Funktionsprincip cellulär kommunikation

De grundläggande principerna för mobiltelefoni är ganska enkla. Federal Communications Commission etablerade ursprungligen geografiska täckningsområden för cellulära radiosystem baserat på modifierade data från folkräkningen 1980. Tanken bakom cellulär kommunikation är att varje område är uppdelat i sexkantiga celler som passar ihop för att bilda en bikakeliknande struktur, som visas i figuren 6.1, a. Den hexagonala formen valdes för att den ger den mest effektiva transmissionen, ungefär som matchar det cirkulära strålningsmönstret samtidigt som man eliminerar gapen som alltid uppstår mellan intilliggande cirklar.

En cell definieras av dess fysiska storlek, befolkning och trafikmönster. Federal Communications Commission reglerar inte antalet celler i ett system eller deras storlek, vilket låter operatörerna ställa in dessa parametrar i enlighet med förväntade trafikmönster. Varje geografiskt område tilldelas ett fast antal cellulära röstkanaler. Fysiska dimensioner Celler beror på abonnentdensitet och samtalsstruktur. Till exempel har stora celler (makroceller) vanligtvis en radie på 1,6 till 24 km med en basstations sändareffekt på 1 W till 6 W. De minsta cellerna (mikroceller) har vanligtvis en radie på 460 m eller mindre med en basstations sändareffekt på 0,1 W till 1 W. Figur 6.1b visar en cellulär konfiguration med två cellstorlekar.

Figur 6.1. – Bikakestruktur av celler a); bikakestruktur med bikakestruktur av två storlekar b) klassificering av bikakor c)

Mikroceller används oftast i regioner med hög densitet befolkning. På grund av sin korta räckvidd är mikroceller mindre mottagliga för störningar som försämrar överföringskvaliteten, såsom reflektioner och signalfördröjningar.

En makrocell kan läggas över en grupp av mikroceller, där mikrocellerna betjänar långsamma mobila enheter och makrocellen betjänar snabbrörliga mobila enheter. Den mobila enheten kan bestämma hastigheten på dess rörelse som snabb eller långsam. Detta gör att du kan minska antalet övergångar från en cell till en annan och korrigeringen av platsdata.

Algoritmen för att flytta från en cell till en annan kan ändras på korta avstånd mellan den mobila enheten och mikrocellbasstationen.

Ibland är radiosignalerna i en cell för svaga för att ge tillförlitlig kommunikation inomhus. Detta gäller särskilt för väl avskärmade områden och områden med höga störningsnivåer. I sådana fall används mycket små celler - pikoceller. Pikoceller inomhus kan använda samma frekvenser som vanliga celler av denna region, särskilt i gynnsamma miljöer, såsom underjordiska tunnlar.

Vid planering av system som använder sexkantiga celler kan basstationssändare placeras i mitten av cellen, på kanten av cellen eller överst på cellen (Figur 6.2 a, b, c, respektive). Celler med en sändare i mitten använder vanligtvis rundstrålande antenner, medan celler med sändare på en kant eller vertex vanligtvis använder sektoriella riktningsantenner.

Rundstrålande antenner utstrålar och tar emot signaler lika i alla riktningar.

Figur 6.2 – Placering av sändare i celler: i mitten a); på kanten b); överst c)

I ett cellulärt kommunikationssystem kan en kraftfull fast basstation högt ovanför stadskärnan ersättas av ett flertal identiska lågenergistationer som är installerade i täckningsområdet på platser som ligger närmare marken.

Celler som använder samma grupp av radiokanaler kan undvika störningar om de är placerade på rätt avstånd. I detta fall observeras frekvensåteranvändning. Frekvensåteranvändning är allokeringen av samma grupp av frekvenser (kanaler) till flera celler, förutsatt att dessa celler är åtskilda av betydande avstånd. Frekvensåteranvändning underlättas genom att minska täckningsområdet för varje cell. Basstationen för varje cell tilldelas en grupp av arbetsfrekvenser som skiljer sig från frekvenserna för angränsande celler, och basstationsantennerna väljs på ett sådant sätt att de täcker det önskade serviceområdet inom dess cell. Eftersom tjänsteområdet är begränsat till gränserna för en enda cell, kan olika celler använda samma grupp av driftfrekvenser utan störningar, förutsatt att två sådana celler är placerade på tillräckligt avstånd från varandra.

Geografiskt serviceområde cellulära systemet, som innehåller flera grupper av celler är indelad i kluster (Figur 6.3). Varje kluster består av sju celler, som är tilldelade samma antal full-duplex kommunikationskanaler. Celler med samma bokstavsbeteckningar använder samma grupp av driftfrekvenser. Som framgår av figuren används samma frekvensgrupper i alla tre klustren, vilket gör det möjligt att tredubbla antalet tillgängliga kanaler mobil kommunikation. Brev A, B, C, D, E, F Och G representerar sju frekvensgrupper.

Figur 6.3 – Principen för frekvensåteranvändning i cellulär kommunikation

Överväg ett system med ett fast antal full-duplex-kanaler tillgängliga i vissa områden. Varje serviceområde är uppdelat i kluster och tar emot en grupp kanaler som är fördelade mellan N vaxkakor i klustret, grupperade i icke-repeterande kombinationer. Alla celler har samma antal kanaler, men de kan betjäna områden i enstaka storlek.

Således kan det totala antalet tillgängliga cellulära kanaler i klustret representeras av uttrycket:

F=GN (6.1)

Var F– Antalet full-duplex cellulära kommunikationskanaler tillgängliga i klustret;

G– antal kanaler i en cell;

N– antal celler i klustret.

Om klustret "kopieras" inom ett givet serviceområde m gånger, då blir det totala antalet full duplex-kanaler:

C = mGN = mF (6.2)

Var MED– totalt antal kanaler i en given zon;

m– antal kluster i en given zon.

Av uttryck (6.1) och (6.2) är det tydligt att det totala antalet kanaler i ett mobiltelefonsystem är direkt proportionellt mot antalet "repetitioner" av ett kluster i ett givet tjänsteområde. Om klusterstorleken minskas medan cellstorleken förblir densamma, kommer fler kluster att behövas för att täcka ett givet serviceområde och det totala antalet kanaler i systemet kommer att öka.

Antalet abonnenter som samtidigt kan använda samma grupp av frekvenser (kanaler), samtidigt som de inte befinner sig i angränsande celler i ett litet serviceområde (till exempel inom en stad), beror på det totala antalet celler i ett givet område. Normalt är antalet sådana abonnenter fyra, men i tätbefolkade regioner kan det vara mycket högre. Detta nummer kallas frekvens återanvändningsfaktor eller FRF – Frekvens återanvändningsfaktor. Matematiskt kan det uttryckas med sambandet:

(6.3)

Var N– Det totala antalet full-duplex-kanaler i tjänsteområdet.

MED– det totala antalet full-duplex-kanaler i cellen.

Med den förväntade ökningen av mobiltrafik tillgodoses den ökade efterfrågan på tjänster genom att minska storleken på cellen, dela upp den i flera celler, var och en med sin egen basstation. Effektiv cellseparation gör att systemet kan hantera fler samtal så länge som cellerna inte är för små. Om celldiametern blir mindre än 460 m, kommer basstationerna i närliggande celler att påverka varandra. Förhållandet mellan frekvensåteranvändning och klusterstorlek avgör hur skala cellulärt system i händelse av ökande abonnentdensitet. Ju färre celler i ett kluster, desto större är sannolikheten för ömsesidig påverkan mellan kanaler.

Eftersom celler är hexagonala till formen har varje cell alltid sex jämnt fördelade intilliggande celler, och vinklarna mellan linjerna som förbinder mitten av en cell med mitten av angränsande celler är multiplar av 60°. Därför är antalet möjliga klusterstorlekar och celllayouter begränsat. För att ansluta celler till varandra utan luckor (på ett mosaik sätt) måste de geometriska dimensionerna på hexagonen vara sådana att antalet celler i klustret uppfyller villkoret:

(6.4)

Var N– antal celler i klustret; i Och j– icke-negativa heltal.

Att hitta en väg till de närmaste cellerna med en delad kanal (de så kallade first-tier-cellerna) sker på följande sätt:

Flytta till i celler (genom mitten av närliggande celler):

Flytta till j celler framåt (genom mitten av angränsande celler).

Till exempel, antalet celler i klustret och platsen för de första skiktcellerna för följande värden: j = 2. i = 3 kommer att bestämmas från uttryck 6.4 (Figur 6.4) N = 3 2 + 3 2 + 2 2 = 19.

Figur 6.5 visar de sex närmaste cellerna som använder samma kanaler som cellen A.

Processen att överlämna från en cell till en annan, d.v.s. när en mobil enhet flyttar från basstation 1 till basstation 2 (Figur 6.6) inkluderar fyra huvudsteg:

1) initiering - den mobila enheten eller nätverket upptäcker behovet av överlämning och initierar de nödvändiga nätverksprocedurerna;

2) resursreservation - med användning av lämpliga nätverksprocedurer reserveras nätverksresurser som är nödvändiga för tjänsteöverföring (röstkanal och kontrollkanal);

3) exekvering – direkt överföring av kontroll från en basstation till en annan;

4) uppsägning - överflödiga nätverksresurser frigörs och blir tillgängliga för andra mobila enheter.

Figur 6.6 – Överlämning

Nästan alla använde en mobiltelefon, men få människor tänkte på hur det hela fungerar? I denna litterära opus kommer vi att försöka överväga hur kommunikation sker ur din teleoperatörs synvinkel.

När du slår ett nummer och börjar ringa, ja, eller någon ringer dig, kommunicerar din enhet via radiokanal med en av antennerna på närmaste basstation.

Var och en av basstationer innehåller från en till tolv transceiverantenner riktade i olika riktningar för att tillhandahålla kommunikation till abonnenter från alla riktningar. I professionell jargong kallas antenner också för "sektorer". Du har säkert själv sett dem många gånger - stora gråa rektangulära block.

Från antennen sänds signalen via kabel direkt till basstationens styrenhet. Uppsättningen av sektorer och ett kontrollblock kallas vanligtvis - BS, basstation, basstation. Flera basstationer, vars antenner betjänar ett specifikt territorium eller område av staden, är anslutna till en speciell enhet - den s.k. LAC, Local Area Controller, ofta helt enkelt kallad kontroller. Upp till 15 basstationer är vanligtvis anslutna till en styrenhet.

I sin tur är kontrollerna, som det också kan finnas flera av, anslutna till den mycket centrala "hjärnan" -enheten - MSC, Mobiltjänster Switching Center, Control Center Mobila tjänster , populärt känd som växla. Omkopplaren ger utgång (och ingång) till staden telefonlinjer, till andra mobiloperatörer och så vidare.

Det vill säga, i slutändan ser hela schemat ut ungefär så här:

Små GSM-nät använder bara en switch; större, som betjänar mer än en miljon abonnenter, kan använda två, tre eller fler M.S.C., förenade med varandra.

Varför sådan komplexitet? Det verkar som att du helt enkelt kan ansluta antennerna till switchen - och det är det, det skulle inte vara några problem ... Men det är inte så enkelt. Allt handlar om ett enkelt engelskt ord - Lämna över. Denna term hänvisar till överlämning i mobilnät. Det vill säga när du går på gatan eller kör bil (tåg, cykel, rullskridskor, asfaltläggare...) och samtidigt pratar i telefon, då för att förbindelsen inte ska avbrytas (och den inte avbryts), måste du växla i tid Din telefon från en sektor till en annan, från en BS till en annan, från ett lokalt område till ett annat, och så vidare. Följaktligen, om sektorerna var direkt anslutna till växeln, skulle alla dessa växlingar behöva hanteras av växeln, som redan har något att göra. En nätverksdesign på flera nivåer gör det möjligt att jämnt fördela belastningen, vilket minskar sannolikheten för utrustningsfel och som ett resultat förlust av kommunikation.

Exempel - om du och din telefon flyttar från täckningsområdet för en sektor till täckningsområdet för en annan, hanterar BS-styrenheten överföringen av telefonen, utan att påverka de "överlägsna" enheterna - L.A.C. Och M.S.C.. Följaktligen, om övergången sker mellan olika B.S., då är det kontrollerat L.A.C. och så vidare.

Omkopplarens funktion bör övervägas lite mer i detalj. En switch i ett cellulärt nätverk utför nästan samma funktioner som en PBX i trådbundna telefonnät. Det är han som bestämmer vart du ringer, vem som ringer dig och ansvarar för arbetet ytterligare tjänster, och i slutändan avgör i allmänhet om det är möjligt att ringa eller inte.

Låt oss stanna vid den sista punkten - vad händer när du slår på telefonen?

Här slår du på din telefon. Ditt SIM-kort har specialnummer, så kallade IMSI – International Subscriber Identification Number. Detta nummer är unikt för alla SIM-kort i världen, och det är just genom detta nummer som operatörer skiljer en abonnent från en annan. När du slår på telefonen skickar den den här koden som basstationen sänder den till LAC, LAC– till strömbrytaren i sin tur. Två saker spelar in här ytterligare moduler kopplat till omkopplaren – HLR, Hemortsregister Och VLR, Visitor Location Register. Respektive, Register över Hemprenumeranter Och Register över gästprenumeranter. I HLRär förvarade IMSI alla abonnenter som är anslutna till denna operatör. I VLR innehåller i sin tur data om alla prenumeranter som är med det här ögonblicket använda nätverket av denna operatör. IMSIöverförd till HLR(naturligtvis i en mycket krypterad form; vi kommer inte att gå in i detalj om funktionerna för kryptering, vi kommer bara att säga att ett annat block är ansvarigt för denna process - AuC, Authentication Center), HLR, i sin tur kontrollerar om han har en sådan prenumerant, och i så fall om han är spärrad till exempel för utebliven betalning. Om allt är i sin ordning är denna prenumerant registrerad VLR och från och med nu kan ringa samtal. U stora operatörer det kanske inte är en, utan flera som arbetar parallellt HLR Och VLR. Låt oss nu försöka visa allt ovan i bilden:

Här tittade vi kort på hur det fungerar mobilnät. Faktum är att allt där är mycket mer komplicerat, men om vi beskriver allt som det är i detalj, kan denna presentation mycket väl överstiga "Krig och fred" i volym.

Därefter ska vi titta på hur (och viktigast av allt, varför!) operatören debiterar pengar från vårt konto. Som du säkert redan har hört, tariffplaner det finns tre olika typer– den så kallade "kredit", "förskott" och "förbetald", från engelska Förbetalt, det vill säga förbetalt. Vad är skillnaden? Låt oss titta på hur pengar kan skrivas av under en konversation:

Låt oss säga att du ringde någonstans. Det spelades in på växeln att abonnent så och så ringde dit och pratade i säg fyrtiofem sekunder.

Det första fallet är att du har ett kredit- eller förskottsbetalningssystem. I det här fallet händer följande: data om dina och inte bara dina samtal samlas i växeln och överförs sedan, i den allmänna köns ordning, till ett speciellt block som kallas Fakturering, från engelska till bill - att betala räkningar. Fakturering ansvarar för alla frågor som rör abonnenternas pengar - beräknar kostnaden för samtal, skriver av abonnemangsavgifter, skriver av pengar för tjänster osv.

Informationsöverföringshastighet från M.S.C. V Fakturering beror på hur mycket datorkraft du har fakturering, eller, med andra ord, hur snabbt han lyckas omvandla teknisk data om samtal som görs till direkta pengar. Följaktligen, ju fler prenumeranter pratar, eller ju "långsammare" faktureringen, desto långsammare kommer kön att röra sig, och följaktligen, desto större fördröjning mellan själva konversationen och den faktiska debiteringen av pengar för denna konversation. Detta faktum är förknippat med det missnöje som ofta uttrycks av vissa prenumeranter - "De säger att de stjäl pengar! Jag pratade inte på två dagar - ett visst belopp skrevs av..." Men det tar inte alls hänsyn till att för samtal som ägde rum för till exempel tre dagar sedan, så skrevs pengarna inte omedelbart av... Folk försöker att inte lägga märke till bra saker... Och nuförtiden t.ex. fakturering kunde helt enkelt inte fungera - på grund av en olycka, eller för att den på något sätt moderniserats.

I motsatt riktning - från fakturering till M.S.C.- det finns en annan kö där fakturering informerar växeln om status på abonnenternas konton. Återigen, ett ganska vanligt fall - skulden på kontot kan uppgå till flera tiotals dollar, men du kan fortfarande ringa telefonsamtal - det beror just på att den "omvända" kön ännu inte har kommit och växeln inte vet att du är en skadlig försummelse och Du borde ha blivit blockerad för länge sedan.

Förskottspriser skiljer sig från kredittariffer endast i metoden för avräkning med abonnenten - i det första fallet sätter en person in ett belopp på kontot, och pengar för samtal dras gradvis från detta belopp. Denna metod är bekväm eftersom den låter dig planera och begränsa dina kommunikationskostnader i viss utsträckning. Det andra alternativet är kredit, där den totala kostnaden för alla samtal för en period (“ faktureringsperiod"), vanligtvis per månad, utfärdas i form av en faktura som abonnenten måste betala. Kreditsystemet är bekvämt eftersom det försäkrar dig mot de fall då du akut behöver ringa, men pengarna på ditt konto tar plötsligt slut och din telefon är blockerad.

Prepaids är utformade helt annorlunda:

I förskottsbetalningen fakturering som sådan brukar kallas " Pripad plattform».

Direkt i samma ögonblick som telefonförbindelsen startar upprättas en direkt förbindelse mellan växla Och förbetald plattform. Inga köer, data överförs i båda riktningarna direkt under samtalet, i realtid. I samband med detta har kontantkort följande karaktäristiska egenskaper: frånvaron Prenumerationsavgift(eftersom det inte finns något sådant som faktureringsperiod), ett begränsat utbud av tilläggstjänster (de är tekniskt svåra att ladda i "realtid"), oförmågan att "gå i rött" - konversationen kommer helt enkelt att avbrytas så fort pengarna på kontot tar slut. Tydlig värdighet preipedesär förmågan att korrekt kontrollera mängden pengar på kontot och, som ett resultat, dina utgifter.

I preipedes ibland observeras ett roligt fenomen - om förbetald plattform vägrar av någon anledning att arbeta, till exempel på grund av överbelastning, och därför för abonnenter förbetalda tariffer vid denna tidpunkt blir alla samtal helt gratis. Vilket faktiskt gör dem – prenumeranterna – glada.

Men hur beräknas våra pengar när vi pratar medan vi är inne roaming? Och hur fungerar telefonen generellt vid roaming? Nåväl, låt oss försöka svara på dessa frågor:

siffra IMSI består av 15 siffror, och de första 5 siffrorna, den sk СС – Landskod(3 siffror) och NC – Nätverkskod(5 siffror) – karakterisera tydligt den operatör som du är ansluten till denna prenumerant. Enligt dessa fem siffror VLR hittar gästoperatören HLR hemmaoperatör och tittar i den - men i själva verket kan den här abonnenten använda roaming med den här operatören? Om ja, då IMSIär registrerad hos VLR gästoperatör och in HLR hem - länk till samma gäst VLR för att veta var man ska leta efter abonnenten.

Situationen med att skriva av pengar i fakturering är inte heller särskilt enkel. På grund av det faktum att samtal behandlas av gästväxeln, men ”hem”-växeln räknar pengarna fakturering, stora förseningar i debitering av medel är fullt möjliga - upp till en månad. Även om det finns system, till exempel " Kamel 2”, som även i roaming arbetar efter förbetalda principen, det vill säga, de skriver av pengar i realtid.

Här uppstår en annan fråga - vad är pengarna avskrivna till? roaming? Om "hemma" allt är klart - det finns tydligt definierade tariffplaner, då är situationen annorlunda med roaming - mycket pengar skrivs av och det är inte klart varför. Nåväl, låt oss försöka lista ut det:

Allt telefonsamtal inom roaming är indelade i tre huvudkategorier:

Inkommande samtal – i detta fall består kostnaden för samtalet av:

Kostar internationellt samtal från hem till gästregion
+
Kostnad för ett inkommande samtal från en gästoperatör
+
Viss tilläggsavgift beroende på den specifika gästoperatören

Utgående samtal hem:

Kostnad för ett internationellt samtal från gästregionen till hemmet
+
Kostnad för ett utgående samtal från en gästoperatör

Utgående samtal till gästregion:

Kostnad för ett utgående samtal från en gästoperatör
+
Viss tilläggsavgift beroende på den specifika operatören

Som du kan se beror samtalskostnaden vid roaming bara på två saker – på vilken operatör abonnenten är ansluten till hemma och vilken operatör abonnenten använder när han är borta. Detta avslöjar en mycket viktig sak - kostnaden för en minut i roaming beror absolut inte på taxeplanen som valts av abonnenten.

Jag skulle vilja lägga till en kommentar till - om två telefoner från en operatör roamer tillsammans med en annan operatör (tja, till exempel två vänner åkte på semester), så blir det väldigt dyrt för dem att prata med varandra - den som ringer betalar som för utgående hem, och mottagaren betalar samtalet är som någon som kommer hemifrån. Detta är en av nackdelarna med GSM-standarden - att kommunikationen i det här fallet går genom huset. Även om det tekniskt sett är fullt möjligt att ordna en anslutning "direkt", vilken operatör kommer att göra detta om du kan lämna allt som det är och tjäna pengar?

En fråga till, in Nyligen ofta av intresse för ägare av mer än en mobiltelefon– hur mycket kostar ett vidarekopplat samtal från en telefon till en annan? Och det är fullt möjligt att svara på denna fråga:

Låt oss säga att vidarekoppling av samtal är inställd från telefon B till telefon C. Ett samtal görs från telefon A till telefon B – därför vidarekopplas samtalet till telefon C. I det här fallet betalar de:

Telefon A – som för utgående till telefon B
(egentligen är det här logiskt - det är trots allt vad han kallar)
Telefon B – betalar vidarebefordringspriset
(vanligtvis några cent per minut)
+
kostnaden för ett internationellt samtal från den region där B är registrerad till den region där C är registrerad
(om telefonerna är från samma region är denna komponent noll).
Telefon C – betalar som för inkommande samtal från telefon A

Avslutningsvis skulle jag vilja nämna ytterligare en subtil punkt - hur mycket kostar vidarebefordran i roaming? Och här börjar det roliga:

Till exempel har din telefon en vidarekoppling till ditt hemnummer på grund av hög trafik. Sedan kl inkommande samtal den så kallade " roaming loop" - samtalet kommer att gå till hemtelefon via gäst växla, följaktligen kostnaden för ett sådant vidarebefordrat samtal för roamer kommer att vara lika med summan av kostnaderna för inkommande och utgående samtal hem plus kostnaden för själva vidarekopplingen. Och det som är roligt med detta är att roamern kanske inte ens vet att ett sådant samtal ägde rum, och sedan blir förvånad när han ser räkningen för kommunikation.

detta innebär praktiskt råd– när du reser är det lämpligt att inaktivera alla typer av vidarebefordran (du kan bara lämna villkorslöst - i det här fallet fungerar inte en "roaming loop"), särskilt vidarebefordran till röstbrevlåda- annars kan man senare undra länge - "Vart tog de pengarna vägen, va?"

Lista över termer som används i texten:

AuC– Authentication Center, Authentication Center, ansvarar för att koda information när den sänds över nätverket och tas emot från nätverket
Fakturering– Fakturering, redovisningssystem Pengar från operatören
B.S.– Basstation, basstation, flera transceiverantenner tillhörande en kontrollenhet.
Kamel 2– ett av Prepaid-systemen, som implementerar omedelbar debitering av pengar vid roaming
CC– Landskod, landskod i GSM-standarden (för Ryssland – 250)
GSM– Globalt system för mobil kommunikation, den mest utbredda mobilkommunikationsstandarden i världen
Överlämning – överföring av handenhetskontroll från en antenn/basstation/LAC till en annan
HLR– Hemortsregistret, ett register över hemabonnenter, innehåller detaljerad information om alla abonnenter som är anslutna till denna operatör.
IMEI– International Mobile Equipment Identification, internationell serienummer utrustning i GSM-standarden, unik för varje enhet
IMSI– International Mobile Subscriber Identification, det internationella serienumret för en abonnent för GSM-standardtjänster, är unikt för varje abonnent
L.A.C.– Local Area Controller, Local Zone Controller, enheter, arbetsledare ett visst antal basstationer vars antenner betjänar ett visst område.
Lokalt område– Lokal zon, ett område som betjänas av BS:er som ingår i samma LAC
M.S.C.- Mobiltjänster Switching Center, Mobile Services Control Center, switch är den centrala länken i GSM-nätet.
NC– Nätverkskod, Nätverkskod, koden för en specifik operatör i ett givet land i GSM-standarden (för MTS – 01, BeeLine – 99).
Förbetalt– Förskottsbetalning, förskottsbetalning – ett faktureringssystem baserat på omedelbar debitering av pengar.
Roaming– Roaming, med hjälp av en annan "gäst"-operatörs nätverk.
SIM– Subscriber Identification Module, Subscriber Identification Module, SIM-kort – den elektroniska enheten, insatt i telefonen där abonnentens IMSI registreras.
VLR– Visitor Location Register, ett register över aktiva abonnenter – innehåller information om alla abonnenter som för närvarande använder denna operatörs tjänster.

Telefonkommunikation är överföring av röstinformation över långa avstånd. Med hjälp av telefoni har människor möjlighet att kommunicera i realtid.

Om det vid tiden för teknikens framväxt bara fanns en metod för dataöverföring - analog, används för närvarande en mängd olika kommunikationssystem framgångsrikt. Telefon, satellit och mobilanslutning, samt IP-telefoni ger pålitlig kontakt mellan abonnenter, även om de befinner sig i olika delar av världen. Hur fungerar det telefonkommunikation när du använder varje metod?

Gammal bra trådbunden (analog) telefoni

Termen "telefonkommunikation" syftar oftast på analog kommunikation, en metod för dataöverföring som har blivit vanlig under nästan ett och ett halvt sekel. Vid användning av detta överförs information kontinuerligt, utan mellankodning.

Förbindelsen mellan två abonnenter regleras genom att slå ett nummer, och sedan sker kommunikationen genom att sända en signal från person till person genom ledningar i ordets mest bokstavliga bemärkelse. Abonnenter är inte längre anslutna av telefonoperatörer, utan av robotar, vilket avsevärt har förenklat och minskat kostnaden för processen, men funktionsprincipen för analoga kommunikationsnät förblir densamma.

Mobil (mobil) kommunikation

Abonnenter hos mobiloperatörer tror felaktigt att de har "klippt av sladden" som ansluter dem till telefonväxlar. Till utseendet är allt så - en person kan röra sig var som helst (inom signaltäckning) utan att avbryta konversationen och utan att förlora kontakten med samtalspartnern, och<подключить телефонную связь стало легче и проще.

Men om vi förstår hur mobil kommunikation fungerar, kommer vi inte att finna många skillnader från driften av analoga nät. Signalen "svävar faktiskt i luften", bara från uppringarens telefon går den till transceivern, som i sin tur kommunicerar med liknande utrustning närmast den uppringda abonnenten... genom fiberoptiska nätverk.

Radiodataöverföringssteget täcker endast signalvägen från telefonen till närmaste basstation, som är ansluten till andra kommunikationsnät på ett helt traditionellt sätt. Det är tydligt hur mobilkommunikation fungerar. Vilka är dess för- och nackdelar?

Tekniken ger större rörlighet jämfört med analog dataöverföring, men medför samma risker för oönskade störningar och möjlighet till telefonavlyssning.

Cellsignalväg

Låt oss titta närmare på exakt hur signalen når den uppringda abonnenten.

1. Användaren slår ett nummer.
2. Hans telefon upprättar radiokontakt med en närliggande basstation. De ligger på höghus, industribyggnader och torn. Varje station består av transceiverantenner (från 1 till 12) och en kontrollenhet. Basstationer som betjänar ett territorium är anslutna till styrenheten.
3. Från basstationens styrenhet överförs signalen via kabel till styrenheten och därifrån, även via kabel, till switchen. Den här enheten tillhandahåller signalinmatning och -utgång till olika kommunikationslinjer: intercity-, city-, internationella och andra mobiloperatörer. Beroende på nätverkets storlek kan det handla om antingen en eller flera switchar kopplade till varandra med hjälp av kablar.
4. Från "din" växel överförs signalen via höghastighetskablar till växeln hos en annan operatör, och den senare bestämmer enkelt i täckningsområdet för vilken kontrollenhet abonnenten som samtalet är adresserat till finns.
5. Växeln anropar den önskade styrenheten, som skickar signalen till basstationen, som "förhör" mobiltelefonen.
6. Den uppringda parten tar emot ett inkommande samtal.

Denna flerskiktiga nätverksstruktur gör att belastningen kan fördelas jämnt mellan alla dess noder. Detta minskar sannolikheten för utrustningsfel och säkerställer oavbruten kommunikation.

Det är tydligt hur mobilkommunikation fungerar. Vilka är dess för- och nackdelar? Tekniken ger större rörlighet jämfört med analog dataöverföring, men medför samma risker för oönskade störningar och möjlighet till telefonavlyssning.

Satellitanslutning

Låt oss se hur satellitkommunikation, den högsta utvecklingsnivån för radioreläkommunikation idag, fungerar. En repeater placerad i omloppsbana kan täcka ett stort område av planetens yta på egen hand. Ett nätverk av basstationer, som är fallet med cellulär kommunikation, behövs inte längre.

En enskild abonnent får möjligheten att resa praktiskt taget utan begränsningar och hålla kontakten även i taigan eller djungeln. En abonnent som är en juridisk person kan koppla en hel mini-PBX till en repeaterantenn (detta är den nu välbekanta "skålen"), men man måste ta hänsyn till volymen av inkommande och utgående meddelanden, såväl som storleken på filer som måste skickas.

Nackdelar med teknik:

• allvarligt väderberoende. En magnetisk storm eller annan katastrof kan lämna en abonnent utan kommunikation under lång tid.
• Om något fysiskt går sönder på en satellitrepeater kommer tiden det tar för funktionaliteten att återställas helt att ta väldigt lång tid.
• kostnaden för gränslösa kommunikationstjänster överstiger ofta mer konventionella räkningar. När du väljer kommunikationsmetod är det viktigt att överväga hur mycket du behöver en sådan funktionell anslutning.

Satellitkommunikation: för- och nackdelar

Huvudfunktionen hos "satelliten" är att den ger abonnenter oberoende av markbundna kommunikationslinjer. Fördelarna med detta tillvägagångssätt är uppenbara. Dessa inkluderar:

• utrustningens rörlighet. Den kan användas på mycket kort tid;
• förmågan att snabbt skapa omfattande nätverk som täcker stora territorier;
• kommunikation med svåråtkomliga och avlägsna områden;
• reservation av kanaler som kan användas i händelse av avbrott i markbunden kommunikation;
• flexibilitet för nätverkets tekniska egenskaper, vilket gör att det kan anpassas till nästan alla krav.

Nackdelar med teknik:

• allvarligt väderberoende. En magnetisk storm eller annan katastrof kan lämna en abonnent utan kommunikation under lång tid;
• om något fysiskt misslyckas på satellitrepeatern kommer tiden tills systemets funktionalitet är helt återställd att ta lång tid;
• kostnaden för gränslösa kommunikationstjänster överstiger ofta mer konventionella räkningar.

När du väljer kommunikationsmetod är det viktigt att överväga hur mycket du behöver en sådan funktionell anslutning.

Miljontals människor runt om i världen använder mobiltelefoner eftersom mobiltelefoner har gjort det mycket lättare att kommunicera med människor runt om i världen.

Mobiltelefoner kommer nuförtiden med en rad funktioner, och fler blir tillgängliga varje dag. Beroende på din mobiltelefonmodell kan du göra följande:

Spara viktig information
Gör anteckningar eller gör en att göra-lista
Spela in viktiga möten och slå på larm för påminnelser
använda en miniräknare för beräkningar
skicka eller ta emot post
söka efter information (nyheter, uttalanden, skämt och mycket mer) på Internet
spela spel
titta på tv
skicka meddelanden
Använd andra enheter som MP3-spelare, handdatorer och GPS-navigeringssystem.

Men har du aldrig undrat hur en mobiltelefon fungerar? Och vad skiljer den från en enkel fast telefon? Vad betyder alla dessa termer PCS, GSM, CDMA och TDMA? Den här artikeln kommer att prata om nya funktioner i mobiltelefoner.

Låt oss börja med att en mobiltelefon i grund och botten är en radio - en mer avancerad typ, men en radio ändå. Själva telefonen skapades av Alexander Graham Bell 1876, och trådlös kommunikation lite senare av Nikolai Tesla på 1880-talet (italienaren Guglielmo Marconi började prata om trådlös kommunikation först 1894). Det var avsett för dessa två fantastiska tekniker att mötas.

I forna tider, när det inte fanns några mobiltelefoner, installerade folk radiotelefoner i sina bilar för att kommunicera. Detta radiotelefonsystem fungerade med en huvudantenn installerad på ett torn utanför staden och stödde cirka 25 kanaler. För att ansluta till huvudantennen var telefonen tvungen att ha en kraftfull sändare – med en radie på cirka 70 km.

Men inte många kunde använda sådana radiotelefoner på grund av det begränsade antalet kanaler.

Genialiteten med det mobila systemet ligger i att dela upp staden i flera element ("celler"). Detta främjar frekvensåteranvändning i hela staden, så att miljontals människor kan använda mobiltelefoner samtidigt. ”Honeycomb” valdes inte av en slump, eftersom det är bikakorna (hexagonformad) som mest optimalt kan täcka området.

För att bättre förstå hur en mobiltelefon fungerar är det nödvändigt att jämföra CB-radio (dvs vanlig radio) och trådlös telefon.

Full-duplex bärbar enhet kontra halv-duplex - radiotelefoner, som enkla radioapparater, är halv-duplex enheter. Det betyder att två personer använder samma frekvens, så de kan bara tala i tur och ordning. En mobiltelefon är en full-duplex enhet, vilket innebär att en person använder två frekvenser: en frekvens är för att höra personen på andra sidan, den andra är för att tala. Därför kan du prata i mobiltelefoner samtidigt.

Kanaler - en radiotelefon använder bara en kanal, en radio har cirka 40 kanaler. En enkel mobiltelefon kan ha 1 664 kanaler eller fler.

I halvduplexenheter använder båda radiosändarna samma frekvens, så bara en person kan prata. I full duplex-enheter använder de två sändarna olika frekvenser så att människor kan prata samtidigt. Mobiltelefoner är enheter med full duplex.

I ett typiskt amerikanskt mobiltelefonsystem använder en mobiltelefonanvändare cirka 800 frekvenser för att prata i staden. En mobiltelefon delar en stad i flera hundra. Varje cell har en specifik storlek och täcker en yta på 26 km2. Bikakor är som hexagoner inneslutna i ett galler.

Eftersom mobiltelefoner och stationer använder lågeffektsändare, kan icke-intilliggande celler använda samma frekvenser. De två cellerna kan använda samma frekvenser. Det mobila nätverket består av kraftfulla höghastighetsdatorer, basstationer (multi-frekventa VHF-sändare) fördelade över hela det mobila nätverkets arbetsområde, mobiltelefoner och annan högteknologisk utrustning. Vi kommer att prata om basstationer ytterligare, men låt oss nu titta på "cellerna" som utgör ett cellulärt system.

En cell i ett analogt cellulärt system använder 1/7 av de tillgängliga tvåvägskommunikationskanalerna. Detta innebär att varje cell (av 7 celler i rutnätet) använder 1/7 av de tillgängliga kanalerna, som har sin egen uppsättning frekvenser och därför inte överlappar varandra:

En mobiltelefonanvändare får vanligtvis 832 radiofrekvenser för att prata runt i staden.
Varje mobiltelefon använder 2 frekvenser per samtal - den sk. tvåvägskanal - därför finns det för varje mobiltelefonanvändare 395 kommunikationskanaler (de återstående 42 frekvenserna används av huvudkanalen - vi kommer att prata om det senare).

Således har varje cell upp till 56 tillgängliga kommunikationskanaler. Det innebär att 56 personer kommer att kunna prata i mobiltelefoner samtidigt. Den första mobiltekniken, 1G, anses vara en analog till mobilnätet. Sedan digital informationsöverföring (2G) började användas har antalet kanaler ökat markant.

Mobiltelefoner har inbyggda lågeffektsändare, så de fungerar på 2 signalnivåer: 0,6 watt och 3 watt (för jämförelse, här är en enkel radio som fungerar på 4 watt). Basstationer använder också lågeffektsändare, men de har sina egna fördelar:

Sändningen av basstationens och mobiltelefonens signal inom varje cell tillåter dig inte att flytta långt från cellen. På så sätt kan båda cellerna återanvända samma 56 frekvenser. Samma frekvenser kan användas i hela staden.
Laddningsförbrukningen för en mobiltelefon, som vanligtvis går på batteri, är inte nämnvärt hög. Lågeffektsändare innebär små batterier, vilket gör mobiltelefoner mer kompakta.

Ett mobilnät behöver ett antal basstationer, oavsett stadens storlek. En liten stad borde ha flera hundra torn. Alla mobiltelefonanvändare i vilken stad som helst hanteras av ett huvudkontor, som kallas Mobile Phone Switching Center. Denna central styr alla telefonsamtal och basstationer i ett givet område.

Mobiltelefonkoder

Electronic Sequence Number (ESN) är ett unikt 32-bitars nummer som programmerats in i mobiltelefonen av tillverkaren.
Mobile Identification Number (MIN) är en 10-siffrig kod som kommer från ett mobiltelefonnummer.
System Identification Code (SID) är en unik 5-siffrig kod som tilldelas varje FCC-företag.De två sista koderna, MIN och SID, programmeras in i mobiltelefonen när du köper kortet och slår på telefonen.

Varje mobiltelefon har sin egen kod. Koder behövs för att känna igen telefoner, mobiltelefonägare och mobiloperatörer. Du har till exempel en mobiltelefon, du slår på den och försöker ringa. Här är vad som händer under den här tiden:

När du först slår på telefonen letar den efter en identifieringskod på huvudkontrollkanalen. En kanal är en speciell frekvens som mobiltelefoner och basstationen använder för att sända signaler. Om telefonen inte kan hitta kontrollkanalen är den utom räckhåll och meddelandet "inget nätverk" visas på skärmen.
När telefonen får en identifieringskod kontrollerar den den mot sin egen kod. Om det finns en matchning får mobiltelefonen ansluta till nätverket.
Tillsammans med koden begär telefonen åtkomst till nätet och Mobilväxeln registrerar telefonens position i databasen, så Växelcentralen vet vilken telefon du använder när den vill skicka ett servicemeddelande till dig.
Växeln tar emot samtal och kan beräkna ditt nummer. Han kan när som helst slå upp ditt telefonnummer i sin databas.
Växeln kontaktar din mobiltelefon för att berätta vilken frekvens du ska använda och efter att mobiltelefonen kommunicerat med antennen får telefonen tillgång till nätet.

Mobiltelefonen och basstationen upprätthåller konstant radiokontakt. En mobiltelefon växlar periodvis från en basstation till en annan, vilket avger en starkare signal. Om en mobiltelefon rör sig utanför en basstations fält upprättar den en anslutning till en annan, närliggande basstation, även under en konversation. De två basstationerna "kommunicerar" genom Switching Center, som sänder en signal till din mobiltelefon om att ändra frekvens.

Det finns fall när signalen, när den rör sig, rör sig från en cell till en annan, tillhörande en annan mobiloperatör. I det här fallet försvinner inte signalen utan överförs till en annan mobiloperatör.

De flesta moderna mobiltelefoner kan fungera i flera standarder, vilket gör att du kan använda roamingtjänster i olika mobilnät. Växeln vars celler du nu använder kontaktar din växel och ber om kodbekräftelse. Ditt system överför all data om din telefon till ett annat system och Switching Center ansluter dig till den nya mobiloperatörens celler. Och det mest fantastiska är att allt detta är gjort inom några sekunder.

Det mest irriterande med allt detta är att du kan betala en fin slant för roamingsamtal. På de flesta telefoner, när du först passerar gränsen, visas roamingtjänsten. Annars bör du kontrollera din mobiltäckningskarta så att du inte behöver betala "uppblåsta" taxor senare. Kontrollera därför kostnaden för denna tjänst omedelbart.

Observera att telefonen måste fungera i mer än ett band om du vill använda roamingtjänsten, eftersom olika länder använder olika band.

1983 utvecklades den första analoga mobiltelefonstandarden, AMPS (Advanced Mobile Telephone Service). Denna analoga mobilkommunikationsstandard fungerar i frekvensområdet från 825 till 890 MHz. För att upprätthålla konkurrensen och hålla priserna på marknaden krävde den amerikanska federala regeringen att det fanns minst två företag som ägnade sig åt samma verksamhet på marknaden. Ett sådant företag i USA var Local Telephone Company (LEC).

Varje företag hade sina egna 832 frekvenser: 790 för samtal och 42 för data. För att skapa en kanal användes två frekvenser samtidigt. Frekvensområdet för den analoga kanalen var vanligtvis 30 kHz. Sändnings- och mottagningsräckvidden för röstkanalen separeras med 45 MHz, så att en kanal inte överlappar den andra.

En version av AMPS-standarden som heter NAMPS (Narrowband Advanced Communications System) använder ny digital teknik för att låta systemet tredubbla sin kapacitet. Men även om den använder ny digital teknik, förblir den här versionen bara analog. Analoga standarder AMPS och NAMPS fungerar endast på 800 MHz och kan ännu inte erbjuda en mängd olika funktioner, såsom Internetanslutning och e-post.

Digitala mobiltelefoner tillhör andra generationens (2G) mobilteknik. De använder samma radioteknik som analoga telefoner, men på ett lite annorlunda sätt. Analoga system utnyttjar inte signalen mellan telefonen och mobilnätet till fullo – analoga signaler kan inte störas eller manipuleras lika lätt som digitala signaler kan. Detta är en anledning till att många kabelbolag går över till digitala – så att de kan använda fler kanaler i ett givet intervall. Det är otroligt hur effektivt ett digitalt system kan vara.

Många digitala mobilsystem använder frekvensmodulering (FSK) för att sända och ta emot data genom den analoga AMPS-portalen. Frekvensmodulering använder 2 frekvenser, en för logisk en, den andra för logisk noll, välj mellan de två, vid överföring av digital information mellan tornet och mobiltelefonen. För att konvertera analog information till digital och vice versa krävs modulering och ett kodningsschema. Detta talar för att digitala mobiltelefoner måste kunna behandla data snabbt.

När det gäller komplexitet per kubiktum är mobiltelefoner bland de mest komplexa moderna enheterna. Digitala mobiltelefoner kan utföra miljontals beräkningar per sekund för att koda eller avkoda en röstström.

Varje vanlig telefon består av flera delar:

Chipet (kortet) som är hjärnan för telefonen
Antenn
LCD-skärm (Liquid Crystal Display)
Tangentbord
Mikrofon
Högtalare
Batteri

Mikrokretsen är centrum i hela systemet. Därefter kommer vi att titta på vilka typer av marker som finns och hur var och en av dem fungerar. Omvandlingschippet för analog-till-digital och tillbaka-till-digital kodar den utgående ljudsignalen från ett analogt system till ett digitalt och den inkommande signalen från ett digitalt system till ett analogt.

En mikroprocessor är en central bearbetningsanordning som ansvarar för att utföra huvuddelen av informationsbehandlingsarbetet. Den styr tangentbordet och skärmen och många andra processer.

ROM-chips och minneskortschip låter dig lagra mobiltelefonens operativsystemdata och andra användardata, såsom telefonboksdata. Radiofrekvens styr ström och laddning och hanterar hundratals FM-vågor. Högfrekvensförstärkaren styr signalerna som tas emot eller reflekteras av antennen. Skärmstorleken har ökat avsevärt sedan mobiltelefoner blivit mer funktionella. Många telefoner har bärbara datorer, miniräknare och spel. Och nu är många fler telefoner anslutna till en handdator eller webbläsare.

Vissa telefoner lagrar viss information, som SID- och MIN-koder, i det inbyggda flashminnet, medan andra använder externa kort som SmartMedia-kort.

Många telefoner har högtalare och mikrofoner så små att det är svårt att föreställa sig hur de överhuvudtaget gör ljud. Som du kan se är högtalarna lika stora som ett litet mynt, och mikrofonen är inte större än ett klockbatteri. Förresten, sådana klockbatterier används i det interna chippet på en mobiltelefon för att styra klockan.

Det mest fantastiska är att för 30 år sedan ockuperade många av dessa delar en hel våning i byggnaden, men nu passar allt detta i en persons handflata.

Det finns tre vanligaste sätten att 2G-mobiltelefoner använder radiofrekvenser för att överföra information:

FDMA (Frequency Division Multiple Access) TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access)

Även om namnen på dessa metoder verkar så förvirrande kan du enkelt gissa hur de fungerar helt enkelt genom att dela upp namnet i enskilda ord.

Det första ordet, frekvens, tid, kod, indikerar åtkomstmetoden. Det andra ordet, division, betyder att det separerar samtal baserat på åtkomstmetod.

FDMA placerar varje telefonsamtal på en separat frekvens. TDMA tilldelar varje samtal en viss tid på sin tilldelade frekvens. CDMA tilldelar en unik kod till varje samtal och sänder den sedan till en ledig frekvens.

Det sista ordet i varje metod, multipel, betyder att varje hundradel kan användas av flera personer.

FDMA

FDMA (Frequency Division Multiple Access) är en metod för att använda radiofrekvenser där endast en abonnent är i samma frekvensband, olika abonnenter använder olika frekvenser inom en cell. Är en tillämpning av frekvensdelningsmultiplexering (FDM) i radiokommunikation. För att bättre förstå hur FDMA fungerar måste vi titta på hur radioapparater fungerar. Varje radiostation skickar sin signal till lediga frekvensband. FDMA-metoden används främst för att sända analoga signaler. Och även om denna metod utan tvekan kan överföra digital information, används den inte eftersom den anses vara mindre effektiv.

TDMA

TDMA (Time Division Multiple Access) är en metod för att använda radiofrekvenser när det finns flera abonnenter i samma frekvenslucka, olika abonnenter använder olika tidsluckor (intervall) för överföring. Det är en tillämpning av Time Division Multiplexing (TDM) för radiokommunikation. Vid användning av TDMA delas ett smalt frekvensband (30 kHz brett och 6,7 millisekunder långt) upp i tre tidsluckor.

Ett smalt frekvensband förstås vanligtvis som "kanaler". Röstdata som omvandlas till digital information komprimeras, vilket gör att den tar mindre plats. Därför fungerar TDMA tre gånger snabbare än ett analogt system som använder samma antal kanaler. TDMA-system fungerar på frekvensområdet 800 MHz (IS-54) eller 1900 MHz (IS-136).

GSM

TDMA är för närvarande den dominerande tekniken för mobila cellulära nätverk och används i GSM-standarden (Global System for Mobile Communications) (Russian SPS-900) - en global digital standard för mobil cellulär kommunikation, med kanaldelning baserad på TDMA-principen och en hög grad av säkerhet tack vare kryptering av publik nyckel. GSM använder dock TDMA och IS-136 åtkomst på olika sätt. Låt oss föreställa oss att GSM och IS-136 är olika operativsystem som körs på samma processor, till exempel körs både Windows och Linux operativsystem på en Intel Pentium III. GSM-system använder en kodningsmetod för att säkra telefonsamtal från mobiltelefoner. GSM-nätet i Europa och Asien arbetar med en frekvens på 900 MHz och 1800 MHz, och i USA med en frekvens på 850 MHz och 1900 MHz och används i mobilkommunikation.

Blockerar din GSM-telefon

GSM är den internationella standarden i Europa, Australien, större delen av Asien och Afrika. Mobiltelefonanvändare kan köpa en telefon som fungerar var som helst där standarden stöds. För att kunna ansluta till en specifik mobiloperatör i olika länder byter GSM-användare helt enkelt SIM-kortet. SIM-kort lagrar all information och identifieringsnummer som behövs för att ansluta till en mobiloperatör.

Tyvärr är 850MHz/1900MHz GSM-frekvenserna som används i USA inte desamma som det internationella systemet. Så om du bor i USA men verkligen behöver en mobiltelefon utomlands kan du köpa en tre- eller fyrabands GSM-telefon och använda den i ditt hemland och utomlands, eller bara köpa en 900MHz/1800MHz GSM-mobil för att resa utomlands.

CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access). Trafikkanaler med denna metod för att dela upp mediet skapas genom att tilldela varje användare en separat numerisk kod, som fördelas över hela bandbredden. Det finns ingen tidsindelning, alla prenumeranter använder hela tiden hela kanalbredden. Frekvensbandet för en kanal är mycket brett, abonnenternas sändningar överlappar varandra, men eftersom deras koder är olika kan de differentieras. CDMA är grunden för IS-95 och fungerar på 800 MHz och 1900 MHz frekvensbanden.

Dual band och dubbel standard mobiltelefon

När du reser vill du utan tvekan hitta en telefon som fungerar på flera band, i flera standarder, eller kombinerar båda. Låt oss ta en närmare titt på var och en av dessa möjligheter:

En flerbandstelefon kan växla från en frekvens till en annan. Till exempel kan en dubbelbands TDMA-telefon använda TDMA-tjänster på ett 800 MHz eller 1900 MHz system. En dubbelbands GSM-telefon kan använda GSM-tjänsten i tre band - 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz eller 1900 MHz.
Multi-standard telefon. "Standard" i mobiltelefoner betyder typen av signalöverföring. Därför kan en telefon med AMPS- och TDMA-standarder byta från en standard till en annan vid behov. Till exempel låter AMPS-standarden använda ett analogt nätverk i områden som inte stöder ett digitalt nätverk.
En multibands/multistandardtelefon låter dig ändra frekvensband och överföringsstandard.

Telefoner som stöder den här funktionen byter automatiskt band eller standard. Om en telefon till exempel stöder två band, ansluter den till 800 MHz-nätverket om den inte kan ansluta till 1900 MHz-bandet. När en telefon har flera standarder använder den först den digitala standarden, och om denna inte är tillgänglig växlar den till den analoga.

Mobiltelefoner finns i två- och trebandslägen. Ordet "trefilig" kan dock lura. Det kan betyda att telefonen stöder CDMA- och TDMA-standarder och den analoga standarden. Och samtidigt kan det betyda att telefonen stöder en digital standard i två band och en analog standard. För de som reser utomlands är det bättre att köpa en telefon som fungerar på 900 MHz GSM-bandet för Europa och Asien och 1900 MHz för USA, och som även stöder den analoga standarden. I huvudsak är detta en dubbelbandstelefon där ett av dessa lägen (GSM) stöder 2 band.

Mobil- och personlig kommunikationstjänst

Personal Communications Service (PCS) är i grunden en mobiltelefontjänst som betonar personlig kommunikation och mobilitet. Huvuddragen i PCS är att användarens telefonnummer blir hans personliga kommunikationsnummer (PCN), som är "bundet" till användaren själv och inte till hans telefon eller radiomodem. En global resenär som använder PCS kan fritt ta emot telefonsamtal och e-postmeddelanden på sitt PCN.

Mobilkommunikation skapades ursprungligen för användning i bilar, medan personlig kommunikation innebar större möjligheter. Jämfört med traditionell cellulär kommunikation har PCS flera fördelar. För det första är den helt digital, vilket ger högre dataöverföringshastigheter och underlättar användningen av datakomprimeringsteknik. För det andra tillåter frekvensområdet som används för PCS (1850-2200 MHz) att sänka kostnaderna för kommunikationsinfrastruktur. (Eftersom de övergripande dimensionerna för PCS-basstationsantenner är mindre än de övergripande dimensionerna för cellulära nätverksbasstationsantenner, är deras produktion och installation billigare).

I teorin fungerar mobilsystemet i USA på två frekvensband - 824 och 894 MHz; PCS fungerar på 1850 och 1990 MHz. Och eftersom denna tjänst är baserad på TDMA-standarden, har PCS 8 tidsluckor och kanalavståndet är 200 KHz, till skillnad från de vanliga tre tidsluckor och 30 KHz mellan kanaler.

3G är den senaste tekniken inom mobil kommunikation. 3G betyder att telefonen tillhör tredje generationen – den första generationen är analoga mobiltelefoner, den andra är digital. 3G-teknik används i multimediamobiler, som vanligtvis kallas smartphones. Sådana telefoner har flera band och höghastighetsdataöverföring.

3G använder flera mobila standarder. De tre vanligaste är:

CDMA2000 är en vidareutveckling av 2:a generationens CDMA One-standard.
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - bredbands-CDMA) är radiogränssnittstekniken som valts av de flesta mobiloperatörer för att tillhandahålla bredbandsradioaccess för att stödja 3G-tjänster.
TD-SCDMA (English Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access) är en kinesisk standard för tredje generationens mobilnät.

3G-nätverket kan överföra data med hastigheter på upp till 3 Mbps (så det tar bara cirka 15 sekunder att ladda ner en MP3-låt som varar i 3 minuter). Låt oss som jämförelse titta på andra generationens mobiltelefoner – den snabbaste 2G-telefonen kan nå dataöverföringshastigheter på upp till 144 Kb/s (det tar cirka 8 timmar att ladda ner en 3-minuters låt). Höghastighets 3G-dataöverföring är helt enkelt idealisk för att ladda ner information från Internet, skicka och ta emot stora multimediafiler. 3G-telefoner är en slags mini-laptop som kan hantera stora applikationer, som att streama video från internet, skicka och ta emot fax och ladda ner e-postmeddelanden med applikationer.

Detta kräver naturligtvis basstationer som sänder radiosignaler från telefon till telefon.

Mobiltelefonbasstationer är gjutna metall- eller gallerstrukturer som stiger hundratals fot upp i luften. Den här bilden visar ett modernt torn som "betjänar" 3 olika mobiloperatörer. Om man tittar på basstationernas bas kan man se att varje mobiloperatör har installerat sin egen utrustning, som numera tar väldigt lite plats (vid basen av äldre torn byggdes små rum för sådan utrustning).

Basstation. foto från http://www.prattfamily.demon.co.uk

En radiosändare och mottagare placeras inuti ett sådant block, tack vare vilket tornet kommunicerar med mobiltelefoner. Radioapparaterna är anslutna till antennen på tornet med flera tjocka kablar. Om du tittar noga kommer du att märka att själva tornet, alla kablar och utrustning från företagen vid basstationernas bas är väl jordade. Till exempel är en platta med gröna ledningar fästa på en kopparjordplan.

En mobiltelefon, som alla andra elektroniska enheter, kan uppleva problem:

Oftast inkluderar dessa korrosion av delar som orsakas av att fukt kommer in i enheten. Om fukt kommer in i din telefon måste du se till att telefonen är helt torr innan du slår på den.
För höga temperaturer (till exempel i en bil) kan skada batteriet eller telefonens elektroniska kretskort. Om temperaturen är för låg kan skärmen stängas av.
Analoga mobiltelefoner står ofta inför problemet med "kloning". En telefon anses vara "klonad" när någon avlyssnar dess identifikationsnummer och kan ringa andra nummer gratis.

Så här fungerar "kloning": Innan du ringer någon skickar din telefon sina ESN- och MIN-koder till nätverket. Dessa koder är unika och det är tack vare dem som företaget vet till vem det ska skicka fakturan för samtal. När din telefon sänder MIN/ESN-koder kan någon höra (med hjälp av en speciell enhet) och fånga upp dem. Om dessa koder används i en annan mobiltelefon kan du ringa från den helt kostnadsfritt, eftersom ägaren av dessa koder kommer att betala räkningen.

I den teoretiska delen kommer vi inte att fördjupa oss i historien om skapandet av cellulär kommunikation, dess grundare, standardernas kronologi, etc. För den som är intresserad finns det gott om material både i tryckta skrifter och på Internet.

Låt oss titta på vad en mobil (mobil)telefon är.

Figuren visar funktionsprincipen på ett mycket förenklat sätt:

Fig.1 Hur en mobiltelefon fungerar

En mobiltelefon är en transceiver som arbetar på en av frekvenserna i intervallet 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz. Dessutom är mottagning och sändning separerade efter frekvens.

GSM-systemet består av tre huvudkomponenter såsom:

Basstationsdelsystem (BSS – Base Station Subsystem);

Switching/switching subsystem (NSS – NetworkSwitchingSubsystem);

Drift- och underhållscenter (OMC);

I ett nötskal fungerar det så här:

En mobiltelefon (mobil) interagerar med ett nätverk av basstationer (BS). BS-torn installeras vanligtvis antingen på sina markmaster, eller på hustak eller andra konstruktioner, eller på hyrda befintliga torn av alla typer av radio/TV-repeater etc., samt på höga skorstenar i pannhus och andra industriella strukturer.

Efter att ha slagit på telefonen och resten av tiden övervakar (lyssnar, skannar) etervågorna för närvaron av en GSM-signal från sin basstation. Telefonen identifierar sin nätverkssignal med en speciell identifierare. Om det finns en (telefonen är i nätverkets täckningsområde) väljer telefonen den bästa frekvensen vad gäller signalstyrka och skickar vid denna frekvens en begäran till BS om att registrera sig i nätverket.

Registreringsprocessen är i huvudsak en autentiseringsprocess (auktorisering). Dess kärna ligger i det faktum att varje SIM-kort som sätts in i telefonen har sina egna unika identifierare IMSI (International Mobile Subscriber Identity) och Ki (Key for Identification). Samma IMSI och Ki läggs in i databasen för autentiseringscentret (AuC) när tillverkade SIM-kort tas emot av teleoperatören. Vid registrering av en telefon i nätverket överförs identifierarna till BS, nämligen AuC. Därefter sänder AuC (identifikationscenter) ett slumpmässigt nummer till telefonen, vilket är nyckeln för att utföra beräkningar med en speciell algoritm. Denna beräkning sker samtidigt i mobiltelefonen och AuC, varefter båda resultaten jämförs. Om de stämmer överens känns SIM-kortet som äkta och telefonen registreras i nätverket.

För en telefon är identifieraren på nätverket dess unika IMEI-nummer (International Mobile Equipment Identity). Detta nummer består vanligtvis av 15 siffror i decimalnotation. Till exempel 35366300/758647/0. De första åtta siffrorna beskriver telefonmodellen och dess ursprung. Resten är telefonens serienummer och kontrollnummer.

Detta nummer lagras i telefonens icke-flyktiga minne. I föråldrade modeller kan detta nummer ändras med hjälp av speciell programvara och en lämplig programmerare (ibland en datakabel), och i moderna telefoner dupliceras det. En kopia av numret lagras i ett minnesområde som kan programmeras och en dubblett lagras i ett OTP-minne (One Time Programming) som programmeras en gång av tillverkaren och inte kan omprogrammeras.

Så även om du ändrar numret i det första minnesområdet, när telefonen slås på, jämför den data i båda minnesområdena, och om olika IMEI-nummer upptäcks blockeras telefonen. Varför ändra på allt detta, frågar du? Faktum är att lagstiftningen i de flesta länder förbjuder detta. Telefonens IMEI-nummer spåras online. Om en telefon blir stulen kan den följaktligen spåras och konfiskeras. Och om du lyckas ändra det här numret till vilket annat (jobb)nummer som helst, minskar chansen att hitta telefonen till noll. Dessa frågor hanteras av underrättelsetjänsterna med lämplig hjälp av nätoperatören m.m. Därför ska jag inte gå djupare in på detta ämne. Vi är intresserade av den rent tekniska aspekten av att byta IMEI-nummer.

Faktum är att det här numret under vissa omständigheter kan skadas till följd av ett programvarufel eller felaktig uppdatering, och då är telefonen absolut olämplig för användning. Det är här alla medel kommer till undsättning för att återställa IMEI och enhetens funktionalitet. Denna punkt kommer att diskuteras mer i detalj i avsnittet om reparation av mjukvarutelefoner.

Nu kortfattat om röstöverföring från abonnent till abonnent i GSM-standarden. I själva verket är detta en tekniskt mycket komplex process, som är helt olik den vanliga röstöverföringen över analoga nätverk som till exempel en trådbunden/radiotelefon hemma. Digitala DECT-radiotelefoner är något liknande, men implementeringen är fortfarande annorlunda.

Faktum är att abonnentens röst genomgår många förvandlingar innan den sänds. Den analoga signalen delas in i segment med 20 ms varaktighet, varefter den omvandlas till digital, varefter den kodas med hjälp av krypteringsalgoritmer med den sk. offentlig nyckel - EFR-system (Enhanced Full Rate - ett avancerat talkodningssystem utvecklat av det finska företaget Nokia).

Alla codec-signaler bearbetas av en mycket användbar algoritm baserad på DTX-principen (Discontinuous Transmission) - intermittent talöverföring. Dess användbarhet ligger i det faktum att den styr telefonsändaren, slår på den endast när talet börjar och stänger av den under pauser mellan konversationerna. Allt detta uppnås med hjälp av VAD (Voice Activated Detector) som ingår i codec - en talaktivitetsdetektor.

För den mottagande abonnenten sker alla transformationer i omvänd ordning.