Якість зв’язку стільникового оператора дуже залежить від того, які він використовує радіочастоти. Особливо якщо це потрібно для пересилання даних, як у 3G. Як саме та чому – коротко в цій статті.
Мобільні мережі вирішили одну з головних проблем людства – зв’язок у будь-якому місці та часі. Усе завдяки тому, що ваш мобільний апарат не прив’язаний мідним дротом до одного місця. Його замінили радіохвилі, але для цього науковці та інженери постійно вирішують багато проблем. Навіть сьогодні, наприклад, одні радіохвилі виявляються кращими за інші.
Із чого починається стільниковий зв’язок
Свою назву мережі мобільного зв’язку отримали в 70-ті роки минулого століття завдяки принципу організації зв’язку. Територія роботи мобільного оператора розділяється на окремі осередки – стільники. Кожну з таких ділянок обслуговує власний прийомопередавач. Його ви знаєте як базову станцію. Усі базові станції з’єднані з центром комутації (MSC), який, власне, і обробляє всі розмови, пересилання даних, SMS тощо. Він також стежить за переміщенням вашого телефона в стільниковій мережі, щоб до вас можна було додзвонитися.
У 80-х роках, коли електроніка була малопродуктивною, зв’язок був переважно аналоговим, основною перевагою якого була дальність приймання. Подібне стало можливим завдяки використанню частот 453-457,5 МГц. Телефони з підтримкою одного з перших аналогових стандартів зв’язку NMT, наприклад, працювали на відстані до 70 км від базової станції. Можна було дзвонити навіть із тих регіонів, де не було офіційного покриття.
Недоліків у першого покоління мобільного зв’язку (1G) було значно більше – його можна було прослухати на будь-якому радіо, він потребував багато енергії, телефони були великими. Тому на початку 90-х років мобільні оператори почали запускати 2G – друге покоління на базі GSM.
Ось уже кілька десятиліть GSM залишається найпопулярнішим стандартом. Телефони для цього стандарту дуже дешеві – їх можна купити за кілька доларів. Він також забезпечує дальність зв’язку до 35 км і велику ємність мережі. Його недолік – він не пристосований для пересилання даних.
Третє покоління зв’язку 3G почали розробляти для того, щоб отримати швидкий мобільний інтернет – до 42 Мбіт/с сьогодні. Конкуренція була між двома технологіями – CDMA та нащадком GSM під назвою UMTS. Останній отримав переважну популярність.
Четверте покоління зв’язку 4G мало на меті спростити розбудову мережі, надати ще більшу швидкість, збільшити ємність мереж та дальність покриття. Сьогодні для цього використовується переважно зв’язок стандарту LTE.
Головне – частоти
Усі види мобільного зв’язку залежать від свого фізичного носія – радіохвиль. Це обмежений ресурс – для радіозв’язку придатні частоти від 0,5 МГц до 100 000 МГц. Нижня частина цього діапазону вже зайнята різноманітними сервісами – радіо, телебаченням тощо. Наприклад, перехід з аналогового на цифрове телебачення в Україні звільнить діапазон 800 МГц, який потрібний для розгортання 4G LTE. Використовувати верхню частину цього діапазону поки що не дозволяють технології, хоча діапазон 15 000-70 000 МГц активно досліджують для зв’язку п’ятого покоління. Наприклад, перший мобільний гаджет 5G потребує візка.
Перевага більш високих частот у тому, що оператори можуть збільшувати пропускну здатність. Зв’язок 5G, наприклад, зросте більш ніж у 1000 разів порівняно з можливостями актуальних нині мереж LTE (4G) і перевищить 10 000 Мбіт/сек. Український 3G забезпечує в теорії не вище 42 Мбіт/с.
За високу швидкість доводиться платити дальністю зв’язку. Якщо в GSM покриття близько 30 км, то 3G UMTS надає лише 2 км. Справа у частотах, на яких працюють різні стандарти зв’язку. GSM може використовувати частоту 950 МГц, тоді як UMTS працює на 2100 МГц. Чим вища частота, тим вона чутливіша до різних перешкод і тим швидше згасає корисний сигнал. Через це мережі 5G, які використовуватимуть частоти до 70 000 МГц, не зможуть нормально працювати у більшості випадків і будуть гібридними.
Брудний радіоспектр
Бездротовим гаджетам сьогодні дуже «тісно», оскільки вони працюють у вузькому діапазоні. GSM використовує частоти 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц. UMTS працює в діапазоні 1885-2025 МГц для пересилання даних та 2110-2200 МГц – для приймання. CDMA EV-DO розгорнутий на 450 МГц та 800 МГц. Bluetooth використовує діапазон між 2400 та 2483.5 МГц. Більшість мереж Wi-Fi функціонує на 2400 МГц. GPS надає вам координати на частотах 1575 МГц та 1227 МГц. Додайте до цього домашні бездротові телефони DECT (18800-1900 МГц), телебачення (49-860 МГц), FM-радіо (88-108) МГц, мікрохвильовки (2400 МГц), автомобільні сигналізації (2400 МГц).
Така скупченість призводить до того, що потужніше джерело може «глушити» корисний сигнал. Наприклад, старі мікрохвильовки з поганим екрануванням можуть змусити вас пошукати, чому домашній Wi-Fi працює нестабільно. У стільниковому зв’язку проблема взаємних перешкод ще гостріша.
Як не заважати один одному
Один із кращих способів зробити так, щоб гаджети не заважали один одному, – почати використовувати нову частоту. Наприклад, сучасні роутери Wi-Fi можуть працювати не лише на 2400 МГц, а й на 5000 МГц. Остання сьогодні майже «порожня».
Ще одним способом є розділення доступного діапазону частот на канали. Кожен пристрій працює на окремому каналі й менше заважає сусідам. Але точно витримувати частоту для бездротового зв’язку неможливо, і час від часу вона «влазить» до сусіднього діапазону. Щоб уникнути цього, стільникові оператори встановлюють на базові станції спеціальні фільтри. Останні коштують чималих грошей та підвищують собівартість послуги.
До речі,
при розгортанні 3G в Україні довелося долати засміченість діапазону 2100 МГц. Усього держава «продавала» радіодіапазон, поділивши його на три лоти.
Третій лот «ділить» діапазон зі стандартом LTE FDD без захисних смуг, і це означає, що в ньому 3G може працювати зі збоями. Швидкість інтернету в «крайніх правих» частотах буде низькою. Частоти, які відійшли до першого лота, чистіші, але все одно оператору потрібно буде купувати фільтри на базові станції.
Vodafone Україна вирішила ці проблеми, вигравши другий лот частот на тендері. Він знаходиться посередині 3G-діапазону та з обох боків має роздільники, тобто для частот немає перешкод. Завдяки цьому оператор може менше витрачати на фільтри, а більше інвестувати в покриття. Таким чином робить ще кращу в країні 3G-мережу. Зараз вона найбільша в державі і доступна для 35% українців.
