Фундамент мобільного зв’язку полягає не тільки у здійсненні дзвінків, а й у добуванні максимальної користі з кінцевого запасу радіохвиль. У період аналогових систем 1-го покоління інженери було неможливо розраховувати на нескінченну смугу пропускання. Їм доводилося покладатися на геометричний трюк: розбиття на осередки (cell splitting).
Уявіть собі місто, поділене на гексагональну сітку. Кожен гексагон є «осередком». Щоб запобігти інтерференції сигналів, сусідні осередки не можуть використовувати ті самі частоти. Це призвело до виникнення знаменитого «сім’ячячкового шаблону повторного використання». Оператор з широким виділеним спектром розподіляв ці частоти по семи різних груп. Кожен осередок отримував свій унікальний набір, гарантуючи, що дві сусідні вишки не працюватимуть на одній і тій же частоті.
Математика ємності 1G
Давайте подивимося на цифри для типового оператора у великому місті. Йому може бути виділено 832 радіочастоти. Це звучить як багато, але слід враховувати принцип роботи системи.
Мобільні телефони використовують дуплексні канали, що означає необхідність двох частот одного виклику: одна передачі, інша прийому. Крім того, не всі частоти призначені для голосу. Деякі зарезервовані для сигналів керування, що забезпечують рукостискання мережі.
- Усього частот: 832
- Канали управління: 42
- Частоти для голосу: 790
- Голосових каналів на одного оператора: 395 (оскільки 790/2 = 395)
Тепер розділимо ці 395 голосових каналів на сім осередків.
- Каналів на комірку: ~56
В аналоговій системі 1-го покоління це означає, що одна базова вежа може підтримувати приблизно 56 одночасних розмов. Якщо ви спробуєте здійснити виклик, коли всі 56 ліній зайняті, ви почуєте сигнал зайнятості. Жодної черги. Жодного очікування. Лише статика.
Цифрові системи, такі як 2G, значно змінили правила гри. Такі технології, як TDMA (множинний доступ з поділом за часом), дозволили одній частоті передавати втричі більше даних. Розділяючи час на слоти, одна частота могла підтримувати три різні виклики. Раптом той самий осередок міг обслуговувати близько 168 одночасних користувачів. Стрибок у ефективності був колосальним.
Чому важлива низька потужність
Ви можете поставити запитання, чому мобільні телефони не просто передають сигнали на високій потужності, щоб гарантувати з’єднання. На це є дві практичні причини, обидві з яких кореняться у фізиці та часі автономної роботи.
Більшість ранніх мобільних телефонів працювали на потужності 0,6 ВАТ або 3 ВАТ. Для порівняння: стандартна громадянська радіостанція (CB) передає на 4 вати. Ось чому ви можете чути розмови по CB на відстані кількох кварталів, але сигнал вашого мобільного телефону рідко виходить за межі призначеного йому осередку.
Ця низька вихідна потужність – це особливість, а не недолік.
- Повторне використання частот: Оскільки сигнал слабкий, він не поширюється далеко. Це дозволяє коміркам, що знаходяться на більшій відстані один від одного (наприклад, фіолетовим коміркам на стандартній гексагональній діаграмі), повторно використовувати ті самі 56 частот без інтерференції. Саме це повторне використання дозволяє мережі масштабуватись. Без низької потужності вам знадобилися сотні унікальних блоків частот, що миттєво виснажило б доступний спектр.
- Енергоефективність: Портативні пристрої працюють від батарей. Передача на високій потужності швидко їх розряджає. Передавачі з низькою потужністю означали менші батареї, що означало менші розміри телефонів, що зробило “стільниковий” телефон по-справжньому портативним.
Мозок операції
Стільникова модель потребує інфраструктури. В одному великому місті може бути сотні базових станцій (вишок), розкиданих по всій території. Але ці вежі не є незалежними агентами. Вони керуються центральним вузлом, відомим як Офіс комутації мобільних телефонів або MTSO.
MTSO обробляє всі з’єднання з традиційною стаціонарною телефонною мережею та керує кожною базовою станцією у регіоні.
Подайте MTSO як диспетчера руху. Він вирішує, яка вишка обслуговуватиме ваш дзвінок, керує передачею (hand
