Существует множество способов определения местоположения, такие как спутниковая навигация (GPS), местоположение по беспроводным сетям WiFi и по сетям сотовой связи.
В данном посте мы попытались проверить, насколько хорошо работает технология определения местоположения по вышкам сотовой связи в городе Минске (при условии использования только открытых баз данных координат передатчиков GSM).
Принцип действия заключается в том, что сотовый телефон (или модуль сотовой связи) знает, каким приемопередатчиком базовой станции он обслуживается и имея базу данных координат передатчиков базовой станции можно приблизительно определить своё местоположение.
Теперь немного о том, что такое передатчик в понимании OpenCellID и каким образом наполняется база данных OpenCellID. Эта БД наполняется различными способами, наиболее простой - это установка на смартфон приложения, которое записывает координаты телефона и обслуживающую базовую станцию, а затем отсылает на сервер все измерения. На сервере OpenCellID происходит вычисление приблизительного местоположения базовой станции на основании большого числа измерений (см. рисунок ниже). Таким образом, координаты беспроводной сети вычисляются автоматически и являются очень приблизительными.
Карта Участники OpenStreetMap
Теперь перейдем к вопросу о том, как использовать эту базу данных. Есть два варианта: использовать сервис перевода Cell ID в координаты, который предоставляется сайтом OpenCellID.org , либо выполнять локальный поиск. В нашем случае локальный способ предпочтительней, т.к. мы собираемся проехать по 13-километровому маршруту, и работа через веб будет медленной и неэффективной. Соответственно нам необходимо скачать базу данных на ноутбук. Это можно сделать, скачав файл cell_towers.csv.gz c сайта downloads.opencellid.org .
База данных представляет собой таблицу в CSV-формате, описанном ниже:
- код страны; - код оператора; - код зоны; - идентификатор передатчика; - долгота передатчика; - широта передатчика.
Все сотовые модули поддерживают следующие команды: AT+CREG, AT+COPS (обслуживающая базовая станция), AT+CSQ (уровень сигнала от базовой станции). Некоторые модули позволяют узнать кроме обслуживающего передатчика также и соседние, т.е. выполнять мониторинг базовых станций с помощью команд AT^SMONC для Siemens и AT+CCINFO для Simcom. У меня в распоряжении был модуль SIMCom SIM5215Е.
Соответственно мы воспользовались командой AT+CCINFO, ее формат приведен ниже.
Нас интересуют следующие параметры:
- индикатор обслуживающего передатчика; - индикатор соседнего передатчика; - код страны; - код оператора; - код зоны; - идентификатор передатчика; - мощность принимаемого сигнала в дБм.
Мониторинг работает – можно ехать.
Маршрут пролег в западной части Минска по ул. Матусевича, пр. Пушкина, ул. Пономаренко, ул. Шаранговича, ул. Максима Горецкого, ул. Лобанка, ул. Кунцевщина, ул. Матусевича.
Карта Участники OpenStreetMap
Запись лога велась с интервалом в 1 секунду. Выполняя преобразование CellID в координаты, выяснилось что 6498 обращений к базе данных OpenCellID были результативными, а 3351 обращений не нашли соответствий в БД. Т.е. hit rate для Минска составляет примерно 66 %.
На рисунке ниже показаны все передатчики, которые встречались в логе и были в БД.
Карта Участники OpenStreetMap
На рисунке ниже показаны все обслуживающие передатчики, которые встречались в логе и были в базе данных. Т.е. подобный результат можно получить на любом сотовом модуле или телефоне.
Карта Участники OpenStreetMap
Как видим, в один из моментов нас обслуживал передатчик, находящийся за транспортной развязкой на пересечении ул. Притыцкого и МКАД. Скорее всего, это загородная базовая станция, обслуживающая абонентов на расстоянии в несколько километров, что ведет к значительным ошибкам в определении местоположения по Cell ID.
Поскольку наш SIMCom SIM5215Е в каждый момент времени показывает не только обслуживающий передатчик, но также соседние и уровни сигнала от них, то попробуем рассчитать координаты аппарата на основании всех данных, имеющихся в конкретный момент времени.
Расчет координат абонента будем выполнять как взвешенное среднее координат передатчиков:
Latitude = Sum (w[n] * Latitude[n]) / Sum(w[n])
Longitude = Sum (w[n] * Longitude[n]) / Sum(w[n])
Как известно из теории распространения радиоволн, затухание радиосигнала в вакууме пропорционально квадрату расстояния от передатчика до приемника. Т.е. при удалении в 10 раз (например, с 1 км до 10 км) сигнал станет в 100 раз слабее, т.е. уменьшится на 20 дБ по мощности. Соответственно вес при каждом слагаемом определяется как:
w[n] = 10^(RSSI_in_dBm[n] / 20)
Здесь мы допустили, что мощность всех передатчиков одинаковая, это допущение ошибочно. Но ввиду отсутствия информации о мощности передатчика базовой станции приходится идти на заведомо грубые допущения.
В результате получаем более подробную картину местоположений.
Карта Участники OpenStreetMap
По итогу маршрут оказался неплохо прочерчен за исключением выброса в сторону развязки на МКАД, по ранее описанной причине. Кроме того, со временем база данных координат будет наполнятся, что также должно повысить точность и доступность технологии определения местоположения по Cell ID.
Спасибо за внимание. Вопросы и комментарии приветствуются.
Термины «базовая станция» и «вышка сотовой связи» давно и прочно вошли в наш лексикон. И если средний пользователь вспоминает об этих вещах не так часто, то уж «сотовый телефон» по привычности явно входит в десятку лидеров. Сотовой связью ежедневно пользуются сотни миллионов людей, но очень мало кто из них задумывается о том, как обеспечивается эта самая связь. И из этого меньшинства очень немногие действительно представляют всю сложность и тонкость этого инструмента связи.
С точки зрения большинства людей, установка базовой станции сотовой связи является весьма несложным делом. Достаточно повесить несколько антенн, подключить их к сети - и готово. Но такое представление в корне неверно. И поэтому мы решили рассказать о том, сколько тонкостей и нюансов возникает при монтаже базовой станции в условиях мегаполиса.
Чтобы наглядно проиллюстрировать свой рассказ, мы подробно задокументировали процесс установки вышки сотовой связи на крыше здания в Москве, по адресу ул. Краснодонская, д.19, корп.2. Это двухэтажное отдельно стоящее административное здание. Мы выбрали именно этот пример потому, что на этой базовой станции не просто смонтирована маленький кронштейн для подвески антенн, а установлена 5-секционная вышка высотой 15 м. Но начнём по порядку.
Подготовка и проектирование
Работа по установке базовой станции начинается с поиска подходящего объекта. Когда он найден, с его владельцем заключается договор аренды. Определяется необходимое расположение антенн будущей станции, масса полезной нагрузки, и исходя из этого проектируются металлоконструкции. При этом учитывается несущая способность элементов конструкции самого здания.
На каждую установленную базовую станцию оформляется комплект документации (толщиной почти 5 см). Помимо прочего, здесь указано множество параметров будущей конструкции: её расположение на объекте, габаритные размеры, общий вес, расположение точек опоры, потребляемые напряжение и мощность, и так далее.
В этой папке собрана исчерпывающая информация:
- проектная документация;
- копии ведомостей, лицензий, сертификатов и заключений соответствия на все элементы, вплоть до гаек и краски;
- рабочая документация на оборудование, металлические конструкции, архитектурно-строительное решение, молниезащиту;
- санитарно-эпидемиологическое заключение о безопасности станции для жителей окружающих домов.
Вернёмся к нашей вышке. После согласования и утверждения проекта, на заводе были изготовлены отдельно платформа и пять сегментов вышки. Поскольку в данном случае речь шла о довольно тяжёлой конструкции, то её необходимо было установить на несущие стены здания. Для этого в кровле были прорезаны отверстия и проведена установка опорных балок. Они играют роль свайного фундамента для платформы, на которую в дальнейшем было смонтировано оборудование станции и вышка с антеннами. Общий вес платформы составил 3857 кг.
Профиль, размеры и количество балок, из которых собирается платформа, толщина стенок, протяжённость сварных швов, используемые метизы - все эти параметры рассчитываются исходя из массы полезной нагрузки, несущей способности стен здания, а также возможных ветровых нагрузок в данном регионе. Конечно, это далеко не единственные критерии, в первую очередь вышка должна обеспечить возможность установки приёмо-передающих антенн на необходимой высоте в зоне видимости соседних базовых станций. Кроме того, конструкция должна быть достаточно жёсткой, чтобы не сбивался луч релейной связи.
Монтаж металлоконструкций
Здание небольшое, отдельного выхода на крышу у него нет, поэтому бригаде монтажников приходится залезать по пожарной лестнице. Её нижняя часть отрезана, чтобы на крышу не лазили жители окружающих домов. К сожалению, это их не слишком останавливает, поэтому с крыш часто что-нибудь пропадает - запчасти, кабели, фидеры и т.д.
Несмотря на то, что каждая станция оснащается сигнализацией, служба безопасности не всегда успевает приехать вовремя.
На крыше уже установлена базовая станция другого сотового оператора, но её размеры не идут ни в какое сравнение с нашей.
После монтажа платформы, подготавливаются площадки для установки первой секции вышки:
После установки секции, начинается «закручивание гаек»:
Установка вышки на шпильки делается для того, чтобы можно было компенсировать отклонения от вертикали в ходе монтажа и дальнейшей эксплуатации.
Вертикальность конструкции постоянно контролируется с двух точек с помощью теодолитов. Причём измерения проводятся отдельно для каждой секции вышки, и потом журнал измерений будет включён в комплект документов. Впоследствии проводится периодические измерения положения вышки, поскольку под собственным весом и весом оборудования может происходить небольшое спиралеобразное скручивание конструкции (до 50 мм на 72 м высоты).
Аппаратный шкаф, подготовленный к установке на платформу:
Итак, первая секция установлена и выровнена. Монтажники готовятся к приёму второй секции:
Безопасности и комфортности работ уделяется очень большое внимание не только при монтаже, но и при дальнейшем обслуживании. Размер рабочих площадок подобран таким образом, чтобы у инженеров было достаточно места для работы. Установлены ограждения лестниц, проёмы в площадках на вышке закрываются люками, чтобы предотвратить случайное падение. Платформа поднята над плоскостью крыши, чтобы в зимнее время аппаратуру не заметало снегом и не блокировало льдом.
Монтаж остальных секций вышки:
Очередь аппаратного шкафа:
Вышка смонтирована, произведены последние измерения с помощью теодолитов. Отклонения минимальны и строго в пределах допусков. Масса вышки составила 2827 кг, а общая масса всех металлоконструкций - 6684 кг.
Цвета секций стандартные: нижняя и верхняя всегда красные, промежуточные чередуются с белым. На вершине вы можете видеть 4 штыря, являющихся продолжением рёбер вышки - это элементы молниезащиты.
Аппаратура
Следующим этапом стал монтаж всей необходимой аппаратуры и прокладка кабелей. Полный список установленного оборудования:
В результате станция приобрела довольно величественный вид, особенно в сравнении с самим зданием:
На станцию подаётся питание напряжением 380 В (3 фазы), которое потом преобразовывается в 48 В. Мощность взята с запасом - до 10 кВт. Питание подводится в отдельный шкафчик.
Откроем дверцу аппаратного шкафа. В неё встроен кондиционер (сверху) и обогреватель (снизу).
В шкафу в течение всего года поддерживается температура 18…20 градусов Цельсия. Это необходимо для бесперебойной работы оборудования и длительной службы аккумуляторов (они расположены внизу).
Аккумуляторы предназначены для обеспечения работы станции в течение примерно суток в случае отключения внешнего питания.
Сверху находится коммутационный блок и преобразователь напряжения.
Передача информации между системными модулями и приёмо-передатчиками (о них ниже) осуществляется через оптоволоконные кабели. Вот так выглядит разъём в коммутационном блоке. Его ни в коем случае нельзя трогать руками, волокно очень чувствительно к повреждениям и загрязнению.
Все базовые станции сотовой связи подключены к единой информационно оптоволоконной сети, протянутой по всей Москве. Белая бухта под аппаратным шкафом - это как раз кабель, через который подключена данная станция.
Справа от шкафа расположены системные модули GSM, CDMA и LTE:
Эти модули являются сердцем базовой станции, они принимают сигнал с антенн и осуществляют его преобразование и сжатие с дальнейшей пересылкой. Им не страшны осадки, все разъёмы герметизированы, а рабочий диапазон температур от +60 до -50.
Под системными модулями расположены грозоразрядники, которые предотвращают выгорание аппаратуры в случае удара молнии:
Справа над модулями расположены бухты оптоволоконного кабеля, с помощью которого они соединяются с приёмо-передатчиками на вышке.
Перейдём к вышке. На ней установлены приёмо-передатчики отдельно для каждого диапазона (GSM, CDMA и LTE). Они усиливают сигнал от крайне малых значений до 115-120 дБ. Из аппаратного шкафа к ним подводится питание:
Продолговатые вертикальные «ящики» - это и есть антенны. Сзади они экранированы, чтобы защитить обслуживающий персонал от электромагнитного излучения. Поднимемся на площадку.
По краям к приёмо-передатчику подключены оптоволоконные кабели, в центре - электропитание:
Заземление выведено на вышку:
Кабельные разъёмы и их заглушки на антенне:
Мы уже упоминали о том, что проектирование и постройка базовой станции сотовой связи является совсем не таким простым делом, как кажется непосвящённым. Здесь множество нюансов, которые связаны и с конкретным местоположением станции. Например, передача радиосигнала над большой водной поверхностью ухудшается, хотя должно быть наоборот, ведь никаких препятствий нет. Но дело в том, что над поверхностью земли распространяется электромагнитное поле, а большой объём воды работает своеобразным конденсатором, над которым усиливаются помехи радиосигналу. И таких тонкостей множество, поэтому от профессионализма проектировщиков и монтажников напрямую зависит эффективность работы базовой станции.
Карта охвата Yota разработана при помощи компьютерной модели. Пользователям внимательно стоит её изучить. Стоит напомнить, что в каждом регионе России карта покрытия своя. Но общая черта у всех зон покрытия одна - компьютерная карта не может отразить реальных показателей уровня мощности и скорости сигнала.
Базовые станции Yota на карте, конечно, указаны, но без учёта рельефных характеристик местности и ситуации радиообмена в пункте подсоединения оборудования абонента.
Замеры качества сигнала Yota производятся постоянно. Соответственно, карта Yota на сайте, отображающая охват оператором того или иного региона, всё время будет изменяться (согласно расширению покрытия).
Цвета имеют значение
Для карты покрытия Yota в Московской области представлены специальные таблицы с указанием населённых пунктов, уровня мощности сигнала в Дб и скоростью интернет-потока.
Оригинальное решение предложено отделением в Сочи, где вышки Yota на карте обозначены разноцветными метками:
Карта вышек Yota даёт разнообразную информацию. Благодаря ей можно получить данные о переделке станций для передачи LTE-интернета. Опция поиска своей базовой станции для абонентов предельно проста: нажать CTRL+F и набрать в поисковом окне заключительные 4 цифры номера BSID.
Шире шаг
Карта ретрансляторов Yota подсказывает, что зона покрытия оператора неуклонно растёт. 
В текущем году произошло увеличение числа станций сети LTE более чем наполовину (60%). Основные показатели оператору сделали представительства в Иркутске и Хабаровске (там ретрансляторов 4G стало больше чем в 2 раза). Хорошие результаты зафиксированы на Северо-Западе страны: Ленинградская и Вологодская области - общий показатель 50%.
Запуск новых базовых станций сети LTE значительно увеличил зону охвата 4G Yota и снизил нагрузку на уже эксплуатируемые вышки. Оператор планомерно наращивает своё присутствие на рынке высокоскоростного интернета.
Некоторые подробности
Оператор Yota, карта вышек которого, составлена без внимания на внешние реалии, предупреждает своих абонентов, что:
Колебания максимума
Изменения мощности Yota, максимальный сигнал db измеряется с помощью тестовых программ или приборов, могут привести к разрыву соединения. По информации http://www.yota77.ru/map.htm уровень сигнала в Московской области колеблется в диапазоне 18-22 Дб. Максимальное значение отмечено в 29 Дб.
В зонах с низким уровнем мощности сигнала (0-2 Дб), для его качественного увеличения (до 20 Дб) можно приобрести антенну усиления с соответствующими показателями и встроенным модемом Yota.
Published 22.04.2015 by Johhny
Cellidfinder - это простой и удобный сервис по поиску местоположения базовых станций мобильной связи стандарта GSM и построению их на карте. В статье приведена подробная инструкция по поиску местоположения базовых станций GSM с помощью данного сервиса.
Какие данные необходимы для локализации БС?
Для того, чтобы найти координаты сектора базовой станции необходимо знать 4 параметра:
- MCC (Mobile Country Code) — код, определяющий страну, в которой находится оператор мобильной связи. Например, для России он равен 250, США - 310, Венгрия - 216, Китай - 460, Украина — 255, Белоруссия — 257.
- MNC (Mobile Network Code) — код, присваиваемый оператору мобильной связи. Уникален для каждого оператора в конкретной стране. Подробная таблица кодов MCC и MNC для операторов по всему миру доступна .
- LAC (Location Area Code) — код локальной зоны. В двух словах LAC - это объединение некоторого количества базовых станций, которые обслуживаются одним контроллером базовых станций (BSC). Этот параметр может быть представлен как в десятичном, так и в шестнадцатеричном виде.
- CellID (CID) — «идентификатор соты». Тот самый сектор базовой станции. Этот параметр также может быть представлен в десятичном, и шестнадцатеричном виде.
Где взять эти данные?
Данные берутся с нетмонитора. Нетмонитор - это специальное приложение для мобильных телефонов или других устрйств, которое позволяет узнать инженерные параметры мобильной сети. В сети существует огромное количество нетмониторов для различных устройств. Найти подходящий - не проблема. Кроме того многие современные GPS трекеры в условиях плохого приема спутников могут отсылать хозяину не координаты, а параметры базовой станции (МСС, MNC, LAC, Cellid) за которую они цепляются. Cellidfinder поможет быстро перевести эти параметры в приблизительное местоположение БС.
Откуда берутся координаты базовой станции?
Поиск координат базовых станций проводится в базах данных Google и Yandex, которые предоставили такую возможность. Следует отметить, что в результате поиска мы получаем не точное местоположения вышки, а приблизительное. Это то местоположение, в котором регистрировалось наибольшее количество абонентов, передавших информацию о своем местоположении на серверы Google и Yandex. Наиболее точно местоположение по LAC и CID определяется при использовании функции усреднения, при которой вычисляются координаты всех секторов (CellID) одной базовой станции, а затем вычисляется усредненное значение.
Как работать с CellIDfinder?
Для того, чтобы начать работать с сервисом поиска местоположения базовых станций CellIdfinder необходимо установить на смартфон любой нетмонитор. Вот один из неплохих вариантов . Включаем скачанное приложение и смотрим необходимые параметры.
В данном случае в окне нетмонитора мы увидели:
MCC = 257 (Белоруссия)
MNC = 02 (МТС)
LAC = 16
CID = 2224
Вводим эти параметры в форму поиска на . Т.к. LAC и CID могут выдаваться нетмонитором как в десятичном, так и в шестнадцатеричном виде, то форма поиска имеет автозаполнение для LAC и CID во втором виде. Выбираем "Данные Google", "Данные Yandex" и, если необходима высокая точность, "Усреднение". Нажимаем кнопку "Найти БС".
В результате получили координаты для данного сектора базовой станции. Более того координаты по базам Google и Yandex практически совпали, а значит можно предположить, что БС построены на карте достаточно точно.
Оператор связи МТС будет продавать личные базовые станции своим абонентам - физическим лицам. Корпоративным клиентам такие устройства МТС устанавливает еще с 2010 года. Данные миниатюрные базовые станции (БС) называются фемтосотами и служат для создания качественного приема сети внутри помещений (indoor-покрытие). Сначала компания станет продавать фемтосоты в Москве, в дальнейшем будет рассмотрена и вся Россия.
На фото - фемтосота МТС:
Данный проект реализован из-за претензий государственных регулирующих органов к качеству мобильной связи в мегаполисе (после недовольства качеством связи в Москве Д. Медведевым). При этом, как видно, МТС собирается частично решить проблему за счет своих абонентов . Ведь будет весьма кстати в ответ на претензию клиента предложить ему купить личную базовую станцию.
Продажа портативных «домашних» БС в Москве должна начаться осенью этого года. Затем, уже в декабре, оператор проанализирует выгодность проекта и примет решение о целесообразности их продажи по всей стране.
Фемтосота по своим размерам сопоставима с привычным нам роутером, и обойдется абоненту примерно в 6 000 руб. (кстати, это более чем в раза 3 дороже среднего Wi-Wi-роутера). Подключение индорной базовой станции достаточно простое, потому абонент сможет сделать его самостоятельно. Однако для этой цели вам будет необходим качественный доступ в интернет, т.к. голосовой трафик и передачу данных с мобильных телефонов мини БС передает в «общую сотовую сеть МТС» через широкополосный интернет. Иначе она работать не будет.
Фемтосота поддерживает сеть третьего поколения (3G) и в состоянии обслуживать площадь до 300-400 кв.м. Данные БС станут особенно востребованы в зданиях с толстыми стенами, подвалах, новостройках и во всех тех помещениях, где по тем или иным причинам есть проблемы с покрытием сотовой сети МТС. При этом фемтосота прямо влияет на объем голосового и интернет-трафика, генерируемого абонентами - он повышается не менее чем на 20%. К сожалению, неизвестно, насколько такая «домашняя» базовая станция может быть вредна для здоровья человека, ведь она является высокочастотным излучателем, который находится в непосредственной близости от вас.
Учитывая опыт МегаФона, который уже пробовал продавать фемтосоты частным клиентам в ряде регионов России, данные мини-базовые станции могут стать крайне нишевым товаром. Очень и очень мало людей готовы расстаться с 6 000 руб., чтобы сделать за оператора его работу и, тем самым, еще и дополнительно привязать себя к нему (неплохая маркетинговая идея в свете старта переносимости номера от одного оператора к другому). Было бы куда логичнее предлагать фемтосоты как дополнительный сервис фиксированных провайдеров интернета. В Москве этим могла бы заняться та же МГТС, которая, кстати, сейчас проводит модернизацию своей сети, переводя дома на оптоволокно. Стоило бы включить такую индорку в комплект с «даримым» роутером МГТС, и сотовая связь от МТС могла бы заработать на полную во всех московских квартирах.
От себя хочется лишь добавить, что я скорее за этот проект, чем против. Ведь платить за индорную БС вас никто не заставляет, зато всегда есть быстрый, пусть и недешевый вариант решить у себя проблему со связью, т.к. ждать такой справедливости от МТС, порой, приходится годами.
