Вот все и пользуемся сотовой связью. Но вопрос: как она работает? Почему связь называется сотовой? Кто кого лоббирует? Смартфон сеть или наоборот? Как она работает в движении? Почему связь пропадает? И сколько человек может разговаривать по телефону одновременно вокруг? Сегодня мы разберемся и наглядно посмотрим на примере города.

Ну, начнем с банального вопроса. Почему связь, которой мы пользуемся, называется сотовой? И тут все просто. Дело в том, что зона покрытия сотовой связи делится на ячейки, в центре которых находится базовая станция. Каждая базовая станция или БС — это такой внушительный набор оборудования, который включает в себя, во-первых, пару шкафов с телекоммуникационным оборудованием, во-вторых, ряд секций антенн, направленных во все стороны. И все эти устройства окружают нас по всюду: кафе, дома, специальные конструкции на крышах зданий. Антенны также устанавливаются на крышах, столбах, даже на деревьях. Например, у меня во дворе. И есть интересный момент. Радиус действия одной станции зависит от частотного диапазона. Чем ниже частота, тем дальше действует. И от препятствий, например, в радиусе покрытия 3G в мегаполисе около 500 метров. А вот за городом в открытой местности тот же 3G может добивать и до 35 километров. 4G даже до 100, если поднять антенну выше.

Окей, но что такое сота? Фишка в том, что в идеальных условиях на ровной поверхности зона покрытия базовой станции представляет собой ровный круг. Но чтобы разные базовые станции объединились в единую сеть, их зоны покрытия должны частично перекрываться. А почему каждая ячейка имеет форму соты? Еще интересный момент: чтобы соседние станции не мешали друг другу, они работают на немного разных частотах. Еще одна особенность — базовые станции разных стандартов, чтобы оптимизировать работу и улучшить покрытие. Кстати, карты покрытия российских операторов доступны в интернете, ссылки можно найти в описании.

Окей, разобрались с ячейками, теперь о базовых станциях. Но как наши телефоны или другие устройства подключаются к этой сети? Давайте разберемся по порядку. Регистрация. Итак, мы вставляем SIM-карту в смартфон, включаем его, и он начинает искать сеть. Но что происходит на самом деле? Сразу после включения устройство начинает прослушивать эфир в поисках ближайших базовых станций. После этого, поймав сигнал, телефон посылает несколько уникальных идентификационных кодов. Во-первых, I-M-S-I. Это международный номер мобильного абонента. Он состоит из 14-15 цифр и нескольких частей, включая код страны, код сети и отдельную строку цифр, обозначающих каждую конкретную SIM-карту в сети мобильной связи. И не путайте его с номером мобильного телефона, который, кстати, по-научному называется MSISDN. И, кстати, наш мобильный номер не хранится на SIM-карте. Он хранится в специальной базе данных, внутри сети GSM, и привязан к этому номеру I-M-S-I. Поэтому, в отличие от номера мобильного телефона, этот I-M-S-I нельзя перенести на другую SIM-карту. Он привязан к конкретной SIM-карте. В общем, как вы поняли, I-M-S-I — это основной код, который позволяет идентифицировать ваше устройство и понять, к какому оператору вы относитесь. Но во время общения с базовой станцией передаются и другие номера, а именно КАЙ — это уникальный 8-битный ключ для идентификации пользователя, а также ИМЕИ — уникальный номер устройства. Вы слышали правильно, у нас есть отдельный разговор. И, кстати, без SIM-карты телефон тоже может устанавливать связь с базовой станцией просто так, без регистрации в сети. Зато можно совершать экстренные вызовы, иногда это полезно. В общем, получив эти данные, базовые станции понимают, кто пытается связаться, и если все в порядке, регистрируют наше устройство в сети. И телефон переходит в режим Standby. То есть, телефон и базовая станция поддерживают постоянный радиоконтакт, обмениваются пакетами и, откровенно говоря, следят за нами. И друг за другом. Зачем? Механизм трекинга сети мобильной связи отслеживает ваши координаты, и если вы выходите за пределы зоны покрытия одной базовой станции или качество сигнала ухудшается, вас автоматически переключают на другую базовую станцию. Можно сказать, что оператор передает "бразду" из рук одной станции в руки другой. Кстати, официально этот процесс называется Handover. Благодаря Handover мы можем спокойно смотреть видео на YouTube, играть в мобильные игры, находясь в автомобиле, поезде или метро. Ну, как, например, сегодня мы делаем. Но насколько быстро это можно делать? Минутка любопытной статистики. Скажем, все 3G сети способны удерживать соединение на скорости до 120 километров в час. Что уже неплохо? А вот 4G и 5G сети вообще выдерживают скорости до 500 километров в час, но только при очень хорошем покрытии. Кстати, во время нашей поездки, когда вы подключены к сети, не только мы находимся в автомобиле, но и сам автомобиль. Об этом чуть позже. Но есть другой вопрос. Возможно заметить, что даже при хорошем покрытии связь иногда пропадает или прерывается. Почему так происходит? И на самом деле для этого есть две основные причины. Во-первых, каким бы хорошим не было покрытие, всегда будут мертвые зоны. Поэтому операторы часто устанавливают направленные антенны с покрытием до 1 метра помимо больших базовых станций с большими антеннами. Но даже в этих случаях возможны проблемы со связью из-за помех. Но и самое главное, базовая станция может быть просто перегружена. Несмотря на то, что в один момент времени к сети может быть подключено миллионы абонентов, одновременно один сектор базовой станции может обслуживать всего лишь до 72 каналов. При этом базовая станция может состоять из 6 секторов, и одновременно обслуживать до 432 звонков на одну базовую станцию. Так что если вы не можете дозвониться до бабушки в Новый год, то скорее всего причина в этом. Хорошо, мы разобрались с общими понятиями, давайте теперь рассмотрим, как устроена сама механика и что происходит во время звонка. Разберем этапы. Предположим, вы набираете чей-то номер. Сначала ваш смартфон передает сигнал базовой станции. Она ловит сигнал, усиливает его и начинает искать абонента, с которым мы хотим связаться. Определяет, в какой сети он находится, каким оператором обслуживается и т.д. Затем передает сигнал на ближайшую к этому абоненту базовую станцию. Антенна базовой станции начинает определять направление сигнала, и мы слышим звонок. А эти странные звуки, которые мы можем услышать, если телефон находится рядом с колонкой, происходят через несколько секунд после начала звонка. Это сигнал, который телефон передает обратно базовой станции, сообщая, что он готов принять звонок. Примерно такая же схема используется не только для звонков, но и для отправки SMS, получения уведомлений и обмена пакетами данных через интернет-протоколы. Например, с помощью мобильной связи мы можем управлять устройствами интернета вещей, а также современными автомобилями. Сегодня мы находимся в таком автомобиле, где установлен комплекс телематики и коннекта. Он позволяет через приложение на смартфоне управлять различными функциями автомобиля. Например, можно дистанционно включать двигатель, настраивать микроклимат, включать подогрев сидений или руля. Можно открывать и закрывать двери, включать варику или даже сигнализацию. Это может быть полезно, если вы часто оставляете автомобиль на парковке в холодную погоду или просто у вас возникают странные чувства и вы хотите проверить его местоположение. Есть также система навигации с информацией о пробках и погоде. Благодаря интернету, сигнал сети на автомобиле выглядит так. Можно даже искать рестораны, магазины, заправки и отправлять маршрут на автомобиль с помощью телефона. Особенно круто работают функции безопасности. Например, на телефон приходит уведомление о срабатывании штатной сигнализации.