Než se smartphony staly prodloužením našich rukou, mobilní připojení bylo specializovaným luxusem. Nebylo určeno pro běžného řidiče. Bylo to pro lidi, kteří doslova museli mluvit na cestách.
Do aut jim instalovali radiotelefony. Nebyla to ta elegantní zařízení, která s sebou dnes nosíme. Byly to objemné krabice s anténami, které vypadaly jako žraločí ploutve. Systém spoléhal na jednu centrální věž v každém městě. Jen jeden.
Tato věž poskytovala snad 25 kanálů. To je vše. Dvacet pět souběžných rozhovorů po celé metropoli.
Aby to fungovalo, telefon ve vašem autě musel mít výkonný vysílač. Mělo vysílat signál na vzdálenost 40–50 mil. To je přibližně 70 kilometrů. Zařízení bylo výkonné. Cena je neúnosně vysoká. Propustnost je zanedbatelná.
Nemohli jste jen zvednout telefon a vytočit číslo. Prostě nebylo dost kanálů. Pokud by se všichni pokusili používat systém současně, síť by se zhroutila. Byla to drahá infrastruktura pro nepatrný zlomek populace.
Genialita opakovaného použití frekvence
Buněčný systém všechno změnil a rozbil město na malé buňky.
Představte si mapu. Nyní jej rozdělte na šestiúhelníky. Každý šestiúhelník je buňka. Každá buňka má svůj vlastní nízkovýkonový vysílač. Tady se děje kouzlo.
Genialita není jen v povlaku. Jde o opětovné využití frekvencí.
Protože každá buňka používá vysílače s nízkým výkonem, mohou být stejné rádiové frekvence použity v nesousedních buňkách. Můžete si popovídat v centru Manhattanu pomocí kanálu A. Zároveň někdo v Jersey City může použít kanál A. A někdo jiný v Queensu ho může použít také.
To umožňuje široké využití stejných frekvencí po celém městě. Najednou mohou miliony lidí používat mobilní telefony současně. Síť se škáluje. Náklady se snižují. Technologie se stává dostupnou pro masový trh.
Porovnání mobilních telefonů s občanským rádiem (CB)
Abyste pochopili složitost moderního mobilního telefonu, musíte se podívat na to, co předcházelo. Porovnejte to s civilním rádiem (CB) nebo vysílačkou.
Vysílačka je obousměrná rozhlasová stanice. Stisknete tlačítko. Mluvit. Všichni na tomto kanálu vás slyší. Je to jednoduché. Je to omezené. Toto je princip jeden k mnoha.
Občanský rozhlas (CB) je na tom podobně. Vyberete kanál. Vysíláte. Ostatní uživatelé CB na tomto kanálu poslouchají. Pokud promluví někdo jiný, počkejte. Toto je sdílený zdroj.
Mobilní telefon je jiný. Toto je oboustranný soukromý rozhovor. Ale využívá stejný základní princip rádiových vln. Rozdíl spočívá v procesu předání.
Při přechodu z jedné buňky do druhé váš telefon plynule přepíná mezi věžemi. To se děje bez přerušení konverzace. Síť řídí přepínání. Uživatel si ani nevšimne, že se to děje.
To se netýká jen konverzací. Toto je správa zdrojů. Každou sekundu váš telefon komunikuje s nejbližší věží. Kontroluje úroveň signálu. Požadavky na šířku pásma. Při pohybu přepne na další buňku.
Takto mobilní sítě podporují miliony uživatelů. Tohle není jedna velká věž. To je hodně malých. Toto je opětovné použití. Jedná se o inteligentní ovládání.
Technologie je složitá. Výsledek je jednoduchý. Jen mluvíš.
Vysílačky a rádia KB mají zásadní omezení: jsou to poloduplexní zařízení. Nemůžete mluvit a poslouchat zároveň. Obě strany využívající stejný rádiový kanál KB pracují na stejné frekvenci, což znamená, že pouze jedna strana může vysílat, zatímco druhá čeká. Mobilní telefony fungují jinak. Jsou to plně duplexní zařízení. Jedna frekvence je zodpovědná za přenos vašeho hlasu a druhá, samostatná frekvence je zodpovědná za příjem hlasu vašeho partnera. Můžete mluvit a slyšet zároveň.
Rozsah konektivity se mezi těmito technologiemi dramaticky liší. Běžná vysílačka obvykle nabízí pouze jeden kanál. Rádio KB rozšiřuje tento počet na 40 kanálů. Moderní mobilní telefon se připojuje k mnohem většímu fondu frekvencí. V závislosti na síti může jedno zařízení přistupovat k 1 664 nebo více kanálům. Takto obrovské množství dostupných frekvencí umožňuje obsluhovat výrazně více současně pracujících uživatelů.
Rozsah je dalším klíčovým rozdílem. Základní analogová vysílačka s 0,25 wattovým vysílačem poskytuje komunikaci na vzdálenost asi 1,6 km. Rádia KB spotřebují více energie. Jejich 5wattové vysílače zvyšují dosah přibližně na pět mil (8 kilometrů). Mobilní telefony se nespoléhají pouze na vysoký výkon. Spoléhají na architekturu mobilní sítě.
Mobilní telefony fungují v mřížce překrývajících se oblastí nazývaných buňky. Když se pohybujete, telefon se přepíná z jedné buňky do druhé. Tento proces přepínání vám umožňuje cestovat stovky kilometrů při zachování konverzace. Dosah je ve skutečnosti omezen pouze pokrytím sítě, nikoli výkonem vašeho přenosného zařízení.
V typickém analogovém celulárním systému v USA bylo operátorům přiděleno asi 800 frekvencí pro celé město. Pro efektivní správu tohoto spektra rozdělují inženýři město na menší zóny. Každá buňka pokrývá přibližně 10 čtverečních mil (26 kilometrů čtverečních). Tyto zóny jsou často vizualizovány jako šestiúhelníky na mřížce.
Šestiúhelníkový model neslouží jen pro přehlednost. Pomáhá ilustrovat princip opětovného použití frekvence. Protože mobilní telefony a základnové stanice používají vysílače s nízkým výkonem, signály se nešíří nadměrně za přilehlé oblasti. To umožňuje nesousedním buňkám používat stejné frekvence. Jedna skupina buněk může používat frekvenci A, zatímco buňka o dvě zóny dále také používá frekvenci A. Toto opětovné použití znásobuje kapacitu systému.
Každá buňka je podporována základnovou stanicí. Tato infrastruktura se skládá z věže a přilehlé budovy, ve které je umístěno rádiové zařízení. Základnová stanice funguje jako brána mezi vaším telefonem a širší sítí. V další části se blíže podíváme na to, jak tyto stanice fungují a řídí provoz. Nejprve je důležité pochopit, jak jsou samotné buňky strukturovány a optimalizovány.
