Ви коли-небудь замислювалися, чому ваш мобільний телефон називають «стільниковим»? Це слово настільки міцно увійшло в наше життя, що ми перестали звертати на нього увагу. Але саме воно приховує в собі геніальний принцип, який подарував нам можливість спілкування на відстані.
Відповідь проста і елегантна: тому що мережа, яка з’єднує наші телефони, влаштована як гігантські бджолині стільники. А якщо копнути глибше — це історія про те, як люди навчилися обдурити фізику і змусити одні й ті ж радіохвилі працювати на нас мільярди разів.
Складна система зв’язку
Уявіть, що вам потрібно покрити фарбою велику стіну. Якщо використовувати один великий пензель, ви швидко втомитеся, а фарба ляже нерівно. Набагато ефективніше взяти валик і методично пройтися по квадратах, рухаючись послідовно. Приблизно так само працює стільниковий зв’язок.
Територія міста, країни або всього світу ділиться на безліч маленьких ділянок — комірок. Кожна така комірка обслуговується своєю базовою станцією — тією самою вишкою зв’язку або антеною на даху будинку, яку ми іноді помічаємо. В ідеальному світі, на рівній місцевості, зона покриття однієї станції — це коло. Але кола, як відомо, залишають між собою порожні, непокриті ділянки. Тому інженери на папері малюють ці зони як шестикутники. Шестикутники, як і бджолині стільники, щільно прилягають один до одного, утворюючи ідеальну мозаїку. Звідси і народилася назва — «стільниковий» зв’язок.
Звичайно, в реальності рельєф, будівлі і дерева спотворюють цю ідеальну геометрію, але принцип залишається таким:
Технічні нюанси
Сама по собі ідея ділити територію на зони не була б революційною, якби не одне «але» — проблема радіохвиль. Для зв’язку потрібні певні радіочастоти, а їх кількість строго обмежена. Уявіть перші системи мобільного зв’язку, які з’явилися ще в середині XX століття. Наприклад, у Нью-Йорку 1970-х років 2000 абонентів мали ділитися всього 12 каналами, чекаючи своєї черги по 30 хвилин.
Чому? Тому що тоді працювала одна потужна вежа на все місто. Вона створювала величезну «зону покриття», але всередині цієї зони одна і та ж частота могла використовуватися тільки одним абонентом одночасно. Якщо більше — виникали б перешкоди.
Стільниковий принцип вирішив цю проблему за допомогою повторного використання частот. Ось як це працює:
- Весь набір доступних частот ділиться на кілька груп.
- Кожна базова станція в соті отримує свою групу частот.
- Ключове правило: сусідні соти не використовують однакові групи частот, щоб не створювати перешкод одна одній.
- Однак ту саму групу частот можна використовувати повторно в соті, яка знаходиться досить далеко, де сигнали вже не будуть «заважати».
Це схоже на планування великого офісу. У сусідніх кабінетах люди не можуть голосно обговорювати один і той же проект — вони будуть заважати один одному. Але якщо обговорення однакових проектів будуть вестися в кабінетах на різних поверхах або в різних крилах будівлі, всім буде комфортно. Так і в стільниковій мережі: одні й ті ж частоти «звучать» одночасно в різних, віддалених одна від одної сотах, багаторазово збільшуючи ємність мережі.
Як працює зв’язок в русі?
Тепер уявімо, що ви йдете по вулиці і розмовляєте по телефону. Ваш телефон постійно «прислухається» до сигналів від навколишніх базових станцій і підключається до найпотужнішої і найближчої.
А що відбувається, коли ви рухаєтеся? Телефон плавно і непомітно для вас перемикається з однієї базової станції на іншу, як спортсмен передає естафетну паличку. Цей процес називається хендовер (handover). Мережа в режимі реального часу відстежує ваш сигнал, і коли він слабшає в одній соті і посилюється в сусідній, комутаційне обладнання перекидає вашу розмову на нову станцію. Ви продовжуєте розмову, навіть не помітивши цього технічного нюансу.
Розвиток зв’язку
Технології мобільного зв’язку пройшли довгий шлях, що позначається поколіннями:
- 1G (1980-ті): аналогові мережі, тільки голос.
- 2G (1990-ті): перехід на цифру. З’явилися перші SMS, а зв’язок став надійнішим і доступнішим. Саме до цього покоління належить стандарт GSM, який довгий час був основним в Україні та світі.
- 3G і 4G: ера мобільного інтернету. Ці мережі оптимізовані для передачі даних, що дозволило комфортно виходити в мережу, дивитися відео і користуватися соціальними мережами.
- 5G: новітнє покоління, що обіцяє наднизькі затримки і найвищі швидкості для інтернету речей, безпілотних автомобілів і доповненої реальності.
Але що дивно: фундаментальний принцип — поділ на комірки з повторним використанням частот — залишився незмінним з моменту створення мобільного зв’язку. Змінюються лише технології всередині: соти стають «розумнішими», можуть динамічно змінювати розмір залежно від навантаження, а до макро-сот (великих вишок) додаються мікро- і фемтосоти (маленькі домашні та офісні станції) для поліпшення сигналу в будівлях.
Висновок
То чому ж зв’язок називається стільниковим? Тому що це проста і геніальна аналогія, що описує всю архітектуру сучасного мобільного зв’язку. Шестикутна комірка-стільникова — це не просто красиве слово. Це ключ до вирішення головної проблеми: як за допомогою обмеженого ресурсу радіочастот з’єднати мільярди людей.
Кожен раз, коли ви робите дзвінок, відправляєте повідомлення або завантажуєте сторінку в інтернеті, ви стаєте частиною цієї масштабної і складноорганізованої системи. Ви непомітно для себе переміщуєтеся з однієї шестикутної комірки в іншу, а ваші дані подорожують ефіром, використовуючи той самий частотний «алфавіт», що і у тисяч інших людей, але в інших комірках.
