Кіріспе

Байланыс жабдықтарының орналасуы

Ұялы байланыс станциясы, ұялы телефон мұнарасы, ұялы байланыс базалық мұнарасы немесе ұялы байланыс базалық станциясы – ұялы байланыс желісінде ұялы немесе іргелес ұялы байланыс аймағын құру үшін антенналар мен электрондық байланыс жабдықтары орналастырылған орын (әдетте радио мачтасында, мұнарасында немесе басқа да биік құрылымда). Биік құрылым әдетте антеннаны, бір немесе бірнеше таратушы/қабылдағыш жиынтығын, цифрлық сигналды өңдеу құрылғыларын, басқару электроникасын, уақытты синхрондау үшін GPS қабылдағышын (CDMA2000/IS 95 немесе GSM жүйелері үшін), негізгі және қосалқы электр қуаты көздерін, сондай-ақ қорғаныш құрылысын қамтамасыз етеді. Көптеген ұялы байланыс операторлары антенналарын ортақ мачтаға орнату арқылы шығындарды үнемдейді; әртүрлі жүйелер әртүрлі жиіліктерді пайдаланатындықтан, антенналар бір-біріне кедергі келтірмей, жақын орналаса алады. Кейбір операторлар бірнеше ұялы байланыс желісін пайдаланады және сол сияқты екі немесе одан көп желілер үшін (мысалы, CDMA2000 немесе GSM) бір орында орналасқан базалық станцияларды қолданады. Ұялы байланыс станциялары кейде көзге түспеуі тиіс; оларды айналадағы ортамен үйлестіруге болады немесе ғимараттарға немесе жарнамалық мұнараларға орнатуға болады. Сақталған ағаштар көбінесе жасанды немесе сақталған ағаштардың ішінде ұялы мұнараларды жасыра алады. Мұндай орналымдар әдетте жасырын ұялы станциялар деп аталады.

Шолу

Ұялы байланыс желісі – бұл қолдағы ұялы телефондар (тұрақты телефондар) желісі, онда әрбір телефон радио толқындар арқылы жергілікті антенна арқылы телефон желісімен байланысады, бұл антенна ұялы байланыс базалық станциясында (ұялы байланыс орталығында) орналасқан. Қызмет көрсетілетін аумақ "жасушалар" деп аталатын шағын географиялық аймақтарға бөлінеді, олардың әрқайсысы базалық станциядағы жеке төмен қуатты көп арналы трансивер және антеннамен қамтамасыз етіледі. Бір жасушадағы барлық ұялы телефондар жүйемен сол жасушаның антеннасы арқылы байланысады, жүйе қолданатын жиіліктердің ортақ қорынан базалық станция бөліп берген жеке жиілік арналарын пайдалана отырып. Ұялы ұйымдастырудың мақсаты – жиілікті қайта пайдалану арқылы радио жиіліктік спектрді үнемдеу; әрбір жасушада қолданылатын төмен қуатты радио сигналдар жасушадан көпке дейін таралмайды, сондықтан радио арналарын географиялық тұрғыдан алшақ жатқан жасушаларда қайта пайдалануға болады. Мобильді пайдаланушы бір жасушадан екіншісіне қозғалғанда, оның телефоны автоматты түрде жаңа жасушаның антеннасына "көшіріледі" және жаңа жиіліктер жиынтығы беріледі, содан кейін ол осы антеннамен байланысады. Бұл фондық ауысу процесі пайдаланушыға сезілмейді және қызмет үзілімі болмай, телефон арқылы сөйлесу кезінде де жүзеге асырылуы мүмкін. Әрбір ұялы телефонда автоматтандырылған толық дуплекстік цифрлық трансивер болады және ол ұялы телефон антеннасымен UHF немесе микротолқынды диапазондағы екі цифрлық радиоарна арқылы байланысады – екі бағытты әңгімелесудің әр бағыты үшін, сондай-ақ телефонды желіге тіркеу, қоңырау шалу және ауысу процесін басқаратын басқару арнасы арқылы. Әдетте, ұялы мұнара бір немесе бірнеше жасушаның жиегінде орналасқан және бағыттық антенналарды пайдалана отырып, бірнеше жасушаны қамтиды. Көбінесе үш іргелес жасушаның қиылысында базалық станция орналасады, үш антенна 120° бұрышпен орналасып, әрқайсысы бір жасушаны қамтиды. Ұялы байланыс базалық станцияларында қолданылатын антенна түрі (суреттерде тік, ақ тіктөртбұрыштар), секторлық антенна деп аталады, әдетте тік коллинеарлық дипольдер массивінен тұрады. Онда жазық желкен тәрізді сәулелену үлгісі бар, ол жасуша аумағын қамту үшін сәл төмен қарай бұрылады, сонымен қатар бірдей жиілікті қайта пайдаланатын алыс жатқан жасушаларға қарай сәулеленуден аулақ болады. Антеннаның көтерілу бұрышы мұқият реттелуі керек, сәуле тым алысқа тарамай, бүкіл жасушаны қамтуы үшін. Қазіргі заманғы секторлық антенналарда сәулені бұруды әдетте электрондық түрде реттеуге болады, бұл реттеу қажет болған кезде антеннаны механикалық түрде бұру үшін мұнараға көтерілу қажеттілігін болдырмауға мүмкіндік береді.

Қалыптың практикалық мысалы

3G/4G/5G (FR1) Мобильдік базалық станция мұнарасы: техникалық тұрғыдан 50–150 км-ге дейін қамту мүмкін. (Macrocell)
5G (FR2) Мобильдік базалық станция: миллиметрлік толқындарды пайдалануға байланысты 5G базалық станциялары арасындағы қашықтық шамамен 250–300 метрді құрайды.

Қаналды қайта пайдалану

"Максималды" қашықтық тұжырымы ұялы желіде жаңылыстырады. Ұялы желілер, ұялы қызмет операторына лицензияланған радиоарналардың (бір әңгіме үшін қажетті радиожиілік спектрінің бөліктері) шектеулі санымен көптеген әңгімелерді қолдау үшін құрылған. Бұл шектеуді еңсеру үшін, әртүрлі жерлерде бірдей арналарды қайта пайдалану қажет. Автокөліктің радиосы бір қаладан екінші қалаға сапар кезінде бір жергілікті станциядан сол жиіліктегі басқа жергілікті станцияға ауысқандай, сол радиоарна бірнеше шақырым қашықтықтағы ұялы мұнарада қайта қолданылады. Мұны істеу үшін, ұялы мұнараның сигналы қасақана төмен қуатта ұсталады және көп жағдайда оның таралуын шектеу үшін төмен қарай бұрылады. Бұл қолданыстағы арналардың көлеміне сай әңгімелерді қолдауға міндетті болмайтындай кішкентай аумақты қамтуға мүмкіндік береді. Мұнарадағы антенналардың секторлық орналасуына байланысты, аймақтағы басқа мұнаралардың қамту деңгейіне қарай әрбір сектордың күші мен бұрышын өзгертуге болады.

Сигналды шектеу коэффициенті

Кейде ұялы телефон жұмыс істемеуі мүмкін, өйткені ол мачтадан тым алыс орналасқан немесе телефон қалың ғимарат қабырғалары, төбелер немесе басқа да құрылымдар ұялы телефон сигналын әлсірететін жерде болса. Сигналдар тікелей көру сызығын қажет етпейді, бірақ радиокедергінің күшеюі қабылдауды нашарлатуы немесе тоқтатуы мүмкін. Көптеген адамдар бір уақытта ұялы телефонды пайдалануға тырысса, мысалы, жол апаттарында немесе спорттық іс-шараларда, телефон экранында сигнал көрсетілсе де, жаңа қосылымды орнатуға бөгет келеді. Ұялы телефонның тағы бір шектеуі – оның аз қуатты батареясынан ұялы байланыс станциясына сигнал жіберу қабілеті. Кейбір ұялы телефондар төмен қуатта немесе батареясы аз болғанда басқаларына қарағанда жақсы жұмыс істейді, әдетте телефоннан мачтаға күшті сигнал жіберу мүмкіндігіне байланысты. Базалық станция контроллері (телефон қосылымдарын жасауға маманданған орталық компьютер) және ұялы телефонның интеллектуалдық мүмкіндіктері телефонды қадағалап, әңгіме кезінде бір мачтадан екіншісіне ауысуына мүмкіндік береді. Пайдаланушы мачтаға жақындағанда, ол ең күшті сигналды таңдайды және сигнал әлсіреген мачтаны босатады; сол мачтадағы канал басқа пайдаланушыға қолжетімді болады.

Геодерек

Ұялы геопозиция GNSS-ке (мысалы, GPS) қарағанда аз дәл, бірақ GPS қабылдағыштары жоқ және GNSS қолжетімді емес құрылғылар үшін қолжетімді. Бұл жүйенің дәлдігі әртүрлі, алдыңғы қатарлы байланыс әдістері қолданылатын жерлерде жоғары, ал тек бір ұяшық станциясына қол жеткізілгенде төмендейді, онда орналасқан жері тек сол станцияның қамту аймағында белгілі болады. "Advanced forward link" – бұл құрылғы кем дегенде үш ұяшық станциясының қабылдау аймағында болғанда және оператор уақытты синхрондау жүйесін қолданғанда мүмкін болады. Тағы бір әдіс – келу бұрышын (AoA) пайдалану, ол құрылғы кем дегенде екі ұяшық станциясының қабылдау аймағында болғанда қолданылады және орташа дәлдік береді. Көмекші GPS спутниктік және ұялы телефон сигналдарын бірге пайдаланады. АҚШ-та, орналасқан жерін пайдалану арқылы шұғыл қоңырау қызметі ("Enhanced 911" деп аталады) үшін 2005 жылғы 31 желтоқсанда қолданыстағы ұялы телефондардың кем дегенде 95% осы қызметті қолдауы тиіс болды. Көптеген операторлар бұл мерзімді сақтамады және Федералды байланыс комиссиясы оларға айыппұл салды.

Радиоэнергия және денсаулық

АҚШ Федералды байланыс комиссиясының мәліметтері бойынша: "Әртүрлі көздерден алынған өлшеу деректері тұрақты түрде "нашар жағдай" бойынша жер деңгейіндегі қуат тығыздығының типтік ұялы байланыс мұнараларының жанында 1 мкВт/см² (немесе 10 мВт/м²) немесе одан аз (көбінесе айтарлықтай аз) болатынын көрсетеді". Ұялы телефондар, ұялы байланыс мұнаралары, Wi-Fi, смарт метрлер, цифрлық күшейтілген сымсыз телефондар, сымсыз телефондар, балаларға арналған мониторлар және басқа да сымсыз құрылғылардың барлығы иондаушы емес радиожиіліктерді шығарады, оны Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы (ДДСҰ) "мүмкін" канцероген ретінде жіктеді. АҚШ Ұлттық қатерлі ісік институтының мәліметінше, "ЭҚҚ немесе радиожиілік сәулеленуінің қатерлі ісікке қалай себеп болатынының механизмі анықталған жоқ". АҚШ Тамақ және дәрі-дәрмек басқармасы хабарлағандай, "Ғылыми консенсус иондаушы емес сәулеленудің канцероген емес екенін көрсетеді және FCC белгілеген радиожиілік әсер ету шектерінде немесе одан төмен деңгейде иондаушы емес сәулелену адамдарға ешқандай зиян келтірмейді".

Уақытша орналасу орындары

Ұялы телефон антенналары әдетте тұрақты құрылымдарға орнатылса да, операторлар «дөңгелекті ұяшық» (COW) деп аталатын, уақытша ұялы байланыс станциясы ретінде қызмет ететін көліктер паркін де сақтайды. Желілік электр қуаты жоқ жерлерде пайдалану үшін генератор қосылуы мүмкін, сондай-ақ жүйе сымдық байланыс мүмкін болмаған жағдайда қолдануға мүмкіндік беретін сымсыз байланыс арнасын да қамтамасыз ете алады. COW-лар тұрақты ұяшықтарда да қолданылады – зақымдалған жабдықты уақытша ауыстыру, жоспарланған жөндеулер кезінде және іс-шаралар сияқты жағдайларда сыйымдылықты арттыру үшін.

Жұмыспен қамту

Ұялы байланыс станцияларында жұмыс істейтіндер мұнараға көтерілушілер немесе тарату мұнарасының жұмысшылары деп аталады. Тарату мұнарасының жұмысшылары көбінесе 457,20 метрге дейін биіктікте орнату, техникалық қызмет көрсету және жөндеу жұмыстарын жүргізеді, осы жұмыстарды ұялы телефон және басқа да сымсыз байланыс компаниялары үшін атқарады.

Шымкенттік агенттіктің құрылуы

Der Spiegel газетіне құпия түрде берілген құжаттарға сәйкес, Ұлттық қауіпсіздік агенттігі (АНБ) ұялы телефон мұнарасын имитациялап, ұялы телефондарды бақылауға арналған құрал ретінде пайдалану үшін 40 000 долларлық "белсенді GSM базалық стансасын" сатады. 2014 жылдың қараша айында The Wall Street Journal газеті АҚШ Маршалдарының техникалық операциялар тобының "dirtboxes" деп аталатын тыңшылық құрылғыларын, қуатты ұялы телефон мұнараларының сигналдарын имитациялау үшін қолданатынын хабарлады. Мұндай құрылғылар ұялы телефондарды қолжетімді ең күшті сигнал ретінде мұнараға ауыстыруға арналған. Бұл құрылғылар ұшақтарға орнатылып, халық тығыз қоныстанған аймақтардың үстінен ұшқанда телефондар туралы мәліметтерді жинауға мүмкіндік беретін "толық бақылау желісін" құруға қолданылады.

Камуфляж

Жергілікті тұрғындар көбінесе қауіпсіздік және сыртқы түріне байланысты жаңа мачталарға қарсылық білдіреді. Бұл мәселені шешу үшін мачтаны басқа нәрсеге айналдыруға болады, мысалы, ту бағанасына, көше шамдарына немесе ағашқа (пальма, қарағай, кипарис сияқты) немесе шатыр құрылыстарына, қалалық элементтерге – мұржаларға немесе панельдерге жасырады. Мұндай жасырылған базалық станцияларды жапырақ пішіні мен қабық түрінен ажыратуға болады. Антенналардың жапырақтары пластиктен жасалған, антенналар мен қосымша бөлшектерін табиғи түрде жасыру үшін қажетті мөлшерде, пішінде және орналасуда нақты жасалған. Қолданылатын материалдар радиоэлектрлік өткізгіштікті және ультракүлгін сәулелерге төзімділікті қамтамасыз етеді. Мұндай мачталарға «монопальм» (пальмаға ұқсас монополь) немесе «Псевдопинус телефониенсис» (қарағайға ұқсас мачта) сияқты лақап аттар беріледі. Монопольдерде бағытталған антенналар кейде полюстің үстіңгі жағындағы пластик корпусқа жасырылады, бұл көлденең тіреулерді алып тастауға мүмкіндік береді. Шатыр құрылыстары, мысалы, жасыратын мұржалар немесе 6-12 метр биіктіктегі панельдер, бір стансада бір немесе бірнеше ұялы байланыс операторларын жасыруы мүмкін. Шатырға орнатылатын панельдер ескі құрылыстарды жылдам және арзан жөндеуге көмектеседі.

Шағын

Alcatel Lucent компаниясының зерттеушілері lightRadio деп аталатын, алақанға сыятын базалық станция жасады. Ол Рубик текшесінің көлемімен шамалас. Ол 2G, 3G және 4G сигналдарын қайта таратуға қабілетті. Бұрынғы базалық станцияларға қарағанда олар энергияны үнемдірек пайдаланады және жоғары жылдамдықты интернетті тиімдірек жеткізеді. Оларды тығыз қоныстанған қалаларда радио жиілігі үшін орын босату мақсатында қолдануға болады.

Су мұнарасының ұялы телефоны

Ұялы байланыс компаниялары су мұнараларына ұялы антенналарды орналастыру үшін жергілікті әкімдіктермен келісімшарттар жасасады.