Секреты связи 4: Чувствительность мобильного телефона

Источник: "3DNews" Автор: Андрей Воронин Дата: 13.04.2006

Введение

Каждому хочется, что бы его сотовый телефон был действительно мобильным. Приятно, если твой аппарат достойно принимает сигнал в любом месте и говорить ты можешь без цифровых захлебываний и прерываний. В конце концов, мобильная связь должна давать такую свободу. Большинство цивилизованных стран имеют 100% покрытие. Это значит, что в любой точке страны вы можете принимать и совершать вызовы. Это своеобразный супремум связи. Для России такая возможность не видна пока даже на горизонте. Земли у нас так много, а людей так мало, что покрывать связью каждый куст оказывается экономически нецелесообразно. Вот и приходится операторам думать, где и как ставить очередную базовую станцию. Разумеется, вероятность того, что оборудование появится в тайге, значительно меньше, чем около крупной автомобильной или железнодорожной дороги. В результате не последним аргументом при покупке сотового телефона становится чувствительность и мощность его принимающего и передающего контуров.

Вспоминается заря развития сотовой связи, когда качественные трубки действительно давали мобильность своим пользователям, а обладатели упрощённых решений испытывали проблемы. Сейчас крупные города покрыты очень хорошо, но все равно на память приходят моменты, когда ваш собеседник просит вас подойти к окну или найти место, где связь лучше. Радует одно – с каждым годом количество базовых станций непрерывно растет и территория охвата увеличивается. Процесс этот необратим. Некоторое время назад я посетил удаленный район Тверской области. Там мы столкнулись с ситуацией, когда "навороченные" сотовые телефоны отказывались работать. Сеть то появлялась, то исчезала. Среди нас был счастливый обладатель раритета Siemens S35. Он говорил с любого места. Это явным образом свидетельствовало в пользу того, что все трубки разные и раньше умели делать настоящие боевые мобильники. Все трубки используют различную аппаратную базу и соответственно, качество связи в экстремальных условиях (по низкому уровню сигнала) обеспечивают разное.

Время прошло, а тот случай из памяти не дает спокойно спать. Я дал себе зарок следующий сотовый аппарат покупать только при условии, что он будет гарантировать мне качественный прием. Время прошло, а новый мобильник так и не куплен. Сегодняшний материал должен приблизить нас к пониманию проблемы «чувствительности» сотового телефона. Его прочтение не гарантирует вам бесперебойной связи, но разложит по полочкам все технические аспекты, которые напрямую связаны с приемником и передатчиком вашей трубки. Так же вы узнаете, как не попасться на крючок жуликов.

Немного теории

Итак, чтобы перейти к предметному разговору на сегодняшнюю тему, нужно разобраться с константами. Для начала, все ниже написанное применимо для GSM связи. Так как большинство российских пользователей выбирают именно этот стандарт, то мы берем на себя ответственность писать именно для них. Однако при должном уме и недюжинной смекалке вы можете провести аналогии для всех других видов мобильной связи. Где-то высказанное нами будет работать практически без метаморфоз, а иногда придется сойти с протоптанной тропки известного решения. В конце концов ноги растут из одного места. В данном случае из мобильного телефона. Теперь можно смело переходить к базовым теоретическим выкладкам.

Любой мобильный телефон имеет в себе передатчик и приемник. Поэтому разговоры в чистом виде о чувствительности сотового телефона в некотором смысле не корректны. Нужно разделять мощность передатчика, реализацию антенны и чувствительность приемника. Разумеется, различные производители используют не совсем идентичные детали или аппаратную базу. Поэтому трубки работают по-разному. Кроме этого, некоторые конструктивные особенности мобильника – геометрия антенны и корпуса, ваше положение в пространстве и внешние факторы сказываются на качестве связи. Однако в этом хаосе есть несколько базовых установок, на которые мы можем опираться. Разумеется, это стандарты для сотовой связи. Они прописаны и подписаны много лет назад. Каждый разработчик обязуется выполнять и свято чтить их, так же как президент страны обещает не нарушать конституцию. В том и другом случае возможны некоторые нарушения, но удовольствия от нарушения никто не получает. Возможны санкции. Президенты в этом случае оказываются защищенными гораздо лучше. Например, решит хитрая азиатская или европейская компания создать мобильный телефон с супер мощной антенной. Казалось бы, и покупатели найдутся, и рекламные лозунги - «Наши антенны вещают так, что вас слышат в ближайшем созвездии» могут надломить психику конкурентов. Но вот продать такие трубки легально не получится. Всевозможные комитеты по стандартам завернут весь бизнес. Такая вот складывается ситуация.

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.

Вижу, но совсем не слышу!

Наверно вы иногда наблюдали такую картинку на вашем сотовом телефоне, что логотип вашей сети на экране присутствует, а вызовы совершать практически не возможно. Ситуация является вашим спутником в условиях недостаточного сигнала. Некоторая инертность логотипа способна убить в абонентах все человеческое. Иногда картину усугубляет тот факт, что ваш мобильник выпал из сети, а трубка друга продолжает рисовать картинку, которая говорит, что связь на его трубке есть. Давайте разберемся с этим интересным фактом. Оказывается, не все так сложно и просто объяснимо. Итак, обратимся еще раз к работе сотовой сети. Известно, что для автоматического управления и включения трубки в общую организацию необходима информация об уровнях сигналов базовых станций. Каждый телефон с заданным промежутком времени измеряет уровень сигнала от базовой станции. Это делается независимо от того, говорите ли вы по трубке или она находится в режиме ожидания вызова. Для чего это делается? Зачастую трубка «видит» сразу несколько базовых станций (БС). Организация сети строится таким образом, что в один момент времени она может общаться (ваши разговоры проходят) только через одну БС. Мобильник меряет уровень сигнала от разных базовых станций и выбирает ту, которая «видится гораздо четче». Это логично и является базисным вектором работы сети. Сотовый телефон измеряет уровень входного сигнала на частотах, указанных системой. Не обязательно ближайшая сота станет вашей. Иногда вы подключаетесь к территориально более далекой станции, главное с более высоким сигналом. Возможно ли переключить аппарат на другую базовую станции? В обыкновенном режиме работы сотового телефона сделать это не представляется возможным. Если изменить прошивку и разрешить пользователю доступ к аппаратным настройкам, то это возможно.

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.

Пляски с сотовым

Любая дуплексная радиостанция, а сотовый телефон является частным случаем этого правила, использует антенну для приема и передачи сигнала. Этот факт является еще одним аргументом эфемерности понятия «чувствительности». Раздельное использование одного и того же элемента трубки влечет некоторый компромисс. Передатчик не должен фонить на приемник, а последний в свою очередь обязан не мешать первому. Все мы живем на планете Земля и полностью отвечаем физическим правилам, которые накладывает на нас природа. Поэтому глупо полагать, что одно электрическое устройство способно не мешать работе другого. В результате разработчики приходят к элементарному компромиссу. Именно он позволяет устройству функционировать так, что вы, абоненты, можете слышать голос своего собеседника в трубке. Кстати, Его Величество Компромисс зачастую делается в пользу приемника. Разумеется, можно было бы создать не дуплексную, а симплексную передачу - в один момент времени только в одну сторону, но такая связь бы не удовлетворила современные запросы пользователей. Бытует мнение, что если прикрыть антенну сотового телефона рукой, то разговоры станут четкими и бесшумными. Давайте разберем эту ситуацию. Действительно, если прикрыть антенну каким-либо предметом, то в подавляющем большинстве случаев уровень измеренного сигнала сотовым телефоном упадет. Мобильный аппарат устроен таким образом, что чем хуже он «слышит» соту, тем «громче» он ей отвечает. Соответственно мощность выходного сигнала будет расти. Его возможности пробивать вашу руку или другой предмет, который загораживает антенну, не безграничны. Кроме этого, базовая станция не будет поднимать мощность, так как она не знает, что пользователь чинит помехи ее сигналу и ее параметры просто не рассчитаны на это. Соответственно, все ваши действия носят больше деструктивный характер, когда вы прикрываете антенну сотового телефона рукой. Кстати, на уровень измеренного входящего сигнала влияет не только рука, но и металлические украшения на ней. При разговоре по мобильному телефону старайтесь держать вашу руку по возможности подальше от антенны. Так и здоровье сбережете и помех лишних не создадите. Отличной помехой для сотовой связи становятся железобетонные конструкции. Помните, чем короче волна, тем лучше она пронизывает их. Кстати, этим обусловлен (и не только этим) тот факт, что в центре города операторы любят использовать 1800 МГц диапазон.

За городом в условиях плохой связи старайтесь подняться на всевозможные пригорки. Это действие убирает лишние физические помехи на пути электромагнитных волн от сотового телефона к базовой станции. Помните, что в диапазонах частот, используемых в сотовой связи, даже при небольшом, всего 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). Обязательно двигайтесь и ищите «удачные» места.

Настал момент поговорить на самую темную тему мобильной связи – внешние и внутренние антенны. Трудно перечесть все байки и споры на эту тему. Речь пойдет только о штатных антеннах. Или тех, что уже установлены в ваших мобильных телефонах. Разумеется, дополнительные (выносные) антенны с бустерами, которые вы можете приобрести за отдельные деньги, существенно улучшают прием и передачу, но о мобильности приходиться забыть. Кстати, такие решения очень нравятся автолюбителям, так как таскать на себе их не приходится.

Итак, внутренняя или внешняя антенна? Однозначного решения этой задачи нет. Если вы умеете решать волновые уравнения и проставлять граничные условия, то, получив истинные параметры вашего мобильника, вы сможете на компьютере моделировать ситуацию звонка в самых различных точках зоны покрытия. Несколько лет назад один американец поместил в сеть результаты своих расчетов. Они вызвали долгие споры. В результате он убрал их. А жаль, так как это единственный пример подобных расчетов. Опыт показывает, что современные встроенные антенны ничем не уступают внешним решениям. Жизнь существенно осложняют всевозможные доморощенные украшения, которые пользователи вещают на антенну. В результате антенна может работать в нештатном режиме и, может быть, даже навредить вашему здоровью, излучая преимущественно в сторону вашей головы.

Extended Cell

Однако не всегда оператор может ставить обыкновенные базовые станции для покрытия больших территорий. Представьте, например, пустынный или водный район. Экономически, а иногда и чисто физически разместить нужное количество БС просто не получается. Для GSM стандарта предусмотрена конфигурация соты, при которой дальность связи увеличивается до 70 км. Она называется Extended cell. При таком использовании оборудования количество разговорных каналов уменьшается до 3. Но оператор покрывает гигантские площади силами только одной станции.

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.

Внимание, жулики

Каждому пользователю хотелось бы повысить «чувствительность» свого сотового аппарата. Злоумышленники готовы использовать это в своих планах по одурачиванию абонентов мобильных сетей. Легче всего обмануть человека, предоставив ему услугу, которую сложно проверить. А если ее стоимость окажется мала, то это просто клад для жулика. В результате на рынке появились «наклейки-усилители чувствительности для мобильных телефонов». Разумеется, они подходят ко всем типам трубок, реализуют их через интернет и стоят они смешных денег.

Производитель этого продукта заявляет, что наклейка работает исключительно по законам физики и придает вашему телефону небывалую чувствительность. Складывается впечатление, что стикеры, заговоренные колдунами и оболваненные бубном, продавались бы тоже достаточно неплохо, но мошенники решили сыграть на серости толпы и массовости рынка. Чудотворные наклейки до сегодняшнего дня с огромным успехом продаются в интернете.

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.

Заключительное слово

Сегодня мы разобрались с понятием «чувствительности» сотового телефона. Вывод можно сделать один. Чем ваша трубка качественнее собрана и чем лучше элементарная база, тем проще вам будет говорить в зонах слабого приема. Если у вас есть возможность использовать выносные антенны с узкой диаграммой направленности, то попробуйте их в работе. Они действительно помогают иногда решить сложные ситуации со связью. Будем надеется, что через некоторое время сотовые операторы покроют весь Земной шарик и мы забудем об этой проблеме. Оставайтесь на связи!

Титул