Сотовый сайт , вышка сотовой связи , вышка сотовой базы или базовая станция сотовой связи — это площадка для мобильных устройств с поддержкой сотовой связи , где антенны и электронное коммуникационное оборудование размещаются (обычно на радиомачте, вышке или другой приподнятой конструкции) для создания соты или смежных ячеек в сотовой сети . Поднятая конструкция обычно поддерживает антенну [ требуется разъяснение ] и один или несколько наборов передатчиков /приемников , цифровых сигнальных процессоров , управляющей электроники, GPS-приемника для синхронизации (для систем CDMA2000 / IS-95 или GSM ), основных и резервных источников электропитания и укрытий. [1]
Несколько сотовых провайдеров часто экономят деньги, устанавливая свои антенны на общей мачте; поскольку отдельные системы используют разные частоты, антенны могут располагаться близко друг к другу, не мешая друг другу. Некоторые компании-провайдеры управляют несколькими сотовыми сетями и аналогичным образом используют размещенные базовые станции для двух или более сотовых сетей ( например, CDMA2000 или GSM ).
Иногда требуется, чтобы сотовые станции были незаметными; [2] они могут сливаться с окружающей местностью [3] или устанавливаться на зданиях [4] или рекламных башнях. [5] Сохраненные древесные ландшафты часто могут скрывать сотовые вышки внутри искусственного или сохраненного дерева. Такие установки обычно называют скрытыми сотовыми станциями или скрытыми сотовыми станциями. [2]
Сотовая сеть — это сеть портативных мобильных телефонов (сотовых телефонов), в которой каждый телефон связывается с телефонной сетью посредством радиоволн через локальную антенну на базовой станции сотовой связи (сотовый узел). 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 пределах соты связываются с системой через антенну этой соты на отдельных частотных каналах, назначаемых базовой станцией из общего пула частот, используемых системой.
Целью сотовой организации является сохранение полосы пропускания радиосигнала путем повторного использования частот ; маломощные радиосигналы, используемые в каждой ячейке, не распространяются далеко за пределы ячейки, поэтому радиоканалы могут повторно использоваться в географически разделенных ячейках. Когда мобильный пользователь перемещается из одной ячейки в другую, его телефон автоматически «передается» на антенну новой ячейки и ему назначается новый набор частот, и впоследствии он взаимодействует с этой антенной. Этот фоновый процесс передачи незаметен для пользователя и может происходить в середине телефонного звонка без какого-либо прерывания обслуживания. Каждый сотовый телефон имеет автоматизированный полнодуплексный цифровой приемопередатчик и взаимодействует с антенной ячейки по двум цифровым радиоканалам в диапазоне УВЧ или СВЧ , по одному для каждого направления двунаправленного разговора, а также канал управления, который управляет регистрацией телефона в сети, набором номера и процессом передачи.
Обычно вышка сотовой связи располагается на краю одной или нескольких ячеек и охватывает несколько ячеек с помощью направленных антенн . Распространенной геометрией является размещение сотовой станции на пересечении трех соседних ячеек с тремя антеннами под углом 120°, каждая из которых охватывает 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 . Она имеет плоскую веерообразную диаграмму направленности , которая слегка наклонена вниз, чтобы покрыть область ячейки, не излучая под более высокими углами в более отдаленные ячейки, которые повторно используют те же частоты. Угол возвышения антенны должен быть тщательно отрегулирован, чтобы луч охватывал всю ячейку, не излучаясь слишком далеко. В современных секторных антеннах наклон луча обычно можно отрегулировать электронным способом, чтобы избежать необходимости линейного обходчика подниматься на вышку, чтобы механически наклонить антенну, когда требуется регулировка.
Рабочий диапазон сотовой связи (диапазон, в котором мобильные устройства надежно подключаются к сотовой связи) не является фиксированной величиной. Он будет зависеть от ряда факторов, включая, но не ограничиваясь:
Как правило, в районах, где имеется достаточное количество базовых станций для покрытия большой площади, диапазон действия каждой из них будет установлен следующим образом:
На практике, сотовые станции группируются в районах с высокой плотностью населения, с наибольшим количеством потенциальных пользователей. Трафик сотовой связи через один сайт ограничен емкостью базовой станции; при сигнале -56 дБм существует конечное число звонков или трафика данных, которые базовая станция может обработать одновременно. Это ограничение емкости обычно является фактором, определяющим расстояние между базовыми станциями сотовой связи. В пригородных районах мачты обычно располагаются на расстоянии 2–3 км (1,2–1,9 мили) друг от друга, а в густонаселенных городских районах мачты могут находиться на расстоянии 400–800 м друг от друга. [7]
Максимальный диапазон мачты (где он не ограничен помехами от других мачт поблизости) зависит от тех же соображений. В любом случае ограничивающим фактором является способность маломощного персонального сотового телефона передавать обратно на мачту. В качестве грубого ориентира, исходя из высокой мачты и ровной местности , может быть возможно получить от 50 до 70 км (от 31 до 43 миль). Когда местность холмистая, максимальное расстояние может варьироваться от всего лишь 6 до 8 км (от 3,7 до 5,0 миль) из-за вторжения промежуточных объектов в широкую центральную зону Френеля сигнала. [8] В зависимости от местности и других обстоятельств, вышка GSM может заменить от 3 до 80 км (от 2 до 50 миль) кабелей для фиксированных беспроводных сетей. [9] Кроме того, некоторые технологии, такие как GSM, имеют дополнительный абсолютный максимальный диапазон в 35 км (22 мили), который накладывается техническими ограничениями . CDMA и IDEN не имеют такого ограничения, определяемого временем.
Концепция «максимального» диапазона вводит в заблуждение в сотовой сети. Сотовые сети предназначены для поддержки множества разговоров с ограниченным количеством радиоканалов (частей радиочастотного спектра, необходимых для одного разговора), которые лицензированы оператором сотовой связи. Чтобы преодолеть это ограничение, необходимо повторять и повторно использовать одни и те же каналы в разных местах. Так же, как автомобильный радиоприемник 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 сотовой вышке всего в нескольких милях. Для этого сигнал сотовой вышки намеренно поддерживается на низкой мощности и во многих случаях наклонен вниз, чтобы ограничить его охват. Это позволяет покрывать достаточно маленькую область, чтобы не поддерживать больше разговоров, чем могут переносить доступные каналы. Благодаря секторному расположению антенн на вышке можно изменять силу и угол для каждого сектора в зависимости от покрытия от других вышек в этом районе.
Иногда мобильный телефон может не работать, потому что он находится слишком далеко от вышки или потому что телефон находится в месте, где сигналы сотового телефона ослабляются толстыми стенами зданий, холмами или другими сооружениями. Сигналам не нужна прямая видимость , но большие радиопомехи ухудшат или прекратят прием. Когда много людей пытаются использовать вышку сотовой связи одновременно, например, во время пробки или спортивного мероприятия, на дисплее телефона будет сигнал, но он не сможет начать новое соединение. Другим ограничивающим фактором для мобильных телефонов является способность отправлять сигнал с его маломощной батареи на сотовый сайт. Некоторые мобильные телефоны работают лучше других при низком заряде батареи или низком заряде батареи, как правило, из-за способности отправлять хороший сигнал с телефона на вышку.
Контроллер базовой станции (центральный компьютер, который специализируется на телефонных соединениях) и интеллект сотового 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, сигнал с которой ослаб; этот канал на этой мачте становится доступным для другого пользователя.
Сотовая геолокация менее точна, чем GNSS (например, GPS), но она доступна для устройств, не имеющих GPS-приемников и где GNSS недоступна. Точность этой системы варьируется и является самой высокой там, где возможны методы расширенной прямой связи, и самой низкой там, где можно достичь только одного сотового сайта, в этом случае местоположение известно только как находящееся в зоне покрытия этого сайта.
Расширенный прямой канал связи — это случай, когда устройство находится в зоне действия не менее трех сотовых станций, и оператор реализовал использование системы синхронизации.
Другой метод использует угол прибытия (AoA), и это происходит, когда устройство находится в зоне действия по крайней мере двух сотовых станций, обеспечивает промежуточную точность. Assisted GPS использует как спутниковые, так и сотовые сигналы.
В Соединенных Штатах для экстренного вызова службы с использованием данных о местоположении (местное название « Enhanced 911 ») требовалось, чтобы по крайней мере 95% сотовых телефонов, используемых на 31 декабря 2005 года, поддерживали такую услугу. Многие операторы не уложились в этот срок и были оштрафованы Федеральной комиссией по связи . [12]
По данным Федеральной комиссии по связи США : «Данные измерений, полученные из различных источников, неизменно указывают на то, что в «худшем случае» плотность мощности на уровне земли вблизи типичных вышек сотовой связи составляет порядка 1 мкВт/см 2 (или 10 мВт/м 2 ) или меньше (обычно значительно меньше)». [13]
Сотовые телефоны, вышки сотовой связи, Wi-Fi, интеллектуальные счетчики, цифровые усовершенствованные беспроводные телекоммуникационные телефоны, беспроводные телефоны, радионяни и другие беспроводные устройства — все это излучает неионизирующие радиочастоты, которые Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) классифицирует как «потенциальный» канцероген , [14] По данным Национального института рака США , «не было выявлено механизма, посредством которого сверхнизкочастотные электромагнитные поля или радиочастотное излучение могли бы вызывать рак». [15]
По данным Управления по контролю за продуктами и лекарствами США , «научный консенсус показывает, что неионизирующее излучение не является канцерогеном, и на уровне или ниже пределов радиочастотного воздействия, установленных Федеральной комиссией по связи, не было доказано, что неионизирующее излучение причиняет какой-либо вред людям». [16]
Хотя антенны сотовой связи обычно крепятся к постоянным конструкциям, операторы также содержат парки транспортных средств, называемых сотами на колесах (COW), которые служат временными сотовыми станциями. Генератор может быть включен для использования там, где сетевое электропитание недоступно, а система может иметь беспроводную обратную связь, позволяющую использовать ее 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.
Работники сотовых станций называются альпинистами или работниками вышек передачи данных. Работники вышек передачи данных часто работают на высоте до 460 м (1500 футов), выполняя работы по установке, обслуживанию и ремонту для компаний сотовой связи и других беспроводных коммуникаций.
Согласно документам, попавшим 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, для мониторинга сотовых телефонов. [17]
В ноябре 2014 года The Wall Street Journal сообщил, что Группа технических операций маршалов США использует шпионские устройства, известные как «dirtboxes», 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 «сетку», собирая данные о телефонах, пока самолеты пролетают над населенными пунктами. [18] [19]
Внесетевой участок сотовой связи не подключен к общественной электросети . Обычно система находится вне сети из-за сложного доступа или отсутствия инфраструктуры. Топливные элементы или другие резервные системы питания добавляются к критически важным участкам сотовой связи для обеспечения ежедневного и аварийного питания. Традиционно участки использовали генераторные установки с приводом от двигателя внутреннего сгорания, [20] [21] однако, будучи менее эффективными, чем общественная электростанция, они увеличивают эксплуатационные расходы и являются источником загрязнения (атмосферного, акустического и т. д.), а некоторые из них находятся в зонах, защищенных охраной окружающей среды и ландшафта.
Возобновляемые источники , такие как солнечная энергия и энергия ветра, могут быть доступны там, где размещены сотовые станции. Первая внесетевая мачта в Великобритании была установлена в 2022 году в Эглвисвру , Уэльс . [22] Это может снизить стоимость топлива для сотовой станции или телекоммуникационной вышки до 75%. Они могут быть подкреплены системой топливного генератора, которая позволяет сотовой станции работать, когда возобновляемых источников недостаточно. Одна из таких систем производства энергии состоит из:
Электроэнергия от непостоянных источников хранится во вторичных батареях , которые обычно рассчитаны на средний срок автономной работы в течение двух дней, что дает время обслуживающему персоналу прибыть на место при необходимости проведения ремонта.
Системы возобновляемой энергии поставляют электроэнергию, когда она доступна. Топливные элементы активируются только тогда, когда естественных источников недостаточно для обеспечения необходимой системе энергии. Аварийный источник питания (топливные элементы) рассчитан на работу в среднем десять дней. Таким образом, структура полностью самодостаточна: это позволяет группе технического обслуживания посещать объект лишь несколько раз, поскольку добраться до него обычно сложно.
Часто местные жители выступают против новых мачт по соображениям безопасности и внешнего вида. Последнее иногда решается путем маскировки мачты под что-то другое, например, под флагшток, уличный фонарь или дерево (например, пальмы, сосны, кипарисы) или конструкции на крыше или городские особенности, такие как трубы или панели.
Эти скрытые сотовые станции могут различаться по форме листвы и типу коры. Листва всех этих антенн состоит из листьев, изготовленных из пластикового материала, точно спроектированного с учетом количества, формы и расположения, подходящего для полного сокрытия антенн и всех дополнительных частей естественным образом. Используемые материалы гарантируют абсолютную радиоэлектрическую прозрачность и устойчивость к лучам UVA. Прозвища включают « monopalm » для монополя, замаскированного под пальму, или «Pseudopinus telephoneyensis» для мачты, замаскированной под сосну. [23] В монополях направленные антенны иногда скрыты в пластиковом корпусе около вершины столба, так что перекладины могут быть устранены.
Крышные конструкции, такие как скрытые дымоходы или панели высотой от 6 до 12 метров, могут скрывать одного или нескольких операторов мобильной связи на одной станции. Панели маскировки крыши можно крепить к существующим конструкциям крыши, быстро и дешево их переделывая.
Исследователи из Alcatel-Lucent разработали сотовый сайт под названием lightRadio, который помещается на 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 сайты. Их можно использовать в густонаселенных городских районах, чтобы освободить место для большего количества радиопространства. [24]
Сотовые компании подписывают договоры аренды с местными органами власти на размещение сотовых антенн на водонапорных башнях . [25]
.jpg/1280px-BTS_NodeB_antenna_Sopot_(cropped).jpg)
