پروژه سیستم های رادیویی موبایل

 

 

 

 

 

 

 

در اوايل دهه 70، انديشه سيستمهاي راديويي موبايل مبتني بر سلول (Cell) در “آزمايشگاههاي بل” آمريكا شكل گرفت. اما چنين سيستمهايي تا يك دهه بعد براي استفاده تجاري عرضه نشدند. در خلال اولين سالهاي دهه 80، سيستمهاي تلفن سلولي آنالوگ با رشد سريعي در اروپا بويژه در كشورهاي اسكانديناوي و انگلستان مواجه شدند. اين سيستمها از باندهاي فركانسي 800 مگاهرتز (806 تا 902 مگاهرتز) و 9/1 گيگاهرتز (1850 تا 1990 مگاهرتز) استفاده مي كنند. فركانسهاي 9/1 گيگاهرتز به PCS (سرويسهاي ارتباط شخصي) اختصاص دارند اما بسياري از سيستمهاي سلولي، چنين فركانسي را بعنوان مجموعه قابليتهاي PCS در سرويس Voice-Centric بكار مي‌برند.

سيستمهاي سلولي قديمي و نسل اول از نوع آنالوگ بودند كه با فركانسهاي 800 مگاهرتز كار مي كردند. بعداً و با توسعه سيستمها فركانسهاي 8/1 گيگاهرتز و در قسمتهايي از شمال آمريكا، فركانسهاي 9/1 گيگاهرتز مورد استفاده قرار گرفتند.

حدود ده سال بعد با اولين موبايل ديجيتالي در شبكه هاي سوئيچينگ- مدار، نسل دوم پديدار شد. اين سيستمها از كيفيت بهتر صدا، ظرفيت بيشتر، نياز به نيروي برق كمتر و قابليتهاي برقراري ارتباط جهاني برخوردار بودند. اين سيستمها هم با فركانسهاي 800 مگاهرتز و هم با باندهاي PCS كار مي كردند. سيستمهاي موبايل سلولي از سه روش متفاوت براي به اشتراك گذاردن طيف RF (امواج راديويي) استفاده مي كنند:

- دسترسي چندگانه تقسيم فركانس (FDAM)

- دسترسي چندگانه تقسيم زمان (TDMA)

- دسترسي چندگانه تقسيم كد (CDMA)

از سه روش فوق، TDMA و CDMA روشهاي غالب و رايج مي باشند.

با پيشرفت سريع، كار به جايي رسيد كه به دليل عدم و جود قوانين استاندارد شده، هر شركت سيستم خاص خود را بوجود آورد. عواقب نامطلوب اين اتفاق، بوجود آمدنه بازاري چند پاره بود كه هر قطعه فرضي از تجهيزات آن، تنها در محدوده مرزي كشور سازنده كار مي كرد. به منظور غلبه بر اين مشكل، در سال 1982، كنفرانس پست و مخابرات راه دور اروپا (CEPT) گروه ويژه موبايل (GSM) را تشكيل داد تا يك سيستم راديويي موبايل سلولي يكسان را در سطح كل اروپا ايجاد نمايد. سيستم استاندارد مي بايست معيارهاي مشخصي را دارا باشد كه عبارت بودند از:

- كارآيي طيف فركانس

- برقراري ارتباط و تغيير آن بصورت بين‌المللي

- هزينه هاي كم براي سيستم موبايل و ايستگاههاي اصلي

- كيفيت صوتي خوب

- سازگاري با سيستمهاي ديگر از قبيل ISDN (سرويسهاي شبكه مجتمع ديجيتالي)

- امكان پشتيباني از سرويسهاي جديد

مقرر شد كه سيستم GSM با استفاده از تكنولوژي ديجيتال ايجاد گردد. متعاقب آن مخفف GSM به مترادف عبارت “سيستم جهاني براي ارتباطات موبايل” تبديل شد. در سال 1989 مسئوليت رسيدگي مشخصات استاندارد GSM از CEPT به “موسسه استانداردهاي مخابراتي اروپا” (ETSI) واگذار شد.

فاز اول مشخصات GSM، يكسال بعد منتشر گرديد، اما استفاده تجاري از سيستم تا اواسط سال 1991 شروع نشد. در سال 1995 مشخصات فاز دوم تا سطح پوشش نواحي شهري توسعه يافت و تا آخر همان سال نزديك به 120 شبكه در حدود 70 ناحيه جغرافيايي در حال كار بودند.

با شروع هزاره جديد و عبور از موانع متعددي در اين مسير، پيشرفتهاي مهمي در حركت بسوي سرويسهاي به اصطلاح نسل سوم 3G صورت گرفت:

- تعداد مشتركين GSM در تمام دنيا به مقدار تخميني 165 ميليون نفر بالغ شد.

- اولين شبكه هاي GPRS يعني گامي اساسي به سوي شبكه هاي 3G بوجود آمد.

- اولين سيستمهاي آزمايشگاهي WAP دراروپا در حال راه اندازي بودند.

- تا سال 2001 وعده همكاري يكپارچه ميان سيستمها، يعني دنياي بي سيم و دنياي كامپيوتر/ اينترنت و سرويسهاي جديد موجود (نظير Video on Demand)، از هر زمان ديگري به حقيقت نزديكتر شد.

GSM

شبكه GSM را مي توان به چهار بخش اصلي تقسيم كرد:

- ايستگاه موبايل كه بوسيله مشترك حمل مي شود.

- سيستم فرعي، ايستگاه اصلي راديوئي را با “ايستگاه موبايل” كنترل مي كند.

- سيستم فرعي شبكه و سوئيچينگ، يعني بخش اصلي مركز سوئيچينگ سرويسهاي موبايل و سيستمي كه تماسها را بين موبايل و ساير شبكه هاي موبايل يا ثابت كاربران سوئيچ مي كند. زير- سيستم فوق، كار مديريت سرويسهاي موبايل از قبيل تاييد مجوزها را نيز برعهده دارد.

- سيستم فرعي عمليات و پشتيباني كه بر روند درست عمليات و كار شبكه نظارت دارد.

اتحاديه مخابرات بين‌المللي (ITU) كه (علاوه بر كارهاي ديگر) بر تخصيص طيف فركانسهاي راديويي كه به باندهاي 915-850 مگاهرتز براي ارسال (از ايستگاه اصلي) اختصاص دارد، مديريت مي كند. اين فركانس براي دريافت در شبكه هاي موبايل اروپا، مقدار 960-935 مگاهرتز (از ايستگاه اصلي به ايستگاه موبايل) مي باشد. بدليل اينكه از اوايل دهه 1980 اين محدوده فركانسي، از قبل توسط سيستمهاي آنالوگ روز مورد استفاده قرار گرفته بود، CEPT براي حفظ 10 مگاهرتز بالايي هر باند براي شبكه GSM تحت توسعه، پيش‌بيني هاي لازمه را انجام داد و نهايتاً كل پهناي باند 25*2 مگاهرتز به GSM اختصاص يافت.

به دليل اينكه طيف فركانس راديويي يك منبع محدود اشتراكي ميان تمامي كاربران است، براي تقسيم پهناي باند در ميان حداكثر كاربران، ابداع يك روش خاص ضروري بود. روش انتخاب شده بوسيله GSM، تركيبي از FDMA و TDMA مي باشد. قسمت FDMA، تقسيم فركانس پهناي باند 25 مگاهرتزي به 124 فركانس حامل است كه پهناي باند هر كدام 200 كيلوهرتز مي باشد. سپس به هر ايستگاه اصلي، يك يا چند فركانس حامل اختصاص پيدا مي كند.

سپس با استفاده از يك طرح TDMA، هر كدام از اين فركانسهاي عامل از نظر زماني به هشت شكاف تقسيم مي شوند. يك شكاف زماني براي ارسال و يكي براي دريافت در موبايل مورد استفاده قرار مي گيرد. دليل اين جداسازي آن است كه واحد موبايل عمل دريافت و ارسال را بصورت همزمان انجام ندهد، واقعيتي كه صنعت الكترونيك را ساده مي كند.

منحصر بفرد بودن تكنولوژي GSM ناشي از اين واقعيت است كه كاربران بايد “كارتهاي ماژول شناسايي مشترك” (سيم كارت) را در دستگاه موبايل دستي خود نصب نمايند. اين كارتها، تراشه هاي كوچكي هستند كه توسط تامين كنندگان خدمات GSM تحويل مي شوند. “سيم كارتها” حاوي اطلاعات مهمي از قبيل يك شماره تلفن و كليه مختصات صورتحساب مشترك مي باشد كه مي تواند شماره تلفنها را در خود ذخيره كند.

اين قابليت كاربران را قادر مي سازد تا فقط با بيرون آوردن سيم كارت از يك گوشي موبايل GSM و قرار دادن آن در ديگري، دستگاه تلفن دستي خود را عوض كنند. در نتيجه كاربران مي توانند حتي در صورت تعويض دستگاه موبايل نيز همان شماره تلفن قبلي خود را داشته باشند. ضمناً كاربران مي توانند به مناطق يا كشورهايي سفر كنند كه شبكه GSM در آنجا از فركانس متفاوتي استفاده مي كند، سپس يك تلفن موبايل اجاره كرده و سيم كارت خود را در آن نصب كنند. با اينكار مي توانند كليه پيامهاي تلفني و پيامهاي كوتاه SMS را با استفاده از شماره معمول خود دريافت كنند.

سيستم تلفن GSM مورد استفاده با يك كامپيوتر شخصي “نت بوك” Card PC داراي يك سيستم جامع Plug-and-Play براي برقراري ارتباطات مي باشد. قابليتهاي مبادله اطلاعات و فاكس با سرعت 9600 بيت در ثانيه به همراه امكانات ويژه اي مانند تغيير خطوط بين‌المللي و سرويس پيامهاي كوتاه (SMS). كاربران موبايل را قادر مي‌سازد به هنگام مسافرت در كشورهاي مختلف به شكلي ساده و مطمئن، تماس برقرار نمايند. به خاطر داشته باشيد كه قابليتهاي تبادل اطلاعات اتوماتيك نيستند وتامين كنندگان خدمات GSM بايد امكانات آنرا فراهم كنند تا كاربران موبايل بتوانند از اين مزايا بهره مند شوند.

سرويسهاي مبادله اطلاعات مي تواند “شروع از موبايل” (Mobile Originated) و يا “منتهي به موبايل” (Mobile Terminated) باشد. مفهوم “شروع از موبايل” (MO) آن است كه كاربران مي توانند با استفاده از شبكه GSM اطلاعات را از يك مكان دور ارسال نمايند و “منتهي به موبايل” (MT) بدان معني است كه كاربران مي توانند با استفاده از شبكه GSM، فاكس و يا پيامهاي كوتاه خود را توسط نت بوك دريافت كنند.

تماسهايي كه با سيستمهاي نسل دوم GSM قابل دسترس در اواخر سال 1999 (چه بصورت صوتي و يا اطلاعاتي) برقرار مي شدند، تنها يك شكاف زماني را اشغال نموده و در نتيجه سرعت انتقال اطلاعات فقط به 6/9 كيلوبيت بر ثانيه مي رسيد. از نظر تئوري مي توان چند شكاف زماني را براي كسب سرعتهاي بالاتر به يكديگر ملحق كرد، درست به همان روشي كه يك زوج از خطهاي ISDN براي دو برابر كردن توان عملياتي به يكديگر متصل مي شوند. ظهور “سوئيچينگ مدار اطلاعات پرسرعت” (HSCSD) كه نيازمند ضميمه اي براي معرفي يك پروتكل جديد ارتباط راديويي به GSM استاندارد بود، امكان استفاده از هر هشت شكاف زماني براي دستيابي به سرعت انتقال اطلاعات تا حد 76 كيلوبيت بر ثانيه را فراهم نمود.

در سال 1993 اولين قرار داد تغيير سرويس دو طرفه به امضاء رسيد كه دسترسي متقابل را بين شبكه هاي GSM خارجي امكان پذير مي كرد. اين امكان، كاربران موبايل را از نگراني در مورد بوق tone شماره گيري كشورهاي خارجي، كدهاي دسترسي، كد كشورها و ناهمگوني رابطهاي اتصال دهنده، خلاص كرد، زيرا به محض آنكه كاربر تلفن خود را روشن كرده وارد شبكه مي شد، خود سيستم آنها را پيدا مي‌كند. كاربران مي توانند تماس تلفني برقرار كرده، نامه هاي الكترونيكي خود را خوانده و اطلاعات بروز رساني شده بانك اطلاعاتي را دريافت كنند، درست مانند اينكه در منزل خود قرار دارند.

سيستم جابجايي خدمات فاكس، اطلاعات و SMS اولين بار در سال 1995 عرضه شد. SMS كه اساساً براي نشان دادن انتظار پيام صوتي مورد استفاده قرار گرفته بود، با همين روش، در حالت ارتباط دو طرفه كار مي كند. متعاقباً اين قابليت به يك سيستم كاملاً عملي در پيام رساني موبايل تحول پيدا كرد كه امكان مرور، ورود به شبكه، ارسال و دريافت پيامهاي كوتاه SMS با طول 160 كاراكتر را بر روي كامپيوترهاي قابل حمل فراهم مي كرد.