سیستم های رادیویی موبایل
سیستم های رادیویی موبایل
در اوایل دهه 70، اندیشه سیستمهای رادیویی موبایل مبتنی بر سلول (Cell) در “آزمایشگاههای بل” آمریکا شکل گرفت. اما چنین سیستمهایی تا یک دهه بعد برای استفاده تجاری عرضه نشدند. در خلال اولین سالهای دهه 80، سیستمهای تلفن سلولی آنالوگ با رشد سریعی در اروپا بویژه در کشورهای اسکاندیناوی و انگلستان مواجه شدند. این سیستمها از باندهای فرکانسی 800 مگاهرتز (806 تا 902 مگاهرتز) و 9/1 گیگاهرتز (1850 تا 1990 مگاهرتز) استفاده می کنند. فرکانسهای 9/1 گیگاهرتز به PCS (سرویسهای ارتباط شخصی) اختصاص دارند اما بسیاری از سیستمهای سلولی، چنین فرکانسی را بعنوان مجموعه قابلیتهای PCS در سرویس Voice-Centric بکار می‌برند.
سیستمهای سلولی قدیمی و نسل اول از نوع آنالوگ بودند که با فرکانسهای 800 مگاهرتز کار می کردند. بعداً و با توسعه سیستمها فرکانسهای 8/1 گیگاهرتز و در قسمتهایی از شمال آمریکا، فرکانسهای 9/1 گیگاهرتز مورد استفاده قرار گرفتند.
حدود ده سال بعد با اولین موبایل دیجیتالی در شبکه های سوئیچینگ- مدار، نسل دوم پدیدار شد. این سیستمها از کیفیت بهتر صدا، ظرفیت بیشتر، نیاز به نیروی برق کمتر و قابلیتهای برقراری ارتباط جهانی برخوردار بودند. این سیستمها هم با فرکانسهای 800 مگاهرتز و هم با باندهای PCS کار می کردند. سیستمهای موبایل سلولی از سه روش متفاوت برای به اشتراک گذاردن طیف RF (امواج رادیویی) استفاده می کنند:
- دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس (FDAM)
- دسترسی چندگانه تقسیم زمان (TDMA)
- دسترسی چندگانه تقسیم کد (CDMA)
از سه روش فوق، TDMA و CDMA روشهای غالب و رایج می باشند.
با پیشرفت سریع، کار به جایی رسید که به دلیل عدم و جود قوانین استاندارد شده، هر شرکت سیستم خاص خود را بوجود آورد. عواقب نامطلوب این اتفاق، بوجود آمدنه بازاری چند پاره بود که هر قطعه فرضی از تجهیزات آن، تنها در محدوده مرزی کشور سازنده کار می کرد. به منظور غلبه بر این مشکل، در سال 1982، کنفرانس پست و مخابرات راه دور اروپا (CEPT) گروه ویژه موبایل (GSM) را تشکیل داد تا یک سیستم رادیویی موبایل سلولی یکسان را در سطح کل اروپا ایجاد نماید. سیستم استاندارد می بایست معیارهای مشخصی را دارا باشد که عبارت بودند از:
- کارآیی طیف فرکانس
- برقراری ارتباط و تغییر آن بصورت بین‌المللی
- هزینه های کم برای سیستم موبایل و ایستگاههای اصلی
- کیفیت صوتی خوب
- سازگاری با سیستمهای دیگر از قبیل ISDN (سرویسهای شبکه مجتمع دیجیتالی)
- امکان پشتیبانی از سرویسهای جدید
مقرر شد که سیستم GSM با استفاده از تکنولوژی دیجیتال ایجاد گردد. متعاقب آن مخفف GSM به مترادف عبارت “سیستم جهانی برای ارتباطات موبایل” تبدیل شد. در سال 1989 مسئولیت رسیدگی مشخصات استاندارد GSM از CEPT به “موسسه استانداردهای مخابراتی اروپا” (ETSI) واگذار شد.
فاز اول مشخصات GSM، یکسال بعد منتشر گردید، اما استفاده تجاری از سیستم تا اواسط سال 1991 شروع نشد. در سال 1995 مشخصات فاز دوم تا سطح پوشش نواحی شهری توسعه یافت و تا آخر همان سال نزدیک به 120 شبکه در حدود 70 ناحیه جغرافیایی در حال کار بودند.
با شروع هزاره جدید و عبور از موانع متعددی در این مسیر، پیشرفتهای مهمی در حرکت بسوی سرویسهای به اصطلاح نسل سوم 3G صورت گرفت:
- تعداد مشترکین GSM در تمام دنیا به مقدار تخمینی 165 میلیون نفر بالغ شد.
- اولین شبکه های GPRS یعنی گامی اساسی به سوی شبکه های 3G بوجود آمد.
- اولین سیستمهای آزمایشگاهی WAP دراروپا در حال راه اندازی بودند.
- تا سال 2001 وعده همکاری یکپارچه میان سیستمها، یعنی دنیای بی سیم و دنیای کامپیوتر/ اینترنت و سرویسهای جدید موجود (نظیر Video on Demand)، از هر زمان دیگری به حقیقت نزدیکتر شد.
شبکه GSM را می توان به چهار بخش اصلی تقسیم کرد:
- ایستگاه موبایل که بوسیله مشترک حمل می شود.
- سیستم فرعی، ایستگاه اصلی رادیوئی را با “ایستگاه موبایل” کنترل می کند.
- سیستم فرعی شبکه و سوئیچینگ، یعنی بخش اصلی مرکز سوئیچینگ سرویسهای موبایل و سیستمی که تماسها را بین موبایل و سایر شبکه های موبایل یا ثابت کاربران سوئیچ می کند. زیر- سیستم فوق، کار مدیریت سرویسهای موبایل از قبیل تایید مجوزها را نیز برعهده دارد.
- سیستم فرعی عملیات و پشتیبانی که بر روند درست عملیات و کار شبکه نظارت دارد.
اتحادیه مخابرات بین‌المللی (ITU) که (علاوه بر کارهای دیگر) بر تخصیص طیف فرکانسهای رادیویی که به باندهای 915-850 مگاهرتز برای ارسال (از ایستگاه اصلی) اختصاص دارد، مدیریت می کند. این فرکانس برای دریافت در شبکه های موبایل اروپا، مقدار 960-935 مگاهرتز (از ایستگاه اصلی به ایستگاه موبایل) می باشد. بدلیل اینکه از اوایل دهه 1980 این محدوده فرکانسی، از قبل توسط سیستمهای آنالوگ روز مورد استفاده قرار گرفته بود، CEPT برای حفظ 10 مگاهرتز بالایی هر باند برای شبکه GSM تحت توسعه، پیش‌بینی های لازمه را انجام داد و نهایتاً کل پهنای باند 25*2 مگاهرتز به GSM اختصاص یافت.
به دلیل اینکه طیف فرکانس رادیویی یک منبع محدود اشتراکی میان تمامی کاربران است، برای تقسیم پهنای باند در میان حداکثر کاربران، ابداع یک روش خاص ضروری بود. روش انتخاب شده بوسیله GSM، ترکیبی از FDMA و TDMA می باشد. قسمت FDMA، تقسیم فرکانس پهنای باند 25 مگاهرتزی به 124 فرکانس حامل است که پهنای باند هر کدام 200 کیلوهرتز می باشد. سپس به هر ایستگاه اصلی، یک یا چند فرکانس حامل اختصاص پیدا می کند.
سپس با استفاده از یک طرح TDMA، هر کدام از این فرکانسهای عامل از نظر زمانی به هشت شکاف تقسیم می شوند. یک شکاف زمانی برای ارسال و یکی برای دریافت در موبایل مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل این جداسازی آن است که واحد موبایل عمل دریافت و ارسال را بصورت همزمان انجام ندهد، واقعیتی که صنعت الکترونیک را ساده می کند.
منحصر بفرد بودن تکنولوژی GSM ناشی از این واقعیت است که کاربران باید “کارتهای ماژول شناسایی مشترک” (سیم کارت) را در دستگاه موبایل دستی خود نصب نمایند. این کارتها، تراشه های کوچکی هستند که توسط تامین کنندگان خدمات GSM تحویل می شوند. “سیم کارتها” حاوی اطلاعات مهمی از قبیل یک شماره تلفن و کلیه مختصات صورتحساب مشترک می باشد که می تواند شماره تلفنها را در خود ذخیره کند.