ما هو الاتصال الخلوي الذي بدونه لا يستطيع الإنسان الحديث تخيل الحياة؟ هذا هو نوع الاتصال الذي تكون فيه القناة الأخيرة لاسلكية. يتم توزيع الشبكة على مناطق أرضية تسمى الخلايا ، يتم تقديم كل منها بواسطة جهاز إرسال واستقبال واحد على الأقل في الموقع الثابت ، ولكن الأكثر شيوعًا عن طريق ثلاث محطات إرسال واستقبال خلوية أو قاعدية. أنها توفر للخلية تغطية الشبكة التي يمكن استخدامها لنقل الصوت والبيانات وأنواع أخرى من المحتوى.
كيف يعمل؟
ما هو الخلوي في العمل؟ عادةً ما تستخدم الخلية مجموعة مختلفة من الترددات عن تلك المجاورة لتجنب التداخل وضمان جودة الخدمة المضمونة في كل خلية (مبدأ الخلية). عند الجمع بين هذه الخلايا ، توفر تغطية راديوية عبر منطقة جغرافية ممتدة. هذا يسمح لعدد كبير من أجهزة الإرسال والاستقبال المحمولة (على سبيل المثال ، المحمولتتواصل الهواتف والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة المجهزة بأجهزة مودم النطاق العريض للجوال وأجهزة الاستدعاء وما إلى ذلك) مع بعضها البعض ومع أجهزة الإرسال والاستقبال الثابتة والهواتف في أي مكان على الشبكة عبر محطات القاعدة ، حتى إذا كانت بعض أجهزة الإرسال والاستقبال تمر عبر خلايا متعددة أثناء الإرسال.
يحتوي الاتصال الخلوي على عدد من الميزات المفيدة:
- سعة أعلى من جهاز إرسال واحد كبير ، حيث يمكن تطبيق نفس التردد على قنوات متعددة إذا كانت في خلايا مختلفة.
- تستهلك الأجهزة المحمولة طاقة أقل مما لو كانت متصلة بجهاز إرسال واحد أو قمر صناعي لأن الأبراج الخلوية أقرب.
- تغطية أكبر من جهاز إرسال أرضي واحد حيث يمكن إضافة أبراج خلوية إضافية إلى أجل غير مسمى ولا تقتصر على الرؤية.
ما مدى تقدم هذا اليوم؟
قام كبار مزودي خدمات الاتصالات بنشر شبكات خلوية لنقل الصوت والمحتوى فوق معظم الأراضي المأهولة بالسكان من الأرض. يسمح هذا للهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر بالاتصال بشبكة الهاتف القياسية والإنترنت العام.
يمكن أن تختلف مناطق مشغلي الهاتف المحمول - من أراضي الدولة إلى كائن صغير. يمكن استخدام الشبكات الخلوية الخاصة للبحث أو للمؤسسات الكبيرة والمتنزهات ، مثل إرسال مكالمات إلى وكالات الأمن العام المحلية أو شركة سيارات الأجرة.
ما هي شركة الاتصالات الرائدة اليوم؟ اليوم ، كل دولة لديها مزوديها الخاصين. في روسيا ، MTS و Megafon تحتل المرتبة الأولى من حيث الانتشار.
مفهوم
ما هو الاتصال الخلوي وكيف يعمل؟ في نظام الاتصالات الراديوية الخلوية ، تُقسَّم مساحة الأرض التي يتعين توفيرها بهذه الخدمة إلى خلايا بنمط يعتمد على خصائص التضاريس والاستقبال. قد يكون شكلًا سداسيًا أو مربعًا أو دائريًا أو شكلًا عاديًا آخر تقريبًا ، على الرغم من أن أقراص العسل السداسية قياسية. يتم تخصيص مجموعة من الترددات (f1 - f6) لكل من هذه الخلايا التي تحتوي عليها محطات الراديو المعنية. يمكن إعادة تطبيق مجموعة من الترددات في خلايا أخرى ، بشرط عدم إعادة استخدام الترددات المماثلة في الخلايا المجاورة ، لأن هذا قد يسبب تداخلًا في نفس القناة.
ترجع زيادة الإنتاجية على الشبكة الخلوية مقارنة بشبكة إرسال واحدة إلى نظام التبديل المحمول الذي طوره عاموس جويل من مختبرات بيل ، والذي سمح لعدة مشتركين في نفس المنطقة باستخدام نفس التردد عند تبديل المكالمات. إذا كان هناك جهاز إرسال واحد بسيط ، فيمكن استخدام مكالمة واحدة فقط على أي تردد معين. لسوء الحظ ، هناك حتمًا مستوى معين من التداخل من الخلايا الأخرى التي تستخدم نفس التردد. هذا يعني أنه في نظام FDMA القياسي ، يجب أن يكون هناك فجوة واحدة على الأقل بين الخلايا التي تعيد استخدام نفس التردد.
كيف ظهرت هذه التقنية؟
تم إطلاق أول شبكة خلوية تجارية 1G في اليابان بواسطة Nippon Telegraph and Telephone (NTT) في عام 1979 ، في البداية في منطقة العاصمة طوكيو. في غضون خمس سنوات ، تم توسيعها لتشمل جميع سكان اليابان ، لتصبح أول شبكة 1G على الصعيد الوطني.
الترميز الخلوي
لفهم ماهية الاتصال الخلوي ، تحتاج إلى فهم معاييره. لتمييز الإشارات من عدة أجهزة إرسال مختلفة ، تم تطوير الأنواع التالية من الوصول المتعدد:
- تقسيم الوقت (TDMA) ؛
- تقسيم التردد (FDMA) ؛
- قسم الكود (CDMA) ؛
- قسم التردد المتعامد (OFDMA).
في TDMA ، تختلف الفترات الزمنية للإرسال والاستقبال التي يستخدمها مستخدمون مختلفون في كل خلية.
في FDMA ، تختلف ترددات الإرسال والاستقبال المستخدمة من قبل مستخدمين مختلفين في كل خلية.
مبدأ CDMA أكثر تعقيدًا ولكنه يحقق نفس النتيجة: يمكن لأجهزة الإرسال والاستقبال الموزعة تحديد خلية واحدة والاستماع إليها.
يستخدم TDMA بالاشتراك مع FDMA أو CDMA في بعض الأنظمة لتوفير قنوات متعددة في منطقة تغطية خلية واحدة.
الاتجاه الحديث
ما هو LTE الخلوي في الجهاز اللوحي؟ في الآونة الأخيرة ، تعتمد الأنظمة القائمة على الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد ، مثلLTE ، إعادة استخدام التردد 1.
نظرًا لأن مثل هذه الأنظمة لا تنشر الإشارة عبر نطاق التردد ، فإن إدارة الموارد الراديوية بين الخلايا مهمة لتنسيق تخصيص الموارد بين الخلايا المختلفة وللحد من التداخل بين الخلايا. هناك طرق مختلفة لتنسيق التداخل بين الخلايا (ICIC) محددة بالفعل في المعيار.
الجدولة المنسقة ، أو MIMO متعدد المواقع أو تشكيل الحزمة متعدد المواقع هي أمثلة أخرى لإدارة الموارد الراديوية بين الخلايا التي يمكن توحيدها في المستقبل.
إرسال الرسائل والإشارات
ما هو الهاتف الخليوي؟ التعريف الوارد أعلاه. تقريبا كل نظام من هذا القبيل لديه نوع من آلية البث. يمكن استخدام هذا مباشرة لتوزيع المعلومات على هواتف محمولة متعددة. لهذا الغرض ، يتم استخدام مكبرات الصوت الخلوية أيضًا.
بشكل نموذجي ، على سبيل المثال ، في أنظمة المهاتفة المتنقلة ، يكون أهم استخدام لمعلومات البث هو إعداد قنوات للاتصالات الفردية بين جهاز الإرسال والاستقبال المحمول والمحطة الأساسية. وهذا ما يسمى بالإشارة الخلوية. تُستخدم ثلاثة إجراءات تشوير مختلفة بشكل شائع: تسلسلي ، ومتوازي ، وانتقائي.
تختلف تفاصيل عملية الترحيل إلى حد ما من شبكة إلى أخرى ، ولكن عادة ما يكون هناك عدد محدود من الخلايا التي يوجد بها الهاتف (تسمى هذه المجموعة منطقة التغطية في نظام GSM أو UMTS ، أو التوجيه المنطقة إذا كانت هناك جلسة).حزمة بيانات؛ في LTE ، يتم تجميع الخلايا في منطقة تتبع).
يحدث التشوير عن طريق إرسال رسالة إذاعية لجميع هذه الخلايا. يمكن استخدام رسائل التشوير لنقل المعلومات. يحدث هذا في أجهزة الاستدعاء ، في أنظمة CDMA لإرسال رسائل SMS ، وفي نظام UMTS حيث يسمح بتأخير منخفض للوصلة الهابطة في اتصالات الحزم.
التنقل بين الخلايا ونقل البيانات
ما هو النوع الحديث من الاتصالات الخلوية؟ في نظام الاتصالات الخلوية ، عندما تنتقل أجهزة الإرسال والاستقبال المتنقلة الموزعة من خلية إلى أخرى أثناء الاتصال المستمر ، يتم التبديل من تردد خلية إلى أخرى إلكترونيًا دون انقطاع وبدون مشغل المحطة الأساسية أو التبديل اليدوي. هذا يسمى بيانات الجوال. عادةً ما يتم تحديد قناة جديدة تلقائيًا للجهاز المحمول في المحطة الأساسية الجديدة التي ستخدمه. ثم ينتقل الجهاز تلقائيًا من القناة الحالية إلى القناة الجديدة ويستمر الاتصال.
التفاصيل الدقيقة لنقل الاتصالات الخلوية من محطة قاعدة إلى أخرى تختلف اختلافًا كبيرًا من نظام إلى آخر.
بنية شبكة GSM
المثال الأكثر شيوعًا للشبكة الخلوية هو شبكة الهاتف المحمول (الخلوية). هذا هاتف محمول يتلقى مكالمات أو يجريها من خلال موقع خلوي (قاعدة) أو برج إرسال. تستخدم موجات الراديو لنقل الإشارات من وإلى الهاتف المحمول.
حديثتستخدم الشبكات الخلوية الخلايا لأن الترددات الراديوية مورد مشترك محدود. تقوم المحطات الخلوية والهواتف بتغيير التردد تحت تحكم الكمبيوتر وتستخدم أجهزة إرسال منخفضة الطاقة بحيث يمكن استخدام عدد محدود من ترددات الراديو من قبل العديد من المشتركين في وقت واحد مع تداخل أقل.
كيف يعمل الاتصال
يتم استخدام الشبكة الخلوية من قبل مشغل الهاتف المحمول لتحقيق التغطية والسعة لمشتركيها. تنقسم المناطق الجغرافية الكبيرة إلى خلايا أصغر لتجنب فقدان إشارة خط البصر ولدعم عدد كبير من الهواتف النشطة في تلك المنطقة. جميع مناطق التغطية متصلة بدالات الهاتف (أو المفاتيح) ، والتي بدورها متصلة بشبكة الهاتف العامة.
ما هو المودم الخلوي؟ في الواقع ، هذا اتصال مشابه ينقل حزم المعلومات عبر الإنترنت.
في المدن ، يمكن أن يصل مدى كل موقع خلوي إلى ما يقرب من 0.80 كم ، بينما في المناطق الريفية يمكن أن يصل هذا النطاق إلى 8 كم. من الممكن أن يستقبل المستخدم في المناطق المفتوحة إشارات من موقع خلوي على مسافة تصل إلى 40 كم.
نظرًا لأن جميع الهواتف المحمولة تقريبًا تستخدم الاتصالات الخلوية GSM و CDMA و AMPS ، فإن مصطلح "الهاتف الخلوي" يستخدم بالتبادل مع "الهاتف المحمول". لكن الأمر يستحق النظر في بعض الاختلافات بين هذه الأجهزة.
ما هو الاتصال الخلويعلى iPhone؟ هذه هي القدرة على الاتصال بالشبكة باستخدام معيارين في نفس الوقت - GSM و CDMA. ومع ذلك ، فإن هواتف الأقمار الصناعية هي أجهزة محمولة لا تتصل مباشرة ببرج خلوي أرضي ، ولكن يمكنها القيام بذلك بشكل غير مباشر عبر الأقمار الصناعية.
ما هي تنسيقات الاتصال التي يمكن استخدامها؟
هناك عدد من التقنيات الخلوية الرقمية المختلفة ، بما في ذلك:
- النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (GSM).
- خدمة حزم الراديو العامة (GPRS).
- CDMAOne.
- CDMA2000 البيانات الأمثل (EV-DO).
- معدلات البيانات المحسنة لـ GSM (EDGE).
- النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (UMTS).
- الاتصالات اللاسلكية الرقمية المحسّنة (DECT).
- مضخم صوت رقمي (IS-136 / TDMA).
- الشبكة الرقمية المحسنة المتكاملة (iDEN).
كان الانتقال من المعيار التناظري الحالي إلى المعيار الرقمي مختلفًا جدًا في أوروبا والولايات المتحدة. ونتيجة لذلك ، ظهرت العديد من المعايير الرقمية في الولايات المتحدة ، واقتربت أوروبا والعديد من البلدان من نظام GSM. هذا ما يفسر خصوصية عمل أجهزة iPhone على الشبكة.
هيكل الشبكة الخلوية
التمثيل البسيط لشبكة خلوية من حيث الاتصالات الراديوية يتكون من عناصر مثل:
- شبكة من محطات الراديو التي تشكل نظامًا فرعيًا للمحطة الأساسية.
- الشبكة الرئيسية بتبديل الدارات الموجودة للتعامل مع المكالمات الصوتية والنصية.
- شبكة تبديل حزم مصممة للتعامل مع بيانات الجوال.
- شبكة هاتف عامة للتبديل لتوصيل المشتركين بشبكة هاتف أوسع.
هذه الشبكة هي العمود الفقري لنظام GSM. يقوم بالعديد من الوظائف لضمان حصول العملاء على الخدمة المطلوبة ، بما في ذلك إدارة التنقل والتسجيل وإعداد المكالمات والتسليم.
يتصل كل هاتف بالشبكة باستخدام RBS (محطة قاعدة راديو) في قطاع الخلية المقابلة ، والتي تتصل بدورها بمركز تحويل الهاتف المحمول (MSC). يتصل MSC بشبكة الهاتف العامة (PSTN). يتم تعريف الارتباط من الهاتف إلى RBS على أنه ارتباط صاعد ويتم تعريف مسار العودة على أنه ارتباط هابط.
كيف يتم نقل البيانات؟
تستخدم قنوات الراديو وسيط الإرسال بكفاءة من خلال استخدام أنظمة الوصول المتعدد وتعدد الإرسال التالية:
- تقسيم التردد (FDMA) ؛
- تقسيم الوقت (TDMA) ؛
- قسم الكود (CDMA) ؛
- قسم الفضاء (SDMA).
الخلايا الصغيرة ، التي لها مساحة تغطية أصغر من المحطات القاعدية ، يتم تصنيفها على النحو التالي:
- Microcell - أقل من 2 كيلومتر.
- Picocell - أقل من 200 متر.
- Femtocell - حوالي 10 أمتار.
ما هو الاتصال الخلوي للأطفال؟ عادة ما يُفهم هذا المصطلح على أنه تعريفات خاصة "للأطفال" مع حزم خدمة خاصة.
الإرسال الخلوي في الشبكاتالاتصالات المتنقلة
عندما ينتقل مستخدم الهاتف من منطقة خلوية إلى أخرى أثناء المكالمة ، ستبحث محطة الهاتف المحمول عن قناة جديدة للاتصال بها حتى لا تقاطع المكالمة. بمجرد العثور عليها ، تقوم الشبكة بإرشاد الجهاز المحمول للتبديل إلى القناة الجديدة وتحويل المكالمة إليها في نفس الوقت.
باستخدام تنسيق CDMA ، تشترك هواتف متعددة في قناة راديو معينة. يتم فصل الإشارات باستخدام رمز ضوضاء زائف (رمز PN) خاص بكل جهاز. عندما ينتقل المستخدم من خلية إلى أخرى ، ينشئ الهاتف رابطًا لاسلكيًا مع مواقع متعددة (أو قطاعات من نفس الموقع) في نفس الوقت. يُعرف هذا باسم "التسليم الناعم" لأنه ، على عكس التقنيات الخلوية التقليدية ، لا توجد نقطة محددة يتحول فيها الهاتف إلى خلية جديدة. لذلك ، عند تطبيق هذا المعيار ، يتم استخدام مكبرات الصوت الخلوية والإنترنت.
في عمليات التسليم بين الترددات IS-95 والأنظمة التناظرية الأقدم مثل NMT ، لا يمكن عادة التحقق مباشرة من القناة المستهدفة أثناء الاتصال. في هذه الحالة ، يجب استخدام طرق أخرى ، مثل إشارات التحكم في IS-95. هذا يعني أنه عند البحث عن قناة جديدة ، هناك دائمًا انقطاع قصير في الاتصال ، مع خطر عودة غير متوقعة للقناة القديمة.
إذا لم يكن هناك اتصال دائم ، أو قد يتم قطعه ، فقد ينتقل الجهاز المحمول تلقائيًا من خلية إلى أخرى ثم يقوم بإخطار المحطة الأساسية بأقوى إشارة.
اختيارالترددات الخلوية في شبكات الجوال
تأثير التردد على تغطية الخلية يعني أن الترددات المختلفة مناسبة بشكل أفضل للأغراض المختلفة. تعمل الترددات المنخفضة مثل 450 MHz NMT بشكل جيد للغاية للتغطية الريفية. GSM 900 (900 ميجاهرتز) هو حل مناسب للتغطية الحضرية الصغيرة.
GSM 1800 (1.8 جيجا هرتز) بدأت تقتصر على الجدران الهيكلية. UMTS بتردد 2.1 جيجاهرتز مشابه جدًا في التغطية لنظام GSM 1800. اعتمادًا على خصائص المنطقة ، يقوم مشغلو شبكات الهاتف المحمول بتعيين مناطق تغطية وترددات مختلفة.
الترددات الأعلى هي عيب عندما يتعلق الأمر بالتغطية ، لكنها ميزة حاسمة عندما يتعلق الأمر بالنطاق الترددي. تغطي الخلايا الصغيرة ، على سبيل المثال ، طابقًا واحدًا من المبنى ، ويمكن استخدام التردد نفسه للخلايا المجاورة عمليًا.
مناطق التغطية والخدمات
يمكن أيضًا أن تتغير منطقة الخدمة للخلية بسبب التداخل من أنظمة الإرسال داخلها وحولها. هذا صحيح بشكل خاص في الأنظمة القائمة على CDMA. يحتاج جهاز الاستقبال إلى نسبة إشارة إلى ضوضاء معينة ، ويجب ألا يرسل جهاز الإرسال بطاقة عالية جدًا حتى لا يتداخل مع أجهزة الإرسال الأخرى.
مع زيادة التداخل (الضوضاء) بسبب زيادة الطاقة المستقبلة من جهاز الإرسال ، تصبح الإشارة تالفة وتصبح في النهاية غير قابلة للاستخدام. في الأنظمة القائمة على CDMA ، يكون تأثير التداخل من أجهزة الإرسال المتنقلة الأخرى في نفس الخلية على منطقة التغطية ملحوظًا جدًا.
أمثلة طلاءيمكن رؤية التغطية الخلوية من خلال فحص بعض خرائط التغطية التي يوفرها مقدمو الخدمات الحقيقيون على مواقعهم الإلكترونية ، أو من خلال النظر إلى خرائط التعهيد الجماعي المستقلة مثل OpenSignal. إنها توضح مشغل الهاتف المحمول الذي يعمل في منطقة معينة. في بعض الحالات قد يقومون بتمييز موقع جهاز الإرسال ، وفي حالات أخرى يمكن حسابه عن طريق تحديد نقطة التغطية الأكبر.
يستخدم المكرر الخلوي لتوسيع منطقة تغطية الخلية على مساحة كبيرة. وهي تتراوح من مكررات النطاق العريض للاستخدام السكني والمكتبي إلى أجهزة إعادة الإرسال الذكية أو الرقمية للاستخدام الصناعي.
لكل مزود خدمة خلوية نطاقه الخاص من الأرقام ، وعادة ما يختلف حسب الكود. يمكن استخدامه لتحديد المنطقة ومشغل الهاتف المحمول لدى المتصل.
