Как устроена сотовая связь: Как работает сотовая связь? Разбор

Содержание

Как работает сотовая связь? Разбор

Все мы пользуемся сотовой связью. Но интересно узнать — как она работает?

Почему связь называется сотовой? Кто кого ловит: телефон сеть или наоборот? Как сотовая связь работает в движении? Почему связь пропадает? И сколько человек может говорить по телефону одновременно?

Сегодня во всём разберёмся. А поможет нам в этом новый Kia Sorento с сервисами Kia Connect.

Соты

Ну а начнем с самого банального вопроса. А почему связь называется сотовой?

Всё дело в том, что зона покрытия сотовой связи делится на ячейки, в центре которых находятся базовые станции.

Каждая базовая станция — это такой внушительный набор оборудования, которая включает в себя: пару шкафов набитых телекоммуникационным оборудованием и россыпь из антенн бьющих во все стороны света.

И все эти девайсы окружают вас и нас повсюду.

Шкафы с оборудованием прячутся на последних этажах домов или прямо на крышах в специальных конторах.

Антенны также также стоят на крышах, на столбах, больших радиовышках или даже деревьях. Вот у меня вот дворе например.

Интересный момент состоит в том. что радиус действия одной станции зависит от частотного диапазона. И чем ниже частота, тем дальше бьет антенна. Также на расстояние влияют препятствия. Например, радиус покрытия 3G в мегаполисе где-то около 500 метров.

А вот за городом, в чистом поле, тот же 3G может добивать до 35 км. А 4G даже до 100 км, если поднять антенну достаточно высоко.

Но причём тут соты? Смотрите, на идеальной ровной поверхности, без препятствий, зона покрытия одной БС представляет собой ровный круг.

Но чтобы разные базовые станции вместе образовали единую сеть, их зоны покрытия должны частично перекрываться. От чего каждая ячейка приобретает форму соты или шестигранника.

Также интересная штука: чтобы не гасить сигнал друг друга соседние станции работают чуть-чуть на разных частотах.

А еще, сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, чтобы оптимизировать работу и улучшить её покрытие.

Кстати, карты покрытия российских операторов есть в свободном доступе в сети. И еще одна карта покрытия сети.

С сотами, и базовыми станциями разобрались. Но как наши телефоны или гаджеты побольше подключатся к этой сети? Давайте разберёмся во всём, по порядку.

Регистрация

Итак, я вставил SIM-карту в смартфон, включил его и телефон начинает искать сеть, но что в этот момент происходит на самом деле?

Как только устройство включается, оно начинает прослушивать эфир в поисках сигналов от ближайших базовых станций. Поймав сигнал, телефон посылает несколько уникальных идентификационный кодов. Во первых, IMSI или International Mobile Subscriber Identity — это международный номер мобильного абонента.

Он состоит из 14-15 цифр и нескольких частей: включая код страны, код сети и отдельную строку цифр, обозначающих каждую конкретную SIM-карту в сети мобильной связи.

И не путайте его с номером мобильного телефона, который, кстати, по научному называется MSISDN — Mobile Subscriber Integrated Services Digital Number.

Между прочим, ваш мобильный номер на SIM-карте не хранится. Он хранится в специальной базе в опорной сети GSM и привязан к тому самому номеру IMSI.

Поэтому, в отличие от номера мобильного телефона, IMSI на другую симку перенести нельзя. IMSI уникален для каждой SIM-карты. Кстати, чисто теоретически мобильный номер можно изменить не меняя SIM-карты, для это надо просто подменить данные в базе опорной сети GSM.

IMSI — это основной код, который позволяет идентифицировать вас и понять к какому оператору привязан ваш номер. Но передаются и другие номера, а именно KI (Key Identification) — это уникальный 128-битный ключ аутентификации пользователя. А также, IMEI — уникальный номер устройства.

Кстати, о том как работает сим-карта и что такое IMEI подробнее можете узнать в наших материалах, про eSIM и IMEI, если интересно.

Кстати, без симки телефон также может устанавливает связь с базовыми станциями, просто не регестрируется в сети. Зато может совершать экстренные вызовы, что может быть очень полезно.

Дальше, получив данные, базовая станция понимает кто это и если всё ок, регистрирует в сети.

И телефон переходит в режим standby, то есть смартфон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, обмениваются пакетами и, откровенно говоря, следят друг за другом.

Методом триангуляции сеть определяет ваши координаты и если вы покидаете зону покрытия одной базовой станции или просто ухудшается качество сигнала по какой-либо причине, вас переключают на другую БС. Можно сказать, что оператор, аккуратненько передает абонента из рук одной базовой станции в руки.

Кстати, официально этот процесс называется handover. Благодаря хендоверу, мы можем спокойно смотреть YouTube, мчась в автомобиле, поезде или вагоне метро.

Но насколько быстро? Сеть 3G способна удержать абонента на скорости до 120 км/ч, что уже неплохо. А вот 4G и 5G вообще выдерживать скорость 500 км/ч, но только при очень хорошем покрытии сети.

Кстати, к сотовой сети подключены не только смартфоны пассажиров данного автомобиля, но и сам автомобиль — KIA Sorento, который мы используем для теста и разбора работы сотовой сети. А зачем? Расскажу чуть позже.

Почему связь пропадает?

Тем не менее, даже несмотря на хорошее покрытие, связь иногда пропадает, а звонок прерывается. Почему так происходит?

На самом деле есть всего две основные причины.

Во-первых, каким бы хорошим ни было покрытие, всё равно будут возникать мертвые зоны. Поэтому часто кроме больших базовый станций с большими антеннами операторы устанавливают направленные антенны с покрытием до 1 метра.

  • Микроячейка -> менее 2 километров,
  • Picocell -> менее 200 метров,
  • Фемтосота -> около 10 метров,
  • Attocell -> 1–4 метра

Но даже в этих случаях возможны прерывания связи из-за помех.

Ну и самое главное, базовая станция может быть просто перегружена. Ведь несмотря на то, что одновременно к сети могут быть подключены миллионы абонентов. Одновременно один сектор БС может обслуживать всего лишь до 72 звонков. При этом БС может состоять из 6 секторов итого всего одновременных 432 звонка на одну БС. Поэтому в определенные моменты, к примеру в канун Нового Года, могут происходить перегрузы.

Звонки

Но что именно происходит во время звонка? Опять же разберём всё по этапам.

В моем случае: вы набираете чей-то номер.

  1. Сначала ваш смартфон передает сигнал базовой станции.
  2. БС ловит сигнал, дешифрует его и начинает искать абонента, с которым мы хотим связаться: определяет в какой сети он находится, каким оператором обслуживается и прочее.
  3. После чего передает запрос на ближайшую к абоненту базовую станцию.
  4. Антенна БС начинает отправлять направленный сигнал и мы слышим звонок.

А те странные звуки, которые мы можем услышать, если телефон лежит рядом с колонками за пару секунд до звонка, это сигнал, который телефон передаёт обратно БС, сообщая, что он готов принять звонок.

Интернет

Примерно по такой же схеме можно не только совершать звонки, но и отправлять SMS, получать пуши и обмениваться пакетами данных через интернет-протокол.

Например, при помощи сотовой связи мы можем управлять девайсами интернета вещей или даже современными автомобилями.

Так вот, данный Kia Sorento непростой, в нем установлен комплекс телематики Kia Connect, который позволяют через приложение с вашего смартфона управлять различными функциями автомобиля.

Можно дистанционно запускать двигатель, настроить микроклимат, включить подогрев сидений и руля. Можно открывать/закрывать двери, включать аварийку или даже сигналить (что пригодится, если вы часто забываете, где припарковали авто или просто у вас странное чувство юмора).

Хотя чтобы определить, где авто, часто сигналить не придется, ведь геолокация автомобиля также отображается в приложении. Есть встроенная система навигации с пробками и погодой. Можно даже искать рестораны, заправки и отправлять прокладку маршрута с телефона на авто.

Что особенно круто, это функции безопасности. На смартфон приходят уведомления о срабатывании штатной сигнализации, телематика сообщает о незакрытых дверях и окнах. Есть автономный режим (без выхода в сеть) и «гостевой» режим. А в приложении можно посмотреть занимательную статистику.

И всё это работает по всей стране где бы вы не находились.

А всё благодаря встроенной симке и сотовым сетям, о работе которых мы сегодня и рассказали вам достаточно подробно и надеемся интересно!

Post Views: 2 431

Специалисты рассказали, как работает сотовая связь и безопасны ли вышки связи

Важную роль в обеспечении бесперебойной связи играют базовые станции, которые можно увидеть на крышах домов, на электрических столбах и других возвышенностях. Размещение на высоте позволяет быстро ловить радиосигналы от смартфонов. Еще одно важное условие для хорошего сигнала – покрытие сетями связи. Если оно хорошее, то просмотр страницы в Интернете и скачивание файла проходит за считанные секунды. Если в покрытии есть разрыв или не достает мощности сигнала от базовой станции, то связь пропадает.

Существуют несколько стандартов сотовой связи, среди которых наиболее распространены 2G, 3G, 4G. G, сокращенное от англ. «generation» – «поколение», обозначает поколение сотовой связи и присущий ему набор определенных характеристик. С каждым новым поколением качество связи возрастает – Интернет работает быстрее, а сотовая связь более стабильная с меньшим числом помех. В Челябинской области присутствуют все форматы сотовой связи, кроме 5G.

Один из распространенных мифов, который бытует у части населения – это то, что операторы устанавливают вышки без какого-либо контроля или разрешения. Это не так. Разрешение на строительство вышки связи выдается администрацией города/района или собственником земельного участка. И это еще не все. До момента введения станции в эксплуатацию, проект проходит экспертизу и получает санитарно-эпидемиологическое заключение Роспотребнадзора. Определяется санитарно-защитная зона и зона ограничения застройки. Только после этого возможно строительство объекта.

После возведения базовой станции проводят лабораторные исследования на электромагнитные поля радиочастотного диапазона и их соответствие зоне действия, указанного в проекте. Роспотребнадзор выдает разрешение на эксплуатацию. При любых изменениях сигнала (переходе с 3G на 4G) вся процедура согласования проходит заново. За 2019 год Управление Роспотребнадзора по Челябинской области выдало более 800 заключений, в основном на перевооружение уже существующих базовых станций.

Если у жителей есть сомнения в законности возведения объекта, они могут отправить запрос в администрацию города. Если есть сомнения в соответствии излучения установленным нормам, можно обратиться в Управление Роспотребнадзора по Челябинской области, которое проведет замеры. За любое нарушение санитарных норм операторам грозят большие штрафы и риск отзыва лицензии за повторные нарушения. По этой причине все участники рынка строжайшим образом соблюдают все нормативы и контролируют работу оборудования.

Второй миф — базовые станции мобильной связи излучают радиацию и вредят здоровью человека. На самом же деле станции излучают электромагнитную энергию, такую же, как большинство бытовых и электронных приборов: телевизоры, микроволновки, компьютеры и так далее. Для сравнения — микроволновка во время работы излучает до 800 Вт, а базовая станция — до 20 Вт. Оба показателя не являются опасными для здоровья человека.

В России допустимая по СанПиН напряженность электромагнитного поля — 10 мкВт/см2. В США и Скандинавии — 100 мкВт/см2. То есть требования в России строже в 10 раз. А еще законодательно нет никакого запрета на установку станций сотовой связи на жилой дом, больницу или даже школу, потому что это не опасно. Всемирная организация здравоохранения официально признала: «Ни одна из проведенных за последнее время экспертиз не подтвердила, что радиочастотные поля, создаваемые мобильными телефонами или базовыми станциями, негативно влияют на здоровье людей».

Как устроена сотовая связь. — Как это сделано, как это работает, как это устроено — LiveJournal

Оригинал взят у sergeydolya в Как устроена сотовая связь 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.

Как устроена сотовая связь? Спрашивали — отвечаем!*

1616

УНП 800013732 СООО «Мобильные ТелеСистемы»

Еще не так давно мы пользовались кнопочными телефонами, звонили и писали SМS латинскими буквами, чтобы в одном сообщении поместилось определенное количество символов. А сегодня родители хотят быть на связи с детьми, поэтому смартфоны есть у школьников, осваивают гаджеты и люди старшего поколения — учатся находить нужную информацию, любимые фильмы, общаются с друзьями и детьми в социальных сетях. Для нас привычно, что в любой точке страны смартфон держит связь с близкими. Мы больше не ощущаем волшебства, и все же интересно, как это работает?

Как устроена мобильная связь?

Вы набрали номер и нажали «Вызов» — сигнал отправляется на одну из ближайших базовых станций. Все они похожи по устройству: антенны на вышке, столбе или крыше здания, системный блок, основное и резервное электропитание. Антенна базовой станции принимает сигнал телефона и отправляет на контроллер, а оттуда на коммутатор, который проверяет, где находится второй абонент и передает по обратной цепочке: коммутатор, контроллер, базовая станция, смартфон второго абонента. Пару движений — и мы слышим голос человека в трубке. Никакой магии, только физика, работа десятков сложных систем, цифровые данные и профессиональные инженеры связи.

Базовые станции в городе покрывают территории вокруг себя на 1-2 километра. Если нанести их на карту и раскрасить разными цветами, получатся разноцветные соты. В центре соты стоит мачта, столб или здание, где размещены направленные антенны. Для простоты, представьте себе маяк в море: три прожектора, которые светят в разные стороны. Так и антенны, которые покрывают сигналом заданный участок в несколько сотен метров.

Зачем строить новые базовые станции?

Местоположение людей постоянно меняется, следовательно, меняется и нагрузка на разные участки сети. Поэтому мобильные операторы стараются увеличивать концентрацию базовых станций или усиливают работу уже существующих в местах, где чаще всего случаются скопления абонентов.

Как происходит выбор места для новой базовой станции? При помощи программы оператор подбирает площадку, которая математически учитывает десятки параметров, затем проект проходит необходимые согласования с местными властями, санитарными и другими службами, учитывая все требования безопасности.

Иногда бывает сложно найти подходящую площадку. Так, например, часто возникают трудности с усилением сигнала в новых районах. Чаще всего объекты социальной инфраструктуры, на которых нужно разместить оборудование, — магазины, поликлиники, службы быта — еще не сданы в эксплуатацию, поэтому оператору необходимо ждать, чтобы заключить договор аренды с собственником. Только после этого возможно разместить оборудование. А если за окном живописные сельхозугодья, то на них возводить мачты для базовых станций запрещено. В этой ситуации компании стараются находить выход для абонентов и размещают антенны на осветительных мачтах вдоль дорог.

Как специалисты контролируют качество связи?

Инженеры мобильных операторов постоянно проводят мониторинг работы всех элементов сети: одни следят за оборудованием на местах, другие — тестируют и настраивают базовые станции удаленно. Это позволяет перераспределить нагрузку, если, например, количество абонентов и потребление мобильного трафика возрастает. Слаженная работа позволяет сконфигурировать сеть, оперативно реагировать на возникающие ситуации и удовлетворить потребности максимального числа абонентов.

Какие существую мифы о мобильной связи?

Один из распространенных мифов: «Чем больше “палочек”, тем лучше связь». На самом деле количество делений на вашем устройстве показывает близость базовой станции, а на качество связи влияют и другие факторы, например, количество абонентов, которых в данный момент обслуживает станция. Некоторые опасаются базовых станций вблизи домов, при этом забывая, что при строительстве учитываются все требования безопасности ответственных служб.   

Еще одно заблуждение: «Антивирус для смартфона — просто маркетинг». На самом деле даже самая простая версия антивируса может уберечь владельца смартфона от серьезных проблем. Особенно установка антивируса актуальна для старых устройств, на которых давно не обновлялось программное обеспечение.

От чего зависит скорость мобильного интернета?

Покрытие, мощность сигнала, нагрузка на сеть… Что влияет на скорость мобильного интернета? Этим вопросом, наверняка, задавались многие. Одного определяющего фактора нет. В совокупности влияние оказывают: количество абонентов на одну базовую станцию; объем потребляемого трафика; плотная городская застройка и сложный рельеф. Так, например, сигнал, проходя через стены зданий или попадая в подвальные помещения, теряет мощности.  Также ограничения могут быть установлены конкретным сайтом или сервером. Очевидно и то, что с «тяжелым контентом» проще работать на компьютере, если нужно с комфортом использовать его со смартфона, желательно выбирать более современные модели гаджетов.

Именно из-за присутствия ряда факторов, которые могут вызывать временные изменения работы сети, специалисты оператора связи круглосуточно проводят мониторинг и контролируют качество предоставляемых услуг в соответствии с самыми высокими стандартами. Если возникает острая необходимость, оператор может установить внешние антенны и другое оборудование для усиления сигнала. Так, если вы живете в частном доме и у вас нет возможности подключить высокоскоростной интернет, как в городской квартире, оператор МТС, например, предлагает услугу «Интернет для дома». Это безлимитный интернет и оборудование для уверенного приема 3G/4G-сигнала.

Еще одно решение — установка фемтосот. Это мини-базовые станции небольшой мощности, до 100 мВт, которые позволяют обеспечить 3G-покрытие помещений, где его сложно или невозможно получить другими способами. Устройство подключается к домашнему роутеру, имеющему выход в интернет, и обеспечивает качественное покрытие 3G в радиусе до 30 метров.

Эволюция мобильной связи

Трансформация мобильной связи от голосовых сервисов до сервисов мобильного интернета и услуг, которые на этом базируются, открывает новые возможности и позволяет сделать жизнь комфортнее.

В 2017-м МТС завершил масштабную модернизацию 3G-сети и улучшил качество связи в регионах, уделяя внимание удаленным поселкам, оживленным трассам и туристическим объектам.  Мобильный оператор первым в стране стал оказывать услуги 4G. Сегодня ими пользуются абоненты МТС в более чем 170 городах и поселках страны, в том числе во всех областных центрах, связь четвертого поколения работает на территории ряда важнейших объектов республики. Расширение покрытия 4G и модернизация 3G-сети позволили МТС выпустить на рынок такие инновационные продукты как тарифный план «Безлимитище» с неограниченным по объему мобильным интернетом и линейку тарифов «4G» с большими пакетами трафика. Cеть LTE мобильный оператор развивает совместно с инфраструктурным партнером beCloud. К началу 2019-го связь 4G станет доступна практически во всех районных центрах Беларуси.

Преимущества 4G

4G — это технология, которая отличается от 3G и 2G более высокими скоростями передачи данных и меньшим временем ожидания ответа от сети (пинг). Это главные преимущества для пользователей мобильного интернета.

*На правах рекламы.

Как устроена сотовая связь — Как это сделано

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

Опубликовано: 12 августа 2014 / Обновлено: 12 января 2015

Как работает сотовая связь — принципы работы, устройство

Сотовая связь укоренилась в мире в конце XX века, но зародилась на 100 лет раньше.

История

В конце XIX века благодаря изобретениям Александра Степановича Попова и итальянца Гульельмо Маркони мир впервые начал передавать голос без проводов на дальние расстояния и через препятствия. Их устройства использовали в военной промышленности Российской Империи и на частных судах Европы, и США. Началась новая эра беспроводных технологий.

В 1946 году компании AT&T и Telephone Laboratories запустили первый проект, похожий на современные сотовые сети связи. Абонент выбирал канал, связывался с оператором, который и соединял его с нужным человеком. Общение абонентов было полудуплексным, т.е. люди не могли говорить одновременно. Работу системы обеспечивало одно мощное радиоэлектронное средство, а телефон весил до 40 кг. Поэтому систему устанавливали в автомобили или стационарные строения. Только к 1964 году компании смогли автоматизировать проект и сделать общение по телефону полностью дуплексным, как сейчас.

Первые сети сотовой связи

В 70-х годах прошлого века компаниями-гигантами была устроена гонка технологий. Они пытались реализовать недавно выдвинутую идею сотового принципа организации сетей сотовой связи. Победу одержала Motorola. Первую базовую станцию на 30 абонентов смонтировали в США на крыше небоскреба. 3.04.1973 глава подразделения по разработке мобильных устройств Motorola совершил первый звонок. Его мобильное устройство весило 1,15 кг, было похоже на кирпич, а заряда аккумулятора хватало на 20 минут общения. До 1983 года компания улаживала законодательные вопросы, дорабатывала телефон и устраняла выявленные недоработки. Первый телефон вышел в продажу под названием Motorola DynaTAC 8000X и стал самым мобильным для своего времени.

Первый звонок Мартин Купер совершил на номер стационарного телефона компании-конкурента Motorola — компании Bell Laboratories. Он сообщил, что звонит с первого в мире сотового телефона. Мистер Купер утверждал, что слышал, как скрипят зубы на другом конце линии.

В 80-е годы XX века активно использовали технологии, известные под общим названием 1G. Первую коммерческую сеть развернули японцы в 1979 году. Но к концу 80-ых, Европейский институт стандартизации электросвязи разработал стандарт 2G или GSM, который до сих пор использует 29% населения Земли.

В 2001 году в Японии, а в 2003 в Европе запустили технологии CDMA и UMTS, известные под общим наименованием 3G. Уже через 7 лет началось развитие сетей 4G/LTE. Технология была недоработана до конца, но ко второй половине этого десятилетия сотовые компании достигли первоначально заявленной пропускной способности сетей LTE – 1 Гбит/секунду. Для этого пришлось усовершенствовать протоколы передачи данных и увеличить ширину полос беспроводных каналов связи с 5 до 20 МГц.

Сотовая связь в России

Разработки систем сотовой связи велись по всему миру. СССР рассматривал их исключительно для военных целей. Поэтому только к концу 1991 году в Российской Федерации появились сети 1G. Вплоть до экономического кризиса конца 90-ых сотовую связь использовало менее 0,5% населения Российской Федерации. Операторы брали не менее 50 центов за минуту разговора и тарифицировали даже входящие вызовы. Мобильные аппараты стоили слишком дорого. К примеру, телефон, по которому Анатолий Собчак впервые вызывал Сиэтл, обошелся в 5000$. Кризис совпал с падением цен на телефоны и услуги связи. Благодаря этому, число абонентов увеличилось с 300 тысяч человек в 1997 году до 1,5 млн. в конце 1999 года. К 2008 году количество проданных SIM-карт превысило население РФ.

Россия сокращала технологическое отставание сотовой инфраструктуры. В 2003 году группа операторов перешла на устаревший в мире стандарт 3G – CDMA. В 2007 году началось строительство сетей связи другой технологии третьего поколения – UMTS. Она, в отличие от CMDA, востребована по всему миру, работает на больших скоростях передачи данных и может обслуживать большее число абонентов одновременно. В 2012 году началась тестовая эксплуатация 4G.

В 2015 году ООО «Т2 Мобайл» начал предоставлять услуги связи в Москве, не имея передатчиков 2 поколения, – только 3G и 4G.

Принцип работы сотовой связи

Доступность услуг мобильных компаний обеспечивают базовые станции. Каждая покрывает свою территорию – соту. Вы перемещаетесь между сотами, смартфон автоматически переключается между базовыми станциями и связь не обрывается.

Через ручные настройки смартфона можно подключиться к конкретной доступной базовой станции. К примеру, выезжая за границу Российской Федерации, вы можете продолжать выполнять звонки, отправлять SMS-сообщения и сидеть в интернете, используя исключительно российский базовые станции. Если вы отъедите слишком далеко от ближайшего российского передатчика, услуги перестанут работать. При этом смартфон не переключится на радиоэлектронные средства местных операторов, пока вы не переведете выбор сети в автоматический режим.

Состав и характеристики базовых станций

Базовая станция состоит из секторов антенно-фидерных устройств, радиорелейных линий, коммутационного оборудования, системы контроля климата и всепогодного корпуса.

Сектора передатчиков 2G-4G расположены по периметру базовых станций и обеспечиваю вас связью. Они развернуты на 45-120 градусов относительно друг друга, чтобы покрыть максимум территории по горизонтали и вертикали. Каждый сектор обслуживает до 72 звонков одновременно. Зона действия классической базовой станции ограничена препятствиями. Поэтому чаще антенно-фидерные устройства устанавливают на возвышенностях, крышах домов, железобетонных опорах и башнях высотой от 20 до 70 метров.

Все антенно-фидерные устройства сотовых компаний объедены в единую сеть с помощью оптоволоконных кабелей и радиорелейных линий. Последние позволяют без проводов соединять станции, находящиеся на расстоянии до 70 км друг от друга.

В каждой базовой станции предусмотрено место для коммутационного оборудования и системы контроля климата. Эта зона защищена металлическим корпусом. С годами он уменьшился с размеров вагона до небольшого всепогодного шкафа.

Маломощные базовые станции

Мобильные компании также используют мобильные ретрансляторы и фемтосоты – маломощные базовые станции. Благодаря этому удается поддерживать работу услуг сотовой связи в труднодоступных местах, например, в метро, больших зданиях или подвалах. Подобные устройства устанавливают, как по желанию оператора, так и по заказу со стороны.

Технологии

Информация о SIM-картах хранится на серверах оператора в домашнем регионе и где бы не находился абонент, взаимодействие с телефоном происходит через упомянутые сервера.

Для оказания услуг сотовой связи используют 3 основные технологии:

  • GMS. Цифровой стандарт передачи данных второго поколения. Информация передается в виде узкополосного сигнала на частотах 850, 900, 1800, 1900 МГц. В 2003 году разработана технология Enhanced Data-rates for GSM Evolution (EDGE или 2,5G), которая позволила пользоваться услугами сети Интернет через сети GSM. Максимальная скорость передачи данных – 59,2 Кбит/ секунду;
  • UMTS. Наиболее распространенный стандарт сетей 3 поколения. В отличие от сетей 2 поколения, информация передается по широкополосному каналу связи. Преимущественно работает в диапазонах 2100 и 900 МГц. Первоначально позволял передавать данные на скоростях от 384 Кбит/ секунду. Благодаря дополнительной технологии 2006 года High-Speed Downlink Packet Access (HDPSA+ или 3,5G) скорость увеличилась до 21 Мбит/секунду;
  • LTE. Стандарт передачи данных четвертого поколения. Работает на частотах 800, 1800, 2100, 2600 МГц. В мире 1800 МГц – наиболее используемый диапазон. В России первоначальный упор делался на 2600 МГц, но на 2019 год задействованы все перечисленные диапазоны радиочастот. Каждая сота может поддерживать до 200 клиентов при ширине полосы 5 МГц и выдавать информацию абоненту со скоростью до 75,4 Мбит/с.

Для каждой технологии и оператора выделены отдельные частоты передачи и приема. Список разрешенных для использования каналов отличается в разных странах. К примеру, в регионах России до 2016 года технология 4G не работала на некоторых китайских телефонах, потому что передатчики смартфонов не поддерживали частоты, используемые российскими операторами.

Как устроена сотовая связь в России

В связи с особенностями советской политики, с начала 90-ых годов Россия отставала и зачастую использовала вышедшую из эксплуатации технику сотовой связи США и других развитых стран. Сегодня отставание существенно сократилось. Как и в развитых странах, мы используем технологии 2G, 3G и 4G. По информации Минкомсвязи России покрытие GSM-передатчиками до сих пор остается наиболее плотным. Покрытие LTE пока отстает от технологий предыдущих поколений.

Контроль качества

Для того чтобы не отстать от конкурентов, сотовые операторы постоянно совершенствуют своё оборудование и расширяют покрытие. Для того чтобы убедиться в качестве услуг, специальные мобильные комплексы операторов перемещаются по городам и оценивают связь. Аналогичные независимые комплексы используют и государственные органы, чтобы предоставлять гражданам независимую оценку предоставляемых услуг сотовых компаний.

На сайте Минкомсвязи России вы можете посмотреть, как работает сотовая связь в вашем населенном пункте. Выбирайте интересующие технологии и компании, смотрите зоны покрытия, наложенные на карту.

Какие перспективы развития мобильной связи

Дальнейшее развитие мобильной связи возможно по нескольким направлениям:

  • создание принципиально новых технологий и протоколов передачи данных;
  • доработка существующих стандартов передачи данных;
  • разработка технологий и стандартов для «Интернета вещей».

С 2014 года в России и мире тестируют технологию Pre-5G. Скорость передачи данных во время экспериментальных замеров в России варьировалась от 4 до 35 Гбит/секунду.

В 2015 году Международный союз электросвязи разработал концепцию развитию сетей 5G IMT-2020. С тех пор полноценная инфраструктура пятого поколения появилась в Соединенных Штатах Америки, Китайской Народной Республике, Республике Корея, некоторых странах и городах Евросоюза.

Минимальная пропускная способность новой технологии в 136 раз выше максимальной для предыдущего поколения 4G. В тестовых сетях скорость передачи данных доходит до 25 Гбит/с. По оценкам специалистов, 5G позволит предоставить скорость в 100 Мбит/секунду для 1 миллиона устройств на 1 км².

Pre-5G и 5G в России

С 2016 года ПАО «МегаФон» и ПАО «Мобильные ТелеСистемы» тестирует Pre-5G совместно с международными компаниями Nokia и Huawei.

Главная сложность технологии 5G в том, что полоса сигнала гораздо шире, чем у предыдущих поколений сетей. Поэтому в России до сих пор не определили доступный диапазон частот для строительства сетей связи. Активно ведется дискуссия по поводу частот 3,4-3,8 ГГц. Они наиболее удобны из доступных в мире, но в Российской Федерации закреплены за специальными службами, государственным компаниями и стандартом беспроводного широкополосного доступа WiMAX. Правительство рассматривает варианты в диапазоне 4,79-5 ГГц.

Решением Государственной Комиссии по использованию радиочастот для тестирования инфраструктуры 5G в России выделен диапазон радиочастот 25,25-29,5 ГГц. Летом 2019 года в Москве начали тестирование пятого поколения сотовой связи. Первой экспериментальной площадкой выступит территория Морозовской детской городской клинической больницы. Инфраструктуру там уже выстроили операторы федеральной четверки – ПАО «Вымпел-Коммуникации», ПАО «МегаФон», ПАО «Мобильные ТелеСистемы» и ООО «Т2 Мобайл».

Окончательно освободить место в радиочастотном спектре под 5G Правительство РФ планирует в течение 2,5 лет. А Huawei обещает смартфоны с поддержкой 5G не раньше 2021 года.

С июля 2019 также ведется разработка российского программного обеспечения для взаимодействия с технологией 5G.

Интернет вещей

Internet of items (IoT) – концепция, при которой техника решает задачи без участия человека или с минимальным его вмешательством. Яркими примерами IoT являются умный дом и беспилотный автомобиль.

Сети связи пятого поколения первоначально проектировались и для «интернета вещей». 5G станет первым стандартом, который объединит IoT и выведет роботизацию процессов на новый уровень. Благодаря снижению времени задержки 5G можно использовать даже на беспилотном транспорте, двигающемся со скоростью до 500 км/ час.

Скорость развития технологий растет ежегодно. Если от 1G до 2G прошло около 16 лет, то теперь смена поколений происходит раз в 7-10 лет. Важно правильно и своевременно использовать новые технологии и вовремя отказываться от старых.

0 0 Голоса

Рейтинг статьи

Как работает сотовая связь — принципы работы, устройство


История

В конце XIX века благодаря изобретениям Александра Степановича Попова и итальянца Гульельмо Маркони мир впервые начал передавать голос без проводов на дальние расстояния и через препятствия. Их устройства использовали в военной промышленности Российской Империи и на частных судах Европы, и США. Началась новая эра беспроводных технологий.

В 1946 году компании AT&T и Telephone Laboratories запустили первый проект, похожий на современные сотовые сети связи. Абонент выбирал канал, связывался с оператором, который и соединял его с нужным человеком. Общение абонентов было полудуплексным, т.е. люди не могли говорить одновременно. Работу системы обеспечивало одно мощное радиоэлектронное средство, а телефон весил до 40 кг. Поэтому систему устанавливали в автомобили или стационарные строения. Только к 1964 году компании смогли автоматизировать проект и сделать общение по телефону полностью дуплексным, как сейчас.

Первые сети сотовой связи

В 70-х годах прошлого века компаниями-гигантами была устроена гонка технологий. Они пытались реализовать недавно выдвинутую идею сотового принципа организации сетей сотовой связи. Победу одержала Motorola. Первую базовую станцию на 30 абонентов смонтировали в США на крыше небоскреба. 3.04.1973 глава подразделения по разработке мобильных устройств Motorola совершил первый звонок. Его мобильное устройство весило 1,15 кг, было похоже на кирпич, а заряда аккумулятора хватало на 20 минут общения. До 1983 года компания улаживала законодательные вопросы, дорабатывала телефон и устраняла выявленные недоработки. Первый телефон вышел в продажу под названием Motorola DynaTAC 8000X и стал самым мобильным для своего времени.

Первый звонок Мартин Купер совершил на номер стационарного телефона компании-конкурента Motorola — компании Bell Laboratories. Он сообщил, что звонит с первого в мире сотового телефона. Мистер Купер утверждал, что слышал, как скрипят зубы на другом конце линии.

В 80-е годы XX века активно использовали технологии, известные под общим названием 1G. Первую коммерческую сеть развернули японцы в 1979 году. Но к концу 80-ых, Европейский институт стандартизации электросвязи разработал стандарт 2G или GSM, который до сих пор использует 29% населения Земли.

В 2001 году в Японии, а в 2003 в Европе запустили технологии CDMA и UMTS, известные под общим наименованием 3G. Уже через 7 лет началось развитие сетей 4G/LTE. Технология была недоработана до конца, но ко второй половине этого десятилетия сотовые компании достигли первоначально заявленной пропускной способности сетей LTE – 1 Гбит/секунду. Для этого пришлось усовершенствовать протоколы передачи данных и увеличить ширину полос беспроводных каналов связи с 5 до 20 МГц.

Сотовая связь в России

Разработки систем сотовой связи велись по всему миру. СССР рассматривал их исключительно для военных целей. Поэтому только к концу 1991 году в Российской Федерации появились сети 1G. Вплоть до экономического кризиса конца 90-ых сотовую связь использовало менее 0,5% населения Российской Федерации. Операторы брали не менее 50 центов за минуту разговора и тарифицировали даже входящие вызовы. Мобильные аппараты стоили слишком дорого. К примеру, телефон, по которому Анатолий Собчак впервые вызывал Сиэтл, обошелся в 5000$. Кризис совпал с падением цен на телефоны и услуги связи. Благодаря этому, число абонентов увеличилось с 300 тысяч человек в 1997 году до 1,5 млн. в конце 1999 года. К 2008 году количество проданных SIM-карт превысило население РФ.

Россия сокращала технологическое отставание сотовой инфраструктуры. В 2003 году группа операторов перешла на устаревший в мире стандарт 3G – CDMA. В 2007 году началось строительство сетей связи другой технологии третьего поколения – UMTS. Она, в отличие от CMDA, востребована по всему миру, работает на больших скоростях передачи данных и может обслуживать большее число абонентов одновременно. В 2012 году началась тестовая эксплуатация 4G.

В 2015 году ООО «Т2 Мобайл» начал предоставлять услуги связи в Москве, не имея передатчиков 2 поколения, – только 3G и 4G.

Поколения связи

Развитие отрасли шло ярко выраженными волнами. Термин поколение настиг гонку на этапе 3G. Теперь словцо используют ретроспективно, обозревая былые заслуги.

1G – аналоговые соты

Концепция запущена (1979 год) японской компанией Ниппон телеграф и телефон (NTT), охватив метрополию Токио. Выполнив план пятилетки, инженеры покрыли сеткой острова архипелага. 1981 считается годом рождения датской, финской, норвежской, шведской систем связи NMT. Единый стандарт помог реализовать международный роуминг. США выжидал 2 года, лицезря европейские успехи. Затем чикагский провайдер Америтех, используя аппараты Моторола, начал захват рынка. Последовали аналогичные шаги со стороны Мексики, Канады, Великобритании, России.

Северная Америка (13 октября 1983 – 2008 г.г.), Австралия (28 февраля 1986, Телеком), Канада широко использовали AMPS; Великобритания – TACS; Западная Германия, Португалия, Южная Африка – С-450; Франция – Радиоком 2000; Испания – ТМА; Италия – RTMI. Японцы плодили стандарты неимоверно быстро: TZ-801, TZ-802, TZ-803. Конкурент NTT создал систему JTACS.

Стандарт включает цифровой вызов станции, однако передача информации полностью аналоговая (модулированный сигнал ДМВ выше 150 МГц). Шифрование отсутствовало напрочь, набивая монетой карманы частных детективов. Частотное деление каналов оставляло место незаконному клонированию устройств.


Мобильник DynaTAC 8000X Америтех

6 марта 1983 запущена разработка мобильника DynaTAC 8000X Америтех, стоившая компании состояние. Целое десятилетие устройство силилось достигнуть прилавки магазинов. Список желающих подписаться исчислялся тысячами индивидов, невзирая на явные недостатки:

  • Время жизни батареи.
  • Габариты.
  • Быстрая разрядка.

Поколение телефонов позже успешно модернизировали, обеспечивая апгрейд к поколению 2G.

2G – цифровая связь

Появлением второй ступени развития отмечено начало 90-х. Сразу обозначились два главных конкурента:

  1. Европейский GSM.
  2. Американский CDMA.

Ключевые отличия:

  1. Цифровая передача информации.
  2. Внеполосный вызов вышки телефоном.

Эру 2G называют эпохой заказанных телефонов. Покупателей слишком много, производитель заранее собирал списки желающих. Первой сеть Радиолиния запустила Финляндия. Европейские частоты исторически выше американских, некоторые диапазоны 1G и 2G (900 МГц) накладываются. Устаревшие системы ускоренно закрывали. Американский IS-54 захватил прежние ресурсы AMPS.

IBM Simon принято считать первым смартфоном: мобильник, пейджер, факс, PDA. Программный интерфейс предоставлял календарь, адресную книгу, часы, калькулятор, блокнот, электронную почту, опцию предсказания следующего символа наподобие Т9. Тачскрин обеспечивал управление клавиатурой QWERTY. Комплект дополнял стилус. Карта памяти PCMCIA ёмкостью 1,8 МБ расширяла функционал.


2G сотовая связь

Наметилась тенденция минимизации аппаратов. Кирпичи начинали весить 100-200 г. Впервые оценены публикой СМС-сообщения. Первый (сгенерированный автоматически) GSM-текст послали 2 декабря 1992 года, в 1993 – произвели опробирование люди. Метод пакетной предоплаты вскоре сделал СМС общение популярной молодёжной забавой. Позже страсть охватила старшие поколения.

Появлением сервиса мобильных платежей (автоматы Кока-Кола, парковки), выходом платного медиаконтента ознаменован 1998 год: провайдером Радиолиния (ныне Элиза) продан первый рингтон. Изначально новостные подписки (2000 г.) распространяли бесплатно, сервис оплачивали рекламными взносами спонсоров. Появился защищённый доступ клиент-банк (1999, Филиппины), поддерживаемый операторами Глоуб, Смарт. Тогда же японская NTT DoCoMo реализовала телефонный интернет.

3G

Поколение 2G окончилось тотальной победой мобильных технологий. Повседневная жизнь миллиардов наполнилась вызовами. Инновационной идеей, призванной повысить скорость передачи данных, стала коммутация пакетов (вместо коммутации каналов). Разработчики отпустили вожжи производителям, сконцентрировавшись целиком на потребительских качествах. Сделанное явилось следствием внедрения сонма стандартов. Совместимый CDMA ввёл несколько улучшений:

  1. Снижение времени установки соединения.
  2. Повышение пакетной скорости (3,1 Мбит/с).
  3. Флаги QoS.
  4. Одновременное использование временного слота несколькими абонентами.

Первая сеть 3G WCDMA (май 2001, коммерческое использование, начиная 1 октября) охватила Токио. Южнокорейские конкуренты (KTF, SK Телеком) ждали 2002 года. Технология CDMA2000 1xEV-DO достигла берегов США, причём оператор Монет успел обанкротиться. Параллельно Япония обзавелась вторым набором пчелиных сот, благодаря Vodafone. Последовало общемировое внедрение технологии.


3G сотовая связь

Параллельно появлялись промежуточные этапы становления систем – 2,5; 2,75G, например, GPRS. Указанные средства обеспечивали часть требований 3G, упуская другие: CDMA2000-1X теоретически способен дать 307 кбит/с. Следом идёт технология EDGE, номинально соответствующая 3G. Практически максимальные пороги недостижимы ввиду наличия помех.

Постепенно телерадиокомпании осознавали возможности беспроводного цифрового вещания. Первыми пташками вылетели трансляции Disney, RealNetworks. Эволюция явила миру HSDPA (высокоскоростной нисходящий пакетный доступ) – усовершенствованный вариант HSPA. Стандарт признали равным 3.5G, маркетологи радостно употребляли аббревиатуру 3G+. Текущая версия поддерживает скорости загрузки данных 1,8; 3,6; 7,2; 14 Мбит/с. На исходе 2007 полных 295 млн. абонентов эксплуатировала сети повсеместно, составляя долю 9% общемирового спроса на услуги связи. Сверхприбыли (120 млрд. $) заставили изготовителей телефонов немедля модернизировать производственный конвейер: адаптеры, приставки ПК.

4G

Итоги 2009 бесстрастно показали: грядёт новая смена поколений, вызванная растущими запросами публики. Стали вести поиск технологий, десятикратно повышающих скорости передачи. Первые ласточки – технологии WiMAX, LTE.


Поколение 4G

Зараза молниеносно охватила Скандинавию, благодаря усилиям ТелиаСонера. Сетевая коммутация убрана бесповоротно, заменена IP-адресацией. ITU нормирует (март 2008) области:

  1. Игровые приложения.
  2. IP-телефония.
  3. Интернет.
  4. HDTV.
  5. Видеоконференции.
  6. Трехмерные трансляции.

Установлены скорости:

  1. 100 Мбит/с – подвижные объекты (транспорт).
  2. 1 Гбит/с – типичные мобильные приложения.

Учитывая сказанное, принадлежность типов связи LTE, WiMAX к 4G сомнительна. Эксперты заявили принципиальную невозможность достижения технологиями установленной планки. LTE-A номинально коснулась рубежа, провалив натурные испытания. Инженеры возлагают надежды на разрабатываемый WirelessMAN-Advanced. Один расклад везде: инженер работает, маркетолог хвалится. Так устроен мир.

Принцип работы сотовой связи

Доступность услуг мобильных компаний обеспечивают базовые станции. Каждая покрывает свою территорию – соту. Вы перемещаетесь между сотами, смартфон автоматически переключается между базовыми станциями и связь не обрывается.

Через ручные настройки смартфона можно подключиться к конкретной доступной базовой станции. К примеру, выезжая за границу Российской Федерации, вы можете продолжать выполнять звонки, отправлять SMS-сообщения и сидеть в интернете, используя исключительно российский базовые станции. Если вы отъедите слишком далеко от ближайшего российского передатчика, услуги перестанут работать. При этом смартфон не переключится на радиоэлектронные средства местных операторов, пока вы не переведете выбор сети в автоматический режим.

Состав и характеристики базовых станций

Базовая станция состоит из секторов антенно-фидерных устройств, радиорелейных линий, коммутационного оборудования, системы контроля климата и всепогодного корпуса.

Сектора передатчиков 2G-4G расположены по периметру базовых станций и обеспечиваю вас связью. Они развернуты на 45-120 градусов относительно друг друга, чтобы покрыть максимум территории по горизонтали и вертикали. Каждый сектор обслуживает до 72 звонков одновременно. Зона действия классической базовой станции ограничена препятствиями. Поэтому чаще антенно-фидерные устройства устанавливают на возвышенностях, крышах домов, железобетонных опорах и башнях высотой от 20 до 70 метров.

Все антенно-фидерные устройства сотовых компаний объедены в единую сеть с помощью оптоволоконных кабелей и радиорелейных линий. Последние позволяют без проводов соединять станции, находящиеся на расстоянии до 70 км друг от друга.

В каждой базовой станции предусмотрено место для коммутационного оборудования и системы контроля климата. Эта зона защищена металлическим корпусом. С годами он уменьшился с размеров вагона до небольшого всепогодного шкафа.

Маломощные базовые станции

Мобильные компании также используют мобильные ретрансляторы и фемтосоты – маломощные базовые станции. Благодаря этому удается поддерживать работу услуг сотовой связи в труднодоступных местах, например, в метро, больших зданиях или подвалах. Подобные устройства устанавливают, как по желанию оператора, так и по заказу со стороны.

Технологии

Информация о SIM-картах хранится на серверах оператора в домашнем регионе и где бы не находился абонент, взаимодействие с телефоном происходит через упомянутые сервера.

Для оказания услуг сотовой связи используют 3 основные технологии:

  • GMS. Цифровой стандарт передачи данных второго поколения. Информация передается в виде узкополосного сигнала на частотах 850, 900, 1800, 1900 МГц. В 2003 году разработана технология Enhanced Data-rates for GSM Evolution (EDGE или 2,5G), которая позволила пользоваться услугами сети Интернет через сети GSM. Максимальная скорость передачи данных – 59,2 Кбит/ секунду;
  • UMTS. Наиболее распространенный стандарт сетей 3 поколения. В отличие от сетей 2 поколения, информация передается по широкополосному каналу связи. Преимущественно работает в диапазонах 2100 и 900 МГц. Первоначально позволял передавать данные на скоростях от 384 Кбит/ секунду. Благодаря дополнительной технологии 2006 года High-Speed Downlink Packet Access (HDPSA+ или 3,5G) скорость увеличилась до 21 Мбит/секунду;
  • LTE. Стандарт передачи данных четвертого поколения. Работает на частотах 800, 1800, 2100, 2600 МГц. В мире 1800 МГц – наиболее используемый диапазон. В России первоначальный упор делался на 2600 МГц, но на 2021 год задействованы все перечисленные диапазоны радиочастот. Каждая сота может поддерживать до 200 клиентов при ширине полосы 5 МГц и выдавать информацию абоненту со скоростью до 75,4 Мбит/с.

Для каждой технологии и оператора выделены отдельные частоты передачи и приема. Список разрешенных для использования каналов отличается в разных странах. К примеру, в регионах России до 2016 года технология 4G не работала на некоторых китайских телефонах, потому что передатчики смартфонов не поддерживали частоты, используемые российскими операторами.

Центр коммутации мобильной связи

Однако есть вопрос, который мы пока не затрагивали. Сотовая связь действует только тогда, когда сигнал с вышки в вашем районе транслируется на вышку ближайшую к местонахождению вашего друга, но как ваша вышка узнает в какой ячейке он сейчас находится, и на какую вышку направлять сигнал. Для того, чтобы это произошло вышка сотовой связи должна получить помощь от так называемого “Центра коммутации мобильной связи” (MSC). Центр коммутации является связующим компонентом группы вышек сотовой связи, прежде чем двинуться дальше давайте подробнее разберем функции центра коммутации.

Функции центра коммутации

При покупке sim-карты вся информация об абоненте регистрируется в некотором центре коммутации, назовем этот центр домашним. Домашний MSC хранит информацию об абоненте, такую как тарифный план, текущее местоположение и статус активности. Если вы выходите за пределы своего домашнего центра, вас начинает обслуживать новый, который мы назовем гостевым центром коммутации. Когда вы входите в зону гостевого центра, он связывается с вашим домашним MSC, таким образом ваш домашний центр всегда знает в какой зоне вы находитесь.

Чтобы понять в какой из ячеек связанные с данным MSC находится абонент, центр коммутации использует несколько методов:

  1. Один из них постоянное обновление информации о положении абонента через определенный промежуток времени.
  2. Также обновление выполняется, если мобильное устройство пересекает заранее определенное количество ячеек.
  3. Наконец, обновление данных о местоположении происходит при включении мобильного телефона. Давайте разберем все три случая на примере.

Предположим Анель хочет позвонить Роме. Когда Анель набирает номер, запрос на вызов поступает на ее домашний центр коммутации, после получения информации о номере Ромы, запрос будет отправлен на его домашний центр, затем следует проверка текущего MSC Ромы.

Если Рома находится в зоне своего домашнего центра, запрос вызова будет немедленно отправлен на ближайшую к его местоположению вышку с целью первичной проверки, активен ли его телефон или не занят ли он разговором с другим абонентом.

Если все в порядке, телефон Ромы зазвонит и начнется разговор. Однако если Рома находится вне зоны своего домашнего MSC, то его домашний центр коммутации просто перенаправляет запрос вызова на гостевой центр. Гостевой центр коммутации следуя ранее описанной процедуре определит местоположение телефона Ромы, после чего установятся соединение.

Как устроена сотовая связь в России

В связи с особенностями советской политики, с начала 90-ых годов Россия отставала и зачастую использовала вышедшую из эксплуатации технику сотовой связи США и других развитых стран. Сегодня отставание существенно сократилось. Как и в развитых странах, мы используем технологии 2G, 3G и 4G. По информации Минкомсвязи России покрытие GSM-передатчиками до сих пор остается наиболее плотным. Покрытие LTE пока отстает от технологий предыдущих поколений.

Контроль качества

Для того чтобы не отстать от конкурентов, сотовые операторы постоянно совершенствуют своё оборудование и расширяют покрытие. Для того чтобы убедиться в качестве услуг, специальные мобильные комплексы операторов перемещаются по городам и оценивают связь. Аналогичные независимые комплексы используют и государственные органы, чтобы предоставлять гражданам независимую оценку предоставляемых услуг сотовых компаний.

На сайте Минкомсвязи России вы можете посмотреть, как работает сотовая связь в вашем населенном пункте. Выбирайте интересующие технологии и компании, смотрите зоны покрытия, наложенные на карту.

Частотный спектр и мобильная связь

Теперь давайте обсудим, почему частотный спектр очень важен для мобильной связи. Для передачи последовательности нулей и единиц посредством цифровой связи, каждому абоненту выделяется частотный диапазон, однако частотный спектр сотовой связи весьма ограничен, при том что пользуются ей миллиарды абонентов.

Эта проблема решается с помощью двух методов. Первый, распределение частотного интервала и второй — технология множественного доступа. В первом случае подразумевается четкое распределение разных частотных интервалов по разным вышкам сотовой связи, а технология множественного доступа заключается в эффективном распределение частотного интервала среди всех активных пользователей в ячейке.

Какие перспективы развития мобильной связи

Дальнейшее развитие мобильной связи возможно по нескольким направлениям:

  • создание принципиально новых технологий и протоколов передачи данных;
  • доработка существующих стандартов передачи данных;
  • разработка технологий и стандартов для «Интернета вещей».

С 2014 года в России и мире тестируют технологию Pre-5G. Скорость передачи данных во время экспериментальных замеров в России варьировалась от 4 до 35 Гбит/секунду.

В 2015 году Международный союз электросвязи разработал концепцию развитию сетей 5G IMT-2020. С тех пор полноценная инфраструктура пятого поколения появилась в Соединенных Штатах Америки, Китайской Народной Республике, Республике Корея, некоторых странах и городах Евросоюза.

Минимальная пропускная способность новой технологии в 136 раз выше максимальной для предыдущего поколения 4G. В тестовых сетях скорость передачи данных доходит до 25 Гбит/с. По оценкам специалистов, 5G позволит предоставить скорость в 100 Мбит/секунду для 1 миллиона устройств на 1 км².

Pre-5G и 5G в России

С 2021 года ПАО «МегаФон» и ПАО «Мобильные ТелеСистемы» тестирует Pre-5G совместно с международными компаниями Nokia и Huawei.

Главная сложность технологии 5G в том, что полоса сигнала гораздо шире, чем у предыдущих поколений сетей. Поэтому в России до сих пор не определили доступный диапазон частот для строительства сетей связи. Активно ведется дискуссия по поводу частот 3,4-3,8 ГГц. Они наиболее удобны из доступных в мире, но в Российской Федерации закреплены за специальными службами, государственным компаниями и стандартом беспроводного широкополосного доступа WiMAX. Правительство рассматривает варианты в диапазоне 4,79-5 ГГц.

Решением Государственной Комиссии по использованию радиочастот для тестирования инфраструктуры 5G в России выделен диапазон радиочастот 25,25-29,5 ГГц. Летом 2021 года в Москве начали тестирование пятого поколения сотовой связи. Первой экспериментальной площадкой выступит территория Морозовской детской городской клинической больницы. Инфраструктуру там уже выстроили операторы федеральной четверки – ПАО «Вымпел-Коммуникации», ПАО «МегаФон», ПАО «Мобильные ТелеСистемы» и ООО «Т2 Мобайл».

Окончательно освободить место в радиочастотном спектре под 5G Правительство РФ планирует в течение 2,5 лет. А Huawei обещает смартфоны с поддержкой 5G не раньше 2021 года.

С июля 2021 также ведется разработка российского программного обеспечения для взаимодействия с технологией 5G.

Интернет вещей

Internet of items (IoT) – концепция, при которой техника решает задачи без участия человека или с минимальным его вмешательством. Яркими примерами IoT являются умный дом и беспилотный автомобиль.

Сети связи пятого поколения первоначально проектировались и для «интернета вещей». 5G станет первым стандартом, который объединит IoT и выведет роботизацию процессов на новый уровень. Благодаря снижению времени задержки 5G можно использовать даже на беспилотном транспорте, двигающемся со скоростью до 500 км/ час.

Скорость развития технологий растет ежегодно. Если от 1G до 2G прошло около 16 лет, то теперь смена поколений происходит раз в 7-10 лет. Важно правильно и своевременно использовать новые технологии и вовремя отказываться от старых.

0 0 Голоса

Рейтинг статьи

Как работает связь

Современная мобильная связь, хоть и имеет превосходящие в сотни раз возможности первых сетей, работает по аналогичному принципу радиосигнала. Наш сотовый и базовые станции оператора находятся в постоянном контакте, а вот если во время движения сигнал становится слабым, то телефон переключается в эфир другой станции, предоставляющей более мощный сигнал.

Современные сети позволяют использовать сигнал в разных диапазонах, что позволяет обеспечить более качественный прием и стабильную работу. Особенность более низкого частотного диапазона в том, что он позволяет охватить большую территорию, и имеет большую силу проникновения через преграды на своем пути — горы или здания. А вот более высокие частоты (именно они обеспечивают нам скоростной интернет) имеют более низкую проходимость, и требуют более плотной установки базовых станций для обеспечения качественного покрытия.

Сети сотовых операторов также связаны между собой магистрально, что позволяет абонентам разных операторов разговаривать между собой. Также компании заключают договоры о роуминге, что позволяет абоненту одного оператора регистрироваться в сети другого. Это относится не только к использованию связи в другой стране, но и в другом регионе одной страны, где у оператора нет собственного покрытия.

Для того чтобы иметь возможность идентифицировать абонента в сети, необходим уникальный идентификатор — он прописывается на сим-карте. При регистрации в сети телефон отправляет этот код в сеть оператора через базовую станцию. Совершая звонок другому человеку именно по этому коду определяется местоположение абонента, и сигнал от базовой станции поступает на телефон.

В режиме ожидания наш телефон постоянно сканирует радиосигнал и в момент набора номера связывается с ближайшей базовой станцией, которая выделяет канал для совершения звонка. По этому каналу наш вызов через базовую станцию передается на коммутатор оператора, отправляющий сигнал на базовую станцию, ближайшую к вызываемому абоненту. Если на момент звонка абонент находится вне поля радиоэфира сети оператора, то система сообщит об отсутствии связи.

Межсотовая связь: чем больше, тем лучше — до

балла

Когда дело доходит до общения, клетки лучше работают в толпе. Однако, когда слишком много людей работают вместе, клетки в конечном итоге начинают играть в «телефон», передавая все более ненадежные сигналы.

Микроскопическое изображение органоида, подвергшегося воздействию эпидермального фактора роста, разветвленного в сторону более высокой концентрации EGF (к правой части изображения).

Исследователи из Йельского университета, Эмори, Пердью и других университетов изучали, как клетки воспринимают химические и механические сигналы, определяющие поведение клеток.Два исследования с их результатами, которые имеют потенциальные последствия, начиная от лечения рака груди и заканчивая производством полупроводников, появляются на неделе 18 января в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Клетки считывают эти сигналы, ощущая концентрацию химического вещества и притягиваясь к нему, словно отслеживая запах. «Клетки хотят найти, где больше этой молекулы», — сказал Андре Левченко, профессор биомедицинской инженерии Джона С. Мэлоуна и директор Йельского института системной биологии, один из авторов статьи.«Они используют градиенты как ориентиры».

Исследования были сосредоточены на том, насколько хорошо отдельные клетки воспринимают эти сигналы по сравнению с группами клеток. Одно исследование рассматривало это теоретически, а другое сочетало теорию и эксперименты. Исследователи объединили клетки молочной железы, которые могут самоорганизовываться в миниатюрную ткань молочной железы. Развитие этих небольших органоподобных тканей, известных как органоиды, позволило ученым изучить, как ансамбли клеток разного размера воспринимают градиенты химического сигнала.Эпидермальный фактор роста (EGF), вещество, стимулирующее рост клеток, использовалось в экспериментах.

При наличии очень слабых градиентов EGF с небольшими различиями в молекулярной концентрации становилось очевидным превосходство коллективного принятия решений клетками. «Одиночные клетки не могли обнаружить эти различия; важно, чтобы клетки были вместе», — сказал Левченко.

Но преимущества совместной работы имеют предел, отмечает он. Чем больше количество взаимодействующих клеток, тем больше группа генерирует собственный внутренний шум — различные реакции клеток на сигналы, — которые могут значительно искажать передаваемый сигнал.

«Им нужно «говорить» друг с другом, чтобы интерпретировать сигнал, но разговор — это шумный процесс», — сказал Левченко, сравнив его с гамом многолюдной вечеринки. «Плохо слышно, что происходит на другом конце комнаты. Друзья могут передать вам сообщение, но оно искажается в шуме, как в игре «телефон». Это как в известной поговорке, но с изюминкой: чем больше, тем лучше, но только до некоторой степени».

Взаимодействие клеток имеет решающее значение для многих биологических процессов и может иметь большое значение для лечения рака молочной железы.Градиенты фактора роста часто направляют клетки рака молочной железы, когда они проникают в окружающие ткани, поэтому понимание влияния коллективных клеточных ответов имеет решающее значение для разработки новых методов лечения, говорят исследователи.

Другие воздействия выходят за рамки биологии. По мере того, как электронные схемы становятся меньше и шумнее, полупроводниковая промышленность все больше интересуется клеточной биологией и тем, как связанные клеточные схемы могут поддерживать обработку информации. Национальный научный фонд, Национальные институты здравоохранения и Корпорация исследований полупроводников предоставили финансирование для исследования.

Левченко также является сотрудником Йельского онкологического центра.

Другими главными исследователями исследования являются Эндрю Мюглер и Эндрю Эвальд из Университета Джона Хопкинса и Илья Неменман из Университета Эмори.

Обзор сотовой связи — видео и расшифровка урока

Как общаются клетки

Путь, по которому происходит клеточная коммуникация, называется путем передачи сигнала . Это ряд клеточных и молекулярных изменений, которые помогают клетке-мишени получать сообщение и реагировать соответствующим образом.Эти пути имеют решающее значение для клеточной функции, потому что они являются основным способом связи между клетками.

Вот как это работает. Сначала сигнальная клетка секретирует сигнальную молекулу, которая затем перемещается со своим сообщением к клетке-мишени. Как только он достигает клетки-мишени, он связывается с белком-рецептором в мембране клетки-мишени. Это первый этап сигнализации ячейки, называемый приемом .

Этот рецепторный белок похож на охранника у входных ворот — это назначенный пункт «регистрации» для сигнальной молекулы.Когда защитный белок рецептора принимает сигнальную молекулу и связывается с ней, начинается ретрансляция, которая является вторым этапом клеточной передачи сигналов, называемым трансдукцией . Как эстафетная палочка передается от человека к человеку в эстафете, так и сигнал в клетке-мишени проходит через процесс трансдукции, переходя от молекулы-ретранслятора к молекуле-ретранслятору.

Последняя молекула-ретранслятор активирует белок, который запускает заключительную стадию клеточной передачи сигналов, называемую реакцией .Каждый ответ отличается, потому что он зависит от сообщения, которое было передано через ячейку.

Сотовая связь универсальна

Насколько важна сотовая связь? Кажется, что этот процесс довольно древний и общий для большинства организмов. Например, клеточная коммуникация необходима для размножения не только отдельных клеток, но и целых организмов.

В качестве примера рассмотрим дрожжи. Некоторые дрожжевые клетки не только делают вкусный хлеб и пиво, но и помогают нам понять, как можно использовать химические сигналы для передачи сложной информации между клетками.Даже не имея возможности установить кокетливый зрительный контакт, эти организмы могут сказать, какие клетки помогут им размножаться и создать новое потомство, и они делают это, идентифицируя своих «партнеров» по ​​химическим сигналам.

Существует два типа сопряжения: с и альфа . Химические сигналы секретируются клетками типа a , которые связываются с клетками типа альфа , а клетки типа альфа выделяют сигнал, который связывается с клетками типа a . Как только сигналы получены на их клеточных аналогах, два разных типа клеток, a и альфа , срастаются и сливаются в одну клетку a/alpha .Результатом является комбинация генов от обоих «родителей» в этой новой клетке.

Самая удивительная часть? Этот сигнальный путь, обнаруженный в клетках дрожжей, невероятно похож на сигнальные пути, обнаруженные в других организмах, таких как млекопитающие. Дрожжи и млекопитающие никак не связаны между собой. На самом деле дрожжи, которые являются одноклеточными организмами, появились задолго до появления многоклеточных организмов (таких как млекопитающие), поэтому сходство путей говорит нам о том, что это древний и важный механизм поддержания жизни на Земле, поскольку он прошли через множество различных эволюционных стадий.

Краткий обзор урока

Активность и функции клеток зависят от хорошей связи между клетками. Через сигнальные молекулы и пути клетки могут «разговаривать» друг с другом. Эти коммуникации помогают клеткам развиваться, восстанавливать ткани, размножаться и многое другое.

Сигналы передаются от сигнальной клетки, которая посылает сигнальную молекулу. Во время этой первой стадии клеточной передачи сигналов, называемой рецепцией , сигнальная молекула связывается с рецепторным белком.Второй этап, называемый трансдукцией , происходит, когда сигнал от сигнальной молекулы проходит по пути трансдукции, как эстафетная палочка. На заключительном этапе, называемом ответ , сигнал, наконец, преобразуется в сообщение, которое целевая клетка может понять.

Вы должны радоваться, что ваши клетки лучше общаются, чем группа людей, играющих в телефон. Было бы очень вредно для вашего тела, если бы сообщения внутри искажались так же, как если бы мы шептали их кому-то на ухо!

Результаты обучения

После этого урока вы должны уметь:

  • Определять важность сотовой связи
  • Опишите этапы сотовой связи
  • Объясните, откуда ученые узнали, что клеточная связь является древним механизмом, основанным на исследованиях с дрожжами

Журнал сотовой связи и сигнализации

Журнал сотовой связи и сигнализации предоставляет форум для фундаментальных и трансляционных исследований .В частности, он публикует статьи, в которых обсуждаются межклеточные и внутриклеточные сигнальные пути , которые особенно важны для понимания того, как клетки взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой, и как клеточное поведение способствует патологическим состояниям. JCCS поощряет представление исследовательских рукописей , своевременных обзоров и кратких комментариев , в которых обсуждаются последние публикации, ключевые события и противоречия.

Рукописи исследований могут быть опубликованы в двух разных разделах:.

В разделе «Патология и трансляционные исследования» (редактор раздела Эндрю Лиск) рукописи сообщают об оригинальных исследованиях, касающихся клеточных аспектов нормальной и патологической передачи сигналов и коммуникации, с особым интересом к трансляционным исследованиям.

В рукописях раздела Molecular Signaling Section (редактор раздела Satoshi Kubota) сообщается об оригинальных исследованиях передачи сигналов, проведенных на молекулярном уровне с особым интересом к функциям внутриклеточных и мембранных компонентов, участвующих в клеточной передаче сигналов.

Обзорный раздел Раздел (редактор раздела Дэвид Бригсток) является местом публикации обзорных статей, в которых обобщаются последние достижения и открытия, выявляются пробелы и споры, а также излагаются будущие направления во всех аспектах клеточной сигнализации и связи. Журнал особенно заинтересован в целенаправленных и авторитетных мини-обзорах, которые позволят читателю быстро понять представленный материал. Мини-обзоры не должны превышать 5000 слов, не считая аннотации и библиографии.Количество ссылок не должно превышать 80. Приветствуется включение рисунков, помогающих обобщить основные понятия. Авторам предлагается связаться с редактором раздела с предлагаемым планом своей статьи перед отправкой, чтобы можно было оценить ее пригодность для публикации в журнале.

Раздел « В авангарде непредвиденной науки» (редактор раздела Бернар Пербаль публикует рецензируемые статьи, сообщающие о новаторских открытиях, которые обещают оказать влияние на будущее человечества.Рукописи должны быть написаны в форме краткого анализа и обзора захватывающих достижений в любой научной области, которые откроют новые перспективы, которые могут открыть новые возможности для исследований и приложений

Раздел Bits & Bytes (редакторы раздела Эндрю Leask и Herman Yeger) предоставляет форум для быстрого распространения кратких комментариев к последним публикациям и новостям, представляющим интерес для научного сообщества. Эти комментарии также появляются на веб-сайте Международного общества CCN (http://ccnsociety.com), как только они будут приняты.

Письма в редакцию , которые должны быть оригинальными исследовательскими рукописями, сообщающими о результатах, представляющих широкий интерес для научного сообщества. Письма обычно не превышают 2-4 страниц и содержат ранние, но новаторские исследования, которые заслуживают ускоренной обработки. Письма проходят строгую экспертную оценку. Количество рисунков и/или таблиц ограничено 3. Объем текста не должен превышать 2000 слов, а количество ссылок должно быть минимальным. Процесс предварительного рецензирования проводится под ответственностью главного редактора.Рукописи, не соответствующие требованиям «Письма», передаются в редакцию обычного раздела.

О редакторах:

Бернард Пербал: http://ccnsociety.com/about_the_iccns/president.html
Эндрю Лиск: http://ccnsociety.com/about_the_iccns/member_a_leask.html
Сатоши Кубота: http://ccnsociety.com/about_the_iccns/president.html ://ccnsociety.com/about_the_iccns/member_s_kubota.html
Дэвид Бригсток: http://ccnsociety.com/about_the_iccns/member_d_brigstock.html

Общие сведения о процедурах подачи и публикации: страница

— бесплатно
— Плата за онлайн-и печатные цветные изображения не взимается
Дополнительно Плата за публикацию в открытом доступе (APC) — 3000 долларов США, — / 2200, — евро

  • Обращается ко всем аспектам связи между клетками, клетками и матриксом и внутриклеточной передачи сигналов
  • Затрагивает рецепторы, лиганды и другие биомолекулы, участвующие в клеточных сигнальных путях

Почему это важно: клеточная коммуникация

Зачем определять основные компоненты пути передачи сигнала?

Представьте, какой была бы жизнь, если бы вы и окружающие вас люди не могли общаться.Вы не сможете ни высказать свои пожелания другим, ни задать вопросы, чтобы узнать больше о своем окружении. Социальная организация зависит от общения между людьми, составляющими это общество; без общения общество развалится.

Как и у людей, для отдельных клеток жизненно важно иметь возможность взаимодействовать с окружающей средой. Это верно независимо от того, растет ли клетка сама по себе в пруду или является одной из многих клеток, образующих более крупный организм. Чтобы должным образом реагировать на внешние раздражители, клетки разработали сложные механизмы коммуникации, которые могут получать сообщение, передавать информацию через плазматическую мембрану, а затем производить изменения внутри клетки в ответ на сообщение.

В многоклеточных организмах клетки постоянно отправляют и получают химические сообщения для координации действий удаленных органов, тканей и клеток. Способность отправлять сообщения быстро и эффективно позволяет клеткам координировать и точно настраивать свои функции.

Хотя необходимость клеточной коммуникации у более крупных организмов кажется очевидной, даже одноклеточные организмы общаются друг с другом. Клетки дрожжей сигнализируют друг другу, чтобы помочь спариванию. Некоторые формы бактерий координируют свои действия, чтобы сформировать большие комплексы, называемые биопленками, или организовать производство токсинов для удаления конкурирующих организмов.Способность клеток общаться с помощью химических сигналов зародилась в одиночных клетках и была необходима для эволюции многоклеточных организмов. Эффективная и безошибочная работа систем связи жизненно важна для всей жизни, какой мы ее знаем.

Результаты обучения

  • Различие между различными типами сигналов
  • Опишите, как клетка распространяет сигнал
  • Опишите реакцию клетки на сигнал
  • Обсудите процесс передачи сигналов у одноклеточных организмов

Cell Signaling: как ваши клетки разговаривают друг с другом

Каждую минуту дня ваше тело выполняет сложные задачи.Поддерживаете ли вы температуру тела или держите руку подальше от горячей плиты, ваши триллионы клеток говорят все, что нужно, чтобы помочь вам функционировать. Эта эффективная, действенная форма связи представляет собой процесс, называемый сотовой сигнализацией.

Сеть, необходимая для отправки и получения этих сообщений, сложна. Он состоит из армии молекул-мессенджеров для распространения сигнала между клетками и между ними (сигнальные молекулы). Они ищут цели, которые получают первоначальный сигнал (рецепторы).И, наконец, взаимодействие мессенджеров и рецепторов создает конечный клеточный результат (клетка, отвечающая на исходный сигнал).

Сигнальные молекулы клетки бывают разных форм. Иногда передача сигналов происходит внутри самой клетки. В других случаях клетки отправляют сообщения соседям или другим ячейкам, находящимся на большом расстоянии. Этими сигналами могут быть:

  • Химические соединения (пример: питательные вещества и токсины)
  • Электрические импульсы (пример: нейромедиаторы, индуцирующие электрические сигналы вдоль нервов)
  • Механические раздражители (например, растяжение желудка, сигнализирующее о насыщении)

Химическая сигнализация

Существует четыре основных метода химической сигнализации.Они разбиты по расстоянию, которое проходит каждый сигнал между отправляющей и принимающей ячейками.

  1. Аутокринная передача сигналов: Когда клетки посылают сигналы сами себе, они делают это следующим образом. При аутокринной передаче сигналов клетка высвобождает химический сигнал, который связывается с рецептором на ее собственной поверхности. Этот метод может показаться странным, но аутокринная передача сигналов важна. Это помогает клеткам сохранять целостность и правильно делиться. Это имеет решающее значение во время развития и помогает клеткам укреплять свою идентичность.
  2. Паракринная сигнализация: Это происходит на коротких расстояниях между двумя клетками. Этот способ общения позволяет клеткам координировать движение и активность со своими соседями. Пример этого называется синаптической сигнализацией. Именно тогда передача сигналов происходит через крошечную щель между двумя нейронами. Этот промежуток также известен как синапс. Вы также можете назвать эти нейротрансмиттеры. Они посылают сообщения от нейрона к нейрону, чтобы помочь нашему мозгу и центральной нервной системе работать вместе.
  3. Эндокринная передача сигналов: Для отправки сообщений на большие расстояния клетки используют этот метод. Эндокринные сигналы проходят через кровоток, чтобы достичь тканей и клеток-мишеней. Сигналы, возникающие в одной части тела и направляющиеся к цели через кровоток, называются гормонами. Гормон роста (GH) является отличным примером. Гипофиз выделяет этот гормон, который стимулирует рост клеток, хрящей и костей. В этом примере эндокринной передачи сигналов ГР покидает гипофиз и с кровотоком перемещается к клеткам по всему телу.Затем гормон дает команду клеткам костей и хрящей делиться, помогая вам стать выше и сильнее.
  4. Передача сигналов прямого контакта : Щелевые соединения — крошечные каналы, соединяющие соседние клетки — обнаружены у растений и животных. Эти щелевые контакты заполнены водой и позволяют небольшим сигнальным молекулам проходить через канал. Это сигнализация клетки посредством прямого контакта. Это позволяет целым группам ячеек реагировать на сигнал, полученный только одной ячейкой.

Электрическая и механическая сигнализация

Химическая сигнализация — не единственная форма коммуникации вашего тела.Многие клетки также реагируют на электрические или механические сигналы. Двумя хорошо известными примерами этого могут быть регуляция сердцебиения (электрическая) или сигнализация о росте мышц после тренировки (механическая).

Ваше сердце состоит из четырех камер. Два снабжают кровью легкие, а два других направляют кровь к остальным частям тела. Разделение работы означает, что ваше сердце не бьется одновременно. Это не похоже на сгибание бицепса. Сердце бьется больше, как волна, движущаяся по океану. Этот очень определенный образец биения инициируется и синхронизируется электрическими сигналами.

Механические сигналы (представьте себе физическое изменение формы) в мышечных клетках могут привести к их росту и увеличению силы. Когда мышечные клетки растягиваются (иначе деформируются или повреждаются), ионы кальция проникают в мышечную клетку. Этот поток ионов кальция является посредником, меняющим механический сигнал на химический. Присутствие ионов кальция сигнализирует о ряде клеточных сигнальных путей внутри мышц, включая гормоны, ответственные за рост мышц.

Два ваших чувства — осязание и слух — являются дополнительными примерами механической сигнализации.Сенсорные клетки вашей кожи реагируют на давление прикосновения. А сенсорные клетки внутреннего уха и мозга реагируют на движение звуковых волн.

Будь то химический, электрический или механический, эти процессы преследуют одну и ту же цель. Человеческое тело разработало ряд механизмов для восприятия, реагирования и адаптации к окружающей среде — внутри и снаружи.

Как клетки распознают сигналы и реагируют на них

Крупные белки, называемые рецепторами, помогают клеткам распознавать посылаемые им сигналы.Рецепторы могут быть расположены как внутри, так и снаружи клетки или закреплены на клеточной мембране. Передача сигналов происходит, когда определенные молекулы связываются со своими конкретными рецепторами. Видите ли, это очень специфический процесс — точно так же, как работают замок и ключ.

Существует два класса рецепторов: внутриклеточные и клеточно-поверхностные. Местоположение важно, поэтому вы, вероятно, можете догадаться, как они получили свои имена.

Внутриклеточные рецепторы расположены внутри клетки. Сигнальные молекулы должны пройти через поры в клеточной мембране, чтобы достичь этого типа рецептора и вызвать реакцию.

Добраться до рецепторов клеточной поверхности легче. Эти рецепторные белки встроены в клеточную мембрану. Они связываются с сигнальными молекулами снаружи клетки, но в конечном итоге передают сообщение внутрь.

Не имеет значения, получен ли сигнал внутри или снаружи ячейки. Как только сигнальная молекула надлежащим образом связывается с правильным белком-рецептором, она инициирует клеточную передачу сигналов внутри клетки.

Эти внутриклеточные сигнальные пути усиливают сообщение, производя множественные внутриклеточные сигналы для каждого связанного рецептора.Затем усиленный сигнал распространяется по всей клетке и вызывает реакцию. Это происходит не по одному. Клетки получают и реагируют на несколько сигналов одновременно.

Роль клеточной сигнализации в поддержании здоровья

Целью сотовой сигнализации является реагирование и адаптация к вашей внутренней и внешней среде. Поскольку они помогают вашему телу приспосабливаться, правильно функционирующие клеточные сигнальные пути необходимы для поддержания и укрепления здоровья. Поэтому, когда сигнальные пути клеток работают хорошо, ваше тело работает гладко.

Окружающая среда — внутренняя и внешняя — может воздействовать на ваши клетки. Это потому, что ваши клетки на самом деле просто «мешки» химических реакций. Они требуют определенных условий, чтобы заставить реакции работать.

Это включает правильную температуру, pH и энергетический статус. Ваши клетки должны ощущать эти условия. Если какой-либо из этих трех факторов изменяется за пределами очень небольшого диапазона толерантности, вся эта биохимия останавливается. Вот тогда могут возникнуть серьезные проблемы.

Например, нормальная температура нашего тела составляет 37°C (98.6°F). Разница всего в +/- 3°C (+/- 5°F) может быть опасна для жизни. Гипотермия может начаться при 35°C (95°F). Если наша температура поднимается всего до 40 ° C (104 ° F) из-за обезвоживания, воздействия сильной жары или лихорадки, это не менее опасная для жизни ситуация.

Точно так же жестко регулируется pH вашего тела. Наш нормальный рН 7,4. Если он падает ниже 6,8 или поднимается выше 7,8, происходит необратимое повреждение клеток.

Вам нужно огромное количество энергии, чтобы управлять своим телом. Вот почему важно регулировать энергию.Как и в приведенных выше примерах температуры и pH, ваше тело жестко регулирует свой энергетический баланс. Благодаря клеточным сигнальным путям (некоторые из которых напрямую связаны с глутатионом) наши клетки имеют возможность увеличивать или уменьшать выработку энергии по мере необходимости. Если энергетический баланс выходит за пределы очень строго регулируемого нормального диапазона, клеточная функция серьезно нарушается.

Детоксикация – еще один пример передачи сигналов, помогающих поддерживать работу клеток. Вы постоянно подвергаетесь воздействию токсинов, либо непреднамеренно через нашу диету и окружающую среду, либо непосредственно из-за употребления алкоголя или лекарств.Через обширную сигнальную сеть ваши клетки могут чувствовать, когда они подвергаются воздействию токсинов.

Распознавание присутствия токсина запускает процесс борьбы с ним. Это начинается с активизации соответствующих клеточных сигнальных путей. Это в конечном итоге улучшит ваши механизмы детоксикации. Если бы ваше тело не имело врожденного механизма, буквально встроенного в его ДНК, каждый день был бы испытанием.

Способность организма постоянно ощущать, адаптировать и исправлять изменения pH, температуры, энергетического статуса и воздействия токсинов имеет важное значение для вашего общего состояния здоровья.И за это мы должны благодарить сотовую сигнализацию.

Влияние основных питательных веществ на клеточную передачу сигналов

Определенные вещи могут негативно повлиять на правильную передачу сигналов соты. К ним относятся нездоровое питание, отсутствие физических упражнений, факторы окружающей среды, воздействие токсинов и нормальный процесс старения. Однако недавние исследования показали, что здоровый образ жизни наряду с рядом витаминов, минералов и фитонутриентов может поддерживать сигнальные пути клеток.

Ваши клетки используют несколько витаминов и минералов для эффективного взаимодействия.Витамин D, натрий, калий, магний и ряд других играют важную роль в передаче клеточных сигналов. Ваше тело должно поддерживать здоровый баланс этих ключевых питательных веществ, чтобы продолжать правильно общаться.

Некоторые витамины и минералы даже непосредственно участвуют в клеточной передаче сигналов. Они могут инициировать клеточную передачу сигналов или действовать как промежуточные звенья передачи сигналов. Они также часто необходимы для правильной работы рецепторов или для того, чтобы помочь ферменту функционировать должным образом после того, как клеточная сигнализация «включила его».

Недавние исследования также показали , что некоторые питательные вещества из растений (фитонутриенты) также оказывают прямое благотворное влияние на передачу сигналов клетками. Вот лишь несколько примеров:

Диета, богатая белком и полезными жирами, может помочь сигнальным путям вашего организма. Это связано с тем, что жирные кислоты омега-3 и другие полезные жиры необходимы для поддержания формы ваших клеток.

Мембрана, окружающая каждую из ваших клеток, состоит в основном из жиров, называемых фосфолипидами.Это позволяет мембране оставаться жидкой, а не ребристой. Они также облегчают свободный поток молекул через клеточную мембрану, что в конечном итоге способствует клеточной коммуникации.

Последнее, что вы можете сделать для поддержания здоровой сотовой связи с помощью питания, — это есть продукты, защищающие от повреждений. Свободные радикалы и другие опасные формы кислорода разрушают здоровые клетки и повреждают ДНК, сигнальные молекулы и белки. А после повреждения работать они тоже не будут.Таким образом, прием антиоксидантов может защитить ваши клетки от такого повреждения.

Продолжайте разговор

Много говорят о сотовой сигнализации. Это сложный процесс, когда ваши клетки могут разговаривать сами с собой, со своими соседями или другими клетками, находящимися далеко. Но он распадается на следующие части:

  • Ваши клетки получают сигналы с помощью различных способов передачи сигналов (химические соединения, механические раздражители и электрические импульсы).
  • Сигнальные молекулы присоединяются к соответствующему рецептору либо на клетке, либо внутри нее.
  • Это запускает цепочку событий, которая включает сигнал и усиливает его в клетке.
  • Наконец, результатом является своего рода сотовое последствие, которое, очевидно, зависит от отправленного сигнала.

И не забывайте о важности этого процесса в деталях того, как он работает. Все эти разговоры между вашими клетками позволяют им адаптироваться к внутренней и внешней среде. Эта способность ощущать, реагировать и адаптироваться делает передачу сигналов клетками необходимой для поддержания вашего здоровья.

Надеюсь, вы немного понимаете, как происходит передача клеточных сигналов и почему это важно. Теперь помогите своим клеткам поддерживать разговор. Это означает защиту и поддержку ваших клеток с помощью здорового образа жизни и диеты, богатой витаминами, минералами, фитонутриентами, антиоксидантами, белками и полезными жирами.

 

Берридж М.Дж. Раскрытие секретов клеточной сигнализации. Annu Rev Physiol. 2005;67:1-21.

«Сотовая сигнализация». Новости природы , Издательская группа Nature, 2014, www.nature.com/scitable/topicpage/cell-signaling-14047077. По состоянию на 19 сентября 2017 г.

Купер, Джеффри М. «Сигнальные молекулы и их рецепторы». Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. , Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г., www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9924/.

Ермак Г., Дэвис К.Дж. Кальций и окислительный стресс: от клеточной сигнализации до гибели клеток. Мол Иммунол. 2002;38(10):713-21.

Эвелет, Роуз. «В вашем теле 37,2 триллиона клеток. Smithsonian.com , Смитсоновский институт, 24 октября 2013 г., www.smithsonianmag.com/smart-news/there-are-372-trillion-cells-in-your-body-4941473/. По состоянию на 20 сентября 2017 г.

«Введение в клеточную передачу сигналов (статья)». Академия Хана , https://khanacademy.org/science/biology/cell-signaling/mechanisms-of-cell-signaling/a/introduction-to-cell-signaling. По состоянию на 24 сентября 2017 г.

Мартин Г.С. Клеточная сигнализация и рак. Раковая клетка. 2003;4(3):167-74.

Мэтсон MP.Гормезис и устойчивость к болезням: активация путей клеточного ответа на стресс. Hum Exp Toxicol. 2008;27(2):155-62.

Von essen MR, Kongsbak M, Schjerling P, Olgaard K, Odum N, Geisler C. Витамин D контролирует передачу сигналов Т-клеточного антигенного рецептора и активацию Т-клеток человека. Нат Иммунол. 2010;11(4):344-9.

Не можете найти то, что ищете? Пожалуйста, повторите поиск или задайте вопрос здесь

Как и почему клетки общаются друг с другом?

Клетки общаются друг с другом с помощью химических веществ, называемых сигнальными молекулами.Клетка выделяет эти молекулы наружу. Другие клетки обнаруживают присутствие сигнальной молекулы через рецепторы, присутствующие на их поверхности. Как только сигнальная молекула будет обнаружена, клетки произведут изменения.

Если вы когда-либо участвовали в групповом проекте, вы знаете, что общение имеет первостепенное значение. Итак, жизнь начала свой собственный групповой проект 600 миллионов лет назад, когда, как считается, возникла первая многоклеточная форма жизни.

С этим переходом возникло множество проблем.Члены этого группового проекта, ячейки, должны были общаться и координировать друг с другом. Теперь им нужно предупредить остальную часть тела, если им что-то понадобится, например, дополнительный сахар или внимание иммунной системы в случае инфекции. Многоклеточные организмы также должны были построить эффективные транспортные пути (например, кровеносные сосуды) для быстрого распределения необходимых ресурсов.

Таким образом, все клетки многоклеточного организма должны работать вместе над этим проектом под названием «выживание», и эффективное общение является их ключом к успеху.Но как это возможно? У ячеек нет «сотовых» телефонов, чтобы разговаривать друг с другом, у них нет голоса или рта. К счастью, им ничего из этого не нужно!

Все это они выполняют с помощью эффективной и динамичной формы связи, называемой сотовой сигнализацией.


Рекомендуемое видео для вас:


Сигнализация клеток: это сложно

Сигнализация клеток — это процесс коммуникации между клетками организма.Он следует «простой» последовательности из трех шагов.

Представим, что клетка А хочет передать сообщение клетке Б. Клетка А выделяет молекулы, несущие это сообщение или сигнал. Эти молекулы известны как сигнальные молекулы и функционируют как почтальон или курьер. Сигнальные молекулы могут быть липидами, белками или даже газами.

Последовательность клеточных сигналов (Фото: VectorMine/Shutterstock)

Теперь, чтобы получить сообщение, клетке B нужен рецептор. Рецептор — это белок, который может связываться с сигнальной молекулой.Они расположены либо на поверхности клетки для связывания с внешними молекулами, либо могут быть цитоплазматическими рецепторами, которые связываются с сигнальными молекулами внутри клетки.

Каждый рецептор уникален для конкретной сигнальной молекулы, и только клетка, имеющая рецептор для сигнальной молекулы, сможет получить ее сообщение. Когда сигнальная молекула из клетки А связывается со своим рецептором в клетке В, первая часть клеточной передачи сигналов завершается.

Связывание молекулы с соответствующим рецептором на клетке B активирует рецептор.Эта активация вызывается изменением формы рецептора. Активный рецептор клетки B теперь может запускать серию событий, в которых сообщение усиливается и распространяется на другие части клеток, а иногда даже на другие молекулы. Это второй этап передачи клеточных сигналов, называемый трансдукцией , и этот процесс называется путем передачи сигнала.

Третий и последний шаг — ответ . Сигнальная молекула успешно доставила сообщение клетки А к клетке Б.Теперь ячейка B должна решить, как реагировать на это сообщение. Ответ будет происходить в результате пути передачи сигнала, инициированного активацией рецептора клетки B. Например, если клетка А предупредила клетку Б о повышенном уровне сахара в крови, результирующей реакцией будет увеличение выработки инсулина.

Типы сотовой сигнализации

Последовательность сотовой сигнализации остается одинаковой для большинства сот, но в зависимости от расстояния, разделяющего две сообщающиеся соты, сотовую сигнализацию можно разделить на несколько различных категорий.

Передачу сигналов в клетке можно разделить на внутриклеточную передачу сигналов и межклеточную передачу сигналов. Внутриклеточная передача сигналов происходит внутри клетки в ответ на внутренние и внешние раздражители. Другими словами, это просто когда клетка разговаривает сама с собой и работает независимо. С другой стороны, межклеточная передача сигналов — это когда клетка общается с другими клетками тела. Во многих случаях передача сигналов может включать в себя общение клеток с самими собой и с другими, чтобы вызвать ответ.

В случае межклеточной передачи сигналов тип сигнала может быть дополнительно классифицирован на основе пройденного расстояния.

Типы внутриклеточной передачи сигналов (Фото: CNX OpenStax/Wikimedia Commons)

Аутокринная передача сигналов: Иногда клетки могут продуцировать сигнальные молекулы, которые связываются с рецепторами на их собственной мембране. Таким образом, клетки могут отправлять сообщения сами себе! Хотя это звучит странно, аутокринная передача сигналов важна во время развития, так как она обеспечивает правильное деление клеток и поддержание клеточной идентичности.Думайте об этом как о создании напоминаний и написании заметок для себя; это может показаться странным, но иногда это необходимо.

Сигнализация прямого контакта: Некоторые ячейки расположены очень близко друг к другу и находятся в прямом контакте. Такие клетки имеют проходы, которые их соединяют. Например, щелевые контакты в клетках животных и плазмодесмы в клетках растений представляют собой такие ходы, которые соединяют соседние клетки. Сигнальные молекулы могут легко проходить через эти проходы. Эта функция позволяет группе ячеек реагировать на сигнал, полученный только одной ячейкой.

Паракринная сигнализация: Эта форма связи имеет место между клетками, которые находятся рядом друг с другом, но не связаны между собой. В этом случае клетки разговаривают посредством диффузии химических сигнальных молекул на короткие расстояния. Синаптическая передача сигналов между нейронами (клетками мозга) является примером паракринной передачи сигналов. Нейроны высвобождают сигнальные молекулы, называемые нейротрансмиттерами, в промежутке между собой и следующим нейроном. Этот промежуток известен как синапс. Следовательно, синаптическая передача сигналов позволяет нашему мозгу и центральной нервной системе работать вместе, отправляя сообщения по нескольким нейронам.

Синаптическая сигнализация (Фото: CNX OpenStax/Wikimedia Commons)

Эндокринная сигнализация: Это метод, используемый клетками, которые находятся далеко друг от друга. Подобно посылкам, которые доставляются по всему миру, сигнальные молекулы могут перемещаться по кровотоку, чтобы достичь клетки-мишени. Такие молекулы называются гормонами. Например, гормон адреналин, вырабатываемый надпочечниками над почками, является гормоном борьбы или бегства. Адреналин выделяется при стрессе и отвечает за увеличение частоты сердечных сокращений и артериального давления, перераспределение крови к мышцам, увеличение производства глюкозы и многое другое.Следовательно, этот гормон перемещается по всему телу от надпочечников через кровоток к сердечным мышцам для увеличения насосной функции, а также к печени для производства глюкозы.

Важность передачи клеточных сигналов

Связь между многими клетками тела позволяет нам реагировать и адаптироваться к нашей постоянно меняющейся среде. С точки зрения развития, передача сигналов клетками гарантирует, что все органы и ткани тела находятся на одной странице. То есть он гарантирует, что такие вещи, как функционирование, размер, расположение и количество клеток, находятся под контролем.Таким образом, клетки различных специализированных тканей сохраняют свою идентичность и функции. Например, сердечные клетки присутствуют только в сердце, а печеночные клетки — только в печени, и обе выполняют свою соответствующую специализированную роль.

Краткое изложение сигнальных путей только в микроокружении нервных стволовых клеток (Фото: Creative Commons Attribution/Wikimedia Commons)

Роль клеточной передачи сигналов не заканчивается после стадии развития. Это необходимо, чтобы предупредить иммунную систему организма о любом бактериальном или вирусном вторжении.Другими словами, сотовая сигнализация — это не работа с 9 до 17. Это помогает организму акклиматизироваться, и эти очень сложные сигнальные пути чрезвычайно важны для хорошего самочувствия. Исследователи связывают множество заболеваний, таких как рак, эпилепсия, рассеянный склероз и болезнь Альцгеймера, с дефектами сигнальных путей.

Делайте все возможное, чтобы ваши клетки «болтали», поддерживая здоровый образ жизни и придерживаясь диеты, богатой белками, витаминами, минералами, антиоксидантами и полезными жирами!

Рекомендуем к прочтению

Была ли эта статья полезной?

Да Нет

Клетки используют сахара для общения на молекулярном уровне

Человеческое тело состоит из 30-40 миллионов клеток, большой и сложной сети клеток крови, нейронов и специализированных клеток, из которых состоят органы и ткани.До сих пор выяснение того, какие механизмы контролируют связь между ними, представляло серьезную проблему для области клеточной биологии.

Исследования под руководством Вирджила Персека на химическом факультете Университета Пенсильвании в сотрудничестве с университетскими кафедрами клеточной биологии и биологии развития, а также с университетами Темпла и Аахена предоставляют новый инструмент для изучения синтетических клеток с невероятной детализацией. Персек и его группа продемонстрировали ценность своего метода, изучив, как структура клетки определяет ее способность общаться и взаимодействовать с другими клетками и белками.Они обнаружили, что молекулы сахара играют ключевую роль в клеточной коммуникации, служа «каналами», которые клетки и белки используют для общения друг с другом. На этой неделе они опубликовали свои выводы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

«В конечном счете, это исследование направлено на понимание того, как функционируют клеточные мембраны, — говорит Персек. «Люди пытаются понять, как функционируют клетки человека, но это очень сложно. В клетке все жидкообразно, и это затрудняет ее анализ рутинными методами.

Клеточные биологи исторически использовали дифракцию для изучения клеток. Это включает в себя их разделение и получение изображений отдельных частей на атомном уровне, таких как белки. Однако проблема с этим подходом заключается в том, что он не позволяет изучать клетку в целом. Новые методы, такие как флуоресцентная микроскопия, позволяют исследователям изучать целые клетки, но эти инструменты сложны и не обеспечивают изображения с высоким разрешением, которое может дать дифракция.

Используя сконструированные синтетические клетки в качестве модельной системы, ведущий автор Сезар Родригес-Эмменеггер, бывший член группы Персека, ныне работающий в Аахене, открыл способ непосредственного изучения клеточных мембран с помощью метода, называемого атомно-силовой микроскопией.Этот подход позволяет получать сканы с чрезвычайно высоким разрешением, которые выявляют формы и структуры в масштабе менее нанометра, что почти в 10 000 раз меньше ширины человеческого волоса. Затем группа Персека построила модель, которая вычисляет, как структурные изображения соотносятся с функцией клетки.

Исследование является первым примером метода, подобного дифракции, который можно проводить на целых синтетических клетках. Используя этот новый метод, группа Персека обнаружила, что более низкая концентрация сахаров на поверхности клеточной мембраны приводит к повышенной реактивности с белками на мембранах других клеток.

Одной из целей Персека является выяснить, как контролировать межклеточную коммуникацию и функционирование клеток, что связано с текущей работой его группы по созданию гибридных клеток, состоящих из частей клеток человека и бактерий. В то время как его группа изучала имитаторы клеточных мембран и инженерные системы с 2010 года, открытие этого нового метода, похожего на дифракцию, было, как описывает Персек, «счастливой случайностью».

«Мы подходим к проблемам, для которых, по мнению других людей, нет решения.Вы не можете сделать большой прорыв за одну ночь», — говорит Персек. «Все эти люди в нашей команде одарены и обладают механизмами, необходимыми для решения различных проблем на пути, который объединяет историю».

Это исследование было поддержано грантами Национального научного фонда DMR-1066116, DMR-1807127, DMR-1120901 и DMR-1720530 (присуждены Лаборатории исследований структуры материи), Фондом Александра фон Гумбольдта и Национальными институтами Грант здоровья Р01-ГМ080279.

Вирджил Персек является профессором химии им. П. Роя Вагелоса на факультете химии в Школе искусств и наук в Пенсильванском университете

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.