Кажется, все знают, что такое сотовая связь. И все же мы попробуем посмотреть на ее работу как бы изнутри. Процессы, которые обеспе-чивают такую простую функцию, как «в любом месте взял и позвонил», далеко не просты.
Сотовые сети
Основа сетей мобильной связи – базовые станции (БС). Грубо говоря, это несколько антенн, расположенных на высокой точке и «электронная начинка» (приемо-передатчики, контролер БС, система питания и прочее). Базовые станции соединяются с центральным узлом – коммутатором, который и обеспечивает соединение абонентов между собой, с другими сетями, с интернет-узлами, специализированными серверами и т.п.
Базовые станции ставят таким образом, чтобы зоны охвата (то расстояние, на котором телефон может связаться с БС) соприкасались. Структура размещения БС напоминает соты, отсюда и пошло название «сотовые сети» (а не от «ста баксов», как думают некоторые).
Впрочем, частота установок станций зависит от условий местности – чем меньше помех для радиосигнала, реже их можно ставить. В городской черте их ставят чаще, чем на открытой местности. В городе мобильный телефон, как правило, находится в зоне действия нескольких БС, подключен к одной, у которой сигнал выше. Передвигаясь с места на место, телефон абонента может переподключаться к разным станциям, причем при правильной настройке сети эти переходы незаметны.
Телефон обменивается огромным количеством служебной информации с базовой станцией (контроллером БС). Постоянно идет оценка качества обслуживания абонента, проверяются пороги уровня сигнала, наличие помех и оценка интерференции в принимаемом и передаваемом сигнале и т.д.
Пресловутая интерференция – настоящая проблема связи в условиях города. Иногда контроллер БС принимает решение передать абонента другой станции, с более низким уровнем сигнала, но и меньшим коэффициентом помех.
«Наиболее тяжело, как ни странно, обеспечить связь именно в условиях городской застройки. Основная причина – большое количество искусственных помех (зданий, сооружений, жилых домов) на пути распространения радиоволн. Сигнал, переотражаясь много раз, в конкретной точке приема может давать весьма непредсказуемый эффект от внезапного усиления до полного пропадания. На практике это может выглядеть так: абонент стоит на одном месте неподвижно, а индикатор сигнала на его телефоне показывает то полную шкалу, то полное отсутствие сигнала», – рассказал Павел Седых, начальник службы развития «МегаФон-Воронеж». Есть ряд алгоритмов борьбы за качество связи, например, прием и передача сигнала от мобильного телефона осуществляется на разных частотах (которые, в свою очередь, могут скачкообразно меняться) – это система ухода от интерференции. Ее признаки, например, резкое ухудшение качества речи, выпадение фреймов (пропадает часть слов, появляется «кваканье»).
Также в процессе обмена служебной информацией между базовой станцией и мобильной станцией проходят данные о местоположении абонента location-update (в зоне какой базовой станции находится абонент). Они используются, в частности, при вызове абонента – в первую очередь, идет запрос к последней «соте», где был аппарат. Если там абонента нет, то круг поиска расширяется практически до территории всей сети. Если и там найти не удастся, то вызывающая сторона услышит «абонент недоступен...».
Операторы, несмотря на то, что «построение сети» (по крайней мере, в пределах города) закончено более года назад, продолжают работы. Сеть мобильной связи, как живое существо, постоянно растет, требует расширения в одних местах и перенастройки в других. Постоянно происходит «оптимизация сети» – у одних базовых станций меняются настройки, у других – разворачиваются антенны, на третьих – меняется оборудование.
Строительство
«До сих пор идет работа по построению сети. Она не останавливалась и не будет останавливаться (по крайней мере, в обозримом будущем) – проводится наращивание мощностей, увеличение пропускной способности, вводятся новые технологии и стандарты, что влечет за собой модернизацию, а иногда и смену оборудования», – рассказал Павел Седых.
В настоящее время большинство работ «переместилось» из города в область. Хотя покрытие «большой тройки» приближается к 100% и основные районы обеспечены связью, работы сейчас идут над «проблемными участками». «Постоянно идут письма с просьбами улучшить связь или поставить базовую станцию. Со своей стороны мы прикладываем все усилия, чтобы удовлетворить пожелания как действующих, так и потенциальных абонентов. Понятно, что для двух абонентов ставить дорогие решения нерентабельно. Тем не менее, в этом году проведена огромная работа по обеспечению качественной связью небольших поселков, – отметил Павел Седых. – Мобильная связь в настоящее время более надежна «в поле», чем проводная, и менее подвержена капризам погоды. Мы стараемся обеспечить связь там, где мобильный – единственное средство общения».
Маршрутизация
Исходящий вызов с мобильного устройства (телефона) идет к БС, на которой аппарат зарегистрирован в настоящий момент. Затем вызов направляется на коммутатор. К нему «привязан» биллинг (расчет стоимости услуг), там же определяется список разрешенных для абонента сервисов, баланс счета и т.п. Через коммутатор происходит поиск вызываемого абонента. Даже для двух рядом стоящих абонентов сигнал пройдет через коммутатор.
Если звонок идет в другую сеть, то от «родного» коммутатора сигнал пройдет до коммутатора другого оператора. «Эти процедуры прописаны в законодательстве РФ. С одними операторами мы можем налаживать прямые каналы обмена трафиком, с другими – только через транзитного», – заметил Павел Седых, начальник службы развития «МегаФон».
Кроме федеральных номеров (с кодом DEF 11 знаков), абоненты сотовой связи могут пользоваться 6-значными городской нумерации. Однако их использование требует наличия у оператора лицензии на местную связь. Собственно говоря, именно необходимость дополнительной лицензии для сотовых операторов и вызвала так много эмоций при принятии закона о связи в 2006 году.
Приказ Минсвязи N98 описывает схему использования и маршрутизации прямых номеров. Если идет вызов на 6-значный номер мобильного телефона, звонок проходит таким образом (на примере «МегаФона»): городская сеть – транзитный зоновый оператор – коммутатор «МегаФона». Это приводит к удорожанию услуги, транзитному оператору трафик оплачивается.
В Воронеже GSM-операторы не отказались от использования 6-значных номеров, компенсировав дополнительные расходы за счет увеличения абонплаты, а «МТС» – за счет «платы за переадресацию»: если вам позвонят на «прямой» номер, то вы заплатите за входящий (входящие на федеральный номер бесплатны).
Дополнительные сервисы
Передача данных. В 2005 году в Воронеже начато предоставление услуг на основе GPRS – передача данных по голосовым каналам, различается классами (количество каналов на прием и передачу). В 2006 операторы перешли к EDGE (более высокая скорость). «Переход к EDGE потребовал серьезной модернизации оборудования. А впрочем, постепенная смена оборудования происходит постоянно», – отметил Павел Седых.
*111# – если набрать это на мобильном и нажать «вызов», то на экране отобразится текстовая информация. Это USSD-запрос. Сеансы USSD не тарифицируются, потому что проходят по служебным каналам, не занимая тайм-слоты (голосовые каналы). Поэтому на основе USSD-команд операторы «строят» дополнительные сервисы, например, все GSM-операторы позволяют запрашивать баланс именно таким способом – он наиболее быстрый и бесплатный. У «МегаФона», например, через USSD реализованы: «Сервис-гид», «Инфомания». У «Билайна» и «МТС» – система управления услугами и развлекательные сервисы.
Определение местоположения. «МегаФон» и «МТС» ввели услугу «определение местоположения абонента» (есть разновидности, но суть одна). Существует много алгоритмов поиска источника радиосигнала, они постоянно усовершенствуются. Самый простой – это пеленг. То же самое реализуется и в сотовых сетях. «Хотя антенна и не локатор, но решение достаточно простое, – рассказал Павел Седых. – Как отмечалось выше, телефон обменивается служебной информации с контроллером базовой станции. Вычисляется время задержки сигнала, а поскольку скорость прохождения радиоволн известна, можно легко вычислить удаленность абонента от БС. Если взять несколько базовых станций (а в городе антенн очень много), то определение местоположения – не проблема. В области, где абонент находится в зоне действия одного сектора, алгоритмы другие и точность ниже».
Конфиденциальная связь – проект «МегаФона» для спецслужб. Перехватить сигнал из эфира достаточно сложно, но для того, чтобы избежать «съема» информации в других местах (там, где он идет дешифрованный по кабелю), аппараты обмениваются данными напрямую. Сеть «МегаФона» выступает только транспортом – это некий аналог рации «точка-точка». А. Стриженова
Кажется, все знают, что такое сотовая связь. И все же мы попробуем посмотреть на ее работу как бы изнутри. Процессы, которые обеспе-чивают такую простую функцию, как «в любом месте взял и позвонил», далеко не просты.