Asi každý pokročilejší uživateli ví, že pokrytí území signálem je dosaženo prostřednictvím buněk. Znáte ale důvod, proč buňky nemohou být libovolně veliké? Proč je hranice dosahu mobilního telefonu GSM kolem 35 km?
Pár pojmů pro začátek
Jistě víte, že území, které je pokryto signálem systému GSM, je složeno z dílčích jednotek, tzv. buněk. Každá z nich je obsluhována svou základnovou stanicí. Buňky GSM ale nemohou být libovolně velké. Hned v nadpisu je prozrazeno, že podle specifikace může být poloměr buňky systému GSM maximálně 35 km. Dříve než si ale řekneme, čím je toto omezení dáno, je třeba si přiblížit některé pojmy a principy.
Předně je třeba si vysvětlit pojem burst. Burst je termín z angličtiny a označuje se jím seskupení bitů s přesně určenou strukturou. Putují v něm veškeré informace v síti GSM. V systému GSM je pět typů burstů, z nichž každý má své specifické využití. Jsou tu bursty pro kmitočtovou nebo časovou synchronizaci komunikace mobilního telefonu a BTS, pak tzv. normální bursty pro přenos dat a hovorů, prázdné bursty a přístupové bursty.
Bursty se dle situace vždy po jednom vkládají do timeslotů a takto putují v kanálech systému GSM. Každý z pěti možných burstů má délku 148 bitů, které mají podle typu burstu různou skladbu. K pevné délce burstu je ještě navíc přidána ochranná doba trochu nezvyklé délky 8,25 bitů, která představuje jakousi toleranci při vkládání burstů do timeslotů.
V čem vězí omezení?
Přistupme k jádru věci. Maximální poloměr buňky GSM souvisí se zpožděním signálu při přístupu mobilního přístroje do sítě. Pokud se totiž mobil pokouší přihlásit do sítě, např. po zapnutí, použije k tomu tzv. přístupový burst. Ten má oproti ostatním burstům specifickou skladbu. Má totiž kromě obvyklé ochranné doby ještě celých šedesát bitů ochrany navíc. Celková délka ochranné doby je tedy 68,25 bitů.
Z tohoto počtu je pak 63 bitů využito pro nastavení časového posuvu TA (Timing Advance). Na základě nastavené doby TA pak mobilní telefon upraví své vysílání tak, aby korigoval zpoždění signálu na cestě k základnové stanici. Měření zpoždění provádí základnová stanice a využívá k němu právě oněch 63 bitů. Do zbytku doby, přesněji do šestibitového slova, vloží základna údaj o zpoždění. A právě zde je hlavní důvod pro omezení poloměru buňky.
Ukázka pokrytí signálem v reálných situacích
Totiž: při délce trvání jednoho bitu 3,7 mikrosekundy představuje 63 bitů celkovou dobu 233,1 mikrosekundy. A pokud vezmeme v úvahu rychlost šíření signálu ve vzduchu při ideálních podmínkách, urazí signál za tuto dobu zhruba vzdálenost 69,9 km. Doba 233 mikrosekund představuje maximální možné zpoždění, které může signál získat na trase od mobilního telefonu k základnové stanici a zpět. Pokud tedy může být tato trasa dlouhá zhruba 70 km, pak maximální vzdálenost mezi BTS a mobilem je přesně polovina, tedy 35 km.
Co říká praxe
Poloměr buňky 35 km je opravdu čistě teoretická hodnota, které se praxe téměř nikdy nepřibližuje. Co by se však stalo, pokud by se mobilní telefon pokoušel přihlásit k základnové stanici, která je dále, než oněch 35 km?
Mobil by se k této základně jednoduše vůbec nepřihlásil. Nezvládl by se totiž vyrovnat s tak velkým zpožděním, které by na trase vzniklo. Telefon by tak neustále vysílal – jednoduše řečeno – mimo rytmus sítě. Vzdálenost 35 km je navíc vykalkulována pro ideální podmínky šíření signálu. V praxi je však tato maximální hodnota ještě nižší, protože ideální podmínky nikdy nenastávají. Můžeme se jim jen více či méně přibližovat.
Teoretické rozvržení buňek • stejná konfigurace v reálné situaci
Je tu ale ještě jeden důvod, kvůli kterému jsou extrémně velké vzdálenosti mezi mobilem a BTS málo použitelné. V samotném principu fungování sítě je dáno, že mobilní telefon se snaží přihlásit k základnové stanici, jejíž signál je v jeho místě nejsilnější. A pokud uvážíme, že síla signálu vlivem útlumu prostředí se vzdáleností od zdroje klesá, jsou ve velkých vzdálenostech signály oproti bližším základnám slabé.
Kdy se používají velké buňky
Největší z typů buněk systému GSM, které se označují jako deštníkové, mívají poloměrblížící se 30 km, ale to jen výjimečně. Deštníkové buňky překrývají několik menších buněk a používá se jich např. v místech, kde se mobilní účastníci rychle pohybují a přehlašují se tedy často mezi základnovými stanicemi. Takovými místy jsou třeba dálnice.
Buňky s velkým poloměrem se plánují také v místech s malou koncentrací účastníků, jako jsou horské oblasti nebo rozsáhlejší louky. V maximálním počtu účastníků na jednu buňku tkví také jeden z důvodů, proč se nebudují buňky s velkou rozlohou. Nutno ale dodat, že tvar buněk nebývá pravidelný a už vůbec se neblíží často kresleným šestiúhelníkům. Ale i při úzkém protáhlém nebo jinak deformovaném tvaru platí, že maximální vzdálenost mezi BTS a mobilem může být 35 km. Buňky o velkém poloměru se používají třeba u analogového systému NMT 450, který pracuje na zhruba polovičních kmitočtech, na nichž se signál šíří lépe a s menším útlumem.
