مخابرات سیار چیست؟ - نسخه‌ی قابل چاپ +- تالار گفتگوی کیش تک/ kishtech forum (http://forum.kishtech.ir) +-- انجمن: پردیس فناوری کیش (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=1) +--- انجمن: فناوری اطلاعات و ارتباطات (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=6) +---- انجمن: سایر موضوعات (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=35) +---- موضوع: مخابرات سیار چیست؟ (/showthread.php?tid=54706)

مخابرات سیار چیست؟ - morteza.abbasi - 05-06-2021 پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فناوری اطلاعات و ارتباطات مخابرات بی سیم در سال ۱۸۹۷ با اختراع تلگراف بی سیم توسط ماركنی آغاز شد و اكنون پس از گذشت بیش از یك قرن، سومین نسل از سیستم های مخابرات بی سیم یعنی سیستم های مخابرات فردی (PCS) پا به عرصه ظهور گذاشته است. اكنون فناوری های مخابرات سیار تا بدانجا پیش رفته است كه كاربران اینچنین سیستم هایی با استفاده از یك ترمینال دستی كوچك (handset) می توانند با هر كس در هر زمان و هر مكان، انواع اطلاعات (صوت، تصویر و دیتا) را مبادله كنند. این مقاله نگاهی اجمالی اما فنی به تاریخ و تكنیك های مهم مخابرات سیار دارد. یجاد امكانات ارتباطی با كمترین محدودیت های مكانی و زمانی از نیازهای بشر است كه از دیرباز بدان توجه می شود. در ابتدا، سیستم های مخابراتی جهت انتقال صوت و علائم الكتریكی از سیم های هادی ارتباط استفاده می كردند. با پیشرفت تكنولوژی و به كارگیری امواج الكترومغناطیسی، امكان ایجاد ارتباط بی سیم فراهم شد و قدم اول در غلبه بر مشكل ایجاد ارتباط در مكان هایی كه امكان كابل گذاری وجود نداشت، یا مسافت آنها بالا بود و افت سیگنال ها مانع از برقراری ارتباط می شد، برداشته شد. روند رو به رشد تكنولوژی و صنعت مخابرات منجر به كاربرد موج برهای نوری و سیستم های نوری شد و بدین وسیله امكان انتقال اطلاعات با پهنای باند بالا در نقاط دور فراهم شد. سیستم های مخابراتی متداول از بسترهای هدایتی سیمی به منظور حمل اطلاعات استفاده می كنند و این امر مستلزم آن است كه میان مبدأ و مقصد كابل گذاری صورت گیرد. هزینه بسیار بالای پیاده سازی كابل ها، افت سیگنال در درون آنها بخصوص در مسافت های بالا، سخت بودن یا عدم امكان كابل كشی در برخی نقاط و انعطاف پذیری كم (عدم تحرك و جابه جایی) در ارائه سرویس های مختلف از جمله مسائلی است كه كاربرد سیستم های مخابراتی بی سیم را موجه و در برخی موارد الزامی می كند. از جمله راه حل های پوشش كاربران در شبكه هایی كه از ضعف عدم امكانات ایجاد بسترهای مخابراتی مانند خطوط دوسیمه، رنج می برند و نیاز به پیاده سازی سریع لینك های مخابراتی با هزینه مناسب دارند، استفاده از شبكه بی سیم است. •اصول مشترك سیستم های رادیویی سیار • در كلیه تشكیلاتی كه از سرویس های رادیویی سیار بهره برداری می كنند، عموماً واحدهای سیار نیاز به برقراری ارتباط رادیویی با یك ایستگاه كنترل كننده مركزی دارند. در این سیستم ها تعداد زیادی سیار با مركز ثابت مربوط به خود در تماس هستند و تشكیلات مختلف باید همزمان و بدون ایجاد تداخل با یكدیگر قادر به برقراری تماس مورد نیاز باشند. در این سیستم ها نیاز به آنتن هایی داریم كه به صورت همه جهته و در موازات سطح زمین از ایستگاه ثابت، اطلاعات را پخش و جمع آوری نمایند و آنتن های سیار هم باید با راندمان مناسب جهت نصب روی واحد سیار باشند. در محیط های شهری امواج رادیویی باید قدرت نفوذ و انتشار از میان ساختمان های مرتفع را داشته باشند. همچنین به علت محدودیت در باندهای رادیویی، باید بتوان از باندهای رادیویی مشابه در شهرهای مختلف كه در فاصله مناسبی از یكدیگر قرار دارند، به صورت مكرر استفاده كرد. • در اكثر سیستم های عملی جهت برقراری ارتباط مناسب با واحدهای سیار لازم است تا از یك دستگاه رادیویی مرتفع جهت ارسال و دریافت پیام ها استفاده شود، اما به دلیل عملی نشدن این مسئله در اغلب اوقات، معمولاً ارتباط بین دفتر مركزی و ایستگاه رادیویی مورد نیاز از طریق یك لینك ثانویه كه می تواند تركیبی از كابل های تلفنی داخل شهری و یك لینك رادیویی ماكروویو باشند، برقرار شده و این لینك ثانویه پیام های مركز ثابت را جهت پخش به ایستگاه رادیویی VHF انتقال داده و پیام ها از آن نقطه برای واحدهای سیار پخش خواهد شد. از اشكالات لینك ثانویه این است كه چنانچه به عللی لینك ثانویه قطع شود، شبكه سیار از كار خواهد افتاد. روش دیگر برای ایجاد پوشش رادیویی مناسب، استفاده از ایستگاه های تكراركننده است كه موجب افزایش برد عملیاتی ایستگاه مركزی خواهد شد. در این نوع تكراركننده ها به دلیل امكان كار همزمان فرستنده و گیرنده، فركانس ارسال و دریافت باید از یكدیگر حداقل فاصله ای داشته باشند تا از كاهش حساسیت گیرنده و نوسان جلوگیری به عمل آید. • در سیستم های سیار، چون زمان دریافت پیام مشخص نیست، معمولاً گیرنده ها آماده دریافت پیام هستند. از طرف دیگر به علت تغییرات دامنه سیگنال دریافتی در سیستم های سیار كه در محدوده وسیع انجام می پذیرد گیرنده باید مجهز به یك مدار كنترل كننده بهره به طور اتوماتیك (AGC) برای تثبیت قدرت سیگنال دریافتی باشد. در نتیجه در زمان هایی كه پیامی دریافت نمی شود، به علت وجود نویز در سیستم، گیرنده های FM مجهز به مداری موسوم به ( Squelch یا Mute) هستند كه وجود كاریر را در سیگنال دریافتی آشكار كرده و خروجی صوتی را تنها در صورتی كه وجود كاریر تشخیص داده شود، باز خواهد نمود. وجود این مدار باعث خواهد شد كه در حالت انتظار برای دریافت پیام، گیرنده Muteشده و نویز مزاحم از گیرنده شنیده نشود. •استفاده ازشبكه های سلولی در مخابرات سیار سیستم مخابرات سیار مورد استفاده در یك منطقه جغرافیایی باید به گونه ای باشد كه از لحاظ مخابراتی تمام منطقه را تحت پوشش قرار بدهد و اصطلاحاً هیچ نقطه كوری از دید امواج رادیویی باقی نماند. از طرف دیگر اختصاص فركانس های كاری مورد استفاده باید به صورتی باشد كه تداخل فركانسی در سیستم ایجاد نشود. بنابراین هنگام پیاده سازی سیستم موبایل در یك منطقه جغرافیایی، منطقه مربوطه را به مناطق كوچكتری به نام سلول تقسیم بندی می كنند. آنگاه فرستنده را در سلول قرار می دهند. در این صورت سرویس دهی تنها در منطقه ای كه سلول بندی شده است ممكن می شود. شبكه های سلولی دو مزیت دارند، یكی از آنها استفاده مجدد از فركانس كاریر با رعایت فاصله جغرافیایی است. مزیت دیگر شكافتن سلول ها است. بدین معنی كه در طرح اولیه شبكه سلولی مخابرات سیار، سلول را بزرگ انتخاب می كنند و در صورت افزایش مشتركان سلول را می توان به سلول های كوچكتری تقسیم كرد و اصطلاحاً سلول را شكافت، و با گذاشتن ایستگاه های پایه BTS)) اضافه، تعداد مشترك بیشتری را سرویس دهد. •نسل های مخابرات سیار تاریخ كامل مخابرات بی سیم به چهار دوره تقسیم می شود. ۱- دوره قبل از همگانی شدن این سیستم ۲- سیستم های آنالوگ (نسل اول) ۳- سیستم های دیجیتال نسل دوم ۴- سیستم های دیجیتال نسل سوم (PCS) دوره قبل از همگانی شدن سیستم های مخابرات بی سیم از سال های ۱۹۵۰ شروع و تا ۱۹۶۰ ادامه یافت. در این دوره از مخابرات سیار برای كاربردهای پلیسی، نظامی و هواپیمایی استفاده می شد و تجهیزات ارسال و دریافت، حجیم و گران قیمت بود. نسل اول در سال های ۱۹۷۰ تا ۱۹۸۰ بر پایه تكنولوژی آنالوگ و استفاده از مفهوم سلولی پدید آمد. ایده اساسی در مخابرات سیار سلولی (MCS) استفاده مجدد از طیف فركانسی در مناطقی است كه به اندازه كافی از هم دورند. استفاده از مخابرات سیار سلولی موجب افزایش ظرفیت سیستم، كاهش هزینه، بهبود كیفیت سرویس و كاهش توان مورد نیاز شد. انواع مختلفی از این سیستم های آآنالوگ با نام های گوناگون TACS، Aurora، NMT، AMPS، NEC و… وجود داشت. اما مهمترین و رایج ترین شكل سیستم های آنالوگ، سیستم AMPS است. سیستم AMPS در سال ۱۹۷۸ راه اندازی شد. این سیستم در باند فركانسی ۸۰۰ تا ۹۰۰ مگاهرتز كار می كرد و دارای ۶۶۶ كانال دوطرفه با پهنای باند ۳۰kHz و مدولاسیون FM آنالوگ بود. با افزایش بیش از حد تقاضا، سیستم های آنالوگ نسل اول قادر به تأمین ظرفیت مورد نیاز برای برخی مناطق شهری نبودند. از معایب و كمبودهای AMPS، مسئله ظرفیت این سیستم است. همچنین از اشكالاتی كه در این سیستم ها وجود دارد ضعف امنیتی آنها است. به طوری كه به متقلبان مجال استفاده غیر مجاز را می دهد. این اشكالات در سیستم های دیجیتال نسل بعدی بر طرف شده است. به علاوه سیستم های دیجیتال نرخ بیت و سرعت بالاتری دارند و حجم اطلاعاتی بیشتری را می توان در كانال های آن مبادله كرد. با توجه به ظهور سیستم های دیجیتال، سیستم AMPS چندان مورد استفاده نخواهد بود. سیستم های نسل دوم در سال های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ با استفاده از تكنولوژی دیجیتال تحقق یافت. GSMاولین استاندارد MCS تمام دیجیتال در دنیا است. این سیستم در ۱۹۹۲ در اروپا به بهره برداری تجاری رسید. در این سیستم موبایل ها از فركانس های ۸۹۰ تا ۹۱۵ مگاهرتز و ایستگاه پایه ها از فركانس های ۹۳۵ تا ۹۶۰ مگاهرتز برای ارسال سیگنال استفاده می كنند. پهنای باند هر كانال رادیویی ۲۰۰ كیلو هرتز است كه توسط ۸ كاربر استفاده می شود. به علت تقاضای روزافزون برای سرویس های MCS، تكنولوژی های جدیدی نظیر CDMA برای بهبود بهره برداری از طیف فركانسی پدید آمد. CDMA یكی از پیچیده ترین سیستم های بی سیم دیجیتال در دنیای امروز است. CDMA تمامی كاربران را در فركانس های یكسان و زمان های یكسان با كدهای مختلف مجزا می كند. پهنای باند هر كانال ۲۳/۱ مگاهرتز است. سیستم های نسل سوم، سیستم های مخابرات فردی (PCS) نامیده می شوند. PCS سیستمی است كه با استفاده از آن كاربر می تواند در هر زمان و در هر مكان با هر كس به كمك یك مخابرات فردی واحد (PTN) تبادل اطلاعات نمایند. در سال های اخیر نسل سوم شبكه های رادیو سلولی شدیداً مورد توجه قرار گرفته است. سیستم های نسل سوم را گاه با ۳G نشان می دهند. هم اكنون سیستم های CDMA باند وسیع ( W-CDMA) به صورت تجاری به كار گرفته می شوند و روزبه روز كاربرد آنها در مخابرات سیار بیشتر می شود. از لحاظ تاریخی CDMAبه سه دوره تقسیم می شود: ۱- CDMA اولیه كه بیشتر در حد تئوری بود، از سال ۱۹۴۹ تا ۱۹۷۸ ۲- CDMA باند باریك از ۱۹۷۸ تا ۱۹۹۵ ۳- CDMA باند وسیع از ۱۹۹۵ به بعد. نسل سوم از اواخر سال ۱۹۹۵ كم كم وارد عرصه مخابرات سیار شد. از مزایای عمده آن بر سیستم های نسل دوم نرخ بیت بالاتر، پشتیبانی همزمان صدا و تصویر با توجه به نرخ بیت بالا، قابلیت انعطاف پذیری بیشتر، سرویس های دسترسی چندگانه همزمان برای یك كاربر و... است. سیستم های رادیویی سیار نقش مهمی را در فعالیت های بازرگانی، تجارتی و امور مراقبتی و حفاظتی عمومی به گونه ای صنعتی و پیشرفته دارا هستند و به همین دلیل دانشمندان پیوسته در اندیشه بهینه ساختن سیستم های مخابرات سیار هستند.