Базовая станция: как телефон выбирает вышку и переключается между сотами

Базовая станция — комплекс из антенн, радиоблоков и оборудования связи с остальной сетью, который принимает и передаёт радиосигнал абонентов. Зона, где сигнал станции достаточно силён, называется сотой, отсюда слово «сотовая». Обычно антенны на вышке разбиты на секторы по 120 градусов: три сектора, три соты, каждая со своим идентификатором и набором частот.

Соты разных размеров дополняют друг друга. Крупные макросоты покрывают километры, микро и пикосоты закрывают отдельные улицы и здания, а фемтосоты небольшого радиуса бывают внутри помещений. Чем плотнее используют высокие частоты, тем меньше радиус.

Выбор делает в основном телефон, но по правилам, заданным сетью. Он постоянно слушает служебные сигналы соседних сот и измеряет их уровень и качество, о показателях, названных RSRP, RSRQ и SINR, рассказано на отдельной странице. Сеть сообщает пороги и приоритеты: какие частоты предпочтительнее, при каком уровне сигнала стоит искать другие соты, какие диапазоны у соседей.

Поэтому телефон не всегда выбирает «самую сильную» вышку. Приоритеты могут отдавать предпочтение диапазону с лучшей ёмкостью или более новому поколению, если сигнал в нём достаточен. Пока телефон простаивает, он выбирает соту сам. В активном соединении команды о смене приходят от сети.

На выбор влияет и режим устройства. В режиме простоя телефон реже проверяет соседей, чтобы экономить батарею, и о его местонахождении сеть знает лишь с точностью до группы сот, области отслеживания. Когда приходит вызов, сеть рассылает вызов по всей такой области, и телефон отвечает, после чего уточняется точная сота.

Когда вы идёте или едете с открытым соединением, телефон отправляет сети отчёты об измерениях, и станция принимает решение о передаче обслуживания, хэндовере. Соединение переводится на соседнюю соту так, чтобы разговор или передача данных не прервались. В нормальных условиях вы не заметите этого вовсе, лишь иногда возникает секундная пауза.

Если соты слабо перекрываются или скорость слишком высока, например в скоростном поезде, хэндовер срывается, и соединение обрывается. Ещё одна ситуация — при движении между зонами покрытия с разной технологией, скажем при переходе с LTE на более старую сеть.

Ёмкость соты ограничена: все абоненты делят её радиоресурсы. В часы пик, на концертах и вокзалах, на соту приходятся тысячи устройств, и скорость падает даже при отличном уровне сигнала. Поэтому сила сигнала, отображаемая полосками, не равна качеству связи: полный сигнал на перегруженной соте даёт медленный интернет.

Операторы решают проблему добавлением частот, секторов и небольших станций в плотных местах, а внутри крупных зданий — системами внутренней связи. Поведение станции зависит и от стандарта: в LTE она называется eNodeB, в 5G — gNodeB, а различия обсуждаются на страницах про LTE и 5G.

Во время чрезвычайных ситуаций и массовых мероприятий операторы иногда ставят временные подвижные станции. Тогда телефон подхватывает их автоматически, поскольку приоритеты и параметры соседних сот задаются сетью. Если же вы находитесь в подвале или на границе покрытия, разумно включить вызовы по Wi-Fi, если оператор поддерживает эту услугу.

Считается, что телефон всегда подключается к ближайшей вышке. Он выбирает по сигналу и по настройкам сети, а ближайшая по расстоянию может оказаться загруженной или за препятствием. Второе допущение: положение по станции точно указывает, где вы находитесь. Определить место по номеру соты можно лишь с точностью до района, от десятков метров в городе до километров вне его. Третье: телефон подключается к станции, только когда идёт вызов. На самом деле он постоянно зарегистрирован в сети.

Сведения о текущей соте показывают приложения для мониторинга сотовых сетей и инженерные меню телефона: идентификатор соты, диапазон, уровень сигнала. Иногда их выводит раздел «О телефоне» в состоянии сети. Публикация таких данных о чужих вышках зависит от оператора, а точная карта вышек официально не открыта.