Как работают вышки сотовой связи
Перейти к содержимому

Как работают вышки сотовой связи

  • автор:

Излучение или безопасность? Как работают вышки сотовой связи

Излучение или безопасность? Как работают вышки сотовой связи

Почему безопаснее, когда вышка рядом, а не далеко, и вредно ли излучение от сотовой связи — отвечает билайн

Для нас важно всегда оставаться на связи, иметь возможность отправить сообщение или позвонить близким, ответить на звонок по работе или просто узнать, как дела. Доступность и высокое качество услуг сотовой связи имеет огромную социальную значимость для жителей, а также для органов власти, чтобы обеспечивать деятельность специальных и экстренных медицинских служб или информирования населения в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. Отвечаем на самые популярные вопросы о работе базовых станций сотовой связи.

Что происходит, когда совершается звонок с телефона?

Работа мобильной связи обеспечивается в основном коммерческими операторами связи посредством развитой сети базовых станций, которые передают информацию коммутационным центрам при помощи радиочастотных сигналов. При осуществлении звонка с сотового телефона абонент через радиоканал соединяется с ближайшей базовой станцией, и далее по сети устанавливается связь с вызываемым абонентом. В момент передачи сигнала основная энергия радиоволн передающей антенны сосредоточена в довольно узком «луче», который очень быстро рассеивается по мере удаления от антенны. Это необходимое условие нормального функционирования сотовой связи и безопасности окружающей среды.

Мобильные телефоны и эти радиоволны от вышек являются источником вредного излучения?

Нет! Тип производимого излучения от мобильных телефонов или оборудования базовой станции известен как неионизирующим — он не обладает достаточной энергией, чтобы ионизировать атомы или молекулы и вызвать повреждение организма. Вредным ионизирующим излучением являются, например, рентгеновские лучи.

В мире за последнее десятилетие было проведено несколько сотен тысяч исследований влияния радиочастотных электромагнитных полей от мобильных устройств и сетевых элементов сотовой сети на человека. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) ранее признала: «Ни одна из проведенных за последнее время экспертиз не подтвердила, что радиочастотные поля, создаваемые базовыми станциями операторов связи, негативно влияют на здоровье человека».

Но важно знать, что излучение радиоволн непосредственно от мобильного телефона — в момент осуществления вызова и приема звонка — может превышать предельно допустимый уровень в несколько раз, в зависимости от модели аппарата, а также от дальности его нахождения от базовой станции. Физика процессов такова, что при поиске базовой станции (в том числе в режиме ожидания) мобильный телефон выдает максимальную мощность, чтобы «увидеть» и «дотянуться» до ближайшей базовой станции и установить соединение.

Поэтому, чем чаще и ближе к вашему дому размещены базовые станции сотовой связи, тем меньшую мощность радиоволн излучает ваш телефон и тем меньше причин для беспокойства о своем здоровье.

А это все как-то регламентируется и проверяется?

Оборудование базовых станций проходит обязательную сертификацию в соответствии с нормативами, установленными в Российской Федерации, и производитель получает на него соответствующие сертификаты соответствия.

Установленные нормы уровней электромагнитных полей в РФ не только соответствуют мировым стандартам, но и является даже более жесткими по сравнению с аналогичными нормами в других странах.

Для сравнения, нормы допустимых уровней электромагнитного поля:

  • Россия — 10 мкВт/см2;
  • страны Скандинавии — 100 мкВт/см2;
  • США — 100 мкВт/см2.

Контроль за соблюдением указанных норм осуществляет Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор). Предельно допустимый уровень электромагнитного поля установлен санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов» и СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи».

Проводятся регулярные исследования уровня электромагнитного поля. Например, в Москве, согласно такому исследованию, которое проводилось в разное время суток на территории, прилегающей к разрешенному к эксплуатации радиотехническому объекту, электромагнитная обстановка практически не отличается от фоновой. Зафиксированный уровень электромагнитного поля оказался намного меньше предельно допустимого уровня, установленного для радиотехнических объектов по нормативам.

Как выбирается место, где будет установлена базовая станция?

Место выбирается на основе специальных расчетов, исходя из потребности обеспечения абонентов в заданном районе. Решение об установке базовой станции также обусловлено наличием подходящих помещений или территорий, отвечающих техническим требованиям.

В связи с тем, что радиосигнал распространяется определенным образом (не по прямой), есть очень много внешних факторов, влияющих на его распространение (например, его могут перекрывать близлежащие высотные здания, особенности рельефа и т.п.). Все эти факторы учитываются оператором при планировании сети и мест размещения базовых станций.

Современные базовые станции имеют небольшую мощность и могут размещаться на городских объектах низкой высотности (например, столбах электросетей и освещения), также не представляя опасности для населения.

Кроме того, согласно условиям дальнобойности технологии, в современных диапазонах 3G и 4G требуется гораздо больше базовых станций, чем ранее в диапазоне 2G, и оптимальное расстояние между базовыми станциями в городе на сегодняшний день составляет примерно 500-800 метров; соответственно, плотность сети доступа становится выше.

билайн также проводит рефарминг, чтобы перераспределять собственные частоты, на которых в том числе продолжают работать прошлые поколения сотовой связи — 2G и 3G — для возможности работы 4G LTE. Так, ближайшая к вам вышка, которая ловила только 2G и 3G, теперь предоставляет и четвертое поколение связи, — и соответственно, позволяет получать более качественный звук во время звонка, скоростной мобильный интернет и возможность серфить в сети во время телефонного разговора.

Как работают сотовые вышки?

Нашел некоторую информацию в сжатом виде (ну не книгу же перечитывать из-за одного вопроса), в ней говорится о следующем:
от устройства передается сигнал на БС (базовую станцию), от нее в ядро (одна из главных станций) по оптоволокну или по воздуху.
Собственно сам вопрос: от БС к ядру есть только один путь, или могут быть доступны запасные (альтернативные) ?

Вопрос больше привязан к последней новости о прекращении работы моб. связи МТС на Донбассе. По заявлению СМИ на всей территории она перестала работать из-за повреждения одного единственного кабеля, что звучит неубедительно. Наверняка, если сама связь называется "сотовой", то и по принципу сетки можно передать информацию к нужному БС по соседним

  • Вопрос задан более трёх лет назад
  • 1937 просмотров

Комментировать
Решения вопроса 0
Ответы на вопрос 5
10 лет в мобильном телекоме

Не имея информации о произошедшем, могу, тем не менее, на основании личного опыта, предположить следующее:

Вариант 1: Источник проблем со связью с кабелем на самом деле не связан. Проблема может носить намного более сложный, хитрый и неуловимый характер, но, поскольку публике что-то срочно надо объяснить, сказали, как в том анекдоте про папу — пианиста в борделе: перебитый кабель.

Вариант 2: Кабель действительно перебит, а резервного канала могло и не быть.
Я, наверное, циничную вещь скажу, но цель существования любой фирмы — зарабатывание денег. А деньги сэкономленные — это деньги заработанные.
Фильм "Бойцовский клуб" и работу главного героя помните?
Берём предполагаемую при отказе канала связи сумму убытков L, вероятность отказа P и стоимость построения отказоустойчивого канала связи C.
Если L * P >= C, канал будет зарезервирован.
Если L * P < C, резерва не будет

Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 1 1 комментарий
happyofheaven @happyofheaven

Всё верно, причём тут дело даже не в Донбасе.
Вон совсем недавно перебивало оптику в Норильске, так там весь город без связи/интернета. (кроме теле2 они ещё со спутника на оптику не успели, перейти поэтому на них не отразилось).
Так что практика показывает, что в отсутствии запасного транспорта ничего эдакого нет.

vvpoloskin

Валентин @vvpoloskin
Инженер связи

Как работают сотовые вышки?

Базовые станции подключаются к контроллеру, контроллер подключается к мобильному коммутатору и HLR, а коммутатор в свою очередь уже подключен к ТФОП (если мы только про голос в GSM говорим). Контроллер, HLR и коммутатор стоит в отдельном ЦОДе. Как правило есть кольцо базух, то есть одна подключена к другой цепочкой а в итоге кольцо замыкается. Транспорт между базухами может быть реализован по разным технологиям — ВОЛС, РРЛ, wimax и даже вай-фай.

Но судя по новостям, у вас проблема массовая, страдает явно >10 базовых станций. Скорее всего проблема где-то на подключении этого ЦОДа. Без транспортных схем вашего оператора не узнаешь, сколько там кабельных трасс приходит на ЦОД. Возможен вариант, что раньше было несколько трасс, повредили одну, но все работало по резерву и шумихи не подняли. А если на то пошло, то и не факт, что дело в обрыве именно кабеля связи. У операторов есть проблема с согласованием и предоставлением официальной информации в СМИ.

Вон тут в поиске наберите, там есть статьи про особенности связи в ДНР/ЛНР.

Ответ написан более трёх лет назад
Комментировать
Нравится 1 Комментировать

dimonchik2013

Dimonchik @dimonchik2013
non progredi est regredi

в среднем кабеля лежат в метре от ЖД, и в 1-2 метре глубиной же
ну кроме таких или таких ситуаций, конечно

естественно, есть резервирование, тем более, в таком густонаселенном районе

причина действий МТС в этом:
опыт в Крыму достаточно успешный, так что обычные технические мероприятия

Ответ написан более трёх лет назад

Ni55aN

Vitaliy @Ni55aN Автор вопроса

МТС имеется в виду украинский.
> естественно, есть резервирование, тем более, в таком густонаселенном районе
значит, не может вся территория быть без связи из-за одного оптоволокна

dimonchik2013

Dimonchik @dimonchik2013

я же причину описал достаточно внятно

МТС точно входит в МФСО Системы, неважно украинский или нет
а вот win-mobile, как и ( что там — Феникс?) — не входят

но руминг Тройки (четверки с Теле2) с вин-мобайлом вполне работает, и не сильно дорог
то же и в этом случае придумают

alexfilus

Senior backend developer

Не знаю что там на Донбассе, но я как-то отдыхал на море, в одном относительно диком месте Краснодарского края. Так вот в один из дней вырубилось электричество во всём посёлке вместе со связью от Билайна. Теле2 и Мегафон там никогда и не ловили, а вот МТС продолжил работать (их вышка чуть вдали).
Это я к тому что там походу не только сигнал по одному единственному кабелю идёт, но и резервного питания не предусмотрено.

Ответ написан более трёх лет назад

предусмотрено и резервное питание и резервный канал.
другой вопрос что не всегда и то и другое работает 🙂
из опыта общения с опсосами у них частая проблема это воровство аккумуляторов на станциях
ну и своих спецов нет ни у одного опсоса + помимо них на одной вышке ещё много кто может размещать своё оборудование, наши не самые умные монтажники периодически умудряются отключить вышку полностью, не специально конечно же 🙂

alexfilus

Wexter, хех) Ну если с той горы кто-то упёр аккумулятор, значит ему было очень надо)

Jump

Системный администратор со стажем.

Зависит от станции и ее расположения.
В идеале кабель, если нет возможности подключить кабель — тогда уже альтернативы вроде радиорелеек, и прочей беспроводной фигни.

По заявлению СМИ на всей территории она перестала работать из-за повреждения одного единственного кабеля, что звучит неубедительно.

Заявления СМИ зачастую противоречат законам физики, а уж про факты и здравый смысл и говорить нечего.
Используйте более надежные источники информации.

Как работает мобильная связь и далеко ли «бьет» базовая станция? Просто о сложном

Есть в жизни такие технологии, которые популярны настолько, что их относят к разряду «всегда были с нами», хотя им не так много лет. Мобильная связь как раз из этой оперы, но ее отличие от привычного телевидения в том, что даже хардкорные абоненты иногда не до конца понимают, как все это работает (с телевизором как-то все проще). Вместе с МТС расскажем понятным языком о скрытых и таинственных процессах в недрах операторов связи и о том, чем отличается базовая станция от вышки. Устраиваем большую «распаковку»!

Сложно сказать, с чего начинается любое предприятие, однако наверняка есть ключевые элементы. В нашем случае — это сотрудники компании, инфраструктура, которая требуется для оказания услуг, и технологии. Значительная часть работы скрыта от глаз. Мы, например, знаем, что есть «техподдержка», которая занимается вопросами абонентов, но как насчет «внутренней техподдержки», отвечающей на вопросы, которые сложнее, чем «Как пополнить баланс?».

Наша встреча, кстати, проходила на одном из этажей в головном офисе МТС. Здесь размещаются не очень понятные для обычного человека подразделения: управление радиоподсистемы, управление ядра сети и управление той самой «внутренней техподдержки», которое, среди прочего, мониторит сеть, собирает информацию об ошибках, авариях и помогает с техническими вопросами всем остальным. Павел Ушаров, начальник управления радиоподсистемы компании МТС, раскрыл некоторые тонкости работы сети.

Из чего состоит базовая станция

Приемом и передачей сигнала занимается базовая станция, это один из основных узлов сети. Она состоит из антенны, радиомодуля и системного модуля. Высота размещения антенны влияет на зону покрытия базовой станции: чем выше, тем больше зона (но влияет и частотный диапазон).

В непосредственной близости от антенны размещаются радиомодули — это делается для обеспечения минимального затухания сигнала (антенны подключаются высокочастотными коаксиальными джамп-кабелями). Радиомодуль по оптическому кабелю подключается к системному модулю, который обычно размещают в аппаратной внизу для удобства обслуживания базовой станции, специалистам лишний раз не приходится подниматься на высоту.

Основные элементы базовой станции:

Высота размещения влияет на зону покрытия базовой станции: чем выше, тем больше зона, также на это влияет частотный диапазон.

Антенны бывают совмещенного диапазона (2G, 3G, 4G), а также многолучевые, позволяющие повысить производительность сети за счет использования нескольких узконаправленных лучей.

Радиомодуль предназначен для приема, передачи, обработки и преобразования радиосигналов, а также их усиления.

Системный модуль базовой станции — ее мозг и сердце. Он управляет БС, синхронизирует ее с другими элементами сети, обрабатывает данные от радиомодуля и отправляет их через транспортную сеть к ядру сети.

Антенна базовой станции осуществляет прием и передачу радиосигнала, а также за счет физических и конструктивных свойств усиливает его и формирует область передачи в пространстве. Антенны бывают совмещенного диапазона: в одну можно подключать несколько стандартов (2G, 3G, 4G). Но бывают и отдельные — все зависит от конфигурации и технического решения. Также существуют и многолучевые антенны, которые направляют сигналы по разным секторам.

«На одной вышке могут быть расположены от одного до шести секторов, стандартно у нас 3—4 сектора, бывает и больше. Использование многосекторных базовых станций позволяет увеличить емкость для предоставления сервиса большему количеству абонентов. Построенные ранее базовые станции можно модернизировать, добавляя дополнительные сектора», — пояснил Павел.

По его словам, такая модернизация позволяет в ряде случаев обойти некоторые подводные камни. Например, отказаться от строительства новой базовой станции: это и дорого, и не всегда есть возможность, подобрать место для ее размещения, особенно в городе. «Можно добавить сектор и более узкими лучами обеспечить покрытие, это решение хорошо себя зарекомендовало», — поясняет специалист.

Что такое вышка (сотовой связи)?

«Мне это словосочетание режет слух, — смеется Павел. — Вышка — народное слово. Правильно называть антенно-мачтовым сооружением».

И вот какие «вышки» бывают. Например, бывают металлические башни высотой от 40 до 70 метров. Башни встречаются разные: трехногие, четырехногие, с площадкой обслуживания или без. Есть железобетонные столбы: если для металлической башни нужен участок до 300 квадратных метров, то для столба — до 10 квадратных метров. Столбы чаще устанавливаются на застроенных территориях и в городах, в Минске их очень много.

Важные вопросы:)
Вышка или башня?
«Вышками» базовые станции и иные элементы системы лучше не обзывать.

Есть мачты, башни, триподы, столбы (и некоторые другие конструкции), на которые крепится оборудование. Есть также различные типы антенн для установки на улице или в помещениях: в перегонах метро, например, используют фидер — излучающий кабель.

Есть мачты. Они устанавливаются на крышах зданий, но могут ставиться и на земле — с растяжками на нескольких уровнях в зависимости от высоты, что придает конструкции дополнительную устойчивость и страхует от опрокидывания.

На крышах домов и другие конструкции встречаются: если кровля плоская, а высота обеспечивается достаточная за счет этажности, ставятся триподы — конструкции, похожие на штатив. Используются и столбы освещения, поскольку не везде есть возможность построить «свой» железобетонный.

Есть индор-объекты (наш собеседник показывает на фото один из вариантов, а затем указывает на белый конус на потолке).

Владельцев шапочек из фольги спешим успокоить: такие антенны (как и все остальные, прошедшие обязательную сертификацию) работают в соответствии с санитарными нормами, мощность у них минимальная — у смартфона рядом с вашим ухом она выше.

А вот в метро «вышек» не бывает: в перегонах проложен излучающий кабель (он же фидер), на станциях подвешивают компактные антенны.

Встречаются и другие варианты размещения оборудования — все, как говорилось выше, зависит от условий и требований.

Далеко ли «бьет» базовая станция? И что влияет на дальность

Зависит от высоты размещения антенны, от мощности самой базовой станции, от коэффициента усиления антенны, от диапазона рабочих частот (чем он ниже, тем дальше распространение радиоволн). Поэтому в высокочастотных диапазонах 3G 2100 МГц, в 4G 2600 МГц или планируемом 5G 3500 МГц «дальность» связи меньше.

А в 2G есть технологическое ограничение: максимальная дальность связи в этом стандарте составляет 35 км.

Важные вопросы:)
Когда нужна шапочка из фольги?

На самом деле никогда.

Существуют строгие санитарные нормы, которые обеспечивают безопасность с запасом. Антенны, устанавливаемые в помещении, и вовсе излучают меньше, чем современный смартфон рядом с вашим ухом.

«Но фактически расстояний более 35 км, наверное, нигде и нет, поскольку базовые станции строятся чаще», — отметил Павел.

Закономерно влияет рельеф и густая растительность. Влияет погода и даже наличие так называемой подстилающей поверхности (Павел рассказал о том, как базовая станция на берегу Заславского водохранилища «била» по водной глади на десятки километров, хоть от нее такого и не ждали).

«Другой пример: недалеко от моей дачи демонтировали базовую станцию, до момента строительства новой разместили передвижную БС с относительно низкой высотой подвеса антенны — 16 метров (было 55 метров). Осенью и зимой связь была устойчивая. Пришла весна, распустились листья — изменились условия распространения радиоволны, сигнал ухудшился. Сейчас для увеличения скоростей использую роутер и антенну, обеспечивающую усиление 3G/4G-сигнала».

«Не забываем и про абонентский трафик: когда абоненты начинают качать, они могут создавать интерференцию по обратному каналу, да и по аплинку мешают друг другу, снижая радиус. Очень много вопросов к самостоятельно выбранному и купленному усилительному оборудованию. Часто покупают такое (неясного происхождения и качества. — Прим. Onlíner), которое самоусилением начинает процесс положительной обратной связи и просто шумит на всю округу», — вступил в разговор Алексей Алдошин, ведущий инженер-системотехник телекоммуникационных сетей МТС.

Своими действиями такие абоненты себя и выдают: от других поступают жалобы, потом в дело может включиться служба ГП «БелГИЭ», которая контролирует излучения средств связи и может выдать предписание на отключение неисправного оборудования.

Что касается использования мобильного интернета в местах массового скопления абонентов наподобие дачных застроек и пляжей у водоемов, здесь работает простой принцип: абоненты съезжаются, вся мощность предоставляется ближайшим к базовой станции абонентам, а те, кто находится на краю сот, получают оставшийся ресурс. При этом голосовая связь в приоритете, поэтому даже в этих случаях и на краю сот абоненты могут совершать звонки.

Современное оборудование стало сложнее?

«Что-то усложняется, что-то упрощается. Во времена запуска 2G один шкаф с оборудованием (базовая станция «все в одном») был в несколько раз больше современного, причем он был набит модулями и весил столько, что, чтобы поднять его, требовалось четыре человека.

Теперь оборудование стало компактное, его масса и габариты уменьшились. Что касается технологий передачи данных, тут, наверное, все усложнилось: аппаратная часть — из-за применения новых подходов, в том числе к обработке сигналов, появления новых стандартов. Да и компоновка (начинка) базовой станции теперь более сложная.

Важные вопросы:)
Что мешает моему мобильному интернету?

Радиосигнал умеет пробиваться сквозь некоторые материалы и даже огибать препятствия, но, конечно, с ограничениями.

Сигналу может мешать рельеф, погода, растительность, постройки и даже большое количество одновременно подключившихся абонентов.

За городом свою лепту может внести усилительное оборудование неизвестного происхождения: в эфире появляется шум, который мешает всем.

А вот архитектура сети, если взять в целом, отчасти упрощается, начиная со стандарта 4G. К примеру, для 3G используются контроллеры базовых станций, которые управляют ими. В 4G контроллеров нет, базовые станции общаются с пакетным ядром непосредственно через транспортную сеть», — пояснил Павел.

«С приходом 3G и 4G упростилось и частотно-территориальное планирование сети. Если в 2G приходилось каждый частотный канал подбирать, чтобы они не влияли друг на друга, то теперь используются скремблинг-коды, а их очень много (по сравнению с 2G, можно сказать, никаких ограничений)», — добавил Алексей.

Еще из нового — технология Massive MIMO, которая нашла популярность в 5G, хотя активно ее применять начали еще в LTE. В одной антенне, в одном радиомодуле, может быть установлено более 64 передатчиков, которые передают информацию параллельными потоками, за счет чего достигаются более высокие скорости. Если простым языком, антенна состоит из множества излучателей, формирующих луч в направлении потребителей трафика: получается, что доступные ресурсы направляются туда, где необходимо, а не «веером».

Как идет звонок от абонента к абоненту?

Все просто: вы набираете номер, и кто-то поднимает трубку. Хотя нет, чуть сложнее.

Как пояснили специалисты, архитектура сети сотовой связи подразумевает три сегмента: это радиоподсистема, ядро сети и транспортная сеть.

В состав радиоподсистемы входят собственно базовые станции, контроллеры и пользовательские устройства (телефоны, смартфоны и другие девайсы с «симками»).

Ядро сети состоит из голосового ядра и пакетного: первое отвечает за голосовой трафик, второе — за пакетный (дата). Кроме того, ядро сети включает набор функциональных узлов, но мы не будем вдаваться в технические тонкости настолько, главное — все это отвечает за обработку и коммутацию соединений.

Транспортная сеть — это волоконно-оптические и радиорелейные линии связи.

Важные вопросы:)
Как происходит звонок?

Набрав номер и нажав кнопку вызова, вы отправляете к базовой станции сигнал на запрос соединения. Базовая станция «проверяет» абонента, выдавая ему ресурсы (соту, диапазон или стандарт). Соединение установлено, и запрос уходит в ядро сети.

Затем система проверяет вашу SIM-карту, ищет того, кому вы звоните, шифрует трафик и соединяет с тем, кого вы так ищите.

Опишем один вариант соединения: абонент звонит другому.

После набора номера и нажатия кнопки вызова телефон посылает базовой станции сигнал на запрос соединения. Базовая станция определяет радиоусловия, в которых находится абонент, и выделяет ему наилучшую соту, частотный диапазон или стандарт, где лучше установить голосовое соединение. Затем устанавливается радиосоединение и сигнал поступает в ядро сети (в данном случае — голосовое).

После проверки SIM-карты на разрешение выполнения звонка центральный коммутатор (в нем прописано множество направлений, куда могут совершаться звонки: телефонная сеть общего пользования, другие операторы сотовой сети, международная сеть и пр.) осуществляет поиск вызываемого абонента.

Параллельно центр аутентификации производит шифрование соединения и защищает канал от вторжения злоумышленника. Если вызываемый абонент находится в сети, то осуществляется поиск его местоположения и происходит отправка сигнала на необходимую базовую станцию. После того как абонент найден, ему направляется уведомление о поступающем звонке. Если абонент снимает трубку, устанавливается сквозное соединение между обеими сторонами, по которому и происходит разговор. Потом остается положить трубку.

Бывает, сигнал пропал. Основная причина: абонент покинул зону действия сигнала базовой станции (есть белые пятна). И остаются варианты с поломанным телефоном, сбойным ПО или вышедшей из строя «симкой».

Искусственный интеллект пригодился?

Куда сейчас без ChatGPT и искусственного интеллекта. Правда, традиционно возникает конфликт терминов: что есть ИИ, а что есть «обычный» анализ бигдаты.

«Пока сложно говорить по поводу искусственного интеллекта и нейросетей. Применить их для распределения нагрузки с учетом каких-то алгоритмов можно. Например, куда направить антенны заблаговременно — перед тем, как абонентский трафик переместится. Но это, скорее, работа с бигдатой, чем искусственный интеллект: мы прогнозируем исходя из данных, которые уже знаем», — добавил Алексей.

Он также упомянул платформу SON (Self-Organizing Network), которая предназначена для планирования сетей сотовой связи и которая чем-то похожа на ИИ:

«SON автоматически назначает соседские отношения между секторами. То есть инженеру уже не нужно разбираться, смотря на карте, где находятся ближайшие соты для планирования переходов между ними. Сейчас достаточно прописать конфигурацию в сеть, а SON автоматически измерит расстояния на карте, узнает лучшие соотношения и пропишет соты уже без участия человека. Достаточно только задать алгоритм: сколько этих соседей должно быть, в каких направлениях между 2G и 3G и в обратную сторону. А дальше за несколько итераций SON создаст идеальное состояние».

Помимо всего прочего, эти алгоритмы также позволяют добиться снижения мощности при отсутствии нагрузки. «Зачем нагревать воздух, когда можно снизить потребление передатчика с 20 Ватт до 2 Ватт в ночное время, а когда трафик возрастет — увеличить до разрешенной мощности», — пояснил Алексей.

SON может менять и оптимальные углы наклона на базовых станциях, однако этого пока ей не разрешают: система предлагает, а инженер смотрит и решает. Причина в том, что изменение азимутов и углов означает получение новых разрешений, перерасчет санитарных норм. Поэтому эти настройки применяются пока только под присмотром инженера.

Есть и другие автоматизированные модули для работы с сетью: проверка статистики, выдача рекомендаций, обработка ошибок и сообщений об авариях, появлении иных событий.

Когда 6G?

В 2023 году продолжается разработка требований к стандарту 6G. Что от него ждут? Бесшовной архитектуры, возможности развертывания связи там, где 4G и 5G не дотягиваются, путем интеграции со спутниковой связью. Для этого будут использовать орбитальные группировки на низкой околоземной орбите — это позволит обеспечить минимальную задержку (сейчас, если связаться через спутник, например, на геостационарной орбите, задержка будет более 1—2 секунд).

Есть вопросы, которые предстоит решить. Например, понадобятся устройства, способные работать с новым поколением сети. Диапазоны частот будут сверхвысокие: 60 ГГц, 100 ГГц и выше. При этом, как говорилось ранее, чем больше частота, тем меньше радиус обслуживания — значит, нужно устанавливать передатчики повсеместно.

Вероятно, будет микс из 5G и 6G, а может, и каких-то других технологий, предполагает эксперт.

Интересной особенностью 6G к 2030 году, когда ожидается коммерческий запуск сетей нового поколения, могут стать RIS — Reconfigurable Intelligent Surfaces (дословно: «перенастраиваемые умные поверхности»). Простым языком: это «умные» отражающие поверхности, позволяющие передавать сигнал дальше (как в примере с озером выше). В 6G будет заложена и технология виртуального mMIMO — вопрос будет решаться на программном уровне.

Но, как это бывает, новые технологии вольются в нашу жизнь незаметно: то, что сегодня кажется фантастическим будущим, тогда будет выглядеть так же привычно, как смартфоны, производительность которых сегодня в разы выше, чем у суперкомпьютеров прошлого.

Спецпроект подготовлен при поддержке СООО «МОБИЛЬНЫЕ ТЕЛЕСИСТЕМЫ», УНП 800013732.

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner запрещена без разрешения редакции. ng@onliner.by

Как устроена сотовая связь

Пятница, братья и сестры, а по пятницам у нас подкаст с конспектом. Подкаст «Запуск завтра» выходит при поддержке Практикума, а мы тоже выходим при поддержке Практикума, поэтому синергия. Сегодня говорим об устройстве сотовой связи. Слушайте подкаст, если есть время, а если нет — читайте основные мысли ниже.

О герое

Герой выпуска — Александр Чемерис, сотрудник компании YADRO. Руководил стартапом Fairwaves, где делал оборудование для сотовых операторов, обеспечивал связью африканские деревни и штат Оахака в Мексике.

Как Александр попал в мир сотовой связи

Я начал заниматься сотовой связью через софт. Писал диплом по коммуникациям Voice over IP (VoIP). Это возможность говорить голосом через интернет, например как в Skype или Telegram. Потом появился опенсорсный проект Open BTS, который, с помощью VoIP и железа под названием Software-Defined Radio позволял сделать сотовую станцию. Мы с приятелем подумали: «Это же прикольно!». Купили такую карточку и попробовали это дело запустить. Так я из софта перешёл в сотовую связь.

Оказалось, что сотовая связь — это отдельный мир, который можно изучать годами. Ты в него погружаешься, а потом раз — и десять лет прошло.

Как устроена сотовая связь

Она работает на радиоволнах. Вот как мы голосом говорим — и голос распространяется по воздуху на расстоянии. У радиоволн похожий принцип, но распространяются они гораздо дальше, воздух им не мешает. Ушами мы радиоволны слышать не можем, но в телефонах есть специальные антенны, которые умеют воспринимать эти колебания.

Почему по сотовому мы можем говорить одновременно

ТВ-вещание либо радиовещание — это симплексная связь, то есть односторонняя. Один источник сигнала облучает какую-то местность, и все приёмники в этой местности «слышат» этот сигнал.

Сотовая связь — это дуплексная связь, двусторонняя. В сотовой связи есть «канал вверх» и «канал вниз», они так и называются — uplink и downlink. Вниз — это канал к абоненту, потому что вышка обычно выше него, а вверх, соответственно, от абонента туда, наверх, в сторону вышки.

Два самых популярных способа разделения — это frequency division duplex и time division duplex, FDD и TDD соответственно. Классическая сотовая связь построена на FDD, когда у тебя на одной частоте телефон принимает, а на другой передаёт. То есть у тебя словно два радио на разных частотах: по одному ты передаёшь сигнал, по другому — передаёт вышка.

TDD — это то, что мы сейчас делаем. Пока я говорю, ты молчишь, когда ты говоришь, я молчу. Когда все начинают говорить одновременно, происходит интерференция — становится плохо слышно, у тебя начинает квакать телефон.

Стандартный TDD в сотовой связи построен на фреймах, где длина одного фрейма в 4G — 10 миллисекунд, в 5G — до одной миллисекунды. Дальше 10 миллисекунд разбиваются на uplink и downlink, ты 5 миллисекунд говоришь и 5 миллисекунд слушаешь. Это настолько мало, что тебе кажется: ты в любой момент можешь начать говорить, не надо ждать собеседника.

Какие железки отвечают за передачу сигнала

Исключая абонентские устройства, сеть состоит из трёх компонентов: софт у оператора, базовые станции на вышках и связь между ними — транспортная сеть, или бэкхолл.

Вышка обычно подключена к мощному источнику электроэнергии. У неё большие антенны, которые усиливают сигнал. Ты физически не можешь носить телефон, у которого антенна два метра, поэтому антенна на вышке всегда большая. Если сравнить мощность излучения, то у телефона она намного меньше, чем у вышки. Это отчасти связано с какими-то медицинскими нормами, но на самом деле просто экономически невыгодно делать телефон, который будет передавать мощный сигнал: у него будет быстро садиться батарейка.

Роль вышки — передать и принять сигнал с телефона. Причём сделать это качественно и так, чтобы телефон садился не за два часа, а за пару дней хотя бы. Вышка — это физическое устройство, которое ты видишь на улице, а есть базовая станция — это то, что находится на вышке. Если поставить одну такую базовую станцию в центре деревни, то у всех людей нормально будут работать телефоны, которые находятся в зоне доступа. А если навтыкать вышки рядом друг с другом, то начнутся проблемы со связью.

Почему сеть называется «сотовая»

Потому что у тебя вышки натыканы как медовые соты, а вокруг базовой станции зона приёма словно шестиугольник.

Есть целая наука и отдельные люди, которые занимаются радиопланированием. Они делают, так чтобы базовые станции друг другу не мешали и всё это хорошо работало. Говоря математически, если у тебя сотовые вышки передают с одинаковой мощностью, то оптимальное распределение этих вышек будет такое, что каждая стоит в центре шестиугольника. Если ты построишь изолинии равной мощности, то там, где мощность одной вышки падает настолько, что мощность второй вышки начинает вырастать, ты увидишь, что изолинии образуют шестиугольник. Это действительно так физически устроено и выглядит как соты.

Сейчас всё сложнее. Появились макростанции, пикостанции, маленькие станции, зонтичные станции, фемтостанции, которые можно дома поставить.

«Прогресс дошёл до того, что базовые станции учатся договариваться между собой, кто когда передаёт. Условно говоря, маленькая базовая станция, фемтосота, у тебя в квартире в какой-то момент может сказать большой сотовой станции, которая стоит за окном: „Слушай, я буду передавать вот в такое время, вот на такой частоте, ты помолчи. В мою сторону не свети, я тут сейчас дело сделаю, а потом продолжишь“».

Кому принадлежат вышки

Не хочу углубляться в эту тему, это целая отдельная индустрия башенных компаний. Они продают то, что по-английски называется vertical real estate. По-русски это будет «вертикальная жилплощадь». Есть целое понятие — BTS Hotel, то есть отель базовых станций. Ставишь такую вышку, а дальше сдаёшь в ней номера.

В России по закону базовая станция должна принадлежать мобильному оператору, иначе её не разрешат вывести в эфир. Но бывает и по-другому. Например, Tinkoff Mobile — это виртуальный мобильный оператор. У него есть бренд, но нет своих базовых станций, то есть он с кем-то договорился. А настоящий мобильный оператор — это компания, которая владеет лицензией на частоты. Диапазон частот делится на маленькие кусочки и продаётся по частям за бешеные деньги разным операторам связи.

«В связи с появлением 5G в Америке был крупный аукцион, где платили десятки миллиардов долларов за право работать на определённых частотах. В России аукцион частот — такой же способ заработать денег для государства. Можно собирать налоги, а можно продавать частоты».

Кто помимо государства в России владеет частотами

Из федеральных операторов, которые присутствуют в подавляющем большинстве регионов России, «большая четвёрка»: «МегаФон», «МТС», «Билайн» — он же VEON, и «Ростелеком» — он же «Теле2». Осталось несколько мелких региональных операторов, остальных выкупили крупные московские и питерские компании.

В чём отличие 1G от 5G

G — это Generation, «поколение». Новое поколение сотовой связи появляется примерно раз в десять лет. Нужно всё стандартизировать, изготовить оборудование, развернуть его и получить частоты. Это длительная процедура.

Сеть 1G появилась в 1979 году. Главная инновация была в том самом подходе, когда вышки ставятся по сотовому принципу. Сеть второго поколения 2G — это переход к цифровым коммуникациям, что позволило повысить ёмкость и безопасность. Повысилось количество абонентов и стало невозможно при помощи аудиоприёмника подслушать, о чём люди говорят по телефону.

Сеть третьего поколения научилась нормально передавать интернет. Без 3G не было бы iPhone с его приложениями. 4G изначально задумывалась для интернета, а не для голоса. До сих пор во многих сетях 4G ты не можешь поговорить голосом. С этим помогает LTE — конкретная реализация голосовой связи, которая стала доминирующей.

В 2019 году начали появляться самые первые 5G — это попытка улучшить 4G, подстроить под промышленные юзкейсы.

Первый юзкейс Massive IoT — условно, 10 тысяч устройств на квадратный километр. Используется на заводе, который обвешан датчиками. Второй юзкейс — Ultra Reliable Low Latency Communications. Это управление робототехникой, телемедицина, удалённое управление поездами, гейминг. Третье — это то, что называется Mobile Broadband, более быстрая передача данных.

Как родилась идея для стартапа

Люди на какой-нибудь шахте либо на нефтяной вышке тоже хотят говорить друг с другом по сотовому или, что ещё сложнее, звонить домой. Им нужно дать для этого инструмент. Одна базовая станция на какой-нибудь нефтяной вышке для монстра типа Nokia или Ericsson вообще не важна. Но для небольшой компании, если посчитать, это интересный бизнес-кейс.

Мы работали с легитимными сотовыми операторами. У них есть частоты, но есть проблема с тем, что на оборудовании крупных вендоров им невыгодно идти в деревню. Чтобы сделать связь в таких удалённых регионах, я продавал решение — оборудование и софт. Физически это выглядит как ребристая коробочка около 10 кг размером с небольшой рюкзак. Я её как раз в рюкзаке с собой и таскал на презентации.

Внутри такой базовой станции компьютер и радиокомпоненты. Стоит разъём под большую внешнюю антенну, которую покупаешь отдельно. Антенны бывают разные. Ты выбираешь нужную под ландшафт и местность и затем прикручиваешь к вышке. Дальше прикручиваешь базовую станцию и соединяешь толстым радиокабелем с антенной.

В стандартной африканской деревне вышки с разумными антеннами покрывают радиус 5–7 километров. Это размер небольшого города или деревни. К такой базовой станции можно подключить дешёвую Nokia или даже iPhone.

Почему стартап закрылся

Мы не выдержали гонку с более обеспеченными стартапами. Сначала были богатые TIER 1 и несколько небольших компаний по всему миру. Мы все друг друга знали. С одной стороны, мы всегда соревновались, с другой — были против тех мужиков в костюмах от монополистов.

Потом сработала трамповская война против Китая, которая привела к тому, что начал разваливаться единый телекоммуникационный мир. Индустрия поделилась на национальные анклавы. В Европе остались Ericsson и Nokia. В Штатах появились хорошо профинансированные стартапы. Параллельно такие же процессы начали происходить в Индии. Начали появляться национальные разработчики в Японии и во Вьетнаме.

Мой стартап назывался Fairwaves — «Справедливые волны». Я проработал там практически десять лет. Сейчас мы занимаемся тем же самым, чем занимались раньше, — создаём оборудование для операторов сотовой связи, только теперь не для США, а для России.

В полной версии подкаста

14:00 Как победить интерференцию

18:00 Почему мегагерцы стоят денег

27:00 Как наследственность в сотовой связи сделала её уязвимой

33:10 Что означают все эти G

38:00 Почему, когда говоришь по 4G, интернет виснет

43:42 Как развернуть свою локальную сеть

51:20 Вышка из бамбуковой палки и государственная монополия на связь. Что Саша делал в Мексике

58:30 Почему Саша закрыл стартап

Сервис «Чистовик», Максим Ильяхов

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *