Наверно на территории России невозможно найти человека, никогда не звонившего по сотовому телефону. Но не каждый понимает, как функционирует эта связь. А тем более как устроены и работают базовые станции сотовой связи. Хотя они скорее всего попадаются на глаза каждый день всем жителям городов и сёл. Базовые сотовые станции стоят в чистом поле и близко от домов, практически на соседних крышах. Поэтому нелишним будет знать как они выглядят, работают и позволяют нам общаться с соседями через стенку и родственниками за тысячи километров.
Общие сведения о базовой станции
Чтобы понять, что такое базовая станция, необходимо иметь представление из чего вообще состоят сотовые сети. Опыт развития мобильной технологии привёл к разделению функций и логической разбивке системы на три подсистемы. Каждая из которых это замкнутый элемент, выполняющий определенные обязанности. Это целесообразно, и позволяет эффективно контролировать работу, отслеживать неисправности и исправлять ошибки в процессе развития и эксплуатации мобильной связи.
Доступность, качество и непрерывность связи осуществляется благодаря трём подсистемам:
- эксплуатации и технического обслуживания Operation Subsystem или OSS.
- коммутации Switching Subsystem или SSS.
- базовых сотовых станций Base Station Subsystem или BSS.
В общей системе подсистема OSS контролирует качество обмена данными и управляет всеми компонентами. Устранение неисправностей, управление нагрузкой и контроль работы оборудования осуществляются автоматически или в ручном режиме обслуживающим персоналом.
Подсистема коммутации это скелет всей сети GSM. Она обеспечивает коммутацию, регистрацию домашнего и гостевого месторасположения, аутентификацию абонентов.
И наконец, подсистема базовых сотовых станций. В её состав входят:
- Транскодеры TRAU.
- Контроллеры BSC.
- И непосредственно базовые сотовые станции BTS.
Транскодеры и контроллеры помогают функционировать подсистеме, а на отдельные станции возложены следующие обязанности:
- Радиосвязь в определённой соте;
- Контроль качества обмена данными (связи);
- Обмен данными между собой;
- Управление мощностью сигнала.
Каждая базовая сотовая станция это центр соты, обеспечивающая передачу данных и создающая регламентированную зону обслуживания (покрытия). Отсюда и появилось название сотовая связь.
Сама базовая сотовая станция это комплекс из антенны (антенн), радио модуля и блока питания. Антенны принимают и передают, радио модуль обрабатывает и усиливает сигнал, а блок питания снабжает базу электроэнергией. Располагают базовые антенны на зданиях и сооружениях, возвышенностях, мачтах, вышках до 300 м высотой и просто на столбах. В любом случае, самая заметная и выделяющаяся из общего пейзажа часть это мачта с несколькими антеннами. Они окружают нас , часто мы просто их не замечаем. Но мобильный телефон работает, значит приёмо-передатчик где-то рядом.
Виды базовых станций
Прежде всего, сотовые базовые станции различаются размерами. По этому параметру их можно поделить на:
- фемтосоты
- пико
- микро
- макро
Фемтосота – самая маленькая и её скорее можно назвать точкой доступа. Обычно оператор сотовой связи не имеет отношения к данному оборудованию, оно является собственностью потребителя, и обеспечивает связь для домохозяйства или предприятия. Устройство не требует вмешательства оператора, автоматически определяет радио параметры и подключения к сети операторов. Размещается внутри помещений и имеет размеры сопоставимые с домашними роутерами.
Следующие по размеру устройства, это базовые сотовые станции маленькой мощности – Пикосоты. Устройство сравнимо по размеру с ноутбуком или даже портативным компьютером. Используются в местах потенциально большой концентрации пользователей интернета для распространения локального сигнала сети IP/Ethernet. Устанавливаются в больших офисных зданиях, гипермаркетах, выставочных, бизнес и ярмарочных комплексах. Хотя и устанавливаются мобильными операторами, но еще не являются полноценными базовыми сотовыми станциями.
Следующей по размеру и уже вполне функциональная станция сотовой связи, это микросота. Обладая небольшими размерами и весом до 50 кг, обеспечивает связь в радиусе до 5 км.
Её габариты ограничивают количество поддерживаемых абонентов. Поэтому микросоты применяются в небольших населённых пунктах, для обеспечения локальных участков больших городов, там где нет необходимости в мощных излучателях или их некуда установить. Они практически незаметны на столбах. А в последнее время их научились еще и маскировать под деревья.
И наконец полноценные, мощные базовые сотовые станции, которые смонтированы повсюду. Особенно актуальна их установка на возвышенностях в городах. За городом мощные станции устанавливают чтобы обеспечить как можно больший радиус покрытия, потому что установка каждой связана с созданием хотя бы минимальной инфраструктуры. Это линия электропередачи и возможность подъезда для монтажа и обслуживания. Поэтому проще поставить одну мощную чем несколько небольших станций сотовой связи.
Зона действия каждой базовой сотовой станции зависит рельефа окружающей местности, высоты антенны, количества помех и препятствий в радиусе работы сотовой связи. Поэтому при планировании места установки радиус покрытия не всегда имеет первостепенную важность. Помимо перечисленных факторов учитывают ещё и возможный рост числа абонентов. Такой рост может спровоцировать ограничение на одновременное подключение сотовых телефонов. В этом случае операторам приходится уменьшать радиус действия установленной и дополнительно монтировать несколько станций сотовой связи.
Оборудование базовых станций сотовой связи
Структурно все базовые станции gsm и lte состоят из трех основных компонентов. Это антенна, радио блок и система питания.
Визуально расположение базовой сотовой станции можно определить по антеннам. Это обязательный элемент устройства. Именно антенны принимают и передают сигналы между собой и абонентами. Антенна это очень важная часть базы, от которой зависит качество мобильной связи. Такие вышки с антеннами уже привычно вписались в городские и сельские пейзажи.
Для связи с сетью (соседними станциями) проводят оптоволокно. Если это сделать затруднительно или вовсе не представляется возможным, то на мачте устанавливается ещё и антенна релейной связи. Она имеет вид тарелки и немного похожа на спутниковые антенны.
С антенн сигнал поступает на радио блоки, которые устанавливаются открыто (наружно), либо в специальных помещениях.
Радио блоки в процессе работы греются. Поэтому установленные внутри аппаратных помещений требуют принудительного охлаждения с помощью кондиционера. Наружные охлаждаются естественным путём.
Третьей основной составляющей базовых станций является система питания. В неё входят преобразователь переменного тока в постоянный с управляющей и защитной аппаратурой. И конечно же аккумуляторы для бесперебойного питания.
Остальное оборудование обеспечивает нормальное функционирование основных систем, и находится в самом помещении либо рядом с ним в специальных шкафах или контейнерах. Это климат-контроль (кондиционер и обогреватель), система вентиляции и безопасности, противопожарные устройства и прочая вспомогательная аппаратура.
Принцип работы базовой станции, как они связываются между собой
Удобство пользования мобильной связью заключается в свободе передвижения. Мы можем идти пешком или ехать в автомобиле, при этом разговаривать по телефону. Мы передвигаемся, но связь не прерывается. Непрерывность обеспечивается за счет способности коммутатора или по другому Центра коммутации подвижной связи моментально переключать абонента из зоны действия одной базовой сотовой станции в другую. Это схематично видно на рисунке.
При этом абонент может передвигаться не прерывая разговор не только между антеннами, но от одного контроллера к другому. Эффективные технологии базовых станций позволят проехать тысячи километров не прерывая беседы. Если конечно хватит средств на роуминг.
При этом коммутаторы обеспечивают не только непрерывную связь в сети, но и оптимальное распределение нагрузки на базовые антенны. Это делается, чтобы обеспечить качественный сигнал, исключить перегрузку отдельных сегментов (сот) и снизить вероятность поломки оборудования.
Все это происходит моментально, задержка бывает только при начальном соединении и может составлять до трёх секунд. Так происходит потому, что должна произойти цепочка событий. А именно:
- Сигнал должен добраться до коммутатора.
- Он передает звонок на сторону получателя (в международные или междугородные сети, в городскую АТС, или другому оператору мобильной связи). Это происходит быстро при помощи оптоволоконных кабелей или радиорелейных каналов.
- Далее звонок поступает на коммутатор принимающей стороны. В этом коммутаторе уже есть данные о местонахождении вызываемого абонента. А именно в какой соте находится и к какой базовой антенне ближе всего.
- И вот уже адресату поступил вызов.
Коротко можно сказать, что абоненты общаются между собой через БС, а сотовые станции соединяет Центр коммутации.
Как определить базовую станцию на карте
Иногда возникают ситуации, когда связь пропадает, а данные невозможно передать. Такие случаи бывают из-за удаленности или маломощности базовых антенн или множества препятствий для сигнала. Хочется найти место для устойчивого приёма и комфортного разговора. Это достаточно легко сделать, если в руках есть смартфон или находитесь рядом с компьютером. С помощью приложений для телефонов и сайтов в интернете, определить местоположение базовых станций на карте и уровень сигнала не представляет труда.
Для телефонов разработаны множество программ, которые можно скачать с сайтов или в магазинах приложений. Приложение найдет базовую антенну на карте, определит уровень сигнала и координаты. Например, для андроид, будут полезными следующие приложения:
- GSM Monitor
- Gsm Signal Monitor
- Antennas
- Network Signal Strength
- Cell Phone Coverage Map
- Network Signal
И много других.
Для устройств под руководством iOS выбор меньше, это:
- Signal 2
- Find Tower Locate 4G antenna
Но с iPhone, так же как и с компьютера всегда можно выйти в интернет, и определить окружающие станции. Это можно сделать на сайтах операторов и популярных сторонних сервисах. Таких как англоязычный opensignal.com или сайт на русском netmonitor.ru или xinit.ru. Недостатком информации на сайтах является отсутствие сведений о силе сигнала ближайших базовых антенн.
Обслуживание базовых станций мобильной связи
Любое оборудование требует периодической профилактики и обслуживания. Обычная проверка включает снятие показаний электросчетчиков, тест блока питания, осмотр электроники, мачты, антенн и кабелей. При аварийных ситуациях обслуживающие инженеры действуют не в слепую. Для отслеживания неполадок существует дистанционная система мониторинга оборудования. Поэтому они заранее знают о возможных неполадках, и поломка какого-либо элемента не вызывает паники у сотрудников сотовых компаний. Современные сотовые станции собираются по модульной системе, блоки меняются достаточно легко и быстро. Обслуживание базовых станций сотовой связи выстроено таким образом, чтобы неполадки устранялись немедленно и абоненты всегда оставались на связи.
Для мониторинга общей работы сотовых сетей существует специальная аппаратура, которая обычно стационарно устанавливается в автомобиле. Такая лаборатория на колёсах служит для оценки качества сигнала в различных уголках городов и при выезде на открытую местность. Причем компании мониторят как свои, так и сети конкурентов.
Ещё один способ мониторинга своих сетей компании осуществляют с помощью имитатора базовой станции. Он нужен для поиска, идентификации и обнаружения устройств негласного съёма информации и прослушивания абонентов сотовой связи. Сотовики стремятся обезопасить себя и своих клиентов от негласного вторжения в обмен данными и прослушки телефонных звонков.
Правила работы на высоте при обслуживании антенно-мачтовых сооружений
Все хотят иметь хороший сотовый сигнал дома и вне его. Но немногие знают, что комфортное общение по мобильному телефону зависит от количества, расположения и мощности базовых антенн на металлических вышках и мачтах вокруг нас. Зная принцип работы, расположение и уровень сигнала ближайших сотовых станций, всегда можно найти место для комфортного разговора по мобильному телефону и обмена большими файлами.
