Как работает мобильная связь
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Современный мир немыслим без мобильной связи, благодаря которой мы звоним друг другу и пользуемся интернетом просто с наших мобильных телефонов. Но как в целом работает мобильная связь и как устроены мобильные сети, представляющие прямо таки мегаполезную технологию, дающую нам доступ к интернету в любом месте, даже в отдаленных районах. Что же, о том как все это работает и устроено, читайте далее.
Путь мобильных данных
Путь ваших мобильных данных очень прост. Мобильный телефон устанавливает соединение с ближайшей вышкой сотовой связи с помощью радиоволн и начинает отправлять данные. Сотовая вышка получает эти данные и отправляет их в центр обработки данных по подземным кабелям. Порой для усиления сигнала используются специальные устройства, такие как например репитер — усилитель мобильной связи, больше о нем можно узнать на сайте https://4g-mereja.com.ua/g6503009-gsm-repitery (а заодно и приобрести его).
Затем центр обработки данных передает эти данные любой службе, к которой вы пытаетесь подключиться, и ожидает ответа. Получив ответ от службы (например, веб-сайта), он отправляет данные обратно на вышку сотовой связи по тем же подземным кабелям, а вышка передает эти данные обратно вам с помощью радиоволн. То есть принцип работы мобильной связи работает по такому же принципу, как и обычное радио, основная передача идет при помощи радиоволн на сотовые вышки, которые своей сетью опутали практически всю нашу планету (пожалуй, за исключением самых отдаленных и глухих районов).
Как мобильный телефон обрабатывает данные
Сначала ваш телефон устанавливает соединение с одной из доступных вышек сотовой связи, излучая радиоволны. Чтобы излучать эти радиоволны, мобильник оборудован специальным передатчиком и антенной – в современных устройствах антенна вообще невидима, а вот те кто постарше, отлично помнят как выглядели первые модели мобильных и сотовых телефонов, антенна там была такая совсем не маленькая. Передатчик превращает данные в радиоволны, которые передаются через антенну к ближайшей вышке.
Чтобы получать данные от вышек сотовой связи, устройство должно иметь приемник. Вместо отправки данных путем создания радиоволн приемник улавливает их, исходящие от вышки сотовой связи. Чаще всего приемник и передатчик объединены в одно устройство — приемопередатчик.
Если вы остаетесь в одном и том же месте, ваше устройство и эта вышка сотовой связи будут продолжать общаться друг с другом. Башня уведомит устройство о том, что она видит его и может четко с ним общаться, и устройство подтверждает, что оно должно общаться с этой башней, а не постоянно искать другую.
Как только вышка замечает, что добраться до устройства становится все труднее и труднее, она уведомляет устройство о том, что оно должно попытаться найти новую вышку, поэтому устройство посылает радиоволны всем вокруг, чтобы узнать, могут ли какие-либо другие вышки ответить. Этот процесс очень быстрый и обычно бесшовный. Именно поэтому вы даже не замечаете, что переключились на другую башню мобильной связи сменив своем физическое местоположение.
Как работают сотовые вышки
Если вы видели вышку сотовой связи, вы, вероятно, заметили, что на ней есть всевозможные антенны. Антенны там могут быть как одинаковыми так и разными, в зависимости от поддерживаемых поколений сети: 1G, 2G, 3G, 4G, 5G.
Эти антенны принимают радиоволны от разных устройств в разных диапазонах, в зависимости от используемого поколения сети. Башни обычно подключаются к центру обработки данных с помощью подземных кабелей. Это позволяет им отправлять и получать данные в центр обработки данных и из него. Соединение каждой башни кабелем может быть сложной задачей, особенно в сельской местности. Поэтому на некоторых вышках установлены большие антенны, использующие микроволны вместо радиоволн. Эти микроволны направляются на другую башню, у которой есть кабельное соединение.
Как работают дата-центры
Как только вы отправляете данные, будь то из вашего домашнего интернета или удаленно с использованием мобильной сети, они отправляются в центр обработки данных вашего интернет-провайдера (ISP). Затем центр обработки данных должен переслать эти данные в пункт назначения. Если вы находитесь в Европе и хотите получить доступ к чему-то, что размещено в США, ваши данные должны быть отправлены из центра обработки данных вашего интернет-провайдера, возможно, к другому более крупному интернет-провайдеру, такому как Vodafone, у которого есть подводный кабель между Европой и США.
Меньшие интернет-провайдеры должны платить за право подключаться к более крупным интернет-провайдерам, чтобы использовать их инфраструктуру для отправки и получения данных. Обычно такие крупные компании имеют национальную сеть и свои подводные и подземные кабельные соединения, чтобы можно было обмениваться данными с другими странами. Соответственно, он будет взимать плату с более мелких интернет-провайдеров за такие привилегии.
Таким образом, всякий раз, когда вы отправляете данные, в зависимости от пункта назначения, они могут достигать места назначения на сотни и даже тысячи километров по подземным и подводным кабелям. Самое интересное в этом то, что все это в современном мире занимает всего доли секунды.
Чем отличаются поколения сети
- 1G — впервые позволял совершать удаленные звонки, однако из-за своей технологии качество передачи голоса было плохим, а скорость достигала максимум 2,4 Кбит/с.
- 2G. Второе поколение мобильных сетей представило SMS и интернет-просмотр со скоростью до 50 Кбит/с.
- 3G — GPS, видео, голосовые вызовы. Третье поколение было ориентировано на повышение скорости передачи данных и предлагало скорость 3 Мбит/с. Это позволило использовать GPS, смотреть видео онлайн и делать фотографии хорошего качества.
- 4G — четвертое поколение увеличило скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Это позволяло просматривать контент с высоким разрешением, например фильмы, и совершать видеозвонки в реальном времени с высоким качеством.
- 5G — пятое поколение — это последнее поколение, предлагающее скорость более 10 Гбит/с и очень низкую задержку. Такие скорости и низкая задержка открывают путь для новых высоких технологий.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.