Как работает сотовая связь и какие технологии для этого нужны

МОСКВА, 21 сен — РИА Новости, Кирилл Каримов. Мобильная связь стала критически важным сервисом для каждого из нас, наравне с электричеством или водой. Как работает базовая станция, почему связь сотовая и чем отличаются ее поколения — в материале РИА Новости.

Почему сотовая

Вопрос, почему мобильную связь часто называют сотовой, банальный, но достаточно важный для понимания принципов ее работы. Зона покрытия сотовой связи оператором дробится на ячейки. В центре каждой находится базовая станция (БС), а иногда и несколько.

© РИА Новости / Михаил Воскресенский

Перейти в медиабанк

Мачта базовой станции

Но ведь речь идет о радиусе, причем здесь соты? Да, на идеально ровной поверхности, где нет физических препятствий, зона покрытия базовой станции представляет собой круг. В реальности базовая станция, как правило, имеет 3 антенны, каждая из которых покрывает угол в 120 градусов. Чтобы соседние БС вместе образовали единую сеть, зоны покрытия будут неизбежно перекрываться. Тогда-то каждая ячейка выглядит, как шестигранник или сотой.

Для построения сот операторы связи используют радиопланирование — специалисты рассчитывают где, как и какую базовую станцию установить, учитывая уже существующее окружение. Современные базовые станции еще и "общаются" между собой — совсем необязательно, что ваш смартфон подключается к большой вышке, виднеющейся из окна квартиры, возможно, сигнал идет от миниатюрной фемтосоты, которую и рассмотреть неспециалисту трудно.

А что с мертвыми зонами — ведь каждый встречался с ними, когда сигнал внезапно прерывался даже посреди большого города? Именно для борьбы с этим неприятным явлением индустрия пошла на миниатюризацию станций и внедрение многочисленных ретрансляторов сигнала. Порой случаются помехи и перегрузы — секторы базовой ситуации способны обработать ограниченное количество голосовых звонков. С современным оборудованием (и переходом части пользователей в мессенджеры) проблема стоит не так остро, а ведь еще несколько лет назад ситуация, когда не дозвонился на Новый год с поздравлением, была привычной.

Принцип работы сотовой связи

Современная мобильная связь отличается эшелонированием, а БС не просто так называются базовыми. Фактически, это основа мобильной связи, на которую завязано обслуживание абонентов оператора.

"Сотовая связь сейчас состоит из нескольких сетевых слоев: ядро сети, транспортная сеть и RAN (Radio access network). Последнее связано с базовыми станциями, их контроллерами, приемо-передающими антеннами. Современная базовая станция универсальна, чего не было раньше. Она, как правило, содержит в себе поддержку трех поколений — 2G, 3G и LTE. Но на сетях еще есть какое-то количество базовых станций, например, только с 2G-радиомодулями", — говорит директор по стратегии и долгосрочному планированию развития сети билайн Владимир Валькович.

Всякая базовая станция работает на определенном частотном диапазоне — от него зависит радиус действия вокруг БС. И чем ниже частота, тем он больше: за городом LTE в нижних диапазонах может "бить" на почти 20 км. В городе, где много препятствий, а частоты буквально "друг на друге", базовая станция часто покрывает до нескольких сотен метров. В особенности это касается высокочастотной мобильной сети пятого поколения.

Смартфон (или другой гаджет, работающий с мобильной сетью) связывается с базовой станцией, отправляя ей "международный идентификатор мобильного абонента" — IMSI. Это 15 цифр, в которых зашифрованы код страны, код сети и конкретная SIM-карта в сети мобильной связи. Именно поэтому IMSI уникален и в отличие от вашего номера телефона, не может быть перенесен на другую симку.

И да, хоть телефон без сим-карты и не регистрируется в сети, но устанавливать связь с базовой станцией способен — благодаря этому, например, можно совершать экстренные вызовы.

Перемещаясь со своим смартфоном в пространстве, вы даже не заметите, как он подключается к разным БС. Правда, это зависит от зоны и качества покрытия — если в больших городах это происходит бесшовно, то в поездке на поезде процесс переподключения может занять гораздо больше времени.

Поколения стандартов мобильной связи

Развитие сотовой связи идет с 70-х годов прошлого века, пройдя через несколько поколений стандартов — от аналогового 1G до перспективного 6G, развертывание которого ожидается в конце текущего десятилетия. Актуальны 2G, 3G, LTE и 5G. Причем устаревшие форматы пока не собираются на покой, ведь для них и сейчас работа находится.

По данным билайн, до 20 процентов абонентов используют преимущественно 2G — это голосовые вызовы и SMS. Следующий за ним 3G активно применяется умной техникой, а также в системе "ЭРА-Глонасс": устройство вызова, расположенное в транспортном средстве, передает цифровые данные в голосовом канале в сетях второго и третьего поколения.

"Любой оператор, в том числе и билайн, постоянно занят оптимизацией радиодиапазона — действующие частоты, например, 3G, передаются в использование новым LTE-станциям. Речи о полном отключении устаревающих стандартов мобильной связи не идет в ближайшие 1-2 года: они до сих пор востребованы, особенно в интернете вещей, однако идет постоянная оптимизация и перераспределение частот в пользу 4G/LTE", — подчеркивает Владимир Валькович.

Пятое поколение мобильной связи или 5G было представлено в середине десятых, а уже к 2022 году по всему миру работают сотни тысяч таких БС. Главное отличие от предшественниц заключается в принципе широкополосной мобильной связи: скорость интернета равняется 1-2 Гбит/с, а экспериментальные сети разгоняли и до 5 Гбит/с. Для справки — хороший проводной интернет по оптоволоконной линии выдает 1 Гбит/с.

© Flickr / smith

Вышка сотовой связи

Развитие сетей пятого поколения в России продолжается, хотя темпы и не такие быстрые, как это было с LTE — регуляторы и государство пока окончательно не определились, какие частоты достанутся операторам для работы. Но "большая четверка" активно готовится к внедрению 5G: так, большая часть сети билайн готова к модернизации до следующего поколения, то есть это 5G-ready.

© РИА Новости / Сергей Мальгавко

Перейти в медиабанк

Вышка мобильной связи в стандарте LTE

В билайн внедряется технология 5G в частных мобильных сетях для обеспечения работы предприятий, пром. площадок и технопарков. Крупные пользователи используют ее не столько ради высокой скорости, но из-за низких задержек, чего LTE обеспечить не может. В отдельных сценариях использования, например, связи с беспилотным автомобилем или квадрокоптером, это критически важная характеристика.

Перспективы сотовой связи в России

Помимо 5G, тестовые зоны для которого работают по всей России, мобильная связь имеет и другие векторы развития. Среди них, это поддержание стабильности качества связи.

Покрытие мобильной связью территории России становится лучше каждый год, но операторам и государству есть еще над чем работать — например, над качеством сигнала вдоль федеральных трасс. Ряд совместных программ уже дали свои плоды, например, именно государственно-частное партнерство помогло обеспечить мобильной связью поселки и села с населением более 1000 человек.

Отдельный вопрос связан с телекоммуникационным оборудованием. Часть из него попало под санкционные ограничения — операторы оптимизируют пути поставок и ищут альтернативных производителей. Ожидается, что перспективные российские разработки, в частности базовые станции 4G и 5G, появятся на рынке до конца 2023 года. Потенциальный спрос на него огромен — только билайн в 2021 году развернул более 20 тысяч новых базовых станций.

В билайн создали запас оборудования с учетом уже запланированной программы модернизации на 2022-23 годы. Чтобы абоненты не столкнулись с падением качества связи, оператор повышает эффективность использования уже существующей техники — анализ больших данных помогает решать, где сейчас требуется более мощные БС, а куда можно установить менее производительное оборудование без потери качества связи.