Наверно на территории России невозможно найти человека, никогда не звонившего по сотовому телефону. Но не каждый понимает, как функционирует эта связь. А тем более как устроены и работают базовые станции сотовой связи. Хотя они скорее всего попадаются на глаза каждый день всем жителям городов и сёл. Базовые сотовые станции стоят в чистом поле и близко от домов, практически на соседних крышах. Поэтому нелишним будет знать как они выглядят, работают и позволяют нам общаться с соседями через стенку и родственниками за тысячи километров.
Общие сведения о базовой станции
Чтобы понять, что такое базовая станция, необходимо иметь представление из чего вообще состоят сотовые сети. Опыт развития мобильной технологии привёл к разделению функций и логической разбивке системы на три подсистемы. Каждая из которых это замкнутый элемент, выполняющий определенные обязанности. Это целесообразно, и позволяет эффективно контролировать работу, отслеживать неисправности и исправлять ошибки в процессе развития и эксплуатации мобильной связи.
Доступность, качество и непрерывность связи осуществляется благодаря трём подсистемам:
- эксплуатации и технического обслуживания — Operation Subsystem или OSS.
- коммутации — Switching Subsystem или SSS.
- базовых сотовых станций — Base Station Subsystem или BSS.
В общей системе подсистема OSS контролирует качество обмена данными и управляет всеми компонентами. Устранение неисправностей, управление нагрузкой и контроль работы оборудования осуществляются автоматически или в ручном режиме обслуживающим персоналом.
Подсистема коммутации это скелет всей сети GSM. Она обеспечивает коммутацию, регистрацию домашнего и гостевого месторасположения, аутентификацию абонентов.
И наконец, подсистема базовых сотовых станций. В её состав входят:
- Транскодеры — TRAU.
- Контроллеры — BSC.
- И непосредственно базовые сотовые станции — BTS.
Транскодеры и контроллеры помогают функционировать подсистеме, а на отдельные станции возложены следующие обязанности:
- Радиосвязь в определённой соте;
- Контроль качества обмена данными (связи);
- Обмен данными между собой;
- Управление мощностью сигнала.
Каждая базовая сотовая станция это центр соты, обеспечивающая передачу данных и создающая регламентированную зону обслуживания (покрытия). Отсюда и появилось название — сотовая связь.
Сама базовая сотовая станция это комплекс из антенны (антенн), радио модуля и блока питания. Антенны принимают и передают, радио модуль обрабатывает и усиливает сигнал, а блок питания снабжает базу электроэнергией. Располагают базовые антенны на зданиях и сооружениях, возвышенностях, мачтах, вышках до 300 м высотой и просто на столбах. В любом случае, самая заметная и выделяющаяся из общего пейзажа часть — это мачта с несколькими антеннами. Они окружают нас , часто мы просто их не замечаем. Но мобильный телефон работает, значит приёмо-передатчик где-то рядом.
Вредны ли для здоровья вышки сотовой связи
Давно доказан вред радиационного излучения для здоровья человека. Надо только разобраться, насколько высок риск получить облучение, находясь вблизи вышки и каковы его последствия.
Влияние на мозг волн сотовой связи различной частоты
По видам разрушительного действия радиации для организма выделяют два типа нарушения – физиологические и психологические.
Психологические – быстрая утомляемость, снижение уровня самоконтроля, неконтролируемые вспышки гнева. Физиологические – доказано влияние на все органы организма.
Со стороны сердечно-сосудистой системы – нарушения в работе сердечной мышцы, риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний и как следствие возможность инфарктов и инсультов.
Со стороны центральной нервной системы – угнетение всех функций. Как следствие – беспричинные головные боли, упадок сил, постоянное желание спать, раздражительность.
Со стороны мочеполовой системы. У мужчин наблюдается развитие импотенции, ослабевают репродуктивные функции. У женщин нередко случаются выкидыши на ранней стадии беременности. У тех и других различные заболевания органов мочеполовой системы.
Влияние мобильной связи на мужской организм
Появление или резкое обострение до этого вялотекущих, различных болезней хронического характера. У людей с аллергией, возможно, развитие бронхиальной астмы. Со стороны эндокринной системы возможен резкий гормональный сбой, заболевание щитовидной железы или обострение сахарного диабета.
Особой опасности подвержены беременные женщины и маленькие дети. Ребенок на ранней стадии развития восприимчив к радиации.
Вследствие облучения возможно развитие тяжелых патологий или спровоцированный выкидыш. У кормящих матерей излучение может спровоцировать изменения в составе грудного молока. А у малышей, потребляющих такое молоко, наблюдаются изменения в органах пищеварительной системы, нарушения нервной системы. Ребенок становится беспокойным, плохо спит.
Все выше рассмотренные примеры касаются непосредственно людей, получивших большую дозу радиации. Относительно влияния баз сотовой связи нет единого мнения.
Облучение радиацией организма после использования мобильного телефона
По крайней мере, Всемирной Организацией Здравоохранения не найдено каких-либо убедительных доказательств их вреда.
«На сегодняшний день нет каких-либо убедительных научных данных, подтверждающих, что слабые РЧ-сигналы, испускаемые базовыми станциями, приводят к неблагоприятным последствиям для здоровья», – таков последний вывод ВОЗ.
Не последнюю роль играет возраст. У молодых здоровых людей риск получить облучения ниже нежели, у пенсионеров или младенцев.
Виды базовых станций
Прежде всего, сотовые базовые станции различаются размерами. По этому параметру их можно поделить на:
- фемтосоты
- пико
- микро
- макро
Фемтосота – самая маленькая и её скорее можно назвать точкой доступа. Обычно оператор сотовой связи не имеет отношения к данному оборудованию, оно является собственностью потребителя, и обеспечивает связь для домохозяйства или предприятия. Устройство не требует вмешательства оператора, автоматически определяет радио параметры и подключения к сети операторов. Размещается внутри помещений и имеет размеры сопоставимые с домашними роутерами.
Следующие по размеру устройства, это базовые сотовые станции маленькой мощности – Пикосоты. Устройство сравнимо по размеру с ноутбуком или даже портативным компьютером. Используются в местах потенциально большой концентрации пользователей интернета для распространения локального сигнала сети IP/Ethernet. Устанавливаются в больших офисных зданиях, гипермаркетах, выставочных, бизнес и ярмарочных комплексах. Хотя и устанавливаются мобильными операторами, но еще не являются полноценными базовыми сотовыми станциями.
Следующей по размеру и уже вполне функциональная станция сотовой связи, это микросота. Обладая небольшими размерами и весом до 50 кг, обеспечивает связь в радиусе до 5 км.
Её габариты ограничивают количество поддерживаемых абонентов. Поэтому микросоты применяются в небольших населённых пунктах, для обеспечения локальных участков больших городов, там где нет необходимости в мощных излучателях или их некуда установить. Они практически незаметны на столбах. А в последнее время их научились еще и маскировать под деревья.
И наконец полноценные, мощные базовые сотовые станции, которые смонтированы повсюду. Особенно актуальна их установка на возвышенностях в городах. За городом мощные станции устанавливают чтобы обеспечить как можно больший радиус покрытия, потому что установка каждой связана с созданием хотя бы минимальной инфраструктуры. Это линия электропередачи и возможность подъезда для монтажа и обслуживания. Поэтому проще поставить одну мощную чем несколько небольших станций сотовой связи.
Зона действия каждой базовой сотовой станции зависит рельефа окружающей местности, высоты антенны, количества помех и препятствий в радиусе работы сотовой связи. Поэтому при планировании места установки радиус покрытия не всегда имеет первостепенную важность. Помимо перечисленных факторов учитывают ещё и возможный рост числа абонентов. Такой рост может спровоцировать ограничение на одновременное подключение сотовых телефонов. В этом случае операторам приходится уменьшать радиус действия установленной и дополнительно монтировать несколько станций сотовой связи.
Что такое радиофобия и почему она возникает?
Медицинского диагноза «радиофобия» не существует. Под радиофобией подразумевают нервно-соматические психические и физиологические расстройства, выражающиеся в необоснованной боязни человеком электромагнитного излучения. Психотическое состояние связано с расстройством мышления, нарушением восприятия реальности, отсутствием осознания болезни и нелепым поведением. Радиофоб чувствует на себе действие волн физически, а это уже симптомы шизофрении и ряда других серьезных заболеваний.
Летом 2021 года российские СМИ сообщили сразу о двух случаях повреждения вышек сотовой связи жителями. В Тверской области мужчина подпилил опору вышки, излучение которой, по его мнению, уничтожило урожай овощей и фруктов на его участке. А жительница Свердловской области попыталась сжечь вышку. Поджигательница страдала недомоганием и бессонницей и связала причину своего плохого самочувствия с расположенной недалеко от дома вышкой связи.
– Фобия – это болезненный, навязчивый и необоснованный страх, охватывающий человека в определенных ситуациях и вызывающий вегетативные нарушения, например, усиление сердцебиения и потоотделения. Человек, страдающий фобией, пытается избежать ситуаций и объектов, вызывающих страх, – объяснил заместитель главврача Воронежского областного клинического психоневрологического диспансера Александр Седнев. – У страха и фобии есть общие черты – дискомфорт, внутренняя напряженность, которые мешают спокойно жить. Во всем остальном они сильно различаются с точки зрения влияния и на самочувствие, и на самоощущение, и на качество жизни в целом. Страх – это нормальное, здоровое чувство, возникающее как реакция на потенциальную опасность и позволяющее избегать опасных для жизни ситуаций. А фобия – это состояние навязчивого страха, с которым невозможно справиться. Она заставляет в полной мере включаться фантазии и рисовать в мозгу картинки одна страшнее другой, в центре которых – предмет или событие. У человека, страдающего фобиями, проявляются вегетативные реакции: он может покраснеть или побледнеть, появляется тремор, усиливается потоотделение, учащается дыхание и пульс, начинаются сильное сердцебиение, одышка. Чтобы избежать неприятных ощущений, люди с фобией вынуждены избегать предмета своего страха, причем неважно, представляет ли он реальную угрозу. Одновременно со страхом в симптоматике фобий обязательно присутствует и тревога.
По словам врача, если человек боится чего-нибудь, это еще не значит, что у него фобия:
– В большинстве случаев мы не испытываем ярко выраженного страха, справляясь с потенциально опасными ситуациями, которыми наполнена жизнь современного человека. Чем меньше знаний, тем выше уровень тревоги. Большинство из нас инстинктивно оценивает уровень реальной опасности для себя или своих близких и выбирает способ ее преодоления.
Александр Седнев отметил, что заболевание и его причины могут выявить только психолог, психиатр или психотерапевт.
Оборудование базовых станций сотовой связи
Структурно все базовые станции gsm и lte состоят из трех основных компонентов. Это антенна, радио блок и система питания.
Визуально расположение базовой сотовой станции можно определить по антеннам. Это обязательный элемент устройства. Именно антенны принимают и передают сигналы между собой и абонентами. Антенна это очень важная часть базы, от которой зависит качество мобильной связи. Такие вышки с антеннами уже привычно вписались в городские и сельские пейзажи.
Для связи с сетью (соседними станциями) проводят оптоволокно. Если это сделать затруднительно или вовсе не представляется возможным, то на мачте устанавливается ещё и антенна релейной связи. Она имеет вид тарелки и немного похожа на спутниковые антенны.
С антенн сигнал поступает на радио блоки, которые устанавливаются открыто (наружно), либо в специальных помещениях.
Радио блоки в процессе работы греются. Поэтому установленные внутри аппаратных помещений требуют принудительного охлаждения с помощью кондиционера. Наружные охлаждаются естественным путём.
Третьей основной составляющей базовых станций является система питания. В неё входят преобразователь переменного тока в постоянный с управляющей и защитной аппаратурой. И конечно же аккумуляторы для бесперебойного питания.
Остальное оборудование обеспечивает нормальное функционирование основных систем, и находится в самом помещении либо рядом с ним в специальных шкафах или контейнерах. Это климат-контроль (кондиционер и обогреватель), система вентиляции и безопасности, противопожарные устройства и прочая вспомогательная аппаратура.
Физические особенности излучения сотовых вышек
Согласно нормам СаНПиН условно безопасным считается излучение при плотности потока энергии 0,1Вт на квадратный метр. Плотность потока – это количество энергии, проходящей через определенную площадь. Если бы антенны излучали по кругу, риск был бы минимален. Но подобное оборудование имеет направленность излучения.
У обычных антенн сотовой связи усиление с базовой станции (БС) до 20Вт.
Таблица диапазонов электромагнитного излучения волн различной длины
С увеличением расстояния плотность падает, то есть, произведя все расчеты, получим безопасное расстояние от 45 метров.
Принцип работы базовой станции, как они связываются между собой
Удобство пользования мобильной связью заключается в свободе передвижения. Мы можем идти пешком или ехать в автомобиле, при этом разговаривать по телефону. Мы передвигаемся, но связь не прерывается. Непрерывность обеспечивается за счет способности коммутатора или по другому Центра коммутации подвижной связи моментально переключать абонента из зоны действия одной базовой сотовой станции в другую. Это схематично видно на рисунке.
При этом абонент может передвигаться не прерывая разговор не только между антеннами, но от одного контроллера к другому. Эффективные технологии базовых станций позволят проехать тысячи километров не прерывая беседы. Если конечно хватит средств на роуминг.
При этом коммутаторы обеспечивают не только непрерывную связь в сети, но и оптимальное распределение нагрузки на базовые антенны. Это делается, чтобы обеспечить качественный сигнал, исключить перегрузку отдельных сегментов (сот) и снизить вероятность поломки оборудования.
Все это происходит моментально, задержка бывает только при начальном соединении и может составлять до трёх секунд. Так происходит потому, что должна произойти цепочка событий. А именно:
- Сигнал должен добраться до коммутатора.
- Он передает звонок на сторону получателя (в международные или междугородные сети, в городскую АТС, или другому оператору мобильной связи). Это происходит быстро при помощи оптоволоконных кабелей или радиорелейных каналов.
- Далее звонок поступает на коммутатор принимающей стороны. В этом коммутаторе уже есть данные о местонахождении вызываемого абонента. А именно — в какой соте находится и к какой базовой антенне ближе всего.
- И вот уже адресату поступил вызов.
Коротко можно сказать, что абоненты общаются между собой через БС, а сотовые станции соединяет Центр коммутации.
Как работает сотовая связь?
Общая зона покрытия делится на участки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций. Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. Определенную часть населенного пункта или территории обслуживают сразу несколько базовых станций, подключенных к специальному блоку – контроллеру локальной зоны.
– Сотовый телефон и базовая станция поддерживают постоянный радиоконтакт. При вызове телефон связывается с ближайшей базовой станцией и «просит» выделить голосовой канал. Базовая станция отправляет запрос на контроллер, а тот переадресует его на коммутатор. Коммутатор выясняет, где в данный момент находится вызываемый абонент, и переводит звонок на соответствующий коммутатор, откуда тот его переправит на контроллер, затем – на базовую станцию, которая соединяется с необходимым телефоном, – пояснил технический директор макрорегиона «Черноземье» Tele2 Александр Гречишников.
В последние годы одним из параметров, по которым оценивают качество связи, является скорость интернета. Почти 20 лет назад мы пользовались 2G-сетью до 364 Кбит/с, позже у нас появился 3G-доступ до 42 Мбит/с, затем мы стали пользоваться 4G-скоростями до 100 Мбит/c, а сейчас операторы в регионах активно запускают технологию передачи данных LTE-Advanced до 300 Мбит/с. Все они работают в разных диапазонах частот – путях, по которым следует передаваемая информация. Для 2G достаточно 900 и 1800 Мгц, 3G – 900 и 2100 Мгц, 4G работает во всех частотных диапазонах, в том числе в 2600 Мгц. Технология LTE-Advanced на данный момент позволяет качать трафик с максимальной скоростью, не только потому, что работает в самом широком диапазоне (2600 Мгц), но еще и потому, что объединяет сразу две радиочастоты (20 Мгц + 20 Мгц). Понятно, что чем больше диапазон частот, тем шире дорога и тем быстрее проходит сигнал, тем больше абонентов одновременно может качать информацию.
Как определить базовую станцию на карте
Иногда возникают ситуации, когда связь пропадает, а данные невозможно передать. Такие случаи бывают из-за удаленности или маломощности базовых антенн или множества препятствий для сигнала. Хочется найти место для устойчивого приёма и комфортного разговора. Это достаточно легко сделать, если в руках есть смартфон или находитесь рядом с компьютером. С помощью приложений для телефонов и сайтов в интернете, определить местоположение базовых станций на карте и уровень сигнала не представляет труда.
Для телефонов разработаны множество программ, которые можно скачать с сайтов или в магазинах приложений. Приложение найдет базовую антенну на карте, определит уровень сигнала и координаты. Например, для андроид, будут полезными следующие приложения:
- GSM Monitor
- Gsm Signal Monitor
- Antennas
- Network Signal Strength
- Cell Phone Coverage Map
- Network Signal
И много других.
Для устройств под руководством iOS выбор меньше, это:
- Signal 2
- Find Tower — Locate 4G antenna
Но с iPhone, так же как и с компьютера всегда можно выйти в интернет, и определить окружающие станции. Это можно сделать на сайтах операторов и популярных сторонних сервисах. Таких как англоязычный — opensignal.com или сайт на русском — netmonitor.ru или xinit.ru. Недостатком информации на сайтах является отсутствие сведений о силе сигнала ближайших базовых антенн.
Для потери связи с сетью есть четыре основных причины
Во-первых, помехи могут создавать неисправное устройство, старая SIM-карта и даже неправильный материал для чехла. Если кейс на вашем смартфоне выполнен с использованием обильного количества металла, то проблемы со звонками наверняка будут.
Во-вторых, разрывы соединения могут происходить в тех местах, где есть «дырки» в покрытии. Если ближайшие базовые станции находятся слишком далеко от вас, или вы находитесь слишком высоко или низко по отношению к ним. Обычно их строят таким образом, чтобы поле их покрытия ложилось внахлёст. Тем не менее, это не всегда возможно из-за географии местности и может быть нецелесообразно из-за общей мизерной заселённости определённого региона.
Покрытие сотовой связи в РФ и ближайших странах. Источник: reddit.com
Вы сталкиваетесь с этим во время езды на автомобиле или поезде. Чем дальше от города, тем связь обычно хуже. На некоторых участках дороги её может вообще не быть, и в этом нет ничего странного ил сверхъестественного.
В-третьих, обрывы часто связаны с перенапряжением сети. Оно может возникнуть тогда, когда ближайшие к вам станции уже обрабатывают слишком много звонков. Наиболее типичный момент для этого — крупные праздники. Сколько раз такое бывало с каждым: звонишь старому другу, чтобы поздравить его с Новым Годом, а в ответ слышишь лишь тишину. Звонок сбрасывается, начинаются короткие гудки, и это повторяется снова и снова. Пока станция не разгрузится, позвонить не получится.
В-четвёртых, каждый оператор определяет для себя приоритетный режим работы — тип соединения, который предлагается клиентам в первую очередь. У местных компаний это 3G. Если он не может предоставить хотя бы его, связь может падать.
Обслуживание базовых станций мобильной связи
Любое оборудование требует периодической профилактики и обслуживания. Обычная проверка включает снятие показаний электросчетчиков, тест блока питания, осмотр электроники, мачты, антенн и кабелей. При аварийных ситуациях обслуживающие инженеры действуют не в слепую. Для отслеживания неполадок существует дистанционная система мониторинга оборудования. Поэтому они заранее знают о возможных неполадках, и поломка какого-либо элемента не вызывает паники у сотрудников сотовых компаний. Современные сотовые станции собираются по модульной системе, блоки меняются достаточно легко и быстро. Обслуживание базовых станций сотовой связи выстроено таким образом, чтобы неполадки устранялись немедленно и абоненты всегда оставались на связи.
Для мониторинга общей работы сотовых сетей существует специальная аппаратура, которая обычно стационарно устанавливается в автомобиле. Такая лаборатория на колёсах служит для оценки качества сигнала в различных уголках городов и при выезде на открытую местность. Причем компании мониторят как свои, так и сети конкурентов.
Ещё один способ мониторинга своих сетей компании осуществляют с помощью имитатора базовой станции. Он нужен для поиска, идентификации и обнаружения устройств негласного съёма информации и прослушивания абонентов сотовой связи. Сотовики стремятся обезопасить себя и своих клиентов от негласного вторжения в обмен данными и прослушки телефонных звонков.
