Chcete vědět, jak funguje mobilní síť?

Článek je převzat z časopisu Mobility a jeho autorem je Martin Zikmund.

Přestože se zde budeme věnovat tématům, která jsou velmi technická a složitá, budeme je popisovat tak, aby jim rozuměl každý uživatel mobilního telefonu. Některé záležitosti z tohoto důvodu budeme muset trochu zjednodušit a jiné zase nebudou moci být vysvětleny zcela přesně a detailně. Pokud jste tedy v oblasti mobilní komunikace sběhlejší, buďte prosím k těmto záměrným zjednodušením shovívaví.

Mobil je až to poslední

Mobilní telefonní síť GSM se skládá z mnoha důležitých částí. Budou nás zajímat jenom ty části, které patří mezi nejdůležitější: když nefungují tak jak mají, bývá to pro mobilní telefonisty velice nepříjemné.

Každá mobilní síť má svůj „hlavní mozek“, kterému budeme říkat řídicí centrum. Zde jsou umístěny všechny důležité prvky, které se starají o celý běh sítě a o některých z nich jste určitě slyšeli. Je to například středisko textových zpráv, jehož číslo zadáváte do telefonu, nebo podpůrné centrum, které se stará o takové záležitosti jako je účtování hovorů, sledování činnosti celé sítě. Podobně důležitou částí jsou vysílače, které pokrývají území a zajišťují rádiové spojení sítě s telefonem.

Co je pokrytí, určitě víte

Území, které je pokryto signálem mobilní sítě, je rozděleno na malé oblasti, které obsluhuje jeden vysílač: říkáme jim buňky. Jedna buňka by se dala přirovnat k obci a je to vlastně nejmenší samosprávní jednotka, kterou obsluhuje právě jeden vysílač. Tomu se v žargonu techniků říká BTS, někdy se také můžete setkat se slovem „bétéeska“ (je to zkratka z anglického Base Tranceiver Station). U nás čítá síť každého z našich tří operátorů několik tisíc takových vysílačů a buněk.

Pět až patnáct vysílačů je ovládáno jedním řídicím vysílačem (přesněji BSC z anglického Base Station Controller, kontrolér základnových stanic). Pokud použijeme naši analogii s rozdělením republiky, pak by řídicí vysílače mohly představovat okresy. Aby veškerá komunikace nemusela probíhat v celé síti, řídicí vysílače se slučují do celků, kterým budeme říkat lokální oblasti (anglicky Local Area, LA). Můžeme je připodobnit ke krajům. Když je to možné, komunikaci zařídí samy a ulehčí mobilní síti.

Co dokáže obyčejný stožár?

Zkusme se trochu více zaměřit na tento poslední zmíněný článek mobilní sítě a vysvětlíme si, jak se vysílač domlouvá s vaším telefonem. Představte si stožár mobilní sítě. Dole je určitě budka, která se stará o napájení vysílače, na vršku jsou podlouhlé antény, které komunikují s vaším mobilem: je to buď několik směrových antén, které vysílají jen určitým směrem, nebo jedna všesměrová (vypadá jako hromosvod). Kromě zajištění komunikace stožáru s mobilem je ale důležité, aby byl stožár zapojen do mobilní sítě. Proto si všimněte, že kromě podlouhlých antén jsou na stožáru upevněny i malé parabolické vysílače, tzv. mikrovlnné spoje. Vysílač je jimi propojen s ostatními vysílači nebo s řídicím vysílačem (BSC).

Každý „stožár“ obsluhuje jednu buňku a má přiděleny konkrétní frekvence (kanály), na kterých smí vysílat. Tyto frekvence musí být odlišné od frekvencí, na kterých vysílají sousední buňky, aby se jejich signály vzájemně nerušily. (Je to sice ještě složitější, protože na jednom stožáru se většinou nachází několik antén, které „září“ do různých směrů – pro zjednodušení ale na tyto tzv. sektory raději zapomeneme.)

Důležitá věc

I když se říká, že síť pracuje na 900 nebo 1800 MHz, je to jen pojmenování pro pásmo mnoha dílčích frekvencí – neznamená to, že síť vysílá pouze na 900 nebo 1800 MHz. Frekvencí je ve skutečnosti více než sto a protože se nacházejí kolem kmitočtu 900 a 1800 MHz, tak se mobilní sítě nazývají podle těchto kulatých čísel.

Na jeden kanál (rozumějte: frekvenci) může být připojeno nanejvýš osm telefonů, na druhou stranu ale jeden vysílač může vysílat i na několika kanálech. U nás jsou většinou využívány dva až čtyři kanály pro jednu buňku a najednou tedy může telefonovat i přes třicet uživatelů.

Jak může na jednom drátu viset osm lidí?

Aby bylo možné obsluhovat více než jeden telefon v jednom okamžiku, je každý kanál rozdělen na tzv. timesloty, neboli časové úseky – každý reprezentuje jeden hovor. Dohromady jich je osm, přičemž každá buňka vysílá ještě tzv. signalizační timeslot, který komunikuje se všemi telefony najednou – zajišťuje například sestavení hovoru nebo přenos textových zpráv.

Jednotlivé telefony se v komunikaci s vysílačem postupně střídají, přičemž každý z nich má možnost komunikovat jen velice krátkou dobu (asi 0,5 ms). Těchto cyklů s osmi kroky se za sekundu uskuteční více než dvě stě!

Zajímavost: Technologie umožňujících rychlé mobilní připojení k Internetu (GPRS, HSCSD) jsou založeny na slučování časových úseků – timeslotů. Čím více timeslotů dostane telefon k dispozici, tím může být rychlejší … ale zabírá místo těm, kteří by chtěli jen telefonovat.

Já jsem úplně mobilní!

Zatím jsme se zabývali jen tím, co se děje mezi telefonem a vysílačem, když stojíme na místě nebo se pohybujeme v dosahu jednoho vysílače. To by ale byla hodně malá mobilita, protože vysílač dosáhne jen do vzdálenosti několika málo kilometrů. Jak je tedy možné, že se můžeme pohybovat mezi buňkami, aniž by se při tomto přechodu telefon odhlásil od sítě?

Mobilní telefon totiž kromě funkcí, které vidíte, dokáže další věci. Umí třeba zjišťovat informace o své aktuální poloze vzhledem k vysílači, zná intenzitu signálu a ví o spoustě dalších pro něj důležitých věcí. Telefon si tyto informace dokáže navíc zjistit jak o buňce, ve které se právě nachází, tak o sousedních buňkách. Tato zjištění pak posílá zpět síti svého operátora, která vyhodnotí, zda by pro daný telefon při jeho poloze nebylo vhodnější napojit se na jiný vysílač se silnějším signálem (toto se ale děje jen při hovoru).

Jakmile se od vysílače vzdálíte natolik, že byste se mohli dostat z jeho dosahu, síť vás přepne na vysílač se silnějším signálem. Například na dvou stech kilometrech dálnice z Prahy do Brna se telefon postupně přihlásí přibližně ke třiceti buňkám (ve skutečnosti to je více než dvojnásobek sektorů). Pokud se takové přehlášení uskuteční během hovoru, v odborné terminologii se takovému jevu říká předání – handover [hendouvr]. Při telefonování to nijak nepoznáte.

Zajímavosti

• Také vás při jízdě v autě občas překvapí podivné zvuky, které občas ozvou z reproduktorů autorádia, pod kterým leží mobil? Pravděpodobně jste se právě dostali na hranici dvou lokálních oblastí (LAC), kde se telefon musí „přeladit“.
• Ozývá se toto praskání i tehdy, když se mobil nepohybuje a třeba jen nečinně leží na stole u počítačových reproduktorů? Nikdo vás neodposlouchává, mobil se jen občas musí spojit se sítí, aby jí potvrdil, že je stále tam, kde si to síť myslí. Nebo může jít o případ, kdy se telefon přelaďuje mezi dvěma lokálními oblastmi se srovnatelným signálem.
• Jak je možné, že je v pražském metru signál, když jste v něm neviděli žádné typické antény? V metru jsou totiž vysílače s menším dosahem, které vypadají jako malé ploché destičky.
• Informace, které mobilní telefon předává síti (vzdálenost od vysílače, parametry o kvalitě signálu apod.) můžete najít v tzv. servisním menu, které lze na některých telefonech aktivovat. Jestli servisní menu ve vašem telefonu dokáže zobrazit číslo buňky, ke které jste právě připojeni (označuje se jako CID – Cell ID), můžete na WAPu snadno zjistit, kde se nachází její vysílač. Ve službě Rodeo (wap.rodeo.cz) vyberte položku Databáze BTS a do políčka zadejte zjištěné číslo CID. Jestliže nepůjde o nový nebo neznámý vysílač, který není v databázi, zobrazí se informace o jeho poloze.

V dalším článku se dozvíte

• Co se děje, když zapnete telefon
• Co všechno se musí stát, když chcete poslat textovku
• Jak je možné, že občas máte na displeji plný signál a přesto si nemůžete zavolat
• Jak to, že při volání na linku 112 nemusíte mít signál vašeho mobilního operátora
• a další zajímavé informace