V prvním dílu seriálu jsme si řekli, že mobil je vlastně rádio. Jak ale vypadá a funguje celá mobilní síť, jak v ní telefony komunikují a jak to, že umožňuje hovory tolika lidí najednou?
GSM síť má hierarchickou strukturu, kterou bychom si mohli představit jako pomyslného pavouka. Můžeme ji rozdělit na Network SubSystem, část složenou z jednotlivých mobilních ústředen (MSC), a Base Station SubSystem čili část sítě, která se skládá z řídicích stanic (BSC) a vlastních základnových stanic (BTS).
Základnové stanice fungují jako koncové vysílače komunikující s mobilními telefony; někdy se také podle velikosti a dosahu rozlišují makrocell a mikrocell vysílače (resp. pikocell uvnitř budov).
Ústředna pak přepíná hovory do jiných ústředen sítě, do ústředen v sítích jiných operátorů nebo do pevné telefonní sítě a také obsahuje různé registry - seznamy sloužící k iden tifikaci účastníka nacházejícího se v lokalitě konkrétní ústředny. Centrální ústředna je také spojena s dalšími centry, jako je registr uživatelů (HLR), registr mobilních přístrojů přihlášených v síti a autentifikační centrum, o jejichž funkci si povíme v příštím dílu.
MOBILNÍ PLÁSTEV
Říká se, že mobilní síť má „buněčnou“ strukturu, což vysvětluje anglický výraz pro mobilní telefon - cell phone.
Důvodem nejsou známá šestiúhelníková schémata, ta jsou možná spíše zavádějící (dosah vysílače samozřejmě nemá přesně geometrický šestiúhelníkový tvar). Základem sítě je totiž buňka, za niž je považována BTS s určitým dosahem.
Každá BTS funguje na přesně daných frekvencích, a ač se uvádí, že GSM pracuje na 900 a 1800 MHz, jde pouze o pásma, v jejichž rámci existuje mnoho dalších kanálů (125 pro 900 MHz a 374 pro 1800 MHz pásmo) o šířce 200 kHz. Každý z těchto kanálů může obsloužit až osm účastníků, avšak BTS nevyužívá všechny frekvence, ale jen některé z nich. Zásadním pravidlem je, že nesmí využívat stejné frekvence jako sousední stanice, protože by v místech, kde se signály překrývají, mohlo docházet k rušení.
SKÁKAJÍCÍ SIGNÁL
GSM síť je velmi vytížená, proto je především v hustě osídlených oblastech třeba s kanály hospodárně nakládat.
Aby se v dané oblasti mohlo co nejkvalitněji spojit co nejvíce uživatelů, používá GSM síť časové (TDMA) a frekvenční sdílení kanálů (FDMA). Kanály se přiřadí účastníkům, ale každý z nich používá kanál jen po krátký časový úsek (nazývá se timeslot a trvá asi 0,5 ms), pak dochází k přeladění na jiný kanál (doslova přeskočení frekvence - frequency hopping). Přelaďování probíhá i při hovoru, ale uživatel je vůbec nezaznamená.
Skutečnost, že do telefonu můžeme na rozdíl od vysílačky zároveň mluvit i poslouchat, se nazývá duplexní komunikace; je zajištěna tím, že vysílání telefonu směrem k BTS probíhá na jiné frekvenci než přijímání signálu.
Seriál Mobilní telefony
1. ABC č. 2 Jak funguje mobilní telefon
2. ABC č. 4 Jak funguje mobilní síť (1. část)
3. ABC č. 6 Jak funguje mobilní síť (2. část)
4. ABC č. 8 Vývoj mobilu
5. ABC č. 10 Datové služby a připojení na internet
6. ABC č. 12 Přehled operátorů
7. ABC č. 14 Telefon na hraní
8. ABC č. 16 Telefon jako multimediální nástroj
***
Lucka, 13 let
Volání mobilem beru tak automaticky, že jsem se ani nezamýšlela nad tím, jak to asi funguje. Ale předpokládám, že můj hlas telefon vysílá k nejbližší anténě, odkud jde kabelem k další anténě, která ho vyšle do mobilu toho, koho volám.
Maruška, 13 let
Na horách jsem si všimla vysílačů na signál mobilních telefonů. A tyhle věže s vysílači si podle mého názoru volání z mobilů předávají, až najdou mobil volaného. Takhle by to nějak mohlo fungovat.
Lukáš, 14 let
Jak mobilní síť funguje, vím jenom zhruba. Z mobilu jde signál k nejbližší anténě, ta ho pošle na nějakou ústřednu, která jej pošle přes další anténu k volanému. Myslím, že signál má trošku zpoždění.
Honza, 13 let
Mobil je taková vysílačka s počítačem v jednom. Když někomu voláme, jde signál k nejbližší anténě a pak možná na nějaké ústředí operátora. K volané mu se signál dostává zase přes nejbližší anténu.
Slovníček pojmů
MSC - Mobile Switching Center - mobilní spínací ústředna, zajišťuje přepínání hovorů mezi jednotlivými částmi sítě jediného operátora i mezi ústřednami v sítích různých operátorů, mobilních i pevných
BTS - Base Transciever Station - základnové stanice, základní stavební kámen a zároveň koncový prvek mobilní sítě, který přímo komunikuje s mobilními přístroji
BSC - Base Station Controller - řídicí jednotky základnových stanic, každá jednotka ovládá 10-100 BTS, určuje jejich komunikaci, napájení a podobně
TDMA - Time Division Multiple Access je způsob přístupu k signálu, kdy každý z účastníků využívá kanál jen po velmi krátký časový úsek zvaný timeslot, potom přepíná na jiný kanál
FDMA - Frequency Division Multiple Access je přístup k signálu, kdy je každému účastníkovi přidělen určitý kanál po celou dobu hovoru, což je neefektivní
Obrázek
Zjednodušený model GSM sítě
1. Hovor volajícího přijme nejbližší základnová stanice (BTS)
2. Signál hovoru putuje k řídicí jednotce základnových stanic (BSC)
3. BSC předá signál mobilní ústředně operátora (MSC)
4. MSC pomocí registrů rozhodne kam poslat signál dál
5. MSC vyšle signál příslušné BSC
6. BSC vyšle signál základnové stanici (BTS)
7. Nejbližší BTS doručí signál volanému
8. Nezávisle na popsaném hovoru může jiný uživatel mobilní sítě uskutečnit svůj hovor, při němž využívá stejných ústředen
