Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Вышки сотовой связи
Cell-Tower.jpg
Ячейка башня проведения антенн четырех сотовых сетей (разделенных по вертикали на опорный полюсе) (Клеточная Установка (АМС))
Типсайт сотового телефона
Первая продукция20 век

Сайт ячейки , башни ячейки или сотовая базовая станция является сотовой -Enabled мобильного устройства сайта , где антенна и электронное оборудование связи размещаются- , как правило , на радио мачты, башни , или другой поднял структуру-чтобы создать ячейку (или соседние ячейки) в сотовой сети . Возвышенная структура обычно поддерживает антенну [ требуется пояснение ] и один или несколько наборов приемопередатчиков передатчиков / приемников , процессоры цифровых сигналов , управляющую электронику, приемник GPS для синхронизации (для CDMA2000/ IS-95 или GSM ), первичные и резервные источники электроэнергии и укрытия. [1] [ необходим сторонний источник ]

В сетях глобальной системы мобильной связи (GSM) правильным термином является базовая приемопередающая станция (BTS), а разговорные синонимы - «мачта мобильного телефона» или « базовая станция ». Несколько операторов сотовой связи часто экономят деньги, устанавливая свои антенны на общей мачте; поскольку отдельные системы используют разные частоты, антенны можно располагать близко друг к другу, не мешая друг другу. Некоторые компании-провайдеры используют несколько сотовых сетей и аналогичным образом используют совместно размещенные базовые станции для двух или более сотовых сетей (например, CDMA2000 или GSM ).

В некоторых городах требуется, чтобы сотовые узлы были незаметными; их можно смешивать с окружающей средой [2] или устанавливать на зданиях [3] или рекламных башнях. [ необходима цитата ] За сохраненными деревьями часто можно скрыть вышки сотовой связи внутри искусственного или сохранившегося дерева. Эти установки обычно называют узлами скрытых сот или узлами скрытых сот.

Обзор [ править ]

Сотовая сеть представляет собой сеть портативных мобильных телефонов (сотовые телефоны) , в которых каждый телефоне обменивается данные с телефонной сетью с помощью радиоволн через локальную антенну на базовую станцию сотовой ячейки (сайте). Зона покрытия, в которой предоставляется услуга, разделена на мозаику небольших географических областей, называемых «сотами», каждая из которых обслуживается отдельным маломощным многоканальным приемопередатчиком и антенной на базовой станции. Все сотовые телефоны в соте связываются с системой через антенну этой соты по отдельным частотным каналам, назначенным базовой станцией из общего пула частот, используемых системой.

Цель организации сотовой связи - сохранить полосу пропускания радиосвязи за счет повторного использования частот ; радиосигналы малой мощности, используемые в каждой ячейке, не распространяются далеко за пределы ячейки, поэтому радиоканалы можно повторно использовать в географически разделенных ячейках. Когда мобильный пользователь перемещается из одной ячейки в другую, его телефон автоматически «передается» на антенну новой ячейки, ему назначается новый набор частот, а затем он связывается с этой антенной. Этот фоновый процесс передачи обслуживания незаметен для пользователя и может происходить в середине телефонного разговора без прерывания обслуживания. Каждый сотовый телефон оснащен автоматическим полнодуплексным цифровым трансивером.и осуществляет связь с антенной соты по двум цифровым радиоканалам в диапазоне УВЧ или СВЧ , по одному для каждого направления двунаправленного разговора, плюс канал управления, который обрабатывает регистрацию телефона в сети, набор номера и процесс передачи обслуживания.

Обычно вышка сотовой связи расположена на краю одной или нескольких сот и покрывает несколько сот с использованием направленных антенн . Обычная геометрия заключается в размещении сотовой станции на пересечении трех соседних ячеек с тремя антеннами под углом 120 °, каждая из которых покрывает одну ячейку. Тип антенны, используемой для базовых станций сотовой связи (вертикальные белые прямоугольники на рисунках) , называемый секторной антенной , обычно состоит из вертикальной коллинеарной решетки диполей . Имеет плоскую веерообразную диаграмму направленности., который немного наклонен вниз, чтобы покрыть область соты, не излучая под большими углами в отдаленные соты, которые повторно используют те же частоты. Угол подъема антенны должен быть тщательно отрегулирован, чтобы луч покрыл всю ячейку, не излучая слишком далеко. В современных секторных антеннах наклон луча обычно можно регулировать с помощью электроники, чтобы избежать необходимости обхода линейного монтера на вышку для механического наклона антенны при необходимости регулировки.

  • Мобильный сайт на смотровой башне

  • Вышка сотовой связи Deutsche Telekom на крыше здания в Карлсруэ , Германия

  • Сотовая башня Элкхорн - Panoramio

  • Сайт внутренней сотовой связи Deutsche Telekom в Германии

  • Сайт клетки с короткой мачтой на вершине горы в Вайоминге , США.

  • Антенны на бетонном заводе в Германии

  • Антенная решетка на опоре электричества

  • Вышка мобильного телефона в Кенгуру-Пойнт, Квинсленд , раскрашена так, чтобы напоминать говорящую трость аборигенов .

  • Этот крест высотой 100 футов в лютеранской церкви Богоявления в Лейк-Уэрте, штат Флорида, скрывает оборудование для T-Mobile US .

  • Ячейка размещена наверху существующего здания

  • Стандартная американская вышка сотовой связи в Гейнсвилле, Вирджиния .

  • Вышка сотовой связи с антеннами двух сотовых сетей в Ричмонд-Хилле, Онтарио .

Операция [ править ]

Диапазон [ править ]

Рабочий диапазон сотовой станции (диапазон, в котором мобильные устройства надежно подключаются к сотовой станции) не является фиксированной величиной. Это будет зависеть от ряда факторов, включая, помимо прочего:

  • Высота антенны над окружающей местностью ( распространение в пределах прямой видимости ).
  • Частота используемого сигнала.
  • Номинальная мощность передатчика.
  • Требуемая скорость передачи данных по восходящей / нисходящей линии связи устройства абонента [4]
  • Характеристики направленности антенной решетки площадки.
  • Отражение и поглощение радиоэнергии зданиями или растительностью.
  • Это также может быть ограничено местными географическими или нормативными факторами и погодными условиями.
  • Кроме того, в некоторых технологиях существуют временные ограничения (например, даже в свободном пространстве GSM будет ограничено 150 км, при этом 180 км возможно при использовании специального оборудования).

Как правило, в областях, где имеется достаточно сотовых узлов для покрытия большой площади, диапазон каждого из них будет установлен на:

  • Убедитесь, что существует достаточное перекрытие для « передачи » на / от других сайтов (перемещение сигнала для мобильного устройства с одного сотового сайта на другой, для тех технологий, которые могут его обрабатывать - например, телефонный звонок GSM в машине или поезде) .
  • Убедитесь, что область перекрытия не слишком велика, чтобы свести к минимуму проблемы с помехами для других сайтов.

На практике сотовые узлы сгруппированы в районах с высокой плотностью населения и наибольшим количеством потенциальных пользователей. Трафик сотового телефона через один сайт ограничен пропускной способностью базовой станции; существует ограниченное количество вызовов или трафика данных, которые базовая станция может обрабатывать одновременно. Это ограничение емкости обычно является фактором, определяющим расстояние между участками тучных клеток. В пригородных районах мачты обычно расположены на расстоянии 1-2 мили (2-3 км) друг от друга, а в густонаселенных городских районах мачты могут находиться на расстоянии as-½ мили (400-800 м) друг от друга. [5]

Максимальный диапазон мачты (где он не ограничивается вмешательством с другими мачтами поблизости) зависит от тех же соображений. В любом случае ограничивающим фактором является способность персонального сотового телефона с низким энергопотреблением передавать сигнал обратно на мачту. В качестве приблизительного ориентира, исходя из высокой мачты и плоской местности , можно проехать от 50 до 70 км (30–45 миль). Когда местность холмистая, максимальное расстояние может варьироваться от всего лишь 5 километров (3,1 мили) до 8 километров (5,0 миль) из-за вторжения промежуточных объектов в широкую центральную зону Френеля сигнала. [6] В зависимости от местности и других обстоятельств башня GSM может заменить от 2 до 50 миль (80 км) кабелей для фиксированных беспроводных сетей. [7]Кроме того, некоторые технологии, такие как GSM, имеют дополнительную максимальную дальность действия 35 километров (22 миль), что связано с техническими ограничениями . CDMA и IDEN не имеют такого ограничения по времени.

Практический пример диапазона [ править ]

  • 3G / 4G / 5G ( FR1 ) Башня мобильной базовой станции: технически возможно покрыть расстояние до 50–150 км. (Макроячейка) [8]
  • 5G ( FR2 ) Мобильная базовая станция: расстояние между базовыми станциями 5G составляет около 250–300 м из-за использования миллиметровых волн . [9]

Повторное использование канала [ править ]

Концепция «максимальной» дальности в сотовой сети вводит в заблуждение. Сотовые сети предназначены для поддержки множества разговоров с ограниченным количеством радиоканалов (срезы радиочастотного спектра, необходимые для одного разговора), которые лицензируются оператору сотовой связи. Чтобы преодолеть это ограничение, необходимо повторить и повторно использоватьодни и те же каналы в разных местах. Подобно тому, как автомобильное радио переключается с одной местной станции на совершенно другую местную станцию ​​с той же частотой при поездке в другой город, один и тот же радиоканал повторно используется на мачте сотовой связи всего в нескольких милях от вас. Для этого сигнал мачты ячейки намеренно поддерживается на низкой мощности и во многих случаях наклоняется вниз, чтобы ограничить его охват. Это позволяет покрыть достаточно маленькую область, чтобы не поддерживать больше разговоров, чем могут вместить доступные каналы. Благодаря секторальному расположению антенн на вышке, можно изменять силу и угол для каждого сектора в зависимости от покрытия от других вышек в зоне.

Фактор ограничения сигнала [ править ]

Сотовый телефон может иногда не работать, потому что он находится слишком далеко от мачты или потому что телефон находится в месте, где сигналы сотового телефона ослабляются толстыми стенами зданий, холмами или другими конструкциями. Сигналам не нужна прямая видимость, но требуется больше радиопомех.ухудшит или исключит прием. Когда многие люди пытаются использовать сотовую мачту одновременно, например, во время пробки или спортивного мероприятия, на дисплее телефона будет сигнал, но он не сможет установить новое соединение. Другой ограничивающий фактор для сотовых телефонов - это возможность посылать сигнал от своей маломощной батареи на сотовую станцию. Некоторые мобильные телефоны работают лучше, чем другие, при низком энергопотреблении или низком заряде батареи, как правило, из-за способности посылать хороший сигнал от телефона на мачту.

Контроллер базовой станции (центральный компьютер, который специализируется на установлении телефонных соединений) и интеллект мобильного телефона отслеживают и позволяют телефону переключаться с одной мачты на другую во время разговора. Когда пользователь движется к мачте, он выбирает самый сильный сигнал и отпускает мачту, от которой сигнал стал слабее; этот канал на этой мачте становится доступным для другого пользователя.

Дополнительная информация: повторное использование частоты

Геолокация [ править ]

Сотовая геолокация менее точна, чем с помощью GPS , но она доступна для устройств, у которых нет приемников GPS и где GPS недоступен. Точность этой системы варьируется и является самой высокой там, где возможны передовые методы прямой связи, и самой низкой, когда может быть достигнута только одна ячейка, и в этом случае известно, что местоположение находится в зоне действия только этого сайта.

Усовершенствованная прямая линия связи - это место, где устройство находится в пределах досягаемости по крайней мере трех сотовых станций и где оператор связи реализовал использование системы синхронизации.

Другой метод - использование угла прихода (AoA), который возникает, когда устройство находится в зоне действия как минимум двух сотовых станций, обеспечивает промежуточную точность. Система GPS с поддержкой использует сигналы спутников и сотовых телефонов.

В Соединенных Штатах для службы экстренного вызова с использованием данных о местоположении (местное название « Расширенная служба 911 ») требовалось, чтобы по крайней мере 95% сотовых телефонов, используемых на 31 декабря 2005 г., поддерживали такую ​​службу. Многие операторы связи пропустили этот срок и были оштрафованы Федеральной комиссией связи . [10]

Радио мощность и здоровье [ править ]

Дополнительная информация: Излучение мобильных телефонов и здоровье § Опасности для здоровья базовых станций

Федеральная комиссия по связи , говорит:

«Данные измерений, полученные из различных источников, неизменно указывают на то, что в« худшем случае »плотности мощности на уровне земли около типичных вышек сотовой связи составляют порядка 1 мкВт / см² (или 10 мВт / м²) или меньше (обычно значительно меньше)». [11]

Сотовые телефоны, вышки сотовой связи, Wi-Fi, интеллектуальные счетчики, телефоны DECT, беспроводные телефоны, радионяни и другие беспроводные устройства - все они излучают неионизирующие радиочастоты, которые Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) классифицирует как «потенциальный» канцероген. [12] хотя, по данным Национального института рака, «не было выявлено механизма, с помощью которого КНЧ-ЭМП или радиочастотное излучение могли вызвать рак». [13]

Временные сайты [ править ]

Хотя антенны сотовой связи обычно прикрепляются к постоянным конструкциям, операторы также содержат парк транспортных средств, называемых ячейками на колесах (COW), которые служат в качестве временных базовых станций. Генератор может быть включен для использования там, где электрическая энергия сети недоступна, и система может иметь беспроводную обратную связь, позволяющую использовать там, где проводная связь недоступна.

COW также используются на постоянных базовых станциях - в качестве временной замены поврежденного оборудования во время плановых отключений и для увеличения пропускной способности, например, во время съездов.

Клетка на колесах (COW)

Работа [ править ]

Работников сотовой связи называют « альпинистами» или «работниками опор передачи». Рабочие передающей вышки часто работают на высоте до 1500 футов (450 м), выполняя работы по установке, обслуживанию и ремонту сотовых телефонов и других компаний беспроводной связи.

Настройка шпионского агентства [ править ]

Согласно документам, просочившимся в Der Spiegel, АНБ продает «активную базовую станцию ​​GSM» за 40 000 долларов, которая будет использоваться в качестве инструмента для имитации вышки мобильной связи и, таким образом, мониторинга сотовых телефонов. [14]

В ноябре 2014 года газета The Wall Street Journal сообщила, что Группа технических операций маршалов США использует шпионские устройства, известные как «грязные ящики», для имитации мощных сигналов вышек сотовой связи. Такие устройства предназначены для переключения мобильных телефонов на вышку, поскольку это самый сильный сигнал в пределах досягаемости. Устройства размещаются на самолетах, чтобы эффективно создавать "сеть", собирающую данные о телефонах, когда самолеты летают над населенными пунктами. [15] [16]

Автономные системы [ править ]

Малая ветряная турбина Ryse Energy и солнечная энергия на телекоммуникационной вышке

Автономная ячейка не подключена к общей электросети . Обычно система отключена от сети из-за трудного доступа или отсутствия инфраструктуры. Топливные элементы или другие системы резервного питания добавляются к объектам критически важных элементов для обеспечения повседневного и аварийного питания. Традиционно на объектах использовались генераторные установки с приводом от двигателя внутреннего сгорания [17] [18], однако, будучи менее эффективными, чем общественная энергия, они увеличивают эксплуатационные расходы и являются источником загрязнения (атмосферного, акустического и т. Д.), А некоторые из них являются на территориях, охраняемых природой и охраной ландшафта.

Возобновляемые источники , такие как солнечная энергия и энергия ветра [19], могут быть доступны там, где расположены сотовые станции. Это может снизить стоимость топлива для сотовой станции или телекоммуникационной вышки до 75%. Они могут быть поддержаны системой топливного генератора, которая позволяет сотовой станции работать, когда возобновляемых источников недостаточно. Одна такая система производства энергии состоит из:

  • Генератор солнечной энергии
  • Генератор ветра
  • Топливные элементы электрохимических генераторов

В недавнем тематическом исследовании Ryse Energy сократила ежемесячные эксплуатационные расходы сотовых станций с 1300–1500 долларов США с использованием традиционных дизельных генераторов до 150 долларов США с использованием ветровой, солнечной и аккумуляторной установки. [20]

Электрическая энергия от непостоянных источников хранится во вторичных батареях, которые обычно рассчитаны на автономность в среднем 2 дня, также известную как автономность, чтобы дать время обслуживающему персоналу прибыть на место, когда потребуется ремонт.

Системы возобновляемых источников энергии поставляют электроэнергию, когда они доступны. Топливные элементы активируются только тогда, когда естественных источников недостаточно для обеспечения необходимой системы энергии. Аварийный источник питания (топливные элементы) рассчитан в среднем на 10 дней. Таким образом, структура полностью самодостаточна: это позволяет обслуживающей бригаде совершать лишь несколько посещений объекта, поскольку обычно до него трудно добраться.

Камуфляж [ править ]

Замаскированный монополь, называемый «монопалм», в Тусоне , Аризона.

Местные жители часто возражают против новых мачт из соображений безопасности и внешнего вида. Последнее иногда решается путем маскировки мачты под что-то еще, например, флагшток, уличный фонарь или дерево (например, пальмы, сосны, кипарисы), конструкции на крыше или городские элементы, такие как дымоходы или панели.

Эти скрытые участки клеток могут различаться по форме листвы и типу коры. Листва всех этих антенн состоит из листьев, сделанных из пластикового материала, тщательно спроектированного с учетом количества, формы и решетки, подходящих для того, чтобы полностью скрыть антенны и все аксессуары естественным образом. Используемые материалы гарантируют абсолютную радиоэлектрическую прозрачность и устойчивость к лучам UVA. Прозвища включают « монопалм » для монополя, замаскированного под пальму, или «Pseudopinus telephoneyensis» для мачты, замаскированной под сосну. [21] В монополях направленные антенны иногда спрятаны в пластиковом корпусе рядом с верхней частью опоры, чтобы можно было удалить поперечины.

Антенна, окрашенная в цвет, гармонирующий с основным зданием, в Сопоте, Польша.

Конструкции на крыше, такие как дымовые трубы или панели высотой от 6 до 12 метров, могут скрывать одного или нескольких операторов мобильной связи на одной станции. Панели кровельной маски можно прикрепить к существующим конструкциям крыш, быстро и дешево изменив их стиль.

Базовые станции мобильной связи становятся современным символом, связанным и переплетающимся с материальными и нематериальными сетями. Телестили - это архитектурно сочетающиеся вышки сотовой связи, результат сотрудничества с дизайнерами и архитекторами.

Миниатюра [ править ]

Исследователи из Alcatel-Lucent разработали сотовый сайт под названием lightRadio, который умещается в ладони. Он размером с кубик Рубика . Он способен передавать сигналы 2G , 3G и 4G . Они более энергоэффективны и обеспечивают широкополосную связь более эффективно, чем существующие сотовые станции. Их можно использовать в густонаселенных городских районах, чтобы освободить место для радио. [22]

См. Также [ править ]

  • Сотовая сеть
  • Узел B
  • OpenBTS
  • Излучение мобильного телефона и здоровье
  • Совместное использование телекоммуникационной инфраструктуры
  • Базовая приемопередающая станция
  • Радиомачты и вышки
  • Сайты мобильной сотовой связи
  • Распределенная антенная система
  • Аренда телекоммуникаций
  • Раздел 47 Свода федеральных правил
  • В повторном заявлении США для исторических данных о сотовых объектах
  • Альпинист башни

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Узнайте о том, что находится на вышке сотовой связи: без кошки» . Проверено 9 декабря 2010 года .
  2. Перейти ↑ Rubenstein, BY Carin (11 июля 2004 г.). «Опоясанный, чистый и колючий» - через NYTimes.com.
  3. ^ Бакли, Кара; Рихтель, Мэтт (20 августа 2010 г.). «Хорошее обслуживание мобильных телефонов имеет свою цену» - через NYTimes.com.
  4. ^ J. Andrews, А. Gohsh (2007). Основы WiMAX , стр. 43
  5. ^ "Понимание беспроводной транспортной сети малых сот" . Электронный дизайн . 3 апреля 2014 г.
  6. ^ Часто задаваемые вопросы PCS без даты, URL-адрес получен 14 августа 2007 г. Архивировано 9 мая 2006 г. на Wayback Machine.
  7. ^ NTIA ищет информацию о деньгах для стимулирования широкополосной связи без даты, URL-адрес получен 3 марта 2009 г. Архивировано 22 ноября 2009 г. на Wayback Machine
  8. ^ «Базовые станции мобильной связи, Как работают базовые станции мобильной связи, Базовые станции мобильной связи в Австралии, Вышка сотовой связи, Вышка мобильной связи» . mobilenetworkguide.com.au .
  9. ^ "Полная перезагрузка страницы" . IEEE Spectrum: Новости технологий, техники и науки .
  10. ^ «Sprint, Alltel, USC оштрафованы за пропущенный крайний срок e911» . FierceWireless .
  11. ^ Вопросы и ответы о биологических эффектах и ​​потенциальных опасностях радиочастотных электромагнитных полей, четвертое издание. FCC. Август 1999. Страница 21. Проверено 7 апреля 2013 г.
  12. ^ Hardell Леннарт (21 июня 2017). «Всемирная организация здравоохранения, радиочастотное излучение и здоровье - крепкий орешек» . Международный журнал онкологии . 51 (август 2017 г.): 405–413. DOI : 10.3892 / ijo.2017.4046 . PMC 5504984 . PMID 28656257 .  
  13. ^ «Электромагнитные поля и рак» . Национальный институт рака . 7 января 2019.
  14. ^ Аппельбаум, Иаков; Хорхерт, Джудит; Штёкер, Кристиан (29 декабря 2013 г.). «Покупка шпионского снаряжения: в каталоге рекламируется набор инструментов АНБ» - через Spiegel Online.
  15. ↑ Девлин Барретт (13 ноября 2014 г.). «Мобильные телефоны американцев, нацеленные на секретную шпионскую программу США: устройства на самолетах, которые имитируют вышки сотовых телефонов, используемые для нацеливания на преступников, но также просеивают тысячи других телефонов» . The Wall Street Journal . Проверено 14 ноября 2014 года .
  16. ^ Кейт Knibbs (13 ноября 2014). «WSJ: секретная шпионская программа США использует самолеты для нацеливания на сотовые телефоны» . Gizmodo . Проверено 14 ноября 2014 года .
  17. ^ Ballard топливных элементов резервного питания телекоммуникационных энергоблоков для моторола архивной 6 июля 2011 года на Wayback Machine
  18. ^ "Телекоммуникации Индии, чтобы получить энергию топливных элементов" . Архивировано из оригинального 26 ноября 2010 года.
  19. ^ Например, башня Wind-it
  20. ^ "TowerXchange - индустрия телекоммуникационных вышек Ветер набирает обороты для телекоммуникационной энергии - TowerXchange - телекоммуникационная индустрия вышек" . www.towerxchange.com . Проверено 19 октября 2020 года .
  21. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26 июля 2011 года . Проверено 12 октября 2010 года . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  22. ↑ Крошечный кубик, который может сократить ваши счета за мобильный телефон , CNN Money, 21 марта 2011 г., Дэвид Голдман.

Внешние ссылки [ править ]

  • Карты всех башен по всей Великобритании
  • FCC: универсальная информация о лицензировании
  • FCC: Информация о воздействии на человека радиочастотных полей от сотовых и компьютерных радиопередатчиков
  • Обследование базовых станций Австралийского агентства радиационной защиты и ядерной безопасности (ARPANSA), 2007-2011 гг.