Один приятель спрашивает у другого:
- А почему вот тот, разговаривающий по сотовому человек,
постоянно приседает и снова встает?
- Он волну ловит или снайперов боится.
Анекдот на злобу дня (с)
Сотовый телефон существо почти живое. Он всегда пытается пообщаться с базовой станцией. Это происходит вне зависимости от желания владельца. Разумеется, если трубка находится во включенном состоянии. Базовая станция передает сигнал для трубки на частотах 935,2 – 959,8 МГц (важно! Речь идет о GSM900), а мобильный телефон вещает на частотах 890,2 – 914,8 МГц. Суровые математические расчеты говорят о том, что максимально возможное расстояние между сотовым телефоном и базовой станцией может составлять 35 км. Это связано с работой технологии TDMA – каждой мобильной станции выделяется тайм-слот в 0,577 миллисекунд (точнее говоря, работает отношение 15/26), за это время мобильная станция должна успеть ответить соте. Скорость распространения радиоволн конечная и хорошо известная - 300 тысяч км/с, максимальное расстояние вычисляется как простое перемножение времени на скорость. Вот так и получаются эти самые 35 км. Впрочем, если теоретическое вычисленное значение выглядит очень красиво, то в реальности всё обстоит несколько иначе. Для GSM-900 существует 5 классов мощности сотовых аппаратов: 1-й – 20 Вт, 2-й – 8 Вт, 3-й – 5 Вт, 4-й – 2 Вт и 5-й – 0,8 Вт. Реально мы не встречали ни одной носимой трубки с мощностью больше 2 Вт. Пробить расстояние в 35 км при таких характеристиках невозможно. Если увеличить мощность базовой станции достаточно просто – надо установить трансформатор помощнее и договориться с органами надзора, то дать каждому пользователю генератор или кислотный пятидесятикилограммовый аккумулятор за спину не представляется возможным. Против абонента сотовой сети играет буквально всё: погода, рельеф, инфраструктура и многое другое. Так что реальное расстояние, на котором связь возможна в каждом конкретном случае, достигается простым экспериментом с сотовым телефоном. Иными словами, вам дается самый реальный повод достоверно измерить «чувствительность» вашего сотового аппарата в полевых условиях. Помните, что измеренная вами величина будет крепко накрепко привязана к конкретному сотовому телефону и изменчивым погодным условиям. Взять пару трубок на тест в магазине мобильников вам, скорее всего, не позволят. Поэтому имеет смысл только одно действие – будьте наблюдательны. Допустим, вы оказались в зоне не совсем уверенного приема. Поспрашивайте у товарищей, как дела обстоят с их сотовыми переговорами. Такой опыт не является высшей гарантией успеха при покупке. Мы писали ранее, что даже в одной поставке трубки одной марки могут работать по-разному. Даже пайка роботом не может гарантировать абсолютно идентичного соединения проводников, что уж говорить о полупроводниках и однородности антенн.
Идем дальше. Трубка меряет мощность входного сигнала. Разумеется, сделать это без ошибки нельзя. Стандарты GSM предусматривают допустимую ошибку измерения при работе в обычных условиях в 6,3 раза (+/-4 дБ). Для «жестких» условий работы, будь то, например, очень низкая температура, стандарт разрешает сделать погрешность в 15,8 раза (+/-6 дБ). Все эти погрешности реально работают для полностью исправных трубок. Жить без них было бы очень сложно, так как производители мобильников физически не способны обеспечить эталонный замер входящей мощности. После того, как мы узнали о погрешности измерения мощности, остается перейти к конкретному примеру. Допустим, что вы со своей трубкой оказались в месте, где реальный уровень сигнала базовой станции равен -103 дБ. Настройки общей работы сети поставлены таким образом, что они сообщают трубке, что доступ к ней разрешен при уровне измеренного сигнала -105 дБ. Разумеется, тут и вылезают все наши погрешности. Приемник мобильника изготовлен так, что уровень сигнала занижается на 4 дБ. Измеренный трубкой сигнал составит -107 дБ. Итак, полностью рабочая и отвечающая всем стандартам трубка будет сброшена из сети, так как она не имеет права быть включенной в систему. Другой сотовый телефон имеет такую реализацию, что он будет завышать измеренный сигнал на 4 дБ. Он сумеет зарегистрироваться в сети и покажет ее логотип на экране. Скажем больше, что если фактический уровень сигнала для такой трубки будет составлять -108 дБ (по месту, где она находится), то аппарат все равно будет исправно регистрироваться в сети оператора. Вот вам и «чувствительность» сотовых аппаратов. Так что наличие логотипа на экране вашего телефона говорит о регистрации трубки в сети, но не гарантирует нормальной связи. Однако это все равно приятно. Попытка поговорить иногда может быть засчитана за сам вызов. Так что, уважаемые читатели, желаю вам иметь трубку с таким приемником и измерительным трактом, который постоянно будет завышать уровень мощности сигнала от базовой станции. Таким образом, мы полностью разрушили миф о том, что пользователи разных сотовых телефонов могут меряться уровнями сигнала, который отображается на экранах их мобильников. Действительно, такие разговоры ведутся только от глубокой безграмотности в вопросе. Впредь, когда у вас будут спрашивать об уровне сигнала и апеллировать к информации на экране трубки, то не стоит тратить время на пустые разговоры. Смысла нет сравнивать измеренную мощность входящего сигнала, а про «эталонные кубики» совсем стоит забыть. Как этот производитель телефона пересчитывает в них данные остается загадкой. Тратить свое время на ее раскрытие опять же не имеет смысла.
Не так давно рядом с Санкт-Петербургом на Финском заливе один из операторов использовал Extended Cell. Абоненты могли видеть на экране своих мобильников название этого оператора с восклицательным знаком. Это означало, что трубка видела сеть, но не могла с ней общаться. Проблема решалась с использованием внешних направленных антенн, когда выходной сигнал аппарата усиливался. Таким образом, Extended Cell позволяет покрыть гигантские малолюдные территории. Впрочем, их применение находит все меньшую популярность. В Сибири такие соты не поставишь все равно, а курортные районы по своей сотовой нагрузке давно переплюнули центры мегаполисов по интенсивности телефонных переговоров. Extended Cell физически не могут обслужить такие места, да и требование дополнительной антенны не делают этому способу связи должной популярности.
Создатели наклейки рекомендуют наклеить ее под аккумулятор. Логичный ход. Там наклейка не будет мешать и не помешает работать настоящей антенне. Кстати, на расчеты последней уходят огромные силы. Каждая антенна по-своему уникальна и общей панацеи для всего этого многообразия быть не может. Мошенники могут только расстроить работу вашей штатной антенны. Возможно, внести помехи и шумы. Сомнительно так же рекламное утверждение, что один стикер заменяет антенну длинной в метр. Необходимости в такой длине просто быть не может. Конечно, можно собрать метровую антенну, но это будет очень сложная и не очень нужная система. Одним словом, дурят нашего брата. Кстати, ноги у этой наклейки растут из Азии. Там действительно одно время продавали сотовые телефоны и специальные антенны в виде наклеек к ним. Однако от системы отказались, так как пользователи просто не могли их правильно наклеить. Важно было точно позиционировать стикер в нужной части мобильника. Задача оказалась непосильной. Так что не стоит тратить свои деньги и поощрять мошенников.
В первых конструкциях сотовых телефонов применялись телескопические антенны, а несколько позже - малогабаритные антенны. В сотовых телефонах можно встретить такие малогабаритные антенны: спиральные, вибраторные и низкопрофильные.
При соответствующем выборе параметров спиральной антенны она очень эффективна. Для портативных радиотелефонов используется режим ненаправленного излучения, который реализуется при диаметре спирали D значительно меньше длины волны. При этом в плоскости витков антенна равномерно излучает во всех направлениях, а в плоскости, совпадающей с осью спирали,
Спиральные антенны представляют собой закрытую полимерной оболочкой спираль на диэлектрическом стержне. Существуют модели со спиралью, заключенной в резиновый корпус, «в гибком исполнении». Спиральные антенны имеют физическую длину 1/12 при четвертьволновой электрической длине. При дальнейшем уменьшении физической длины резко возрастают потери. Неудовлетворительная работа спиральной антенны в портативных радиотелефонах в диапазоне частот 800…900 привела к тому, что разработчики усложнили ее, добившись выигрыша по сравнению с одиночной спиралью. Усложненная спиральная антенна состоит из двух спиралей: первичной, жестко установленной на корпусе, длиной приблизительно 2 см и вторичной, длиной приблизительно 10 см, которая размещена внутри корпуса радиотелефона. В выдвинутом состоянии вторичная спираль становится основным излучателем.
Уменьшение размеров сотовых телефонов заставило отказаться от использования вибраторных и спиральных излучателей и перейти к низкопрофильным конструкциям. Микрополосковые антенны и F-образные антенны известны как типичные низкопрофильные антенны и их широко применяют в радиотелефонах. Габариты носимого телефонного аппарата позволяют расположить антенну на лицевой или боковой стороне корпуса.
В современных аппаратах антенны выполнены в виде короткого стационарного штыря, который установлен внутри корпуса, и его почти не видно. Изменение конструкции применяемых антенн связано, в первую очередь, с ростом рабочей частоты, а также требованиями удобства их эксплуатации. Уменьшение размеров корпуса и соответственно размеров антенны приводит, как правило, к уменьшению эффективности ее работы во время передачи и приема. Поэтому применение небольших по размерам сотовых телефонов оправдано только там, где сотовая сеть мобильной связи достаточно развита и имеет мощные базовые станции.
Опыт показывает, что в большинстве случаев лучшая антенна - стандартная. При необходимости имеет смысл приобретать стационарную или автомобильную антенну. Стационарная направленная антенна устанавливается на улице так же, как телевизионная, и направляется на ближайшую базовую станцию. Такие антенны используют для улучшения качества связи в зданиях и подвальных помещениях, а также для обеспечения связью вне зоны приема в пригороде.
В сотовой связи классическую полуволновую антенну, не зависящую от потерь в ближней зоне, как правило, используют в качестве выносной антенны. В большей части современных мобильных телефонов используются четвертьволновые вибраторы разных форм, в которых сама конструкция аппарата служит для антенны нижней частью излучающей структуры - как бы противовесом. Измеренная плотность потока излучения мобильного телефона может составлять несколько десятков процентов от номинальной мощности и зависит от того, как расположена рука пользователя с аппаратом у уха (рабочее положение аппарата).
Основные потери эффективности антенны в рабочем положении аппарата носят название «потери ближней зоны». Эти потери определяются в основном двумя факторами: результирующей изрезанностью диаграммы направленности и потерями мощности излучения на единицу массы тела пользователя и, естественно, что у абонента крупных размеров потери ближней зоны больше. Находясь вдали от городов, пользователи сотовой связи нередко сталкиваются с неуверенным приемом базовых станций. Выходом из данной ситуации является использование для работы телефона внешней антенны. Рассмотрим некоторые особенности радиосвязи в широко распространенном стандарте GSM. В стандарте GSM-900 всего 124 частотных канала. Сотовый телефон, как и базовая станция, могут работать на любой частоте, определенной оператором. Передача от базовой станции (BS) на телефон (MS) ведется на одних частотах (935,2…959,8 МГц), в то время как передача от сотового телефона на базовую станцию - на других на частотах (890,2…914,8 МГц). Канал от базовой станции (BS) к мобильной станции (MS) носит название Down Link, а от MS к BS - Up Link.
Операторы обычно используют ограничение дальности работы мобильного телефона от базовой станции до 35 км, что обусловлено особенностями стандарта. Если в сети стандартной конфигурации в одном частотном канале формируется 8 временных интервалов (тайм-слотов): один служебный, а семь - разговорных, то в этом случае максимальная дальность связи на каждом канале составляет 35 км. В GSM можно пользоваться и нестандартной конфигурацией соты. В этом случае дальность связи увеличивается до 70… 100 км (конфигурация Extended Cell), а емкость сети уменьшается до 2-3 каналов.
Такой режим работы является неприемлемым для городских условий, так как уменьшается количество абонентов сотовой сети. Этот режим работы сотовой связи иногда используется на морском побережье для создания прибрежной зоны, покрытия.
Резюмируя высказанное, можно сделать вывод, что при наличии телефона стандарта GSM-900 для нормальной работы сотового телефона не следует удаляться от ближайшей базовой станции на расстояние более 35 км, в противном случае связь с ней будет затруднена или просто невозможна.
На дальность радиосвязи, как известно, влияют такие факторы: Местоположение BS и MS и рельеф местности. Мощность и чувствительность сотового телефона (MS). Мощность и чувствительность базовой сотовой станции (BS). Антенны, установленные на MS и BS. Время года и погодные условия.
Обычно базовые станции имеют мощность 20…30 Вт. Антенны применяются либо штыревые, либо направленные. Чувствительность базовых станций составляет минус (100… 115) дБ, в то время как выходная мощность телефона составляет 0,3…2 Вт, а чувствительность - минус (90…105) дБ. Чувствительность телефона в основном определяется технологиями, используемыми при создании малошумящих входных устройств.
Если в зонах уверенного приема разница в чувствительности и мощности между различными моделями сотовых телефонов практически незаметна, то в зоне неуверенного приема она может стать критической. Зачастую трубка показывает уровень сигнала от базовой станции 1-2 кубика (по шкале), а установить соединение не может: не хватает мощности. И хотя стандартизация ETSI регламентирует стандартные выходные мощности для каждого класса телефонов, реальное значение может незначительно колебаться. Хорошей чувствительностью отличаются трубки Sagem, Alcatel, Motorola. А по мощности проходят все старые телефоны, особенно Motorola. Все телефоны фазы 2 имеют примерно одинаковую мощность.
Во время установки сеанса радиосвязи следует учитывать, что радиоволны распространяются лучше на ровной местности и по поверхности реки, в то время как в лесу прохождение волн хуже, чем в городе. Радиосигнал распространяется или принимается лучше, если вы находитесь на высоте, господствующей над окружающей местностью. Бывает так, что во время сеанса связи вас слышат хорошо, в то время как собеседник время от времени пропадает. Для исправления ситуации следует заменить ваш телефон на аппарат с большей чувствительностью. Если же вы находитесь на таком расстоянии от базовой станции, что телефон ловит сигнал сети на пределе или нестабильно, то для улучшения радиосвязи следует попробовать подключить к телефону внешнюю антенну.
В зонах неуверенного приема между каналами с одинаковыми и соседними частотами часто наблюдаются интерференционные помехи. Это связано с ограниченностью частотного ресурса, выделенного операторам GSM-900. И в связи с этим, в зоне неуверенного приема часто фиксируются сигналы от разных базовых станций, имеющие одинаковые или соседние значения частоты сигнала.
Такие сигналы создают взаимные помехи, мешающие связи, а при определенных уровнях сигналов связь становится и вовсе невозможной. Если на экране телефона фиксируется сильный сигнал от базовой станции, а установить соединение не удается или удается, но речь все время пропадает, значит, вы столкнулись с «чужаками». В такой ситуации телефон не всегда способен выбрать другую частоту, поэтому если у вас телефон Nokia, то можно попытаться воспользоваться функцией «NetMonitor». При отсутствии в телефоне функции NetMonitor следует применить внешнюю направленную антенну с хорошей диаграммой направленности.
Все стационарные антенны можно разделить на два типа: направленные и ненаправленные. В качестве ненаправленных стационарных антенн в основном применяются полуволновые, коллинеарные и солинейные антенны. Ненаправленные антенны по сравнению с направленными антеннами обладают, как правило, меньшим усилением и применяются в основном там, где возможен прием сигнала от нескольких базовых станций. По конструкции и характеристикам они очень похожи на автомобильные антенны.
Существует много типов направленных антенн, которые отличаются только конструктивным исполнением. В основном используются направленные антенны типа волновой канал, логопериодические и плоские печатные, Антенна типа волновой канал имеет больший коэффициент усиления и проста в изготовлении. Логопериодическая антенна имеет более сложную конструкцию при тех же габаритах, что и антенна типа «волновой канал».
Хотя логопериодическая антенна и имеет меньший коэффициент усиления, но она широкополоснее, что позволяет ее использовать в большем интервале радиочастот. Для сравнения приведем коэффициенты усиления наиболее распространенных внешних антенных для сотовых телефонов. Простая автомобильная антенна имеет усиление 1…3 дБ (1-2 кубика по шкале телефона), волновой канал - 7…15 дБ (в зависимости от количества элементов, качества сборки и настройки антенны), что составляет уже 2-3 кубика по шкале, а логопериодическая антенна - 7…12 дБ.
В сотовой связи в качестве стационарных антенн получила широкое распространение антенна типа Уда-Яги (или «волновой канал»). Эта антенна имеет много разновидностей, которые различаются между собой числом элементов, плоскостями поляризации и конструкцией отдельных элементов. Антенна для сотовой связи имеет вертикальную поляризацию, и поэтому ее активные вибраторы, рефлекторы и директора устанавливаются вертикально. «Волновой канал» до настоящего времени является одной из лучших антенн для радиосвязи на УКВ, а также приема телевидения. Применение такой антенны позволяет значительно увеличить дальность действия сотового телефона, позволяя вести связь из мест значительно удаленных от зоны обслуживания вашего оператора.
Выбор внешней антенны производится, исходя из ее основных параметров: рабочий диапазон (frequency range); коэффициент усиления (gain); импеданс антенны (impedance); КСВ - коэффициент стоячей волны (VSWR).
Рабочий диапазон антенны должен соответствовать диапазону частот, в котором работает ваш сотовый телефон. Коэффициент усиления следует выбирать по возможности наибольший, импеданс антенны (волновое сопротивление) должен быть равен 50 Ом, а коэффициент стоячей волны - не превышать двух. Все вышеперечисленные параметры антенны обычно указываются в ее паспорте, а если такого нет, то необходимую информацию может дать продавец магазина. В продаже есть антенны с аналогичными радиотехническими характеристиками и других фирм, которые по стоимости меньше указанных выше типов антенн. Это объясняется их низкой механической надежностью и плохой коррозийной стойкостью. Заметим, что в Западной Европе отсутствуют зоны неуверенного приема, и поэтому направленных антенн для терминалов GSM-900 практически не выпускается. В продаже есть только направленные фирменные антенны GSM-900 для работы с ретрансляторами (репитерами) операторов.
После выбора внешней антенны следующим этапом является ее правильная установка. Проще всего антенну укрепить на вертикальной трубе высотой несколько метров и диаметром 30…50 мм, установленной на крыше дома или холме. Антенна крепится кронштейнами, скобами, болтами с гайками и другими крепежными деталями. При этом нужно помнить, что антенна должна быть направлена в сторону ближайшей базовой станции, а ее штыри располагаться вертикально. Направление на базовую станцию определяют следующим образом. Подключают сотовый телефон к антенне с помощью кабеля и антенного адаптера, а потом, вращая антенну в различных направлениях, производят фиксацию максимальных показаний индикатора уровня сигнала. При этом руки должны быть убраны с антенны. Измерение каждого показания должно длиться не менее 10…20 секунд.
Установка ненаправленной антенны несколько проще. Штырь антенны устанавливают в вертикальном положении, как можно выше. Длина соединительного антенного кабеля должна быть как можно меньше. Применяющийся обычно для этих целей кабель типа RG-58 длиной 5 м ослабляет сигнал почти вдвое. При длине соединительного кабеля до 10 м лучше использовать кабель типа RG-59, имеющий низкие потери (low loss). При большей длине лучше взять кабель типа RG-213, его диаметр примерно 10 мм.
При длине соединительного кабеля около 50 м для компенсации потерь в нем следует применить так называемый бустер. Бустер представляет собой пару антенных усилителей, один из которых работает на прием, а другой - на передачу сигнала.
Чтобы иметь возможность перемещаться по помещению и не быть привязанным к соединительному кабелю внешней антенны, обычно используют репитер или ретранслятор. Репитер состоит из антенного усилителя (50…60 дБ) и передатчиков, один из которых работает на передачу сигнала от оператора на сотовый телефон, а другой осуществляет передачу сигнала от телефона до базовой станции.
Репитер внешне представляет небольшой плоскую коробочку, на одной из малых граней которой имеется гнездо для подключения внешней антенны, а на другой - разъем с прикрепленной небольшой комнатной антенной, как правило, в виде гибкого штыря с усилением 3 дБ. Связь сотового телефона с репитером осуществляется на расстоянии до 30 м. Репитер создает как бы одну маленькую соту, в зоне действия которой можно свободно перемещаться. При покупке репитера нужно выбирать модель, которая работает в одном стандарте с вашим сотовым телефоном.
Следует заметить, что репитером могут пользоваться несколько абонентов. Разговаривать одновременно по своим сотовым телефонам могут от 3 до 6 человек, в зависимости от стандарта и типа репитера, а вот в режиме ожидания может находиться неограниченное число пользователей. Таким образом, ваши друзья, пришедшие к вам в гости или клиенты в вашем офисе тоже могут воспользоваться репитером.
Бывают случаи, что даже применение направленной антенны с высоким коэффициентом усиления совместно с бустером или репитером не дает никаких результатов, и связи нет, что бы вы ни делали. Причин может быть несколько, но две основные такие: вы попали в зону так называемой радиотени или вы находитесь слишком далеко от зоны действия ближайшего сотового оператора. Сигнал высокочастотного диапазона сотовой связи представляет волны очень малой длины, которые распространяются в основном по прямой и, встречая на своем пути препятствие, они либо отражаются от него, либо затухают в его толще.
Для того, чтобы выйти из зоны радиотени, нудно поднять антенну как можно выше, то есть установить антенну на более высокую мачту. Отечественная промышленность выпускает мачты нескольких типов, высотой от 7 до 30 метров. Если же в этом случае связь с оператором так и не удастся установить, то тогда необходимо покупать спутниковый телефон.
В диапазоне 900 МГц вопрос выбора кабеля приобретает первостепенную роль. Отечественные телевизионные коаксиальные кабели можно использовать только ограниченно (затухание более 30 дБ на 100 м слишком велико). Из доступных импортных образцов подойдет RG-6 - коаксиальный кабель с двойной оплеткой. Его вы найдете в любом магазине. Затухание составляет 20…24 дБ на 100 м (проверено экспериментально). Длина кабеля между антенной и телефоном должна быть не более 30 м, чтобы были меньше потери сигнала.
Промышленные штыревые автомобильные антенны обычно включают в себя кабель RG-59 с затуханием 28 дБ на 100 м. Антенна типа волновой канал с коэффициентом усиления 12 дБ и Юм кабеля RG-6U дают общее усиление 9,6 дБ, а при 20 м - 7 дБ.
На большинстве сотовых телефонов есть разъем для внешней антенны. Кроме того, для каждого типа телефона существует так называемый антенный переходник (около $5), он подключается к указанному разъему и представляет собой короткий кусок кабеля, с одной стороны которого находится специфический телефонный высокочастотный разъем, а с другой - стандартный ВЧ-разъем. Обычно затухание в антенном переходнике не превышает 1 дБ.
При покупке антенного переходника необходимо убедиться в его работоспособности. При включении переходника в телефон встроенная в телефон антенна отключается, а выходной каскад переключается на переходник. Другими словами, на шкале телефона можно заметить, что при подключении к нему одного переходника происходит некоторое падение величины сигнала. Если же после этого подключить к переходнику внешнюю антенну, то сигнал должен возрасти. Все это говорит о том, что переходник работает.
Установленную антенну с помощью кабеля подключают к сотовому телефону и производят ее настройку. Телефон следует разместить так, чтобы был виден его экран. При настройке антенны с аппаратами Nokia лучше всего использовать функцию NetMonitor. В этом случае ориентируются по уровню сигнала в децибелах: если значение уровня в децибелах больше, то сигнал сильнее. В противном случае настраиваются по стандартной шкале уровня сигнала.
В других типах телефонов можно ввести специальный код и открыть служебное меню. Меню позволяет увидеть приемный уровень 6…8 частот, принимаемых телефоном в порядке убывания, номер частоты, расстояние до базовой станции, процент ошибок в канале и др.
При настройке антенну поворачивают вокруг мачты медленно и с остановками, так как уровень принимаемого сигнала, отображаемый в телефоне, изменяется с задержкой до нескольких секунд. Если известно направление на ближайший город, то антенну можно вначале направить на него. Вращение антенны производят до того момента, пока не будет установлено направление, откуда приходит сигнал максимального уровня. Получив необходимый результат, производят фиксацию антенны. Бывает и так, что удается определить направление, откуда приходит сигнал, но его сила такова, что не позволяет установить качественную связь, тогда следует применить антенный усилитель.
Для начала вкратце давайте разберемся в основных понятиях, что бы ни у кого не было вопросов. Итак, упрощенно говоря, сотовый телефон представляет собой дуплексную радиостанцию, ведущую радиообмен на разных частотах. Таких частот, по стандарту GSM может быть 124. На какой именно частоте идет работа, определяет оператор. Базовая станция — Base Station (BS) передает, а телефон — Mobile Station (MS) принимает на частотах 935.2-959.8 МГц. Мобильный телефон передает, а базовая станция принимает на частотах 890.2-914.8 МГц. К слову, канал от BS к MS называется DOWN LINK, от MS к BS называется UP LINK. По стандарту GSM максимальная удаленность MS от BS составляет 35 км. Больше никак, это связано с установленным в стандарте максимальным временем приема сигнала от MS. Для автоматического управления работой телефона в цифровой сети сотовой связи необходима информация об уровнях сигналов базовых станций, которые может принимать телефон в месте его нахождения. Эта информация используется телефоном в режиме ожидания вызова для выбора той базовой станции, с которой в конкретный период времени условия связи считаются оптимальными, а во время разговора используется системой для принятия решения о переключении разговора на ту базовую станцию, с которой условия связи будут лучше. Для получения информации телефон должен «уметь» измерять уровень мощности входного сигнала на частотах, указанных системой, причем стандарты предусматривают допустимую ошибку измерения при работе в обычных условиях в 6,3 раза (+/-4 дБ), а в критических (жара, мороз и т.п.) — даже в 15,8 раза (+/-6 дБ). (Подчеркиваю, что речь идет о допусках для исправных аппаратов, и предусмотрены они для удешевления производства телефонов.) Предположим, что в месте расположения телефона реальный уровень сигнала базовой станции равен -103 дБм, а система сообщает ему, что доступ к ней разрешен при уровне -105 дБм. Если измеритель в приемнике телефона настроен так, что уровень сигнала занижается на 4 дБ (это, как мы уже говорили, вполне допустимо), то телефон справедливо решит, что уровень принимаемого сигнала (-107 дБм) слишком низок, и он не имеет права обращаться к системе. В результате аппарат не сможет зарегистрироваться в сети и название сети на его дисплее не появится. Другой телефон, у которого настройка измерителя уровня сигнала смещена на те же 4 дБ, но в другую сторону, в этом же месте и даже там, где реальный уровень сигнала будет не -103, а, например, -108 дБ, может зарегистрироваться в сети и покажет на своем дисплее ее название. Абонент, наверняка, будет очень горд за свой сверхчувствительный телефон. Но прав ли он? Вероятнее всего, реальную связь установить его телефон также не сможет. Вышеизложенное позволяет понять, почему из двух телефонов, находящихся, казалось бы, в равных условиях, один «видит» сеть, а другой нет. Как видим, причина этого может заключаться лишь в том, что у этих телефонов по-разному настроены измерители уровней принимаемого сигнала, а вовсе не в том, что у одного чувствительность выше. Надо заметить, что исследования показывают, что в диапазонах частот, используемых в сотовой связи, даже при небольшом, всего на несколько сантиметров или десятков сантиметров, перемещении антенны или с течением времени уровень сигнала может изменяться в 100 и даже в 1000 раз (на 20 — 30 дБ). Для лучшего охвата предметной области, приведу отрывки статей из некоторых авторитетных Российских источников: http://www.mobilenews.ru Понятие «чувствительность» к сотовому телефону не применимо вообще — оно относится только к приемнику сотового аппарата. Каждый производитель идет на компромисс — или высокая чувствительность приемника, или высокая мощность передатчика, поскольку именно их приходится коммутировать в одной антенне. http://www.mobile-review.com Если вы прикрываете во время разговора антенну рукой, то мощность также увеличивается, так как идет ослабление сигнала. Учитывая, что телефоны стали небольшими по размерам, прикрыть антенну рукой очень легко. Это изменяет чувствительность аппарата минимум на 4-5 дБ. А как показывают испытания всех современных телефонов различия между ними как раз и укладываются в те самые 4-5 дБ. В свою очередь на испытаниях 4-5 дБ вписываются в статистическую погрешность, термин чувствительности перестает быть объективным и переходит в субъективную плоскость. http://www.ixbt.com Чувствительность, как и характеристика аппарата — понятие совершенно условное. Аппараты из одной партии могут обладать различной чувствительностью. Все зависит от настройки. По инструкции разброс значений для одной и той же модели может достигать 4Дб. http://www.onliner.by Находимся почти в центре соты. Телефон держим правильно. Не закрываем рукой место с антенной сверху. И что мы видим? А то, что уровень -51..-53dB. Теперь расположим телефон на мягкую поверхность дивана практически там же, где держал в руке. ЧТО ЭТО??! у нас уже -44..-45dB!!! Здорово. Берем тел в руку. Полностью закрываем ладонью антенну, уже -60! -62! Ко всему вышесказанному надо добавить, что обсуждаемые параметры для конкретной модели телефона найти весьма сложно. Подобная информация может просто отсутствовать в инструкции по эксплуатации, да и коэффициент доверия к ней достаточно низок. Производители телефонов часто завышают характеристики, объясняя это своими «более достоверными» методами измерения. Добавьте к этому, предусмотренный стандартом, значительных разброс характеристик даже в телефонах одной серии. Вот так обстоят дела. После всего этого можно доверять субъективным оценкам из различных источников или нет? Итак, стандарт GSM, сейчас им занимается 3GPP. Есть документ под названием 3GPP TR. Там все подробно (чрезвычайно) описано по поводу технической стороны стандарта. (Кто не боится попортить голову, из-за перегрева мозга прошу читать). Поехали, кратко и в тему… GSM использует множественный доступ с разделением по времени (TDMA). Сильно упрощая, по этой самой технологии TDMA каждой мобильной станции выделяются 8 тайм-слотов по 0.577 миллисекунд. Т.е. за это время MS должна успеть переслать тайм-слот пакет. А тайм-слот пакет это 2х57бит, передаются тайм-слот пакеты по очереди, образуя фреймы и мультифреймы, но это уже «дебри». Скорость радиоволны весьма не большая — всего 300000км/сек. Учитывая временные затраты из-за ряда нежелательных факторов, для частот 900мгц — максимальная дальность 35км, а для 1800км — 10км. Правда, возможны некоторые хитрости, которые позволяют увеличить время отклика мобильной станции. В GSM действительно предусмотрена нестандартная конфигурация соты, при которой дальность связи увеличивается на 70 — 100 км (Extended Cell). Но при такой конфигурации количество разговорных каналов уменьшается до 2 — 3. Использование Extended Cell — это хорошо для покрытия «пустынных» районов, где людей нет, а также хороша для некоторых жадных операторов. Опционально контроллер базовых станций позволяет активизировать режим, при котором возможно пользоваться терминалом на расстоянии 120 км. от БС, но при это количество трафиковых каналов на одной несущей уменьшается до четырех. Этот режим называется расширенная сота (Extended Cell). На территории нашей области его применение не эффективно, что обусловлено сложным рельефом местности. Например, Астрахань — GSM успешно применяет расширенные соты на равнинных участках и для покрытия р. Волги. Так как же выбрать модель телефона, которая наилучшим образом будет работать в зоне неустойчивой связи? Думаю, что прежде всего нужно обращать внимание на функциональные возможности телефона, удобство пользования, дизайн и, наконец, цену. А дальше — как повезет. В зоне с нормальным уровнем сигнала особенности параметров и настройки телефона никак не проявятся. В зоне же неустойчивой связи, слабого сигнала, если повезет и попадется телефон с более благоприятным вариантом настройки, он будет работать чуть лучше, если не повезет, связь будет чуть хуже или ее не будет вообще. В любом случае в зоне неустойчивой связи полезно помочь своему телефону, подключив внешнюю направленную антенну или хотя бы гарнитуру hands free. Ведь нельзя же требовать компенсации всех недостатков, которые имеет зона обслуживания оператора сотовой связи, только от маленького телефона. Для справки: Децибелы (дБ) — логарифмические единицы, широко используемые в радиотехнике для выражения отношения двух величин. Отношение напряжений (U) и мощностей (P) двух сигналов в децибелах можно выразить так: N = 20 log (U1/U2) = 10 log (P1/P2) Если в качестве одной из величин в отношении используется некое эталонное абсолютное значение, то появляется возможность выражать уже абсолютные значения в логарифмических единицах. Например, если принять за эталонное значение мощность 1 мВт, то другие абсолютные значения мощности можно будет выражать в логарифмических единицах (децибел к милливатту), которые часто используются в радиотехнике. При этом положительные значения соответствуют уровням, превышающим эталонное значение, а отрицательные — уровням ниже эталонного значения.
Netmonitor является инструментом отображения технических данных о состоянии сети сотового оператора. Позволяет определить уровень входящего сигнала оператора и номера каналов, на котором работает данный оператор, тип сети и основные параметры.
В обычном мобильном телефоне эта функция чаще всего доступна набором специальной комбинации клавиш по типу USSD-запроса.
В основном эта информация используется для правильного подбора и установки .
Apple iPhone 2g, 3g, 3gs, 4g, 4gs, 5 - версия прошивка 5.0.1 и выше:
*3001#12345#* затем нажать «вызов». Попадаем в меню Field Test. В левом верхнем углу виден уровень сигнала мобильного оператора, отражаемый в Дб. Далее на вкладку GSM Cell Environment/GSM Cell/Neighboring Cells, здесь видно список каналов. Всего 6 каналов. Для того, чтобы посмотреть информацию о канале следует нажать на стрелочку.
Android:
*#0011# или *#*#4636#*#* или *#*#197328640#*#* . После нажатия последнего символа, меню появляется автоматически.
HTC EVO, HTC Incredible, HTC Touch - Verizon
##33284# и нажать вызов, далее попадаете в меню, где необходимо выбрать сеть, уровень сигнала которой вы хотите узнать.
HTC Wizard 8125, 2125
*#*#364#*#* попадаем в меню. Уровень сигнала тут отображается не в dBm, а в условных единицах. Чем больше значение, тем выше уровень сигнала, например 4 - это -105 дБм, а 31 - это -50дБм.
HTC Thunderbolt, HTC Inspire 4G
*#*#4636#*#*
HTC Touch
##33284#
LG LX-350, LX-550 Fusic(Sprint)
##33284#
LG PM-225, PM-325, MM-535, LX5400
##33284# или ##33284 и нажать ОК. Если спросит пароль: 040793 или 000000.
LG C900 Windows 7 smartphone
Сначала вводим ##634#, если спросит пароль 2277634#*# и нажать ENTER.
LG CG300, C1300, L1400, C2000 (GSM Phones)
2945#*# . В верхней левой строчке уровень сигнала показывается НЕ в дБм. Чем выше значение, тем мощнее сигнал.
LG CU400, CU500, TU550 (GSM)
277634#*# , выбрать Modem settings затем Engineer Mode и нажать ОК
LG Sprint Touchpoint 1100, 2100, 2200, 5250, 4NE1, 1010, 1200
##33284 далее СОХРАНИТЬ и ОК
LG VX-5300
MENU, затем 000000, выбираем FIELD TEST, выбираем SERVICE или SCREEN. Численные значения - это уровни сигналов.
Motorola Droid
Быстро набрать *#*#4636#*#*, далее выбрать Phone info.
Motorola V551, V555, V557 (GSM)
073887* - очень быстро это необходимо набрать. Далее 000000 выбрать TEST MODE и нажать ОК.
Nokia 2100
*3001#12345#, выбираем MENU далее следуем инструкциям.
Samsung A310
MENU, 0, выбираем DEBUG
Samsung A460, 3500, A540
MENU, 0, 9, вводим код 040793, выбираем DEBUG SCREEN
Samsung A500, N400
MENU 010, вводим 040793, выбираем DEBUG SCREEN
Samsung A620, A660, A860, M300
##33284 и нажать ОК, потом набрать 040793, выбрать DEBUG SCREEN и нажать ОК.
Samsung A630, A650, N330
Нажать MENU, 9, *. Ввести код 000000, выбрать DEBUG SCREEN, нажать ОК.
Samsung A670, A570
Нажать MENU, 7, *. Ввести код 000000, выбрать DEBUG SCREEN
Samsung A560, A740, A760, A840, A880, P207
##33284#, нажать ОК, ввести код 040793, выбрать DEBUG SCREEN и нажать ОК.
Samsung A790
##33284#, ввести код 040793, уровень сигнала после D.
Samsung A740, A850, A930, U740, A870 (Verizon)
MENU (центральная синяя кнопка), выбрать SETTINGS & TOOLS и нажать #. Далее ввести 000000, выбрать DEBUG SCREEN. Например T-63 D089 означает, что уровень сигнала -89 dBm.
Samsung A900, A920, A570
##33284# или ##33284 и нажать синюю ОК клавишу. В поле ввести код 040793 или 000000. Выбрать DEBUG SCREEN или FIELD TEST и далее SCREEN. Уровень сигнала будет после буквы D.
Samsung E105, D807, A517, E316, E317, X426, X427, X475, S300, S307, D347
Ввести *#9324#
Samsung BlackJack SGH-I607, A412, BlackJack II
Ввести *#0011#
Samsung i730, I760 (Verizon)
**33284 и код 000000, выбрать MONITOR
Samsung N240
##33284 и нажать ОК. Выбрать DEBUG SCREEN и нажать ОК.
Samsung U520, U340
Нажать MENU (кнопка ОК), 9, 0. Далее 000000, выбрать DEBUG SCREEN. T63 D085-5 означает, что уровень сигнала - 85 дБм.
Samsung C170, X820
*#9999*0#
ARFCN (Absolute radio-frequency channel number) - это номер канала.
Значение ARFCN в диапазоне 1-124 или 974-1024 это означает, что оператор работает в диапазоне 900 МГц и нам нужна (900 мГц) или Репитер GSM900.
Значение ARFCN в диапазоне 512-886 это означает, что оператор работает в диапазоне 1800 МГц и мы выбираем антенну 1800 или репитер DCS1800.
Downlink Frequency - номер канала, по которому определяется частота несущей.
Если значение канала в диапазоне 2937-3088, то это 3G/UMTS900 - и нам нужна антенна GSM900 или Репитер GSM900.
Если значение канала в диапазоне 10562-10838, то это 3G/UMTS2000 - выбираем антенну 3G на 2100 МГц и Репитер WCDMA2100 .
Советуем смотреть информацию по нескольким каналам. Также информация по данному определению номеров каналов будет более достоверной, если проводить данные замеры во время соединения с другим абонентом (входящий или исходящий вызов). Надо понимать, что все значения телефон показывает только для того сотового оператора, сим карта которого вставлена в телефон в момент измерений! И если Вы хотите установить под двух и более сотовых операторов, то необходимо проделать все измерения с каждой симкартой!
Для установки программ подойдет любой смартфон на базе ОС Android (ну или почти любой, китайские айфоны на андроиде использовать не рекомендуем). Хорошо себя показали аппараты серии Nexus (в первую очередь из-за последней версии ОС Android), а также HTC Desire — нетмониторы на этих аппаратах они показывают максимально возможную информацию. Аппараты других марок и моделей тоже подойдут, но могут не отображать некоторую дополнительную информацию (например, список соседних базовых станций, о чем более подробно написано ниже).
Если смартфон у вас уже есть, пол дела сделано. Надо поставить программу-нетмонитор. Их не так много, а хороших и вообще почти нет. Вот некоторые из них котрые можно найти в Google Play Market:
Все, что требуется от программ, так это корректно отображать параметры, необходимые нам для мониторинга сети и сохранять их в удобочитаемый пригодный для машинной обработки лог вместе в некоторых случаях с GPS-координатами.
| Название приложения | Описание |
|---|---|
| Network Monitor | Не показывает соседние соты, интерфейс малоинформативный. |
| NetMon - Radio Network Monitor | Умеет показывать соседей и уровни сигнала. Ведет вполне адекватный лог. Но вот с LTE программа явно подкачала — нужных данных не выдает. |
| Netmonitor | Простейший интерфейс, показывает соседние соты в GSM, отображает уровень сигнала, ведет лог. В UMTS и LTE ведет себя адекватно, выдает все нужные данные. |
| G-MoN | Информативный интерфейс, отображает соседей, выдает нужные данные в LTE, ведет подробный лог. |
| Мониторинг сигнала GSM | Соседи есть, с 3G все хорошо, а вот в LTE нужных данных не выдает. |
| G-NetTrack | Все хорошо с этой программой, но в LTE нужные данные не показывает. |
| Network Monitor Light | Приложение являет собой некое торжество примитивизма. Отправляется на свалку по причине отсутствия нужных данных в LTE (хотя даже если бы они там были, врядли бы мне было приятно пользоваться этой программой). |
Что же мониторить?
Для начала, определимся с задачей — нам необходимы параметры, однозначно определяющие базовую станцию, а точнее, конкретный сектор (соту) базовой станции или другую минимальную ячейку позиционирования в мобильной сети.
GSM, Global System for Mobile Communications — Глобальная система для мобильной связи. Сеть второго поколения. В Украине применяется в следующих частотных диапазонах:
Также называется DCS (Digital Cellular Service, Цифровой Сотовый Сервис).
В сети GSM существуют следующие параметры:
| Параметр | Формат | Описание |
|---|---|---|
| MCC | 3 десятичные цифры | Mobile Country Code , Код страны . Уникальный идентификатор страны (полный список MCC). |
| MNC | 2-3 десятичные цифры (ведущие нули имеют значение, 01 и 001 — это разные коды) | Mobile Network Code , Код мобильной сети , Код оператора . Уникален в стране с MCC (смотреть список по странам в Википедии или на сайте Международного Союза Электросвязи (ITU, International Telecommunication Union)). |
| PLMN ID | MCC + MNC 1, 5-6 десятичных цифр | Public Land Mobile Network Identifier , Идентификатор наземной подвижной сети общего пользования . Является первыми 5-6 цифрами IMSI-номера SIM-карты, в нетмониторах может обозначаться просто как сеть (net). |
| LAC | 16-разрядное целое число | Location Area Code , Код местности . Уникален в пределах сети оператора с соответствующим MNC. |
| CID | 16-разрядное целое число | Cell Identifier , Идентификатор соты . Уникален в пределах местности с определенным LAC. |
| TA | 6-разрядное целое число (от 0 до 63) | Timing Advance , Временное Опережение , Опережение Синхронизации . Показатель временной задержки прохождения сигнала. Увеличивается на 1 при росте удаленности от базовой станции на каждые 550 метров. |
Таким образом, получаем иерархическую цепочку идентификаторов MCC-MNC-LAC-CID (PLMN ID-LAC-CID), где для однозначного определения соты в мире важны все параметры. И именно эти параметры нам показывает любой нетмонитор.
Если нетмонитор показывает параметр TA, то можно примерно (с градацией 550 м) установить удаленность мобильной станции от базовой станции. Для позиционирования это может быть полезным, если известно точное местоположение вышки.
В сети GSM базовые станции (BTS, Base Transceiver Station) передают мобильным станциям (MS, Mobile Station — обозначение мобильных телефонов, модемов и т.п.) не только информацию о той соте, в которой работает MS, но и список соседних сот (NCL, Neighbor Cell List). Этот список конфигурируется для каждой соты при настройке параметров сети и служит для корректного проведения процедуры перехода MS из одной соты в другую (такой переход называется handover или handoff, читать подробнее).
Приложения-нетмониторы могут отображать список соседних сот, правда это работает не на всех смартфонах.
UMTS, Universal Mobile Telecommunications System — Универсальная Мобильная Телекоммуникационная Система. Сеть третьего поколения. Всего в сети UMTS насчитывается 26 частотных диапазонов, из них в Украине используются два:
| Номер | Название диапазона | Диапазон на передачу, МГц | Диапазон на прием, МГц |
|---|---|---|---|
| 1 | 2100 | 1920-1980 | 2110-2170 |
| 8 | 900 | 880-915 | 925-960 |
В сетях UMTS такое понятие, как Сота (Cell) не определено. Вместо него появляется концепция Зоны обслуживания (Service Area, SA). Каждая зона обслуживания может состоять из одной или более физических ячеек (сот или секторов, по аналогии с GSM), т.е. может обслуживаться несколькими базовыми станциями (NodeB) одновременно (это, кстати, одно из основных фундаментальных отличий сетей третьего поколения от своих предшественников). Каждая ячейка, в свою очередь, может входить более чем в одну зону обслуживания. Т.е. зоны обслуживания могут пересекаться.
Современные устройства могут одновременно соединяться с тремя физическими ячейками, что помогает обеспечить процедуру т.н. бесшовной или мягкой передачи (softer handover, soft handover), без разрыва и пересоздания канала.
Сопоставление зон обслуживания и ячеек происходит прозрачно, т.е. незаметно для сети передачи данных и, соответственно, для нетмониторов.
Возвращаясь к параметрам, которые нам нужно зафиксировать, в сетях UMTS для нас важны MCC, MNC, LAC, а также:
Для нетмониторинга различие заключается только в названии — CID поменялся на SAC, остальные параметры остались прежними, а уникальный номер соты (в данном случае, зоны обслуживания) имеет такой вид: MCC-MNC-LAC-SAC.
Нетмониторы, обычно, не делают различий в обозначении, и код зоны обслуживания показывают как CID.
Что касается списка соседних сот, то он здесь тоже присутствует и называется Neighbouring Set. Однако, соседние соты здесь являются именно физическими сотами, каждая из которых определяется неуникальным номером PSC (Primary Scrambling Code, всего 512 различных PSC), так что использовать их для позиционирования не получится.
Стоит также отметить, что нетмониторы, в частности G-Mon, фиксируют также эти параметры:
| Параметр | Формат | Описание |
|---|---|---|
| RNC ID | 16-разрядное целое число | Radio Network Controller Identifier , Идентификатор контроллера радиосети . Контроллер радиосети нужен для управления группой базовых станций NodeB, его номер уникален в пределах сети оператора. |
| C-ID | 16-разрядное целое число | Cell Identity , Идентификатор соты . Представляет собой уникальный для каждого RNC идентификатор физического сектора. Используется в составе UC-ID (см. ниже). |
| UC-ID | RNC ID + C-ID | UTRAN Cell Identity , Идентификатор соты UTRAN 1. Уникальный в сети оператора идентификатор физической соты. Используется для идентификации секторов в интерфейсах связи NodeB с RNC и RNC друг с другом. |
UTRAN — Universal Terrestrial Radio Access Network, Сеть универсального наземного радиодоступа, название сети передачи данных UMTS.
Нужно заметить, что G-Mon вместо UC-ID показывает параметр, который у него называется LCID и определяется как RNC ID + SAC. Этот так называемый LCID для позиционирования пользовательского оборудования не используется. Настоящий UC-ID также не используется пользовательским оборудованием и нужен для корректного функционирования опорной сети (CN, Core Network).
LTE, Long-Term Evolution — Мобильная сеть четвертого поколения, в буквальном переводе: Долговременное развитие (строго говоря, LTE представляет собой все еще третье поколение связи, и обозначается как 3G LTE, т.е. Долговременное развитие сетей третьего поколения. Четвертым поколением могут полноправно называться только сети LTE Advanced). Сети LTE могут быть развернуты в 44 частотных диапазонах (при этом, в диапазонах 33-44 применяется временное разделение каналов (TDD, Time Division Duplex), т.е. прием и передача происходят в одном диапазоне, но не одновременно). В Украине уже давно говорят о том, что технология LTE привлекает операторов. Но пока не известно, когда же она может быть внедрена в нашей стране. В России используются следующие диапазоны:
| Номер | Название диапазона | Диапазон на передачу, МГц | Диапазон на прием, МГц |
|---|---|---|---|
| 7 | 2600 | 2500-2570 | 2620-2690 |
| 20 | 800 | 832-862 | 791-821 |
| 38 | TDD 2600 | 2570-2620 | |
| 40 | TDD 2300 | 2300-2400 | |
Если говорить о параметрах, определяющих ячейку в сетях LTE, то здесь все несколько иначе. Нам понадобится PLMN ID (MCC и MNC), а также следующие параметры:
eNodeB
- Аналог базовой станции в LTE. В GSM называется BTS, а в UMTS NodeB.
E-UTRAN
- Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, Сеть расширенного универсального наземного доступа, название интерфейса передачи данных сети LTE.
Однозначно идентифицирует соту здесь связка параметров MCC-MNC-ECI (PLMN ID-ECI). Как видно, никакого LAC в сетях LTE не предусмотрено. Это вызвано тем, что сеть передачи данных в LTE предельно упрощена и состоит лишь из сети базовых станций (eNodeB) и выделенного ядра пакетной передачи данных. Никаких коммутаторов (MSC, Mobile Switching Center), контроллеров базовых станций (BSC, Base Station Controller) или контроллеров радиосети (RNC, Radio Network Controller) здесь нет, а их функции возложены на связанные между собой базовые станции eNodeB. Тем не менее, аналог LAC в сети LTE тоже существует — это TAC. Однако он уже не участвует в иерархической нумерации сот (более того, соты на одной базовой станции могут иметь различный TAC) и нужен для корректного отслеживания местоположения пользовательского оборудования (UE, User Equipment — аналог MS из GSM) — при переходе UE в другую зону отслеживания, происходит процедура обновления зоны отслеживания (Tracking Area Update). TAC в сетях LTE служит для логического деления сети на зоны отслеживания, в отличие от LAC, который обусловлен, скорее, физическим разделением сети.
В результате, физический канал между приемником и передатчиком определяется частотой, выделенными фреймами и номерами таймслотов в них. Обычно базовые станции используют один или несколько каналов ARFCN, один из которых используется для идентификации присутствия BTS в эфире. Первый таймслот (индекс 0) фреймов этого канала используется в качестве базового служебного канала (base-control channel или beacon-канал). Оставшаяся часть ARFCN распределяется оператором для CCH и TCH каналов на свое усмотрение.
Каналы служебной информации делятся на:
Guard Period
Во избежание возникновения интерференции (т.е. наложения двух busrt друг на друга), продолжительность burst всегда меньше продолжительности таймслота на определенное значение (0,577 - 0,546 = 0,031 мс), называемое «Guard Period». Данный период представляет собой своего рода запас времени для компенсации возможных задержек по времени при передаче сигнала.
Tail Bits
Данные маркеры определяют начало и конец burst.
Info
Полезная нагрузка burst, например, данные абонентов, либо служебный трафик. Состоит из двух частей.
Stealing Flags
Эти два бита устанавливаются когда обе части данных burst канала TCH переданы по каналу FACCH. Один переданный бит вместо двух означает, что только одна часть burst передана по FACCH.
Training Sequence
Эта часть burst используется приемником для определения физических характеристик канала между телефоном и базовой станцией.
Normal Burst
Последовательности этого типа реализуют каналы трафика (TCH) между сетью и абонентами, а также все виды каналов управления (CCH): CCCH, BCCH и DCCH.
Frequency Correction Burst
Название говорит само за себя. Реализует односторонний downlink-канал FCCH, позволяющий мобильным телефонам более точно настраиваться на частоту BTS.
Synchronization Burst
Burst данного типа, так же как и Frequency Correction Burst, реализует downlink-канал, только уже SCH, который предназначен для идентификации присутствия базовых станций в эфире. По аналогии с beacon-пакетами в WiFi-сетях, каждый такой burst передается на полной мощности, а также содержит информацию о BTS, необходимую для синхронизации с ней: частота кадров, идентификационные данные (BSIC), и прочие.
Dummy Burst
Фиктивный burst, передаваемый базовой станцией для заполнения неиспользуемых таймслотов. Дело в том, что если на канале нет никакой активности, мощность сигнала текущего ARFCN будет значительно меньше. В этом случае мобильному телефону может показаться, что он далеко от базовой станции. Чтобы этого избежать, BTS заполняет неиспользуемые таймслоты бессмысленным трафиком.
Access Burst
При установлении соединения с BTS мобильный телефон посылает запрос выделенного канала SDCCH на канале RACH. Базовая станция, получив такой burst, назначает абоненту его тайминги системы FDMA и отвечает на канале AGCH, после чего мобильный телефон может получать и отправлять Normal Bursts. Стоит отметить увеличенную продолжительность Guard time, так как изначально ни телефону, ни базовой станции не известна информация о временных задержках. В случае, если RACH-запрос не попал в таймслот, мобильный телефон спустя псевдослучайный промежуток времени посылает его снова.
Цитата из Википедии:Псевдослучайная перестройка рабочей частоты (FHSS - англ. frequency-hopping spread spectrum) - метод передачи информации по радио, особенность которого заключается в частой смене несущей частоты. Частота меняется в соответствии с псевдослучайной последовательностью чисел, известной как отправителю, так и получателю. Метод повышает помехозащищённость канала связи.
Выделяют два вида атаки: пассивная и активная. В первом случае атакующий никак не взаимодействует ни с сетью, ни с атакуемым абонентом - исключительно прием и обработка информации. Не трудно догадаться, что обнаружить такую атаку почти не возможно, но и перспектив у нее не так много, как у активной. Активная атака подразумевает взаимодействие атакующего с атакуемым абонентом и/или сотовой сетью.
Можно выделить наиболее опасные виды атак, которым подвержены абоненты сотовых сетей:
Способы атаки
В идеале, TMSI абонента известен только мобильному телефону и сотовой сети. Однако, существуют и способы обхода данной защиты. Если циклически звонить абоненту или отправлять SMS-сообщения (а лучше Silent SMS), наблюдая за каналом PCH и выполняя корреляцию, можно с определенной точностью выделить TMSI атакуемого абонента.
Кроме того, имея доступ к сети межоператорного взаимодействия SS7, по номеру телефона можно узнать IMSI и LAC его владельца. Проблема в том, что в сети SS7 все операторы «доверяют» друг другу, тем самым снижая уровень конфиденциальности данных своих абонентов.
Способы атаки
Перебор Ki, имея значения RAND и SRAND, может занять довольно много времени. Кроме того, операторы могут использовать свои алгоритмы хэширования. В сети довольно мало информации о попытках перебора. Однако, не все SIM-карты идеально защищены. Некоторым исследователям удавалось получить прямой доступ к файловой системе SIM-карты, а затем извлечь Ki.
