Как происходит звонок по телефону

Знаете ли вы, что происходит после того, как вы набрали номер друга на мобильном телефоне? Как сотовая сеть находит его в горах Андалусии или на побережье далекого острова Пасхи? Почему иногда неожиданно разговор прерывается? На прошлой неделе я побывал в компании Beeline и попытался разобраться, как устроена сотовая связь…

Большая площадь населенной части нашей страны покрыта Базовыми Станциями (БС). В поле они выглядят как красно-белые вышки, а в городе спрятаны на крышах нежилых домов. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров и общается с мобильным телефоном по служебным или голосовым каналам.

После того, как вы набрали номер друга, ваш телефон связывается с ближайшей к вам Базовой Станцией (БС) по служебному каналу и просит выделить голосовой канал. Базовая Станция отправляет запрос на контроллер (BSC), а тот переадресует его на коммутатор (MSC). Если ваш друг является абонентом той же сотовой сети, то коммутатор сверится с Home Location Register (HLR), выяснит, где в данный момент находится вызываемый абонент (дома, в Турции или на Аляске), и переведет звонок на соответствующий коммутатор, откуда тот его переправит на контроллер и затем на Базовую Станцию. Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном и соединит вас с другом. Если ваш друг абонент другой сети или вы звоните на городской телефон, то ваш коммутатор обратится к соответствующему коммутатору другой сети. Сложно? Давайте разберемся подробнее. Базовая Станция представляет из себя пару железных шкафов, запертых в хорошо кондиционируемом помещении. Учитывая, что в Москве было на улице +40, мне захотелось немного пожить в этом помещении. Обычно, Базовая Станция находится либо на чердаке здания, либо в контейнере на крыше:

2. 

Антенна Базовой Станции разделена на несколько секторов, каждый из которых «светит» в свою сторону. Вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, круглая соединяет Базовую Станцию с контроллером:

3. 

Каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно, в зависимости от настройки и конфигурации. Базовая Станция может состоять из 6 секторов, таким образом, одна Базовая Станция может обслуживать до 432 звонков, однако, обычно на станции установлено меньшее количество передатчиков и секторов. Сотовые операторы предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи. Базовая Станция может работать в трех диапазонах: 900 МГц — сигнал на этой частоте распространяется дальше и лучше проникает внутрь зданий 1800 МГц — сигнал распространяется на более короткие расстояния, но позволяет установить большее количество передатчиков на 1 секторе 2100 МГц — Сеть 3G Вот так выглядит шкаф с 3G оборудованием:

4.  

На Базовые Станции в полях и деревнях устанавливают передатчики 900 МГц, а в городе, где Базовые Станции натыканы как иглы у ежика, в основном, связь осуществляется на частоте 1800 МГц, хотя на любой Базовой Станции могут присутствовать передатчики всех трех диапазонов одновременно.

5.  

6.  

Сигнал частотой 900 МГц может бить до 35 километров, хотя «дальность» некоторых Базовых Станций, стоящих вдоль трасс, может доходить до 70 километров, за счет снижения числа одновременно обслуживаемых абонентов на станции в два раза. Соответственно, наш телефон с его маленькой встроенной антенной также может передавать сигнал на расстояние до 70 километров… Все Базовые Станции проектируются таким образом, чтобы обеспечить оптимальное покрытие радиосигналом на уровне земли. Поэтому, несмотря на дальность в 35 километров, на высоту полета самолетов радиосигнал просто не посылается. Тем не менее, некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих самолетах маломощные базовые станции, которые обеспечивают покрытие внутри самолета. Такая БС соединяется с наземной сотовой сетью с помощью спутникового канала. Система дополняется панелью управления, которая позволяет экипажу включать и выключать систему, а также отдельные типы услуг, например, выключать голос на ночных рейсах. Телефон может измерять уровень сигнала от 32 Базовых Станций одновременно. Информацию о 6-ти лучших (по уровню сигнала) он отправляет по служебному каналу, и уже контроллер (BSC) решает, какой БС передать текущий звонок (Handover), если вы находитесь в движении. Иногда телефон может ошибиться и перебросить вас на БС с худшим сигналом, в этом случае разговор может прерваться. Также может оказаться, что на Базовой Станции, которую выбрал ваш телефон, все голосовые линии заняты. В этом случае разговор также прервется. Еще мне рассказали о так называемой «проблеме верхних этажей». Если вы живете в пентхаусе, то иногда, при переходе из одной комнаты в другую, разговор может прерываться. Это происходит потому, что в одной комнате телефон может «видеть» одну БС, а во второй — другую, если она выходит на другую сторону дома, и, при этом эти 2 Базовые Станции находятся на большом удалении друг от друга и не прописаны как «соседние» у сотового оператора. В этом случае передача звонка с одной БС на другую происходить не будет:

 

Связь в метро обеспечивается так же, как и на улице: Базовая Станция – контроллер – коммутатор, с той лишь разницей, что применяются там маленькие Базовые Станции, а в тоннеле покрытие обеспечивается не обычной антенной, а специальным излучающим кабелем. Как я уже писал выше, одна БС может производить до 432 звонков одновременно. Обычно этой мощности хватает за глаза, но, например, во время некоторых праздников БС может не справиться с количеством желающих позвонить. Обычно это случается на Новый Год, когда все начинают поздравлять друг друга. SMS передаются по служебным каналам. На 8 марта и 23 февраля люди предпочитают поздравлять друг друга с помощью SMS, пересылая смешные стишки, и телефоны зачастую не могут договориться с БС о выделении голосового канала. Мне рассказали интересный случай. Из одного района Москвы стали поступать жалобы от абонентов о том, что они не могут никуда дозвониться. Технические специалисты стали разбираться. Большинство голосовых каналов было свободно, а все служебные были заняты. Оказалось, что рядом с этой БС находился институт, в котором шли экзамены и студенты беспрерывно обменивались эсэмэсками. Длинные SMS телефон делит на несколько коротких и отправляет каждое отдельно. Сотрудники технической службы советуют отправлять такие поздравления с помощью MMS. Это будет быстрее и дешевле. С Базовой Станции звонок попадает на контроллер. Выглядит он так же скучно, как и сама БС — это просто набор шкафов:

7.  

В зависимости от оборудования, контроллер может обслуживать до 60 Базовых Станций. Связь между БС и контроллером (BSC) может осуществляться по радиорелейному каналу либо по оптике. Контроллер осуществляет управление работой радиоканалов, в т.ч. контролирует передвижение абонента, передачу сигнала с одной БС на другую. Гораздо интереснее выглядит коммутатор:

8.  

9.  

Каждый коммутатор обслуживает от 2 до 30 контроллеров. Он занимает уже большой зал, заставленный различными шкафами с оборудованием:

10.  

11.  

12.  

Коммутатор осуществляет управление трафиком. Помните старые фильмы, где люди сначала дозванивались до «девушки», а затем она уже соединяла их с другим абонентом, перетыкивая проводки? Этим же занимаются и современные коммутаторы:

13.  

Для контроля за сетью у Билайна есть несколько автомобилей, которые они ласково называют «ежики». Они передвигаются по городу и измеряют уровень сигнала собственной сети, а также уровень сети коллег из «Большой Тройки»:

14.  

Вся крыша такого автомобиля утыкана антеннами:

15.  

Внутри стоит оборудование, осуществляющее сотни звонков и снимающее информацию:

16.  

Круглосуточный контроль за коммутаторами и контроллерами осуществляется из Центра Управления Полетами Центра Контроля Сети (ЦКС):

17.  

Существует 3 основных направления по контролю за сотовой сетью: аварийность, статистика и обратная связь от абонентов. Так же, как и в самолетах, на всем оборудовании сотовой сети стоят датчики, которые посылают сигнал в ЦКС и выводят информацию на компьютеры диспетчеров. Если какое-то оборудование вышло из строя, то на мониторе начнет «мигать лампочка». ЦКС также отслеживает статистику по всем коммутаторам и контроллерам. Он анализирует ее, сравнивая с предыдущими периодами (часом, сутками, неделей и т.д.). Если статистика какого-то из узлов стала резко отличаться от предыдущих показателей, то на мониторе опять начнет «мигать лампочка». Обратную связь принимают операторы абонентской службы. Если они не могут решить проблему, то звонок переводится на технического специалиста. Если же и он оказывается бессильным, то в компании создается «инцидент», который решают инженеры, занимающиеся эксплуатацией соответствующего оборудования. За коммутаторами круглосуточно следят по 2 инженера:

18.  

На графике показана активность московских коммутаторов. Хорошо видно, что ночью практически никто не звонит:

19.  

Контроль за контроллерами (простите за тавтологию) осуществляется со второго этажа Центра Контроля Сети:

22.  

21. 

Источник

Как работает смартфон во время совершения вызова?

• Технологии
• 29 марта 2018

Наши коллеги с канала Stupidmadworld решили разобраться с тем, как работает смартфон в процессе совершения звонков. Причем сделать это они решили настолько дотошно, что начали с момента, когда нажимается кнопка разблокировки экрана. В этом материале мы публикуем лишь часть описанного ребятами процесса, который касается работы смартфона непосредственно в момент совершения звонка. А все, что происходит внутри наших любимых девайсов до нажатия на кнопку вызова и после можно посмотреть в видео на канале SMW или в конце статьи.

Работа радиомодуля и SIM-карты при вызове

Для совершения звонков в смартфоны устанавливают специальные радиомодули или модемы, которые практически всегда находятся в состоянии связи с сотовой сетью. Постоянная связь нужна для того, чтобы в любой момент можно было принять входящий звонок, ну или быстро совершить исходящий.

Но без SIM-карты радиомодуль бесполезная штука. Именно по SIM-карте оператор сотовой сети идентифицирует абонентов, которые постоянно куда-то звонят. Чтобы осуществить идентификацию, на специальные контакты на SIM-карте подается небольшое напряжение. Его достаточно для работы собственного микропроцессора, оперативной и постоянной памяти, расположенных внутри SIM-карты, а также для небольшого набора программ.

Может показаться, что внутренняя память SIM-карты нужна для хранения информации о балансе, остатке трафика, подключенном тарифе и услугах, но это не так. Один из блоков памяти SIM используется для хранения ключей шифрования и номера IMSI. Эта аббревиатура расшифровывается как International Mobile Subscriber Identity и переводится как международный идентификатор мобильного абонента. Именно этот идентификатор связан в базе данных оператора с номером телефона абонента. Этот блок памяти нельзя перезаписать, но есть и другой, который можно использовать для хранения контактов и SMS. В наш век облачных хранилищ, на SIM-картах эти данные уже никто не хранит.

Базовые станции сотового оператора

Итак, в момент совершения вызова и подачи напряжения на SIM-карту активируется сигнал, который передается радиомодулем на антенну смартфона. Она призвана усилить сигнал и передать его на ближайшую к абоненту базовую станцию сотового оператора. Эти станции располагаются на различных зданиях и возвышенностях для того, чтобы гарантировать абонентам покрытие сети и возможность осуществлять и принимать вызовы. Момент сигнального обмена с базовой станцией по сути является запросом на соединение с вызываемым абонентом. В эту же секунду передается номер телефона вызывающего абонента, который видит на своем смартфоне абонент, принимающий звонок.

Процесс связи между разными базовыми станциями, рядом с которыми находятся абоненты тоже очень сложный. Но если говорить об этом вкратце, то базовая станция отправляет запрос на контроллер (BSC или Base Station Controller), который уведомляет о поступившем вызове и переадресует запрос на коммутатор (MSC или Mobile Switching Center). Задача коммутатора в данном контексте заключается в обработке вызова, сверке с базой данных с информацией об абонентах (HLR или Home Location Register), выяснении местоположения вызываемого абонента и передачи сигнала на соответствующий коммутатор. Далее процесс разворачивается и в обратной последовательности сигнал о вызове через базовую станцию вызываемого абонента передается на его смартфон.

Входящий вызов

При получении вызова активируются различные модули смартфона. Во-первых, антенна улавливает сигнал и преобразовав его в электрический импульс передает на радиомодуль. Во-вторых, радиомодуль оповещает процессор смартфона о входящем звонке. Ну в-третьих, процессор активирует экран, меню режима звонка на экране, уведомление о входящем вызове и эксцентрик, который более известен, как вибромотор.

Наконец, абонент отвечает на вызов нажатием на зеленую кнопку и произносит: — Алло. Микрофон смартфона улавливает этот звук и преобразовывает его в электрический импульс, который по той же самой схеме отправляется назад собеседнику за какие-то доли секунды.

Что все это значит?

Вспомните, сколько времени проходит с момента, когда вы решаете совершить звонок со своего смартфона, до момента, когда собеседник на него ответил? Не более 7-10 секунд в среднем. Но за этот короткий промежуток времени в смартфоне происходит огромное количество процессов, которые позволяют нам быстро и просто общаться друг с другом. Технический прогресс позволяет нам сокращать время для передачи важной информации друг другу и смартфоны служат отличным инструментом для этого. И как символ нашей эпохи — смартфон является отличным доказательством победы разума и технологий.

Пятница, братья и сестры, а по пятницам у нас подкаст с конспектом. Подкаст «Запуск завтра» выходит при поддержке Практикума, а мы тоже выходим при поддержке Практикума, поэтому синергия. Сегодня говорим об устройстве сотовой связи. Слушайте подкаст, если есть время, а если нет — читайте основные мысли ниже. 

О герое

Герой выпуска — Александр Чемерис, сотрудник компании YADRO. Руководил стартапом Fairwaves, где делал оборудование для сотовых операторов, обеспечивал связью африканские деревни и штат Оахака в Мексике.

Как Александр попал в мир сотовой связи

Я начал заниматься сотовой связью через софт. Писал диплом по коммуникациям Voice over IP (VoIP). Это возможность говорить голосом через интернет, например как в Skype или Telegram. Потом появился опенсорсный проект Open BTS, который, с помощью VoIP и железа под названием Software-Defined Radio позволял сделать сотовую станцию. Мы с приятелем подумали: «Это же прикольно!». Купили такую карточку и попробовали это дело запустить. Так я из софта перешёл в сотовую связь.

Оказалось, что сотовая связь — это отдельный мир, который можно изучать годами. Ты в него погружаешься, а потом раз — и десять лет прошло.

Как устроена сотовая связь

Она работает на радиоволнах. Вот как мы голосом говорим — и голос распространяется по воздуху на расстоянии. У радиоволн похожий принцип, но распространяются они гораздо дальше, воздух им не мешает. Ушами мы радиоволны слышать не можем, но в телефонах есть специальные антенны, которые умеют воспринимать эти колебания.

Почему по сотовому мы можем говорить одновременно

ТВ-вещание либо радиовещание — это симплексная связь, то есть односторонняя. Один источник сигнала облучает какую-то местность, и все приёмники в этой местности «слышат» этот сигнал. 

Сотовая связь — это дуплексная связь, двусторонняя. В сотовой связи есть «канал вверх» и «канал вниз», они так и называются — uplink и downlink. Вниз — это канал к абоненту, потому что вышка обычно выше него, а вверх, соответственно, от абонента туда, наверх, в сторону вышки. 

Два самых популярных способа разделения — это frequency division duplex и time division duplex, FDD и TDD соответственно. Классическая сотовая связь построена на FDD, когда у тебя на одной частоте телефон принимает, а на другой передаёт. То есть у тебя словно два радио на разных частотах: по одному ты передаёшь сигнал, по другому — передаёт вышка.

TDD — это то, что мы сейчас делаем. Пока я говорю, ты молчишь, когда ты говоришь, я молчу. Когда все начинают говорить одновременно, происходит интерференция — становится плохо слышно, у тебя начинает квакать телефон.

Стандартный TDD в сотовой связи построен на фреймах, где длина одного фрейма в 4G — 10 миллисекунд, в 5G — до одной миллисекунды. Дальше 10 миллисекунд разбиваются на uplink и downlink, ты 5 миллисекунд говоришь и 5 миллисекунд слушаешь. Это настолько мало, что тебе кажется: ты в любой момент можешь начать говорить, не надо ждать собеседника.

Какие железки отвечают за передачу сигнала

Исключая абонентские устройства, сеть состоит из трёх компонентов: софт у оператора, базовые станции на вышках и связь между ними — транспортная сеть, или бэкхолл. 

Вышка обычно подключена к мощному источнику электроэнергии. У неё большие антенны, которые усиливают сигнал. Ты физически не можешь носить телефон, у которого антенна два метра, поэтому антенна на вышке всегда большая. Если сравнить мощность излучения, то у телефона она намного меньше, чем у вышки. Это отчасти связано с какими-то медицинскими нормами, но на самом деле просто экономически невыгодно делать телефон, который будет передавать мощный сигнал: у него будет быстро садиться батарейка. 

Роль вышки — передать и принять сигнал с телефона. Причём сделать это качественно и так, чтобы телефон садился не за два часа, а за пару дней хотя бы. Вышка — это физическое устройство, которое ты видишь на улице, а есть базовая станция — это то, что находится на вышке. Если поставить одну такую базовую станцию в центре деревни, то у всех людей нормально будут работать телефоны, которые находятся в зоне доступа. А если навтыкать вышки рядом друг с другом, то начнутся проблемы со связью.

Почему сеть называется «сотовая»

Потому что у тебя вышки натыканы как медовые соты, а вокруг базовой станции зона приёма словно шестиугольник.

Есть целая наука и отдельные люди, которые занимаются радиопланированием. Они делают, так чтобы базовые станции друг другу не мешали и всё это хорошо работало. Говоря математически, если у тебя сотовые вышки передают с одинаковой мощностью, то оптимальное распределение этих вышек будет такое, что каждая стоит в центре шестиугольника. Если ты построишь изолинии равной мощности, то там, где мощность одной вышки падает настолько, что мощность второй вышки начинает вырастать, ты увидишь, что изолинии образуют шестиугольник. Это действительно так физически устроено и выглядит как соты.

Сейчас всё сложнее. Появились макростанции, пикостанции, маленькие станции, зонтичные станции, фемтостанции, которые можно дома поставить.

Кому принадлежат вышки

Не хочу углубляться в эту тему, это целая отдельная индустрия башенных компаний. Они продают то, что по-английски называется vertical real estate. По-русски это будет «вертикальная жилплощадь». Есть целое понятие — BTS Hotel, то есть отель базовых станций. Ставишь такую вышку, а дальше сдаёшь в ней номера.

В России по закону базовая станция должна принадлежать мобильному оператору, иначе её не разрешат вывести в эфир. Но бывает и по-другому. Например, Tinkoff Mobile — это виртуальный мобильный оператор. У него есть бренд, но нет своих базовых станций, то есть он с кем-то договорился. А настоящий мобильный оператор — это компания, которая владеет лицензией на частоты. Диапазон частот делится на маленькие кусочки и продаётся по частям за бешеные деньги разным операторам связи. 

Кто помимо государства в России владеет частотами

Из федеральных операторов, которые присутствуют в подавляющем большинстве регионов России, «большая четвёрка»: «МегаФон», «МТС», «Билайн» — он же VEON, и «Ростелеком» — он же «Теле2». Осталось несколько мелких региональных операторов, остальных выкупили крупные московские и питерские компании.

В чём отличие 1G от 5G

G — это Generation, «поколение». Новое поколение сотовой связи появляется примерно раз в десять лет. Нужно всё стандартизировать, изготовить оборудование, развернуть его и получить частоты. Это длительная процедура.

Сеть 1G появилась в 1979 году. Главная инновация была в том самом подходе, когда вышки ставятся по сотовому принципу. Сеть второго поколения 2G — это переход к цифровым коммуникациям, что позволило повысить ёмкость и безопасность. Повысилось количество абонентов и стало невозможно при помощи аудиоприёмника подслушать, о чём люди говорят по телефону. 

Сеть третьего поколения научилась нормально передавать интернет. Без 3G не было бы iPhone с его приложениями. 4G изначально задумывалась для интернета, а не для голоса. До сих пор во многих сетях 4G ты не можешь поговорить голосом. С этим помогает LTE — конкретная реализация голосовой связи, которая стала доминирующей.

В 2019 году начали появляться самые первые 5G — это попытка улучшить 4G, подстроить под промышленные юзкейсы. 

Первый юзкейс Massive IoT — условно, 10 тысяч устройств на квадратный километр. Используется на заводе, который обвешан датчиками. Второй юзкейс — Ultra Reliable Low Latency Communications. Это управление робототехникой, телемедицина, удалённое управление поездами, гейминг. Третье — это то, что называется Mobile Broadband, более быстрая передача данных.

Как родилась идея для стартапа

Люди на какой-нибудь шахте либо на нефтяной вышке тоже хотят говорить друг с другом по сотовому или, что ещё сложнее, звонить домой. Им нужно дать для этого инструмент. Одна базовая станция на какой-нибудь нефтяной вышке для монстра типа Nokia или Ericsson вообще не важна. Но для небольшой компании, если посчитать, это интересный бизнес-кейс.

Мы работали с легитимными сотовыми операторами. У них есть частоты, но есть проблема с тем, что на оборудовании крупных вендоров им невыгодно идти в деревню. Чтобы сделать связь в таких удалённых регионах, я продавал решение — оборудование и софт. Физически это выглядит как ребристая коробочка около 10 кг размером с небольшой рюкзак. Я её как раз в рюкзаке с собой и таскал на презентации. 

Внутри такой базовой станции компьютер и радиокомпоненты. Стоит разъём под большую внешнюю антенну, которую покупаешь отдельно. Антенны бывают разные. Ты выбираешь нужную под ландшафт и местность и затем прикручиваешь к вышке. Дальше прикручиваешь базовую станцию и соединяешь толстым радиокабелем с антенной.

В стандартной африканской деревне вышки с разумными антеннами покрывают радиус 5–7 километров. Это размер небольшого города или деревни. К такой базовой станции можно подключить дешёвую Nokia или даже iPhone.

Почему стартап закрылся

Мы не выдержали гонку с более обеспеченными стартапами. Сначала были богатые TIER 1 и несколько небольших компаний по всему миру. Мы все друг друга знали. С одной стороны, мы всегда соревновались, с другой — были против тех мужиков в костюмах от монополистов. 

Потом сработала трамповская война против Китая, которая привела к тому, что начал разваливаться единый телекоммуникационный мир. Индустрия поделилась на национальные анклавы. В Европе остались Ericsson и Nokia. В Штатах появились хорошо профинансированные стартапы. Параллельно такие же процессы начали происходить в Индии. Начали появляться национальные разработчики в Японии и во Вьетнаме.

Мой стартап назывался Fairwaves — «Справедливые волны». Я проработал там практически десять лет. Сейчас мы занимаемся тем же самым, чем занимались раньше, — создаём оборудование для операторов сотовой связи, только теперь не для США, а для России.

В полной версии подкаста

14:00 Как победить интерференцию 

18:00 Почему мегагерцы стоят денег

27:00 Как наследственность в сотовой связи сделала её уязвимой 

33:10 Что означают все эти G

38:00 Почему, когда говоришь по 4G, интернет виснет 

43:42 Как развернуть свою локальную сеть

51:20 Вышка из бамбуковой палки и государственная монополия на связь. Что Саша делал в Мексике 

58:30 Почему Саша закрыл стартап 

A telephone call is a connection over a telephone network between the called party and the calling party.

First telephone call[edit]

The first telephone call was made on March 10, 1876, by Alexander Graham Bell. Bell demonstrated his ability to «talk with electricity» by transmitting a call to his assistant, Thomas Watson. The first words transmitted were «Mr Watson, come here. I want to see you.»^[1]

This event has been called Bell’s «greatest success», as it demonstrated the first successful use of the telephone.^[1] Although it was his greatest success, he refused to have a telephone in his own home because it was something he invented by mistake and saw it as a distraction from his main studies.^{[citation needed]}

Information transmission[edit]

A telephone call may carry ordinary voice transmission using a telephone, data transmission when the calling party and called party are using modems, or facsimile transmission when they are using fax machines. The call may use land line, mobile phone, satellite phone or any combination thereof. When a telephone call has more than one called party it is referred to as a conference call. When two or more users of the network are sharing the same physical line, it is called a party line or Rural phone line.

If the caller’s wireline phone is connected directly to the calling party, when the caller takes their telephone off-hook, the calling party’s phone will ring. This is called a hot line or ringdown. Otherwise, the calling party is usually given a tone to indicate they should begin dialing the desired number. In some (now very rare) cases, if the calling party cannot dial calls directly, they will be connected to an operator who places the call for them.

Calls may be placed through a public network (such as the Public Switched Telephone Network) provided by a commercial telephone company or a private network called a PBX. In most cases a private network is connected to the public network in order to allow PBX users to dial the outside world. Incoming calls to a private network arrive at the PBX in two ways: either directly to a users phone using a DDI number or indirectly via a receptionist who will answer the call first and then manually put the caller through to the desired user on the PBX.^{[citation needed]}

Most telephone calls through the PSTN are set up using ISUP signalling messages or one of its variants between telephone exchanges to establish the end to end connection. Calls through PBX networks are set up using QSIG, DPNSS or variants.

Costs[edit]

Some types of calls are not charged, such as local calls (and internal calls) dialed directly by a telephone subscriber in Canada, the United States, Hong Kong, United Kingdom, Ireland or New Zealand (Residential subscribers only). In most other areas, all telephone calls are charged a fee for the connection. Fees depend on the provider of the service, the type of service being used (a call placed from a landline or wired telephone will have one rate, and a call placed from a mobile telephone will have a different rate) and the distance between the calling and the called parties. In most circumstances, the calling party pays this fee. However, in some circumstances such as a reverse charge or collect call, the called party pays the cost of the call. In some circumstances, the caller pays a flat rate charge for the telephone connection and does not pay any additional charge for all calls made. Telecommunication liberalization has been established in several countries to allows customers to keep their local phone provider and use an alternate provider for a certain call in order to save money.

Placing a call[edit]

A typical phone call using a traditional phone is placed by picking the phone handset up off the base and holding the handset so that the hearing end is next to the user’s ear and the speaking end is within range of the mouth. The caller then rotary dials or presses buttons for the phone number needed to complete the call, and the call is routed to the phone which has that number. The second phone makes a ringing noise to alert its owner, while the user of the first phone hears a ringing noise in its earpiece. If the second phone is picked up, then the operators of the two units are able to talk to one another through them. If the phone is not picked up, the operator of the first phone continues to hear a ringing noise until they hang up their own phone.

In addition to the traditional method of placing a telephone call, new technologies allow different methods for initiating a telephone call, such as voice dialing. Voice over IP technology allows calls to be made through a PC, using a service like Skype.^[2] Other services, such as toll-free dial-around enable callers to initiate a telephone call through a third party without exchanging phone numbers.^[3] Originally, no phone calls could be made without first talking to the Switchboard operator. Using 21st century mobile phones does not require the use of an operator to complete a phone call.

The use of headsets is becoming more common for placing or receiving a call. Headsets can either come with a cord or be wireless.

A special number can be dialed for operator assistance, which may be different for local vs. long-distance or international calls.

Details of operation[edit]

The landline telephone contains a switchhook (A4) and an alerting device, usually a ringer (A7), that remains connected to the phone line whenever the phone is «on hook» (i.e. the switch (A4) is open), and other components which are connected when the phone is «off hook». The off-hook components include a transmitter (microphone, A2), a receiver (speaker, A1), and other circuits for dialing, filtering (A3), and amplification.

To place a telephone call, the calling party picks up the telephone’s handset, thereby operating a lever that closes the hook switch (A4). This powers the telephone by connecting the transmission hybrid transformer, as well as the transmitter (microphone) and receiver (speaker) to the line. In this off-hook state, the telephone circuitry has a low resistance of typically less than 300 ohms, which causes the flow of direct current (DC) in the line (C) from the telephone exchange. The exchange detects this current, attaches a digit receiver circuit to the line, and sends dial tone to indicate its readiness. On a modern push-button telephone, the caller then presses the number keys to send the telephone number of the destination, the called party. The keys control a tone generator circuit (not shown) that sends DTMF tones to the exchange. A rotary-dial telephone uses pulse dialing (A5), sending electrical pulses, that the exchange counts to decode each digit of the telephone number. If the called party’s line is available, the terminating exchange applies an intermittent alternating current (AC) ringing signal of 40 to 90 volts to alert the called party of the incoming call. If the called party’s line is in use, however, the exchange returns a busy signal to the calling party. If the called party’s line is in use but subscribes to call waiting service, the exchange sends an intermittent audible tone to the called party to indicate another call.

The electromechanical ringer of a telephone (A7) is connected to the line through a capacitor (A6), which blocks direct current and passes the alternating current of the ringing power. The telephone draws no current when it is on hook, while a DC voltage is continually applied to the line. Exchange circuitry (D2) can send an alternating current down the line to activate the ringer and announce an incoming call. In manual service exchange areas, before dial service was installed, telephones had hand-cranked magneto generators to generate a ringing voltage back to the exchange or any other telephone on the same line. When a landline telephone is inactive (on hook), the circuitry at the telephone exchange detects the absence of direct current to indicate that the line is not in use.^[4] When a party initiates a call to this line, the exchange sends the ringing signal. When the called party picks up the handset, they actuate a double-circuit switchhook (not shown) which may simultaneously disconnect the alerting device and connect the audio circuitry to the line. This, in turn, draws direct current through the line, confirming that the called phone is now active. The exchange circuitry turns off the ring signal, and both telephones are now active and connected through the exchange. The parties may now converse as long as both phones remain off hook. When a party hangs up, placing the handset back on the cradle or hook, direct current ceases in that line, signaling the exchange to disconnect the call.

Calls to parties beyond the local exchange are carried over trunk lines which establish connections between exchanges. In modern telephone networks, fiber-optic cable and digital technology are often employed in such connections. Satellite technology may be used for communication over very long distances.

In most landline telephones, the transmitter and receiver (microphone and speaker) are located in the handset, although in a speakerphone these components may be located in the base or in a separate enclosure. Powered by the line, the microphone (A2) produces a modulated electric current which varies its frequency and amplitude in response to the sound waves arriving at its diaphragm. The resulting current is transmitted along the telephone line to the local exchange then on to the other phone (via the local exchange or via a larger network), where it passes through the coil of the receiver (A3). The varying current in the coil produces a corresponding movement of the receiver’s diaphragm, reproducing the original sound waves present at the transmitter.

Along with the microphone and speaker, additional circuitry is incorporated to prevent the incoming speaker signal and the outgoing microphone signal from interfering with each other. This is accomplished through a hybrid coil (A3). The incoming audio signal passes through a resistor (A8) and the primary winding of the coil (A3) which passes it to the speaker (A1). Since the current path A8 – A3 has a far lower impedance than the microphone (A2), virtually all of the incoming signal passes through it and bypasses the microphone.

At the same time the DC voltage across the line causes a DC current which is split between the resistor-coil (A8-A3) branch and the microphone-coil (A2-A3) branch. The DC current through the resistor-coil branch has no effect on the incoming audio signal. But the DC current passing through the microphone is turned into AC (in response to voice sounds) which then passes through only the upper branch of the coil’s (A3) primary winding, which has far fewer turns than the lower primary winding. This causes a small portion of the microphone output to be fed back to the speaker, while the rest of the AC goes out through the phone line.

A lineman’s handset is a telephone designed for testing the telephone network and may be attached directly to aerial lines and other infrastructure components.

Tones[edit]

Preceding, during, and after a traditional telephone call is placed, certain tones signify the progress and status of the telephone call:

• a dial tone signifying that the system is ready to accept a telephone number and connect the call
• either:
  • a ringing tone signifying that the called party has yet to answer the telephone
  • a busy signal (or engaged tone) signifying that the called party’s telephone is being used in a telephone call to another person (or is «off the hook» though no number has been dialled, i.e. the customer does not want to be disturbed)
  • a fast busy signal (also called reorder tone or overflow busy tone) signifying that there is congestion in the telephone network, or possibly that the calling subscriber has delayed too long in dialling all the necessary digits. The fast busy signal is generally twice as fast as the normal busy signal.
• status tones such as STD notification tones (to inform the caller that the telephone call is being trunk dialled at a greater cost to the calling party), minute minder beeps (to inform the caller of the relative duration of the telephone call on calls that are charged on a time basis), and others
• a tone (sometimes the busy signal, often the dial tone) to signify that the called party has hung up.
• tones used by earlier inband telephone switching systems were simulated by a Red box or a blue box used by «phone phreaks» to illegally make or receive free trunk/toll calls.
• off-hook tone if the phone has been picked up but no number dialed for an extended period of time.

Cell phones generally do not use dial tones, because the technology used to transmit the dialed number is different from a landline.

Unwanted calls[edit]

Unsolicited telephone calls are a modern nuisance. Common kinds of unwanted calls include prank calls, telemarketing calls, and obscene phone calls.

Caller ID provides some protection against unwanted calls, but can still be turned off by the calling party. Even where end-user Caller ID is not available, calls are still logged, both in billing records at the originating telco and via automatic number identification, so the perpetrator’s phone number can still be discovered in many cases. However, this does not provide complete protection: harassers can use payphones, in some cases, automatic number identification itself can be spoofed or blocked, and mobile telephone abusers can (at some cost) use «throwaway» phones or SIMs.

Abbreviation[edit]

Telcon is used as an abbreviation for «telephone conversation» but also for «telephone conference».^[5]

Patents[edit]

• Rabinow, J., U.S. Patent 2,813,154 — «Telephone call indicator«—November 12, 1957

See also[edit]

• Call completion
• Call processing
• Emergency telephone number
• Pocket dialing
• Telephone phobia
• Teletraffic engineering

References[edit]

A telephone call is a connection over a telephone network between the called party and the calling party.

First telephone call[edit]

The first telephone call was made on March 10, 1876, by Alexander Graham Bell. Bell demonstrated his ability to «talk with electricity» by transmitting a call to his assistant, Thomas Watson. The first words transmitted were «Mr Watson, come here. I want to see you.»^[1]

This event has been called Bell’s «greatest success», as it demonstrated the first successful use of the telephone.^[1] Although it was his greatest success, he refused to have a telephone in his own home because it was something he invented by mistake and saw it as a distraction from his main studies.^{[citation needed]}

Information transmission[edit]

A telephone call may carry ordinary voice transmission using a telephone, data transmission when the calling party and called party are using modems, or facsimile transmission when they are using fax machines. The call may use land line, mobile phone, satellite phone or any combination thereof. When a telephone call has more than one called party it is referred to as a conference call. When two or more users of the network are sharing the same physical line, it is called a party line or Rural phone line.

If the caller’s wireline phone is connected directly to the calling party, when the caller takes their telephone off-hook, the calling party’s phone will ring. This is called a hot line or ringdown. Otherwise, the calling party is usually given a tone to indicate they should begin dialing the desired number. In some (now very rare) cases, if the calling party cannot dial calls directly, they will be connected to an operator who places the call for them.

Calls may be placed through a public network (such as the Public Switched Telephone Network) provided by a commercial telephone company or a private network called a PBX. In most cases a private network is connected to the public network in order to allow PBX users to dial the outside world. Incoming calls to a private network arrive at the PBX in two ways: either directly to a users phone using a DDI number or indirectly via a receptionist who will answer the call first and then manually put the caller through to the desired user on the PBX.^{[citation needed]}

Most telephone calls through the PSTN are set up using ISUP signalling messages or one of its variants between telephone exchanges to establish the end to end connection. Calls through PBX networks are set up using QSIG, DPNSS or variants.

Costs[edit]

Some types of calls are not charged, such as local calls (and internal calls) dialed directly by a telephone subscriber in Canada, the United States, Hong Kong, United Kingdom, Ireland or New Zealand (Residential subscribers only). In most other areas, all telephone calls are charged a fee for the connection. Fees depend on the provider of the service, the type of service being used (a call placed from a landline or wired telephone will have one rate, and a call placed from a mobile telephone will have a different rate) and the distance between the calling and the called parties. In most circumstances, the calling party pays this fee. However, in some circumstances such as a reverse charge or collect call, the called party pays the cost of the call. In some circumstances, the caller pays a flat rate charge for the telephone connection and does not pay any additional charge for all calls made. Telecommunication liberalization has been established in several countries to allows customers to keep their local phone provider and use an alternate provider for a certain call in order to save money.

Placing a call[edit]

A typical phone call using a traditional phone is placed by picking the phone handset up off the base and holding the handset so that the hearing end is next to the user’s ear and the speaking end is within range of the mouth. The caller then rotary dials or presses buttons for the phone number needed to complete the call, and the call is routed to the phone which has that number. The second phone makes a ringing noise to alert its owner, while the user of the first phone hears a ringing noise in its earpiece. If the second phone is picked up, then the operators of the two units are able to talk to one another through them. If the phone is not picked up, the operator of the first phone continues to hear a ringing noise until they hang up their own phone.

In addition to the traditional method of placing a telephone call, new technologies allow different methods for initiating a telephone call, such as voice dialing. Voice over IP technology allows calls to be made through a PC, using a service like Skype.^[2] Other services, such as toll-free dial-around enable callers to initiate a telephone call through a third party without exchanging phone numbers.^[3] Originally, no phone calls could be made without first talking to the Switchboard operator. Using 21st century mobile phones does not require the use of an operator to complete a phone call.

The use of headsets is becoming more common for placing or receiving a call. Headsets can either come with a cord or be wireless.

A special number can be dialed for operator assistance, which may be different for local vs. long-distance or international calls.

Details of operation[edit]

The landline telephone contains a switchhook (A4) and an alerting device, usually a ringer (A7), that remains connected to the phone line whenever the phone is «on hook» (i.e. the switch (A4) is open), and other components which are connected when the phone is «off hook». The off-hook components include a transmitter (microphone, A2), a receiver (speaker, A1), and other circuits for dialing, filtering (A3), and amplification.

To place a telephone call, the calling party picks up the telephone’s handset, thereby operating a lever that closes the hook switch (A4). This powers the telephone by connecting the transmission hybrid transformer, as well as the transmitter (microphone) and receiver (speaker) to the line. In this off-hook state, the telephone circuitry has a low resistance of typically less than 300 ohms, which causes the flow of direct current (DC) in the line (C) from the telephone exchange. The exchange detects this current, attaches a digit receiver circuit to the line, and sends dial tone to indicate its readiness. On a modern push-button telephone, the caller then presses the number keys to send the telephone number of the destination, the called party. The keys control a tone generator circuit (not shown) that sends DTMF tones to the exchange. A rotary-dial telephone uses pulse dialing (A5), sending electrical pulses, that the exchange counts to decode each digit of the telephone number. If the called party’s line is available, the terminating exchange applies an intermittent alternating current (AC) ringing signal of 40 to 90 volts to alert the called party of the incoming call. If the called party’s line is in use, however, the exchange returns a busy signal to the calling party. If the called party’s line is in use but subscribes to call waiting service, the exchange sends an intermittent audible tone to the called party to indicate another call.

The electromechanical ringer of a telephone (A7) is connected to the line through a capacitor (A6), which blocks direct current and passes the alternating current of the ringing power. The telephone draws no current when it is on hook, while a DC voltage is continually applied to the line. Exchange circuitry (D2) can send an alternating current down the line to activate the ringer and announce an incoming call. In manual service exchange areas, before dial service was installed, telephones had hand-cranked magneto generators to generate a ringing voltage back to the exchange or any other telephone on the same line. When a landline telephone is inactive (on hook), the circuitry at the telephone exchange detects the absence of direct current to indicate that the line is not in use.^[4] When a party initiates a call to this line, the exchange sends the ringing signal. When the called party picks up the handset, they actuate a double-circuit switchhook (not shown) which may simultaneously disconnect the alerting device and connect the audio circuitry to the line. This, in turn, draws direct current through the line, confirming that the called phone is now active. The exchange circuitry turns off the ring signal, and both telephones are now active and connected through the exchange. The parties may now converse as long as both phones remain off hook. When a party hangs up, placing the handset back on the cradle or hook, direct current ceases in that line, signaling the exchange to disconnect the call.

Calls to parties beyond the local exchange are carried over trunk lines which establish connections between exchanges. In modern telephone networks, fiber-optic cable and digital technology are often employed in such connections. Satellite technology may be used for communication over very long distances.

In most landline telephones, the transmitter and receiver (microphone and speaker) are located in the handset, although in a speakerphone these components may be located in the base or in a separate enclosure. Powered by the line, the microphone (A2) produces a modulated electric current which varies its frequency and amplitude in response to the sound waves arriving at its diaphragm. The resulting current is transmitted along the telephone line to the local exchange then on to the other phone (via the local exchange or via a larger network), where it passes through the coil of the receiver (A3). The varying current in the coil produces a corresponding movement of the receiver’s diaphragm, reproducing the original sound waves present at the transmitter.

Along with the microphone and speaker, additional circuitry is incorporated to prevent the incoming speaker signal and the outgoing microphone signal from interfering with each other. This is accomplished through a hybrid coil (A3). The incoming audio signal passes through a resistor (A8) and the primary winding of the coil (A3) which passes it to the speaker (A1). Since the current path A8 – A3 has a far lower impedance than the microphone (A2), virtually all of the incoming signal passes through it and bypasses the microphone.

At the same time the DC voltage across the line causes a DC current which is split between the resistor-coil (A8-A3) branch and the microphone-coil (A2-A3) branch. The DC current through the resistor-coil branch has no effect on the incoming audio signal. But the DC current passing through the microphone is turned into AC (in response to voice sounds) which then passes through only the upper branch of the coil’s (A3) primary winding, which has far fewer turns than the lower primary winding. This causes a small portion of the microphone output to be fed back to the speaker, while the rest of the AC goes out through the phone line.

A lineman’s handset is a telephone designed for testing the telephone network and may be attached directly to aerial lines and other infrastructure components.

Tones[edit]

Preceding, during, and after a traditional telephone call is placed, certain tones signify the progress and status of the telephone call:

• a dial tone signifying that the system is ready to accept a telephone number and connect the call
• either:
  • a ringing tone signifying that the called party has yet to answer the telephone
  • a busy signal (or engaged tone) signifying that the called party’s telephone is being used in a telephone call to another person (or is «off the hook» though no number has been dialled, i.e. the customer does not want to be disturbed)
  • a fast busy signal (also called reorder tone or overflow busy tone) signifying that there is congestion in the telephone network, or possibly that the calling subscriber has delayed too long in dialling all the necessary digits. The fast busy signal is generally twice as fast as the normal busy signal.
• status tones such as STD notification tones (to inform the caller that the telephone call is being trunk dialled at a greater cost to the calling party), minute minder beeps (to inform the caller of the relative duration of the telephone call on calls that are charged on a time basis), and others
• a tone (sometimes the busy signal, often the dial tone) to signify that the called party has hung up.
• tones used by earlier inband telephone switching systems were simulated by a Red box or a blue box used by «phone phreaks» to illegally make or receive free trunk/toll calls.
• off-hook tone if the phone has been picked up but no number dialed for an extended period of time.

Cell phones generally do not use dial tones, because the technology used to transmit the dialed number is different from a landline.

Unwanted calls[edit]

Unsolicited telephone calls are a modern nuisance. Common kinds of unwanted calls include prank calls, telemarketing calls, and obscene phone calls.

Caller ID provides some protection against unwanted calls, but can still be turned off by the calling party. Even where end-user Caller ID is not available, calls are still logged, both in billing records at the originating telco and via automatic number identification, so the perpetrator’s phone number can still be discovered in many cases. However, this does not provide complete protection: harassers can use payphones, in some cases, automatic number identification itself can be spoofed or blocked, and mobile telephone abusers can (at some cost) use «throwaway» phones or SIMs.

Abbreviation[edit]

Telcon is used as an abbreviation for «telephone conversation» but also for «telephone conference».^[5]

Patents[edit]

• Rabinow, J., U.S. Patent 2,813,154 — «Telephone call indicator«—November 12, 1957

See also[edit]

• Call completion
• Call processing
• Emergency telephone number
• Pocket dialing
• Telephone phobia
• Teletraffic engineering

References[edit]

Немного грустно, что подавляющее большинство людей на вопрос: «Как работает сотовая связь?», отвечают «по воздуху» или вообще — «не знаю».

В продолжение этой темы, у меня вышел один забавный разговор с другом на тему работы мобильной связи. Случилось это аккурат за пару дней до отмечаемого всеми связистами и телекомщиками праздника «Дня радио». Так уж сложилось, что в силу своей ярой жизненной позиции, мой друг считал, что мобильная связь работает вообще без проводов через спутник. Исключительно за счет радиоволн. Сначала у меня не получалось переубедить его. Но после непродолжительной беседы все встало на свои места.

После этой дружеской «лекции» появилась идея написать простым языком о том, как работает сотовая связь. Все как есть.

Когда вы набираете номер и начинаете звонить, ну, или вам кто-нибудь звонит, то ваш мобильный телефон по радиоканалу связывается с одной из антенн ближайшей базовой станции. Где же находятся эти базовые станции, спросите вы?

 

Обратите внимание на промышленные здания, городские высотки и специальные вышки. На них и располагаются большие серые прямоугольные блоки с торчащими антеннами разных форм. Но антенны эти не телевизионные и не спутниковые, а приемо-передающие операторов сотовой связи. Они направлены в разные стороны, чтобы обеспечить связью абонентов со всех сторон. Ведь мы же не знаем, откуда будет поступать сигнал и куда занесет «горе-абонента» с телефонной трубкой? На профессиональном жаргоне антенны также называют «секторами». Как правило, они устанавливаются от одной до двенадцати.

От антенны сигнал по кабелю передается непосредственно в управляющий блок станции. Вместе они и образуют базовую станцию [антенны и управляющий блок]. Несколько базовых станций, чьи антенны обслуживают отдельную территорию, например, район города или небольшой населенный пункт, подсоединены к специальному блоку – контроллеру. К одному контроллеру обычно подключается до 15 базовых станций.

 

В свою очередь, контроллеры, которых также может быть несколько, кабелями подключены к «мозговому центру»  – коммутатору. Коммутатор обеспечивает выход и вход сигналов на городские телефонные линии, на других операторов сотовой связи, а также операторов междугородней и международной связи.

В небольших сетях используется только один коммутатор, в более крупных, обслуживающих сразу более миллиона абонентов, могут использоваться два, три и более коммутаторов, объединенных между собой опять-таки проводами.

Зачем же такая сложность? Спросят читатели. Казалось бы, можно антенны просто подключить к коммутатору и все будет работать. А тут базовые станции, коммутаторы, куча кабелей… Но, не все так просто.

Когда человек передвигается по улице пешком или идет на автомобиле, поезде и т.д. и при этом еще и разговаривает по телефону, важно обеспечить непрерывность связи. Связисты процесс эстафетной передачи обслуживания в мобильных сетях называют термином «handover». Необходимо вовремя переключать телефон абонента из одной базовой станции на другую, от одного контроллера к другому и так далее. 

Если бы базовые станции были напрямую подключены к коммутатору, то всеми этими переключениями пришлось бы управлять коммутатору. А ему «бедному» и так есть, чем заняться. Многоуровневая схема сети дает возможность равномерно распределить нагрузку на технические средства. Это снижает вероятность отказа оборудования и, как следствие, потери связи. Ведь все мы заинтересованы в бесперебойной связи, не так ли?

 

Итак, достигнув коммутатора, наш звонок переводится далее – на сеть другого оператора мобильной, городской междугородной и международной связи. Конечно же, это происходит по высокоскоростным кабельным каналам связи. Звонок поступает на коммутатор другого оператора. При этом последний «знает», на какой территории [в области действия, какого контроллера] сейчас находится нужный абонент. Коммутатор передает телефонный вызов конкретному контроллеру, в котором содержится информация, в зоне действия какой базовой станции находится адресат звонка. Контроллер посылает сигнал этой единственной базовой станции, а она в свою очередь «опрашивает», то есть вызывает мобильный телефон. Трубка начинает причудливо звонить.

Весь этот длинный и сложный процесс в реальности занимает 2-3 секунды!

Точно также происходят телефонные звонки в разные города России, Европы и мира. Для связи коммутаторов различных операторов связи используются высокоскоростные оптоволоконные каналы связи. Благодаря им сотни тысяч километров телефонный сигнал преодолевает за считанные секунды.

Спасибо великому Александру Попову за то, что он дал миру радио! Если бы не он, возможно, мы бы сейчас были лишены многих благ цивилизации.