Základem mobilní komunikace není jen telefonování, ale také maximální využití omezeného množství rádiových vln. V éře analogových systémů 1. generace nemohli inženýři počítat s nekonečnou šířkou pásma. Museli se spolehnout na geometrický trik: dělení buněk.
Představte si město rozdělené do šestiúhelníkové sítě. Každý šestiúhelník je “buňka”. Aby se zabránilo rušení signálu, sousední buňky nemohou používat stejné frekvence. To dalo vzniknout slavnému „vzoru opětovného použití sedmi buněk“. Operátor s širokým přiděleným spektrem rozdělil tyto frekvence do sedmi různých skupin. Každá buňka obdržela svou vlastní unikátní sadu, která zajistila, že žádné dvě sousední věže nepracují na stejné frekvenci.
Matematika kapacity 1G
Podívejme se na čísla pro typického velkého operátora ve větším městě. Lze mu přidělit 832 rádiových frekvencí. Zní to jako hodně, ale musíte zvážit, jak systém funguje.
Mobilní telefony používají duplexní kanály, což znamená, že pro jeden hovor jsou vyžadovány dvě frekvence: jedna pro vysílání a druhá pro příjem. Navíc ne všechny frekvence jsou určeny pro hlas. Některé jsou vyhrazeny pro řídicí signály, které poskytují síťové handshake.
- Celkové frekvence: 832
- Ovládací kanály: 42
- Hlasové frekvence: 790
- Hlasové kanály na operátora: 395 (od 790 / 2 = 395)
Nyní rozdělme těchto 395 hlasových kanálů do sedmi buněk.
- Kanály na buňku: ~56
V analogovém systému 1. generace to znamená, že jedna základní věž může podporovat přibližně 56 současných hovorů. Pokud se pokusíte volat, když je všech 56 linek obsazeno, uslyšíte obsazovací tón. Žádná fronta. Žádné čekání. Pouze statické.
Digitální systémy jako 2G výrazně změnily hru. Technologie jako TDMA (Time Division Multiple Access) umožnily, aby jedna frekvence přenesla třikrát více dat. Rozdělením času do slotů by jedna frekvence mohla podporovat tři různá volání. Najednou by stejná buňka mohla zvládnout asi 168 souběžných uživatelů. Skok v účinnosti byl kolosální.
Proč je důležitý nízký výkon
Možná se divíte, proč mobilní telefony nevysílají signály s vysokým výkonem, aby bylo zajištěno spojení. Má to dva praktické důvody, oba mají kořeny ve fyzice a výdrži baterie.
Většina prvních mobilních telefonů pracovala při 0,6 wattu nebo 3 wattu. Pro srovnání, standardní civilní rádio (CB) vysílá 4 watty. To je důvod, proč můžete slyšet konverzace CB z několika bloků daleko, ale signál vašeho mobilního telefonu zřídka přesahuje jeho přidělenou buňku.
Tento nízký výstupní výkon je vlastnost, nikoli vada.
- Opětovné použití frekvence: Vzhledem k tomu, že signál je slabý, nedosahuje daleko. To umožňuje buňkám, které jsou dále od sebe (jako jsou fialové buňky ve standardním hexagonálním diagramu), znovu použít stejných 56 frekvencí bez rušení. Právě toto opětovné použití umožňuje škálování sítě. Bez nízkého výkonu byste potřebovali stovky unikátních frekvenčních bloků, které by okamžitě odčerpaly dostupné spektrum.
- Energeticky efektivní: Přenosná zařízení fungují na baterie. Přenos při vysokém výkonu je rychle vybije. Nízkoenergetické vysílače znamenaly menší baterie, což znamenalo menší telefony, díky čemuž byl „mobilní“ telefon skutečně přenosný.
Mozek operace
Mobilní model vyžaduje infrastrukturu. Jedno velké město může mít stovky základnových stanic (věží) rozmístěných po celém jeho území. Ale tyto věže nejsou nezávislými agenty. Jsou spravovány centrálním rozbočovačem známým jako Mobile Telephone Switching Office nebo MTSO.
MTSO zajišťuje všechna připojení k tradiční pevné telefonní síti a spravuje každou základnovou stanici v regionu.
Představte si MTSO jako řídícího provozu. Rozhoduje, která věž obslouží váš hovor, řídí přenos (ruka
