Podstawą komunikacji mobilnej nie jest tylko wykonywanie połączeń, ale także maksymalne wykorzystanie skończonych zasobów fal radiowych. W dobie systemów analogowych I generacji inżynierowie nie mogli liczyć na nieskończoną przepustowość. Musieli polegać na geometrycznej sztuczce: podziale komórek.
Wyobraź sobie miasto podzielone na sześciokątną siatkę. Każdy sześciokąt to „komórka”. Aby zapobiec zakłóceniom sygnału, sąsiednie komórki nie mogą używać tych samych częstotliwości. Dało to początek słynnemu „wzorowi ponownego wykorzystania siedmiu komórek”. Operator, dysponując szerokim przydziałem widma, podzielił te częstotliwości na siedem różnych grup. Każda komórka otrzymała swój własny, unikalny zestaw, dzięki czemu żadne dwie sąsiednie wieże nie działały na tej samej częstotliwości.
Obliczenia dotyczące pojemności 1G
Przyjrzyjmy się liczbom dotyczącym typowego dużego operatora w dużym mieście. Można mu przydzielić 832 częstotliwości radiowe. To wydaje się dużo, ale trzeba wziąć pod uwagę sposób działania systemu.
Telefony komórkowe wykorzystują kanały dupleksowe, co oznacza, że do jednego połączenia potrzebne są dwie częstotliwości: jedna do nadawania i druga do odbioru. Ponadto nie wszystkie częstotliwości są przeznaczone dla głosu. Niektóre są zarezerwowane dla sygnałów sterujących zapewniających uzgadnianie sieci.
- Częstotliwości ogółem: 832
- Kanały sterujące: 42
- Częstotliwości głosu: 790
- Kanały głosowe na operatora: 395 (od 790 / 2 = 395)
Podzielmy teraz te 395 kanałów głosowych na siedem komórek.
- Kanały na komórkę: ~56
W systemie analogowym pierwszej generacji oznacza to, że jedna wieża bazowa może obsługiwać około 56 jednoczesnych rozmów. Jeśli spróbujesz nawiązać połączenie, gdy wszystkie 56 linii będzie zajętych, usłyszysz sygnał zajętości. Brak kolejki. Bez czekania. Tylko statyczne.
Systemy cyfrowe, takie jak 2G, znacząco zmieniły zasady gry. Technologie takie jak TDMA (wielokrotny dostęp z podziałem czasowym) umożliwiły przesłanie na jednej częstotliwości trzy razy większej ilości danych. Dzieląc czas na przedziały, jedna częstotliwość może obsługiwać trzy różne połączenia. Nagle ta sama komórka mogła obsłużyć około 168 jednoczesnych użytkowników. Skok wydajności był kolosalny.
Dlaczego niska moc jest ważna
Możesz się zastanawiać, dlaczego telefony komórkowe nie tylko przesyłają sygnały o dużej mocy, aby zapewnić połączenie. Istnieją ku temu dwa praktyczne powody, oba zakorzenione w fizyce i żywotności baterii.
Większość wczesnych telefonów komórkowych zużywała 0,6 W lub 3 W. Dla porównania standardowe radio cywilne (CB) nadaje z mocą 4 watów. Dlatego też możesz słyszeć rozmowy CB z odległości kilku przecznic, ale sygnał Twojego telefonu komórkowego rzadko wykracza poza przypisaną komórkę.
Niska moc wyjściowa jest cechą, a nie wadą.
- Ponowne wykorzystanie częstotliwości: Ponieważ sygnał jest słaby, nie dociera on daleko. Dzięki temu komórki bardziej od siebie oddalone (takie jak fioletowe komórki na standardowym schemacie sześciokątnym) mogą ponownie wykorzystać te same 56 częstotliwości bez zakłóceń. To właśnie ponowne wykorzystanie umożliwia skalowanie sieci. Bez małej mocy potrzebne byłyby setki unikalnych bloków częstotliwości, które natychmiast wyczerpałyby dostępne widmo.
- Energooszczędność: Urządzenia przenośne działają na bateriach. Transmisja przy dużej mocy szybko je rozładowuje. Nadajniki małej mocy oznaczały mniejsze baterie, co oznaczało mniejsze telefony, dzięki czemu „telefon komórkowy” był naprawdę przenośny.
Mózg operacji
Model komórkowy wymaga infrastruktury. Jedno duże miasto może mieć setki stacji bazowych (wież) rozproszonych po całym jego terytorium. Ale te wieże nie są niezależnymi agentami. Zarządzane są przez centralny węzeł znany jako Centrala Telefonii Komórkowej lub MTSO.
MTSO obsługuje wszystkie połączenia z tradycyjną siecią telefonii stacjonarnej i zarządza każdą stacją bazową w regionie.
Pomyśl o MTSO jak o kontrolerze ruchu. Decyduje, która wieża obsłuży Twoje połączenie, steruje transmisją (str
