מהי תקשורת סלולרית, שבלעדיה אדם מודרני לא יכול לדמיין את החיים? זהו סוג החיבור בו הערוץ האחרון הוא אלחוטי. הרשת מופצת על פני שטחים יבשתיים הנקראים תאים, כאשר כל אחד מהם מוגש על ידי לפחות מקלט משדר במיקום קבוע אחד, אך לרוב על ידי שלוש תחנות משדר סלולריות או בסיס. הם מספקים לתא כיסוי רשת שניתן להשתמש בו כדי לשאת קול, נתונים וסוגים אחרים של תוכן.
איך זה עובד?
מהו הסלולר בפעולה? תא משתמש בדרך כלל בסט שונה של תדרים מהשכנים כדי למנוע הפרעות ולהבטיח איכות שירות מובטחת בכל תא (עקרון התא). בשילוב, תאים אלה מספקים כיסוי רדיו על פני אזור גיאוגרפי מורחב. זה מאפשר מספר לא מבוטל של מקלטי משדר ניידים (לדוגמה, ניידיםטלפונים, טאבלטים ומחשבים ניידים המצוידים במודמים ניידים בפס רחב, זימונים וכו') מתקשרים זה עם זה ועם מקלטי משדר וטלפונים קבועים בכל מקום ברשת באמצעות תחנות בסיס, גם אם מקלטי משדר מסוימים עוברים דרך מספר תאים במהלך השידור.
לתקשורת סלולרית יש מספר תכונות שימושיות:
- קיבול גבוה יותר ממשדר אחד גדול, מכיוון שניתן להחיל את אותו תדר על מספר ערוצים אם הם נמצאים בתאים שונים.
- מכשירים ניידים צורכים פחות חשמל מאשר כשהם מחוברים למשדר בודד או ללוויין, מכיוון שהמגדלים הסלולריים קרובים יותר.
- כיסוי גדול יותר ממשדר יבשתי יחיד שכן ניתן להוסיף מגדלים סלולריים נוספים ללא הגבלת זמן ואינם מוגבלים בנראות.
כמה מתקדם זה היום?
ספקי שירותי טלקומוניקציה גדולים פרסו רשתות סלולריות להעברת קול ותוכן על פני רוב השטח המיושב של כדור הארץ. זה מאפשר לטלפונים ניידים ולהתקני מחשוב להתחבר לרשת הטלפון הרגילה ולאינטרנט הציבורי.
אזורים של מפעילי סלולר יכולים להיות שונים - משטח המדינה לחפץ קטן. ניתן להשתמש ברשתות סלולריות פרטיות למחקר או לארגונים גדולים ופארקים, כגון שליחת שיחות לסוכנויות ביטחון ציבוריות מקומיות או לחברת מוניות.
איזו מפעיל סלולרי הוא המוביל כיום? כיום, לכל מדינה יש ספקים משלה. ברוסיה, MTS ומגאפון תופסות את המקום הראשון מבחינת השכיחות.
קונספט
מהי תקשורת סלולרית ואיך היא פועלת? במערכת רדיו-תקשורת סלולרית, שטח הקרקע שיסופק בשירות זה מחולק לתאים בתבנית התלויה במאפייני השטח והקליטה. זה עשוי להיות משושה, מרובע, עגול או צורה רגילה אחרת, אם כי חלות דבש משושה הן סטנדרטיות. לכל אחד מהתאים הללו מוקצית קבוצה של תדרים (f1 - f6) שיש לתחנות בסיס הרדיו המתאימות. ניתן להחיל מחדש קבוצה של תדרים בתאים אחרים, בתנאי שלא נעשה שימוש חוזר בתדרים דומים בתאים שכנים, שכן הדבר עלול לגרום להפרעות לערוץ משותף.
התפוקה המוגברת ברשת סלולרית בהשוואה לרשת משדר בודד נבעה ממערכת המיתוג הנייד שפיתח עמוס ג'ואל ממעבדות בל, שאפשרה למספר מנויים באותו אזור להשתמש באותו התדר בעת העברת שיחות. אם יש משדר אחד פשוט, ניתן להשתמש בשיחה אחת בלבד בכל תדר נתון. למרבה הצער, יש בהכרח רמה מסוימת של הפרעות מתאי אחרים המשתמשים באותו תדר. המשמעות היא שבמערכת FDMA סטנדרטית, חייב להיות פער אחד לפחות בין תאים שמשתמשים מחדש באותו תדר.
איך הטכנולוגיה הזו נוצרה?
רשת הסלולר המסחרית הראשונה של 1G הושקה ביפן על ידי Nippon Telegraph and Telephone (NTT) בשנת 1979, בתחילה באזור המטרופולין של טוקיו. בתוך חמש שנים, היא הורחבה לכיסוי כל אוכלוסיית יפן, והפכה לרשת ה-1G הראשונה בפריסה ארצית.
קידוד סלולרי
כדי להבין מהי תקשורת סלולרית, עליך להבין את הסטנדרטים שלה. כדי להבחין בין אותות ממספר משדרים שונים, פותחו הזנים הבאים של גישה מרובה:
- דיוויזיית זמן (TDMA);
- חלוקת תדרים (FDMA);
- Division Division (CDMA);
- Division Orthogonal Frequency (OFDMA).
ב-TDMA, משבצות זמני השידור והקבלה המשמשות משתמשים שונים בכל תא שונים.
ב-FDMA, תדרי השידור והקליטה שבהם משתמשים משתמשים שונים בכל תא שונים.
עקרון ה-CDMA מורכב יותר אך משיג את אותה תוצאה: מקלטי משדר מבוזרים יכולים לבחור תא אחד ולהאזין לו.
TDMA משמש בשילוב עם FDMA או CDMA במערכות מסוימות כדי לספק ערוצים מרובים באזור כיסוי סלולרי אחד.
טרנד מודרני
מהו LTE סלולרי בטאבלט? לאחרונה, מערכות המבוססות על גישה מרובה לחלוקת תדר אורתוגונלית, כגוןLTE, שימוש חוזר בתדר 1.
מכיוון שמערכות כאלה אינן מפזרות את האות על פני רצועת התדרים, ניהול משאבי רדיו בין תאים חשוב לתיאום הקצאת משאבים בין תאים שונים ולהגבלת הפרעות בין תאים. קיימות שיטות שונות של תיאום הפרעות בין-תא (ICIC) שכבר מוגדרות בתקן.
תזמון מתואם, MIMO מרובה אתרים או יצירת אלומה מרובה אתרים הם דוגמאות נוספות לניהול משאבי רדיו בין-תא שעשוי להיות סטנדרטי בעתיד.
שדר הודעות ואותות
מהו טלפון סלולרי? ההגדרה ניתנה לעיל. כמעט לכל מערכת כזו יש מנגנון שידור כלשהו. זה יכול לשמש ישירות כדי להפיץ מידע למספר טלפונים ניידים. לשם כך משתמשים גם במגברים סלולריים.
בדרך כלל, למשל, במערכות טלפוניה סלולריות, השימוש החשוב ביותר במידע שידור הוא הקמת ערוצים לתקשורת אחד לאחד בין מקלט משדר נייד לתחנת בסיס. זה נקרא אות סלולרי. שלושה הליכי איתות שונים נמצאים בשימוש נפוץ: סדרתי, מקביל וסלקטיבי.
הפרטים של תהליך ההחלפה משתנים מעט מרשת לרשת, אך בדרך כלל יש מספר מוגבל של תאים שבהם שוכן הטלפון (קבוצה זו נקראת אזור כיסוי במערכת GSM או UMTS, או ניתוב אזור אם מדובר בפגישה).חבילת נתונים; ב-LTE, התאים מקובצים לאזור מעקב).
סימן מתרחש על ידי שליחת הודעת שידור לכל התאים הללו. ניתן להשתמש בהודעות איתות להעברת מידע. זה קורה בבימונים, במערכות CDMA לשליחת הודעות SMS, ובמערכת UMTS שבה היא מאפשרת עיכוב נמוך בקישור למטה בחיבורי מנות.
תנועה בין תאים והעברת נתונים
מהו סוג מודרני של תקשורת סלולרית? במערכת תקשורת סלולרית, כאשר מקלטי משדר ניידים מבוזרים עוברים מתא לתא במהלך תקשורת רציפה, המעבר מתדר סלולרי אחד לאחר מתבצע באופן אלקטרוני ללא הפרעה וללא מפעיל תחנת הבסיס או מיתוג ידני. זה נקרא נתונים ניידים. בדרך כלל, ערוץ חדש נבחר אוטומטית עבור המכשיר הנייד בתחנת הבסיס החדשה שתשרת אותו. לאחר מכן המכשיר עובר אוטומטית מהערוץ הנוכחי לערוץ החדש והחיבור ממשיך.
הפרטים המדויקים של העברת תקשורת סלולרית מתחנת בסיס אחת לאחרת משתנים במידה ניכרת ממערכת למערכת.
ארכיטקטורת רשת GSM
הדוגמה הנפוצה ביותר לרשת סלולרית היא רשת טלפון סלולרית (סלולרית). זהו טלפון נייד שמקבל או מבצע שיחות דרך אתר סלולרי (בסיס) או מגדל שידור. גלי רדיו משמשים להעברת אותות לטלפון נייד או ממנו.
מודרנירשתות סלולריות משתמשות בתאים מכיוון שתדרי רדיו הם משאב נפוץ מוגבל. תחנות סלולריות וטלפונים משנים תדר תחת בקרת מחשב ומשתמשים במשדרים בהספק נמוך, כך שמספר מוגבל של תדרי רדיו יכול לשמש מנויים רבים בו-זמנית עם פחות הפרעות.
איך החיבור עובד
הרשת הסלולרית משמשת את המפעיל הסלולרי להשגת כיסוי וגם קיבולת עבור המנויים שלה. אזורים גיאוגרפיים גדולים מחולקים לתאים קטנים יותר כדי למנוע אובדן אות קו ראייה וכדי לתמוך במספר רב של טלפונים פעילים באזור זה. כל אזורי הכיסוי מחוברים למרכזיות טלפון (או מתגים), אשר, בתורן, מחוברות לרשת הטלפון הציבורית.
מהו סלולר כמודם? למעשה, מדובר בחיבור דומה שמשדר חבילות מידע דרך האינטרנט.
בערים, לכל אתר סלולרי יכול להיות טווח של עד כ-0.80 ק"מ, בעוד שבאזורים כפריים טווח זה יכול להיות עד 8 ק"מ. ייתכן שבשטחים פתוחים, המשתמש יכול לקבל אותות מאתר סלולרי במרחק של עד 40 ק"מ.
מכיוון שכמעט כל הטלפונים הניידים משתמשים בתקשורת סלולרית GSM, CDMA ו-AMPS, המונח "טלפון סלולרי" משמש לסירוגין עם "נייד". אבל כדאי לשקול כמה הבדלים בין המכשירים האלה.
מהי תקשורת סלולריתבאייפון? זוהי היכולת להתחבר לרשת באמצעות שני תקנים בו זמנית - GSM ו-CDMA. עם זאת, טלפונים לווייניים הם מכשירים ניידים שאינם מתקשרים ישירות עם מגדל סלולרי יבשתי, אך יכולים לעשות זאת בעקיפין באמצעות לוויין.
באילו פורמטי תקשורת ניתן להשתמש?
ישנן מספר טכנולוגיות סלולריות דיגיטליות שונות, כולל:
- מערכת גלובלית לתקשורת ניידת (GSM).
- General Packet Radio Service (GPRS).
- CDMAOne.
- CDMA2000 נתונים מותאמים (EV-DO).
- תעריפי נתונים משופרים עבור GSM (EDGE).
- Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
- Digital Enhanced Wireless Communications (DECT).
- Digital AMPS (IS-136 / TDMA).
- Integrated Digital Enhanced Network (iDEN).
המעבר מהתקן האנלוגי לדיגיטלי הקיים היה שונה מאוד באירופה ובארה"ב. כתוצאה מכך, תקנים דיגיטליים רבים הופיעו בארה"ב, ואירופה ומדינות רבות התקרבו ל-GSM. זה מסביר את המוזרות של העבודה של מכשירי אייפון ברשת.
מבנה הרשת הסלולרית
ייצוג פשוט של רשת סלולרית במונחים של תקשורת רדיו מורכב מאלמנטים כגון:
- רשת של תחנות בסיס רדיו היוצרות תת-מערכת של תחנות בסיס.
- הרשת הראשית עם מיתוג מעגלים שקיימת לטיפול בשיחות קוליות וטקסט.
- רשת עם מיתוג חבילה שנועדה לטפל בנתונים ניידים.
- רשת טלפון עם מיתוג ציבורי לחיבור מנויים לרשת טלפון רחבה יותר.
רשת זו היא עמוד השדרה של מערכת ה-GSM. הוא מבצע פונקציות רבות כדי להבטיח שהלקוחות יקבלו את השירות הרצוי, כולל ניהול ניידות, רישום, הגדרת שיחות ומסירה.
כל טלפון מתחבר לרשת באמצעות RBS (תחנת בסיס רדיו) בגזרת התא המתאים, אשר בתורו מתחבר למרכז מיתוג נייד (MSC). ה-MSC מתחבר לרשת הטלפון הפומבית (PSTN). הקישור מהטלפון ל-RBS מוגדר כ-uplink ונתיב החזרה מוגדר כ-downlink.
איך מועברים נתונים?
ערוצי רדיו משתמשים באמצעי השידור ביעילות באמצעות שימוש בסכימות גישה מרובות וריבוי הבאות:
- חלוקת תדרים (FDMA);
- דיוויזיית זמן (TDMA);
- Division Division (CDMA);
- Space Divisional (SDMA).
תאים קטנים, בעלי שטח כיסוי קטן יותר מתחנות בסיס, מסווגים כדלקמן:
- Microcell - פחות מ-2 קילומטרים.
- Picocell - פחות מ-200 מטר.
- Femtocell - כ-10 מטרים.
מהי תקשורת סלולרית לילדים? מונח זה מובן בדרך כלל כתעריפי "ילדים" מיוחדים עם חבילות שירות מיוחדות.
שידור סלולרי ברשתותתקשורת סלולרית
כאשר משתמש הטלפון עובר מאזור סלולרי אחד לאחר במהלך שיחה, התחנה הניידת תחפש ערוץ חדש לחיבור כדי לא להפריע לשיחה. ברגע שהוא נמצא, הרשת מורה למכשיר הנייד לעבור לערוץ החדש ולהעביר אליו את השיחה בו-זמנית.
עם פורמט CDMA, מספר טלפונים חולקים ערוץ רדיו ספציפי. האותות מופרדים באמצעות קוד פסאודו רעש (קוד PN) ספציפי לכל מכשיר. כאשר משתמש עובר מתא אחד לאחר, הטלפון יוצר קישור רדיו עם מספר מיקומים (או מגזרים של אותו מיקום) בו-זמנית. זה מכונה "מסירה רכה" מכיוון שבניגוד לטכנולוגיות סלולריות מסורתיות, אין נקודה מוגדרת אחת שבה הטלפון עובר לתא חדש. לכן, בעת החלת תקן זה, נעשה שימוש במגברים סלולריים ואינטרנט.
במסירות בין-תדרים של IS-95 ומערכות אנלוגיות ישנות יותר כמו NMT, לרוב לא ניתן לבדוק ישירות את ערוץ היעד במהלך התקשורת. במקרה זה, יש להשתמש בשיטות אחרות, כגון משואות בקרה ב-IS-95. המשמעות היא שכאשר מחפשים ערוץ חדש, כמעט תמיד יש הפסקה קצרה בתקשורת, עם סיכון של חזרה לא צפויה לערוץ הישן.
אם אין חיבור קבוע, או שהוא עלול להיות מופרע, המכשיר הנייד עשוי לעבור באופן ספונטני מתא אחד לאחר ולאחר מכן להודיע לתחנת הבסיס עם האות החזק ביותר.
בחירהתדרים סלולריים ברשתות סלולריות
השפעת התדר על הכיסוי הסלולרי פירושה שתדרים שונים מתאימים יותר למטרות שונות. תדרים נמוכים כגון 450 מגה-הרץ NMT משמשים היטב לכיסוי כפרי. GSM 900 (900 מגה-הרץ) הוא פתרון מתאים לכיסוי עירוני קטן.
GSM 1800 (1.8 GHz) מתחיל להיות מוגבל לקירות מבניים. UMTS במהירות 2.1 GHz דומה מאוד בכיסוי ל-GSM 1800. בהתאם למאפייני האזור, מפעילי הסלולר מגדירים אזורי כיסוי ותדרים שונים.
תדרים גבוהים יותר הם חיסרון בכל הנוגע לכיסוי, אך יתרון מכריע בכל הנוגע לרוחב פס. תאים קטנים המכסים, למשל, קומה אחת בבניין הופכים אפשריים, וניתן להשתמש באותה תדירות עבור תאים שהם למעשה שכנים.
אזורי כיסוי ושירות
אזור השירות של תא יכול להשתנות גם עקב הפרעות ממערכות שידור בתוכו ובסביבתו. זה נכון במיוחד במערכות מבוססות CDMA. המקלט צריך יחס אות לרעש מסוים, והמשדר לא צריך לשדר בהספק גבוה מדי כדי לא להפריע למשדרים אחרים.
ככל שההפרעות (הרעש) גדלות עקב עליית ההספק המתקבל מהמשדר, האות מושחת ובסופו של דבר הופך לבלתי שמיש. במערכות מבוססות CDMA, ההשפעה של הפרעות ממשדרים ניידים אחרים באותו תא על אזור הכיסוי בולטת מאוד.
דוגמאות לציפויניתן לראות כיסוי סלולרי על ידי בחינת חלק ממפות הכיסוי המסופקות על ידי ספקים אמיתיים באתרים שלהם, או על ידי התבוננות במפות עצמאיות במקור המונים כגון OpenSignal. הם מראים איזו מפעיל סלולרי פועל בטריטוריה מסוימת. במקרים מסוימים הם עשויים לסמן את מיקום המשדר, במקרים אחרים זה עשוי להיות מחושב על ידי קביעת נקודת הכיסוי הגדולה ביותר.
החזר סלולרי משמש להרחבת שטח הכיסוי של תא על פני שטח גדול. הם נעים בין משחזרי פס רחב למגורים ולמשרדים ועד להחזרים חכמים או דיגיטליים לשימוש תעשייתי.
לכל ספק סלולרי יש טווח מספרים משלו, בדרך כלל שונה לפי קוד. ניתן להשתמש בו כדי לקבוע באיזה אזור ומפעיל סלולרי יש למתקשר.
