komórki podczas ciągłej komunikacji, przełączanie z jednej częstotliwości komórki na drugą odbywa się elektronicznie bez przerwa i bez operatora stacji bazowej lub ręcznego przełączania. Jest to tzw. mobilna transmisja danych. Z reguły w nowej stacji bazowej automatycznie wybierany jest nowy kanał dla Państwa urządzenia mobilnego, który będzie mu służył. Urządzenie automatycznie przełącza się z aktualnego kanału na nowy, a komunikacja jest kontynuowana.

Dokładne szczegóły tego, jak sieć komórkowa przenosi się z jednej stacji bazowej do drugiej, różnią się znacznie w zależności od systemu.

Architektura sieci GSM

Najczęstszym przykładem sieci komórkowej jest sieć komórkowa (telefonii komórkowej). Jest to przenośny telefon, który odbiera lub wykonuje połączenia za pośrednictwem stacji komórkowej (stacji bazowej) lub wieży nadawczej. Fale radiowe są wykorzystywane do przesyłania sygnałów do i z telefonu komórkowego.

Nowoczesne sieci komórkowe wykorzystują komórki, ponieważ częstotliwości radiowe są ograniczonym wspólnym zasobem. Stacje komórkowe i telefony zmieniają częstotliwość pod kontrolą komputera i używają nadajników małej mocy, dzięki czemu zwykle ograniczona liczba częstotliwości radiowych może być używana jednocześnie przez wielu abonentów z mniejszymi zakłóceniami.

Jak powstaje połączenie

Sieć komórkowa jest wykorzystywana przez operatora sieci komórkowej do uzyskania zarówno zasięgu, jak i przepustowości dla swoich abonentów. Duże obszary geograficzne są podzielone na mniejsze komórki, aby uniknąć utraty sygnału z linii wzroku i obsłużyć dużą liczbę aktywnych telefonów na tym obszarze. Wszystkie obszary zasięgu są podłączone do central telefonicznych (lub przełączników), które z kolei są podłączone do publicznej sieci telefonicznej.

Co to jest komórka jako modem? W rzeczywistości jest to podobne połączenie, które przesyła pakiety informacji przez Internet.

Na terenach miejskich każda witryna komórkowa może mieć zasięg do około 0,80 km, natomiast w obszary wiejskie wartość ta może sięgać nawet 8 km. Możliwe jest, że na terenach otwartych użytkownik może odbierać sygnały z węzła komórkowego w odległości do 40 km.

Ponieważ prawie wszystkie telefony komórkowe korzystają z usług komórkowych GSM, CDMA i AMPS, termin "telefon komórkowy" jest używany zamiennie z terminem "komórka". Warto jednak pamiętać o pewnych różnicach między tymi urządzeniami.

Co to jest komórka w iPhone? 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 komórkową, ale mogą to robić pośrednio przez satelitę.

Jakie formaty komunikacji mogą być stosowane?

Istnieje wiele różnych cyfrowych technologii komunikacji komórkowej, w tym:

• Globalny System Łączności Ruchomej (GSM).
• Ogólna pakietowa usługa radiowa (GPRS).
• CDMAOne.
• Zoptymalizowane usługi transmisji danych CDMA2000 (EV-DO).
• Zwiększona szybkość transmisji danych dla GSM ( EDGE).
• Uniwersalny System Telekomunikacji Ruchomej (UMTS).
• Cyfrowa ulepszona komunikacja bezprzewodowa (DECT).
• Digital AMPS (IS-136 / TDMA).
• Zintegrowana rozszerzona sieć cyfrowa (iDEN).

Przejście z dotychczasowego standardu analogowego na cyfrowy przebiegało bardzo różnie w Europie i USA. W konsekwencji w USA i Europie pojawiło się wiele standardów cyfrowych, a wiele krajów zbliżyło się do GSM. To wyjaśnia osobliwość iPhone`ów w sieci.

Struktura sieci komórkowej

Proste przedstawienie sieci komórkowej w ujęciu radiowym składa się z takich elementów jak:

• Sieć radiowej stacji bazowej, która tworzy podsystem stacji bazowej.
• Sieć bazowa z komutacją obwodów, która istnieje w celu obsługi połączeń głosowych i tekstowych.
• Sieć z komutacją pakietów przeznaczona do obsługi danych mobilnych.
• Publiczna komutowana sieć telefoniczna do łączenia abonentów z szerszą siecią telefoniczną.

Sieć ta stanowi szkielet systemu GSM. Wykonuje wiele funkcji, aby zapewnić klientom otrzymanie pożądanej usługi, w tym zarządzanie mobilnością, rejestrację, zestawianie połączeń i przekazywanie usług.

Każdy telefon łączy się z siecią za pomocą RBS (Radiowej Stacji Bazowej) w odpowiednim sektorze komórki, która z kolei łączy się z Mobilnym Centrum Przełączania (MSC). MSC łączy się z publiczną komutowaną siecią telefoniczną (PSTN). Łącze z telefonu do RBS jest określane jako uplink, a ścieżka powrotna jako downlink.

Sposób przekazywania danych?

Łącza radiowe wykorzystują medium transmisyjne z efektywnością poprzez zastosowanie następujących schematów dostępu wielokrotnego i multipleksacji:

• Frequency Division Multiple Access (FDMA);
• Dostęp wielokrotny z podziałem czasu (TDMA);
• Code Division Multiple Access (CDMA);
• z separacją przestrzenną (SDMA).

Małe komórki, które mają mniejszy obszar pokrycia niż stacje bazowe, są klasyfikowane jako

• Microcell - mniej niż 2 kilometry.
• Picocell - mniej niż 200 metrów.
• Femtocell - około 10 metrów.

Czym jest komunikacja komórkowa dla dzieci? Termin ten odnosi się zazwyczaj do specjalnych "dzieci" ceny specjalne z pakietami usług specjalnych.

Transmisja w sieciach komórkowych

Gdy podczas rozmowy użytkownik telefonu przechodzi z jednego obszaru komórkowego do drugiego, stacja mobilna wyszukuje nowy kanał, z którym może się połączyć, aby nie przerwać rozmowy. Gdy tylko zostanie znaleziony, sieć wydaje polecenie do urządzenia mobilnego, aby przełączyć się na nowy kanał i jednocześnie przełączyć na niego połączenie.

W formacie CDMA kilka telefonów współdzieli określony kanał radiowy. Sygnały są dzielone przy użyciu kodu pseudo-szumu (kod PN) właściwego dla każdego urządzenia. Gdy użytkownik przechodzi z jednej komórki do drugiej, słuchawka nawiązuje łączność radiową z kilkoma lokalizacjami (lub sektorami tej samej lokalizacji) w tym samym czasie. Jest to znane jako "miękkie przekazanie", ponieważ, w przeciwieństwie do tradycyjnej technologii komórkowej, nie ma jednego zdefiniowanego punktu, w którym telefon przełącza się na nową komórkę. Dlatego w aplikacji tej normy stosuje się wzmacniacze komórkowe i internetowe.

W manipulatorach międzyczęstotliwościowych IS-95 i starszych systemach analogowych, takich jak NMT, zwykle nie jest możliwe bezpośrednie testowanie kanału docelowego podczas komunikacji. W tym przypadku należy zastosować inne metody, takie jak nadajniki kontrolne w IS-95. Oznacza to, że przy poszukiwaniu nowego kanału prawie zawsze następuje krótka przerwa w komunikacji, co wiąże się z ryzykiem niespodziewanego powrotu do starego kanału.

Jeśli nie ma stałego połączenia lub jeśli połączenie może zostać przerwane, urządzenie mobilne może spontanicznie przejść z jednej komórki do drugiej, a następnie powiadomić stację bazową o najsilniejszym sygnale.

Wybór częstotliwości komórkowej w sieciach komórkowych

Wpływ częstotliwości na zasięg komórki oznacza, że różne częstotliwości lepiej nadają się do różnych celów. Niskie częstotliwości, takie jak 450MHz NMT, służą bardzo dobrze do pokrycia obszarów wiejskich. GSM 900 (900 MHz) jest odpowiedni dla zasięgu w małych miastach.

GSM 1800 (1,8 GHz) zaczyna być ograniczony do ścian konstrukcyjnych. UMTS z 2,1 GHz jest bardzo podobny w zasięgu do GSM 1800. W zależności od regionu, dostawcy usług komórkowych ustalają różne obszary zasięgu i częstotliwości.

Wyższe częstotliwości są wadą, jeśli chodzi o zasięg, ale są decydującą zaletą, jeśli chodzi o pojemność. Małe komórki obejmujące np. jedno piętro budynku stają się możliwe, a ta sama częstotliwość może być wykorzystywana dla komórek praktycznie sąsiadujących ze sobą.

Zasięg i obszary usług

Obszar obsługi komórki może się również różnić ze względu na zakłócenia pochodzące z systemów nadawczych znajdujących się w niej i wokół niej. Jest to szczególnie prawdziwe w systemach opartych na CDMA. Odbiornik wymaga określonego stosunku sygnału do szumu, a nadajnik nie może nadawać ze zbyt dużą mocą, aby nie zakłócać innych nadajników.

W miarę wzrostu zakłóceń (szumu) wraz z mocą odbieraną z nadajnika, sygnał ulega zniekształceniu i w końcu staje się bezużyteczny. W systemach opartych na technologii CDMA wpływ zakłóceń pochodzących od innych nadajników komórkowych w tej samej komórce na zasięg jest bardzo zauważalny.

Przykłady zasięgu sieci komórkowej można zobaczyć, analizując niektóre mapy zasięgu udostępniane przez rzeczywistych dostawców na ich stronach internetowych lub przeglądając niezależne mapy pozyskane w drodze crowdsourcingu, takie jak OpenSignal. Pokazują one, który dostawca usług komórkowych działa na jakim obszarze. W niektórych przypadkach mogą one oznaczać lokalizację nadajnika, w innych można to obliczyć poprzez określenie punktu największego zasięgu.

Wzmacniacz komórkowy służy do rozszerzenia obszaru zasięgu komórki na większe obszary. Są to zarówno repeatery szerokopasmowe do użytku domowego i biurowego, jak i inteligentne lub cyfrowe repeatery do zastosowań przemysłowych.

Każdy operator komórkowy ma swój własny zakres numerów, zwykle wyróżniony kodem. Można go wykorzystać do określenia regionu i dostawcy usług komórkowych, z którego pochodzi osoba dzwoniąca.