ارتباط سلولی چیست که بدون آن یک فرد مدرن نمی تواند زندگی را تصور کند؟ این نوع اتصال است که در آن آخرین کانال بی سیم است. این شبکه در مناطق زمینی به نام سلول ها توزیع می شود که هر کدام توسط حداقل یک فرستنده گیرنده مکان ثابت، اما معمولاً توسط سه ایستگاه فرستنده گیرنده سلولی یا پایه سرویس می شوند. آنها پوشش شبکه ای را برای سلول فراهم می کنند که می تواند برای انتقال صدا، داده و سایر انواع محتوا استفاده شود.
چگونه کار می کند؟
سلولی در عمل چیست؟ یک سلول معمولاً از مجموعه فرکانس‌های متفاوتی از فرکانس‌های همسایه استفاده می‌کند تا از تداخل جلوگیری کند و کیفیت تضمین شده خدمات را در هر سلول تضمین کند (اصل سلول). هنگامی که این سلول ها با هم ترکیب شوند، پوشش رادیویی را در یک منطقه جغرافیایی گسترده فراهم می کنند. این اجازه می دهد تا تعداد قابل توجهی از فرستنده و گیرنده های قابل حمل (به عنوان مثال، تلفن همراهتلفن‌ها، تبلت‌ها و لپ‌تاپ‌های مجهز به مودم‌های پهن باند سیار، پیجرها و غیره) با یکدیگر و با فرستنده‌های گیرنده و تلفن‌های ثابت در هر نقطه از شبکه از طریق ایستگاه‌های پایه ارتباط برقرار می‌کنند، حتی اگر برخی از فرستنده‌ها در حین انتقال از سلول‌های متعدد عبور کنند.
ارتباطات سلولی دارای تعدادی ویژگی مفید است:
- ظرفیت بالاتر از یک فرستنده بزرگ، زیرا فرکانس یکسان را می توان به چندین کانال در سلول های مختلف اعمال کرد.
- دستگاه‌های تلفن همراه نسبت به زمانی که به یک فرستنده یا ماهواره متصل هستند، انرژی کمتری مصرف می‌کنند، زیرا برج‌های سلولی نزدیک‌تر هستند.
- پوشش بزرگتر از یک فرستنده زمینی منفرد، زیرا برج های سلولی اضافی را می توان به طور نامحدود اضافه کرد و از نظر دید محدود نیست.
این امروز چقدر پیشرفته است؟
ارائه دهندگان خدمات مخابراتی عمده شبکه های سلولی را برای انتقال صدا و محتوا در بیشتر مناطق مسکونی زمین مستقر کرده اند. این به تلفن‌های همراه و دستگاه‌های محاسباتی اجازه می‌دهد به شبکه تلفن استاندارد و اینترنت عمومی متصل شوند.
مناطق اپراتورهای تلفن همراه می توانند متفاوت باشند - از قلمرو کشور تا یک شی کوچک. شبکه‌های سلولی خصوصی را می‌توان برای تحقیق یا برای سازمان‌ها و پارک‌های بزرگ، مانند ارسال تماس با آژانس‌های امنیتی عمومی محلی یا یک شرکت تاکسی استفاده کرد.
کدام اپراتور تلفن همراه امروز پیشرو است؟ امروزه هر کشوری ارائه دهندگان خاص خود را دارد. در روسیه، MTS و Megafon رتبه اول را از نظر شیوع دارند.
مفهوم
ارتباط سلولی چیست و چگونه کار می کند؟ در یک سیستم ارتباطات رادیویی سلولی، زمینی که قرار است با این سرویس ارائه شود، به سلول‌هایی تقسیم می‌شود که به زمین و ویژگی‌های دریافت بستگی دارد. ممکن است تقریباً شش ضلعی، مربع، گرد یا شکل منظم دیگری باشد، اگرچه لانه زنبوری شش ضلعی استاندارد است. به هر یک از این سلول ها مجموعه ای از فرکانس ها (f1 - f6) اختصاص داده می شود که ایستگاه های پایه رادیویی مربوطه دارند. گروهی از فرکانس‌ها را می‌توان در سلول‌های دیگر مجدداً اعمال کرد، مشروط بر اینکه فرکانس‌های مشابه در سلول‌های مجاور استفاده مجدد نشوند، زیرا ممکن است باعث تداخل کانال مشترک شود.
افزایش توان عملیاتی در یک شبکه سلولی در مقایسه با یک شبکه فرستنده منفرد به دلیل سیستم سوئیچینگ تلفن همراه است که توسط Amos Joel از آزمایشگاه‌های بل توسعه یافته بود، که به چندین مشترک در یک منطقه اجازه می‌داد از فرکانس یکسانی هنگام تعویض تماس استفاده کنند. اگر یک فرستنده ساده وجود داشته باشد، فقط یک تماس را می توان در هر فرکانس مشخصی استفاده کرد. متأسفانه، به ناچار سطحی از تداخل از سلول های دیگر که از فرکانس مشابهی استفاده می کنند وجود دارد. این بدان معناست که در یک سیستم استاندارد FDMA، باید حداقل یک شکاف بین سلول هایی وجود داشته باشد که از همان فرکانس استفاده مجدد می کنند.
این فناوری چگونه بوجود آمد؟
اولین شبکه تلفن همراه تجاری 1G در ژاپن توسط Nippon Telegraph and Telephone (NTT) در سال 1979 راه اندازی شد، ابتدا در منطقه شهری توکیو. در عرض پنج سال، این شبکه برای پوشش کل جمعیت ژاپن گسترش یافت و اولین شبکه سراسری 1G شد.
کدینگ سلولی
برای درک اینکه ارتباطات سلولی چیست، باید استانداردهای آن را بدانید. برای تشخیص سیگنال از چندین فرستنده مختلف، انواع دسترسی چندگانه زیر ایجاد شده است:
- تقسیم زمانی (TDMA)؛
- تقسیم فرکانس (FDMA);
- بخش بخش کد (CDMA);
- بخش فرکانس متعامد (OFDMA).
در TDMA، بازه های زمانی ارسال و دریافت مورد استفاده توسط کاربران مختلف در هر سلول متفاوت است.
در FDMA، فرکانس‌های ارسال و دریافت مورد استفاده توسط کاربران مختلف در هر سلول متفاوت است.
اصل CDMA پیچیده تر است اما به همان نتیجه می رسد: فرستنده گیرنده های توزیع شده می توانند یک سلول را انتخاب کرده و به آن گوش دهند.
TDMA در ترکیب با FDMA یا CDMA در برخی سیستم ها برای ارائه کانال های متعدد در یک منطقه پوشش سلولی استفاده می شود.
روند مدرن
LTE سلولار در تبلت چیست؟ اخیراً سیستم های مبتنی بر دسترسی های چندگانه تقسیم فرکانس متعامد، مانندLTE، استفاده مجدد از فرکانس 1.
چون چنین سیستم هایی سیگنال را در باند فرکانس پخش نمی کنند، مدیریت منابع رادیویی بین سلولی برای هماهنگی تخصیص منابع بین سلول های مختلف و برای محدود کردن تداخل بین سلولی مهم است. روش های مختلفی برای هماهنگی تداخل بین سلولی (ICIC) وجود دارد که قبلاً در استاندارد تعریف شده است.
برنامه ریزی هماهنگ، MIMO چند سایتی یا شکل دهی پرتو چند سایتی نمونه های دیگری از مدیریت منابع رادیویی بین سلولی هستند که ممکن است در آینده استاندارد شوند.
پخش پیام ها و سیگنال ها
تلفن همراه چیست؟ تعریف در بالا آورده شده است. تقریباً هر سیستمی دارای نوعی مکانیسم پخش است. این می تواند به طور مستقیم برای توزیع اطلاعات به چندین تلفن همراه استفاده شود. برای این منظور از تقویت کننده های سلولی نیز استفاده می شود.
معمولاً، برای مثال، در سیستم‌های تلفن همراه، مهمترین کاربرد اطلاعات پخش، راه‌اندازی کانال‌هایی برای ارتباط یک به یک بین یک گیرنده تلفن همراه و یک ایستگاه پایه است. به این سیگنال سلولی می گویند. معمولاً از سه روش مختلف سیگنالینگ استفاده می شود: سریال، موازی و انتخابی.
جزئیات فرآیند صفحه بندی از شبکه ای به شبکه دیگر تا حدودی متفاوت است، اما معمولا تعداد محدودی سلول وجود دارد که تلفن در آنها قرار دارد (این گروه در یک سیستم GSM یا UMTS منطقه پوشش یا مسیریابی نامیده می شود. اگر یک جلسه درگیر باشد).بسته داده؛ در LTE، سلول ها در یک منطقه ردیابی گروه بندی می شوند).
سیگنال دهی با ارسال پیام پخش به همه این سلول ها اتفاق می افتد. از پیام های سیگنالینگ می توان برای انتقال اطلاعات استفاده کرد. این در پیجرها، در سیستم‌های CDMA برای ارسال پیام‌های SMS، و در یک سیستم UMTS رخ می‌دهد که در آن تاخیر پایین لینک در اتصالات بسته امکان‌پذیر است.
حرکت بین سلول ها و انتقال داده
نوع مدرن ارتباطات سلولی چیست؟ در یک سیستم ارتباط سلولی، هنگامی که فرستنده های تلفن همراه توزیع شده در طول ارتباط مداوم از سلولی به سلول دیگر حرکت می کنند، سوئیچینگ از یک فرکانس سلولی به فرکانس دیگر به صورت الکترونیکی بدون وقفه و بدون اپراتور ایستگاه پایه یا سوئیچینگ دستی انجام می شود. این داده تلفن همراه نامیده می شود. به طور معمول، یک کانال جدید به طور خودکار برای دستگاه تلفن همراه در ایستگاه پایه جدید انتخاب می شود که به آن سرویس می دهد. سپس دستگاه به طور خودکار از کانال فعلی به کانال جدید تغییر می کند و اتصال ادامه می یابد.
جزئیات دقیق انتقال ارتباطات سلولی از یک ایستگاه پایه به ایستگاه دیگر به طور قابل توجهی از سیستمی به سیستم دیگر متفاوت است.
معماری شبکه GSM
متداول‌ترین نمونه شبکه تلفن همراه، شبکه تلفن همراه (سلولار) است. این یک تلفن قابل حمل است که از طریق یک سایت تلفن همراه (پایه) یا دکل انتقال تماس دریافت می کند یا برقرار می کند. امواج رادیویی برای انتقال سیگنال به یا از تلفن همراه استفاده می‌شود.
مدرنشبکه های سلولی از سلول ها استفاده می کنند زیرا فرکانس های رادیویی یک منبع مشترک محدود هستند. ایستگاه‌های تلفن همراه و تلفن‌ها فرکانس را تحت کنترل رایانه تغییر می‌دهند و از فرستنده‌های کم توان استفاده می‌کنند، به طوری که تعداد محدودی از فرکانس‌های رادیویی می‌توانند به طور همزمان توسط بسیاری از مشترکان با تداخل کمتر استفاده شوند.
چگونه اتصال کار می کند
شبکه تلفن همراه توسط اپراتور تلفن همراه برای دستیابی به پوشش و ظرفیت برای مشترکین خود استفاده می شود. مناطق جغرافیایی بزرگ به سلول‌های کوچک‌تر تقسیم می‌شوند تا از از دست رفتن سیگنال خط دید جلوگیری شود و تعداد زیادی تلفن فعال در آن منطقه پشتیبانی شود. همه مناطق تحت پوشش به مبادلات تلفنی (یا سوئیچ ها) متصل هستند، که به نوبه خود به شبکه تلفن عمومی متصل هستند.
سلولار به عنوان مودم چیست؟ در واقع، این یک اتصال مشابه است که بسته‌های اطلاعات را از طریق اینترنت منتقل می‌کند.
در شهرها، هر سایت سلولی می تواند تقریباً 0.80 کیلومتر برد داشته باشد، در حالی که در مناطق روستایی این برد می تواند تا 8 کیلومتر باشد. این امکان وجود دارد که در مناطق باز، کاربر بتواند سیگنال‌هایی را از یک سایت سلولی تا فاصله 40 کیلومتری دریافت کند.
از آنجایی که تقریباً همه تلفن های همراه از ارتباطات سلولی GSM، CDMA و AMPS استفاده می کنند، اصطلاح "تلفن همراه" به جای "موبایل" استفاده می شود. اما ارزش در نظر گرفتن برخی تفاوت‌های بین این دستگاه‌ها را دارد.
ارتباط سلولی چیستدر آیفون؟ این قابلیت اتصال به شبکه با استفاده از دو استاندارد همزمان - GSM و CDMA است. با این حال، تلفن های ماهواره ای دستگاه های تلفن همراهی هستند که به طور مستقیم با یک برج سلولی زمینی ارتباط برقرار نمی کنند، اما می توانند به طور غیر مستقیم از طریق ماهواره این کار را انجام دهند.
چه فرمت های ارتباطی را می توان استفاده کرد؟
تعدادی فناوری سلولی دیجیتال مختلف وجود دارد، از جمله:
- سیستم جهانی برای ارتباطات سیار (GSM).
- سرویس رادیویی بسته عمومی (GPRS).
- CDMAOne.
- CDMA2000 داده بهینه شده (EV-DO).
- نرخ داده های پیشرفته برای GSM (EDGE).
- سیستم جهانی مخابرات سیار (UMTS).
- ارتباطات بی سیم پیشرفته دیجیتال (DECT).
- آمپر دیجیتال (IS-136 / TDMA).
- شبکه پیشرفته دیجیتال یکپارچه (iDEN).
گذار از استاندارد آنالوگ موجود به دیجیتال در اروپا و ایالات متحده بسیار متفاوت بود. در نتیجه، بسیاری از استانداردهای دیجیتال در ایالات متحده ظاهر شده اند و اروپا و بسیاری از کشورها به GSM نزدیک شده اند. این ویژگی کار آیفون‌ها در شبکه را توضیح می‌دهد.
ساختار شبکه سلولی
یک نمایش ساده از یک شبکه سلولی از نظر ارتباط رادیویی شامل عناصری مانند: است.
- شبکه ای از ایستگاه های پایه رادیویی که یک زیرسیستم ایستگاه پایه را تشکیل می دهند.
- شبکه اصلی سوئیچ مدار که برای رسیدگی به تماس‌های صوتی و متنی وجود دارد.
- شبکه سوئیچ بسته که برای مدیریت داده های تلفن همراه طراحی شده است.
- شبکه تلفن سوئیچ‌شونده عمومی برای اتصال مشترکین به شبکه تلفن گسترده‌تر.
این شبکه ستون فقرات سیستم GSM است. عملکردهای بسیاری را برای اطمینان از دریافت خدمات مورد نظر مشتریان انجام می دهد، از جمله مدیریت جابجایی، ثبت نام، تنظیم تماس، و تحویل.
هر تلفن با استفاده از RBS (ایستگاه پایه رادیویی) در بخش سلول مربوطه به شبکه متصل می شود که به نوبه خود به مرکز سوئیچینگ موبایل (MSC) متصل می شود. MSC به شبکه تلفن عمومی سوئیچ شده (PSTN) متصل می شود. پیوند تلفن به RBS به عنوان Uplink و مسیر بازگشت به عنوان downlink تعریف می شود.
داده ها چگونه منتقل می شود؟
کانال های رادیویی از طریق استفاده از طرح های دسترسی چندگانه و مالتی پلکس زیر به طور موثر از رسانه انتقال استفاده می کنند:
- تقسیم فرکانس (FDMA);
- تقسیم زمانی (TDMA)؛
- بخش بخش کد (CDMA);
- Space Divisional (SDMA).
سلول‌های کوچک، که سطح پوشش کمتری نسبت به ایستگاه‌های پایه دارند، به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
- Microcell - کمتر از ۲ کیلومتر.
- Picocell - کمتر از 200 متر.
- Femtocell - حدود 10 متر.
ارتباط سلولی برای کودکان چیست؟ این اصطلاح معمولاً به عنوان تعرفه های ویژه "کودک" با بسته های خدمات ویژه درک می شود.
انتقال سلولی در شبکه هاارتباطات سیار
هنگامی که کاربر تلفن در حین مکالمه از یک منطقه سلولی به منطقه دیگر منتقل می شود، ایستگاه تلفن همراه به دنبال کانال جدیدی برای اتصال می گردد تا تماس را قطع نکند. پس از یافتن آن، شبکه به دستگاه تلفن همراه دستور می دهد تا به کانال جدید سوئیچ کند و همزمان تماس را به آن تغییر دهد.
با فرمت CDMA، چندین تلفن یک کانال رادیویی خاص را به اشتراک می گذارند. سیگنال ها با استفاده از کد شبه نویز (کد PN) مخصوص هر دستگاه جدا می شوند. هنگامی که کاربر از یک سلول به سلول دیگر حرکت می کند، تلفن یک پیوند رادیویی با چندین مکان (یا بخش های یک مکان) به طور همزمان ایجاد می کند. این به عنوان «تحویل نرم» شناخته می‌شود، زیرا برخلاف فناوری‌های سنتی سلولی، هیچ نقطه تعریف‌شده‌ای وجود ندارد که تلفن به یک سلول جدید سوئیچ کند. بنابراین هنگام اعمال این استاندارد از تقویت کننده های تلفن همراه و اینترنت استفاده می شود.
در انتقال بین فرکانس IS-95 و سیستم های آنالوگ قدیمی مانند NMT، معمولاً نمی توان مستقیماً کانال مورد نظر را در طول ارتباط بررسی کرد. در این صورت باید از روش های دیگری مانند چراغ های کنترلی در IS-95 استفاده کرد. این بدان معناست که هنگام جستجوی یک کانال جدید، تقریباً همیشه یک وقفه کوتاه در ارتباط وجود دارد، با خطر بازگشت غیرمنتظره به کانال قبلی.
اگر اتصال دائمی وجود نداشته باشد، یا ممکن است قطع شود، دستگاه تلفن همراه ممکن است به طور خود به خود از یک سلول به سلول دیگر منتقل شود و سپس با قوی ترین سیگنال به ایستگاه پایه اطلاع دهد.
انتخابفرکانس های تلفن همراه در شبکه های تلفن همراه
تأثیر فرکانس بر پوشش سلولی به این معنی است که فرکانس‌های مختلف برای اهداف مختلف مناسب‌تر هستند. فرکانس های پایین مانند 450 مگاهرتز NMT برای پوشش روستایی بسیار خوب عمل می کنند. GSM 900 (900 مگاهرتز) راه حل مناسبی برای پوشش شهری کوچک است.
GSM 1800 (1.8 گیگاهرتز) شروع به محدود شدن به دیوارهای ساختاری می کند. UMTS در 2.1 گیگاهرتز از نظر پوشش بسیار شبیه به GSM 1800 است. بسته به ویژگی های منطقه، اپراتورهای تلفن همراه مناطق و فرکانس های پوشش متفاوتی را تعیین می کنند.
فرکانس‌های بالاتر در مورد پوشش یک نقطه ضعف است، اما در مورد پهنای باند یک مزیت تعیین کننده است. سلول‌های کوچکی که مثلاً یک طبقه از یک ساختمان را می‌پوشانند امکان‌پذیر می‌شود و می‌توان از همان فرکانس برای سلول‌هایی که عملاً همسایه هستند استفاده کرد.
مناطق تحت پوشش و خدمات
منطقه خدمات یک سلول نیز می تواند به دلیل تداخل سیستم های انتقال در داخل و اطراف آن تغییر کند. این امر به ویژه در سیستم های مبتنی بر CDMA صادق است. گیرنده به نسبت سیگنال به نویز خاصی نیاز دارد و فرستنده نباید با قدرت خیلی بالا ارسال کند تا با فرستنده های دیگر تداخل نداشته باشد.
با افزایش تداخل (نویز) به دلیل افزایش توان دریافتی از فرستنده، سیگنال خراب شده و در نهایت غیر قابل استفاده می شود. در سیستم های مبتنی بر CDMA، تأثیر تداخل سایر فرستنده های تلفن همراه در همان سلول بر روی منطقه تحت پوشش بسیار قابل توجه است.
نمونه های پوششپوشش سلولی را می‌توان با بررسی برخی از نقشه‌های پوشش ارائه‌شده توسط ارائه‌دهندگان واقعی در وب‌سایت‌هایشان یا با نگاه کردن به نقشه‌های crowdsourced مستقل مانند OpenSignal مشاهده کرد. آنها نشان می دهند که کدام اپراتور تلفن همراه در یک منطقه خاص فعالیت می کند. در برخی موارد ممکن است مکان فرستنده را مشخص کنند، در برخی دیگر ممکن است با تعیین نقطه بیشترین پوشش محاسبه شود.
تکرار کننده سلولی برای گسترش ناحیه پوشش یک سلول در یک منطقه بزرگ استفاده می شود. آنها از تکرار کننده های باند پهن برای مصارف مسکونی و اداری گرفته تا تکرار کننده های هوشمند یا دیجیتال برای مصارف صنعتی را شامل می شوند.
هر ارائه دهنده تلفن همراه محدوده اعداد خاص خود را دارد که معمولاً بر اساس کد متفاوت است. می‌توان از آن برای تعیین منطقه و اپراتور تلفن همراه استفاده‌کننده استفاده کرد.
