Пара слов о сотовой связи, роуминге и цифровом стандарте DMR

Ранее уже публиковались видео о том, что такое роуминг и зачем он нужен в обычной жизни. 

Ежедневно мы используем мобильный телефон, который для нас является уже обыденностью. Современные дети уже не могут себе представить, что значит телефон «по проводам». Однако, аналогия сотового телефона и роуминга в DMR как нельзя лучше иллюстрирует суть вопроса. Стоит упомянуть, что когда заходит речь о радиолюбительской связи, даже используя радилюбительские ретрансляторы, а конкретно, о качестве этой связи и работе оборудования, то все ограничивается парой-тройкой слов: «слышно», «не слышно», «сигнала нет». 

Наверное, наивно полагать, что все радиолюбители знают основы радиосвязи и зависимости. От чего возникают разного рода коллизии. Об этом позже. Вернемся к теме сотового телефона. Провел небольшой эксперимент и просчитал количество антенн сотовой связи в процессе перемещения по городу за день. Получилась такая картина и количество «перебранных» для корректной работы сотового телефона антенн оператора:

Сразу подчеркну, что точное количество БС утверждать не стану. Статистику собирал софт. Кроме этого, более подробно нам могут рассказать наши коллеги радиолюбители, которые работают в области постройки сетей сотовой связи, с которыми, к счастью, я знаком не только в Калининграде, но и в Москве и паре регионов. Отсюда, могу утверждать некоторые факты, о которых мне известно со слов технических специалистов в этой области. Далее немного углубимся в техническую информацию.

Например, большинство антенн сотовой связи — секторные панельные антенны. Угол раскрытия сигнала в плане направленности составляет 35-180 градусов в зависимости от типа антенны и «потребностей» в данной точке обеспечения связи. На нашем языке — каждая антенна подобна направленной, типа «Яги». Антенны размещаются на мачтах, или стенах домов. Каждая антенна может быть как одностандартной, так и мульти, т.е. обеспечивать работу сразу в нескольких стандартах связи(GSM,EDGE,3G,LTE и пр.). Каждая БС(базовая станция) на каждый «сектор» выдает по разным подсчетам около 60 ватт максимальной мощности. Я не буду углубляться, что мощность может варьироваться как «вручную», так и автоматически от условий обеспечения работы «соты», количества абонентов и ряда многих других факторов.

Наверняка, вы видели много таких антенн в городе в разных местах:

Задача каждой панели «закрыть» радиосигналом и телефонными сервисами тот или иной участок. Кстати, рядом с антеннами также могут располагаться и отдельные ящики. Это радио-модули. Т.е. непосредственно, сами передатчики, каждый из которых настраивается индивидуально и доступен в онлайн-режиме для технических служб оператора. Часто, каждая сота снабжена GPS-антенной для синхронизации. Вот мое видео, которое снимал для своего архива, о таких антеннах на крыше.

 

Теперь, давайте вернемся к аналогии между цифровой связью в мобильных телефонах и радиолюбительской «цифрой» в DMR, или даже, к аналоговой связи. Регулярно слышу вопрос, к удивлению для меня, от радиолюбителей ТРЕТЬЕЙ и ВТОРОЙ категорий(для четвертой категории простительно): «Почему здесь не работает связь? Мобила, вон, работает! Фигня ваша цифра/аналог/репа». Пока звучит вопрос, у меня формулируется «встречный» к оппоненту: «Кому ты сдавал экзамен и как тебе присвоили данную категорию?». Допустим, не мое это дело, а компетентных органов. Собственно, подобные вопросы и подтолкнули меня написать данную статью. И вот тут давайте разбираться, от чего же все так замечательно работает в мобильной связи?

Все просто. Кто уже знаком с понятием сотовой связи, те — молодцы. Для обывателей напомню, что принцип сотовой связи заключается в построении участков радиосети, при помощи панельный антенн, каждая ячейка которой на сленге сотовых операторов зовется «сота». Каждая сота формируется не одной, и даже не двумя направленными антеннами. Задача построения такой сети — обеспечить качественную связь при перемещении абонентов на местности и пересекая границы обслуживания каждой соты, т.к.последняя имеет весьма ограниченную зону покрытия. Если мы вспомним, в каком диапазоне работают операторы сотовой связи, а также, поверхностно курс радиофизики по условиям затухания радиоволн, то получим: диапазон частот сотовой связи и сервисов начинается от 400 Мгц(устаревшие стандарты D-AMPS, NMT-450), 800 Мгц(GSM, EDGE, GPRS, 3G, 3.5G, LTE, 4G+ и пр.) и чуть не достает до 4 ГГц(WiMaxx).

На таких высоких диапазонах частот присутствует очень сильное затухание сигнала в силу физических свойств, при пересечении городской застройки, помех и прочего. В связи с чем, операторы вынуждены в прямом смысле «строить» и просчитывать покрытие, пичкая антенны просто повсюду. Ведь операторы получают за связь деньги, а абоненты хотят иметь возможность пользоваться связью везде, где бы они не находились. И тут уже, как говориться: «Любые коврижки за ваши деньги». Кроме того, существуют отдельные бригады в штате на спец.автомобиле, оборудованном специальными приборами для замеров и расчета корректировки антенн, их наклонов к горизонту, направления, мощности и прочего, чтобы обеспечить наилучшее соседство соседних сот и других операторов между собой.  Выглядит она как обычный автомобиль с большим количеством маленьких антенн на крыше. Их количество может вестись на десятки. Данные, собранные таким автомобилем систематизируются, обрабатываются, и в случае необходимости корректировки сети — передаются в службу технического контроля для перенастройки антенн или ПО сот(-ы).

Качество настройки сот позволяет абонентам совершая звонок перемещаться между сотами без обрывов вызова. Поэтому, если в процессе разговора по мобильному телефону ваш абонент резко замолчал, а через несколько секунд вызов прервался, либо соединение резко оборвалось — вероятно, одна из причин — вы пересекли границу(переключились на другую соту), которая была настроена не достаточно хорошо.

Вы спросите, почему это одна из причин? Прерывание звонка также может быть обрывом сессии(максимального времени совершения звонка): у каждого оператора сессия длится разное время — 30 минут, 60 минут и т.д. Думаю те, кто разговаривал хоть раз по телефону более 60 минут за звонок, мог это заметить.

Другой причиной может служить чье-то обращение в службы экстренной помощи. Каждая БС имеет свое количество каналов(емкость), которые могут быть задействованы одновременно(вспомните, как раньше сложно было куда-то дозвониться на новый год в полночь, в местах скопления людей, чтоб поздравить с праздником). Один из вариантов это 32 канала связи. Предположим, они все заняты. И тут кто-то совершает экстренный вызов в службу 112. Оборудование сотовых операторов настроено таким образом, что если кто-то инициирует такой вызов, то он становится приоритетным над остальными. И в случае отсутствия свободных каналов связи — принудительно освобождается какой-либо канал из занятых, под вызов на номера экстренных служб.

Процесс перемещения и переключения абонента между сотами и называется роумингом. Для нас это слово обычно знакомо, когда заходит речь о зарубежных поездках. В рекламе мы часто слышим «домашний роуминг», «гостевой роуминг», «международный роуминг» и т.д. Суть всех роумингов одна — большая зона покрытия, ячеистая структура и возможность обеспечивать связью абонентов внутри этой зоны.

Надеюсь, теперь понятно, как и чем обеспечивается сотовая связь. Но есть одна проблема. Все это позволяет нам совершать звонки, пользоваться различными сервисами и получать доступ к Интернет, но проблема кроется в очень сложной иерархии системы и принципах работы, который не прост. Как любая «система», в случае ЧС, вероятней всего, она просто выйдет из строя, либо будет работать очень нестабильно из-за нарушения связи между ее сегментами, как уже бывало не один раз в разных местах на планете, примеры таких ситуаций не редкость. Скорее всего, многие из вас слышали в репортажах с мест событий фразы: «Мобильная связь отключилась», или «мы не смогли никуда дозвониться». Увы, чем-то надо жертвовать.

Возвращаясь к DMR и аналогии с сотовой связью.

На лицо, что «собранные за рабочий день телефоном антенны» оператора, их количество, мощность, покрытие и прочее не может конкурировать с ОДНОЙ единицей репитера у радиолюбителей, мощность которого меньше(50Вт), чем одна антенна на секторе сотового оператора.

Провалы в связи возможны. Разные условия, застройка, помехи, бытовые приборы и так далее. Мы, как радиолюбители, должны это не только понимать, но и знать, как с этим бороться.

Отсюда и получается, что чем дальше радиолюбитель находится от репитера, тем слабее его сигнал этим репитером принимается. Ибо, у репитера не направленная антенна, а круговой(чаще всего) диаграммы направленности. В случае, если вы находитесь в здании, внутри помещения, далеко от окон и прочих условиях, надо учитывать, что вероятность того, что вы услышите сигнал с репитера — выше, а что репитер из тех же условий услышит вас — пропорционально — ниже. Репитер стоит высоко и вещает 50 вт на 5-ти метровую антенну. А вы — находитесь низко и вещаете максимум 5 вт (если брать ручную станцию). И хорошо, если рядом не будет помех. Вот и ответ.

В нашем случае, когда один цифровой репитер находится в одной части города(на западе), при этом в противоположной части(на востоке) появляются проблемы со связью — разумно установить еще один цифровой репитер. Стандарт DMR допускает организацию работы двух и более цифровых систем на разных, а также, на одной частоте. Таким образом, один репитер обеспечивает уверенное покрытие одной части города — восточной, другой репитер, соответственно, второй части — западной. При этом, оба репитера имеют связь между собой. Это означает, что если вы работаете через репитер на востоке, то передает вас и репитер на востоке и параллельно репитер на западе. И наоборот. Этим достигается увеличение зоны покрытия, качества связи, удобства абонентов, более уверенный «прострел» препятствий находясь ближе к тому или иному репитеру, моральное удовлетворение абонентов.

Что касается абонентов. Есть плюсы и минусы. 

Плюсы: большая зона уверенной связи, качество сигнала, доступ к сервисам.

Минусы: автоматический роуминг поддерживается только фирменными радиостанциями типа Motorola и Hytera(современные модели китайских радиостанций, типа Anytone 878 уже научились поддерживать автоматический роуминг и вышли в продажу), на «китайцах» надо программировать отдельный канал для каждого репитера и переключать их вручную, когда посчитаете нужным. 

Недавно, я записал видео, где демонстрирую, как радиостанция автоматически переключается на активный, ближней к ней репитер:

 

И немного про технологию, позволяющую организовать возможность роуминга:

 

Оставляю за собой право не быть досконально точным в некоторых технических спецификациях, по случаю отсутствия необходимости в данном контексте, приводить точные цифры и показатели в отношении работы систем сотовой связи.

Спасибо за внимание. Задавайте вопросы, комментируйте. Делитесь в социальных сетях. 

RU2FAC