سیستم های رادیویی موبایل

در اوایل دهه 70، اندیشه سیستمهای رادیویی موبایل مبتنی بر سلول (Cell) در “آزمایشگاههای بل” آمریكا شكل گرفت. اما چنین سیستمهایی تا یك دهه بعد برای استفاده تجاری عرضه نشدند. در خلال اولین سالهای دهه 80، سیستمهای تلفن سلولی آنالوگ با رشد سریعی در اروپا بویژه در كشورهای اسكاندیناوی و انگلستان مواجه شدند. این سیستمها از باندهای فركانسی 800 مگاهرتز (806 تا 902 مگاهرتز) و 9/1 گیگاهرتز (1850 تا 1990 مگاهرتز) استفاده می كنند. فركانسهای 9/1 گیگاهرتز به PCS (سرویسهای ارتباط شخصی) اختصاص دارند اما بسیاری از سیستمهای سلولی، چنین فركانسی را بعنوان مجموعه قابلیتهای PCS در سرویس Voice-Centric بكار می‌برند.

سیستمهای سلولی قدیمی و نسل اول از نوع آنالوگ بودند كه با فركانسهای 800 مگاهرتز كار می كردند. بعداً و با توسعه سیستمها فركانسهای 8/1 گیگاهرتز و در قسمتهایی از شمال آمریكا، فركانسهای 9/1 گیگاهرتز مورد استفاده قرار گرفتند.

حدود ده سال بعد با اولین موبایل دیجیتالی در شبكه های سوئیچینگ- مدار، نسل دوم پدیدار شد. این سیستمها از كیفیت بهتر صدا، ظرفیت بیشتر، نیاز به نیروی برق كمتر و قابلیتهای برقراری ارتباط جهانی برخوردار بودند. این سیستمها هم با فركانسهای 800 مگاهرتز و هم با باندهای PCS كار می كردند. سیستمهای موبایل سلولی از سه روش متفاوت برای به اشتراك گذاردن طیف RF (امواج رادیویی) استفاده می كنند:

- دسترسی چندگانه تقسیم فركانس (FDAM)

- دسترسی چندگانه تقسیم زمان (TDMA)

- دسترسی چندگانه تقسیم كد (CDMA)

از سه روش فوق، TDMA و CDMA روشهای غالب و رایج می باشند.

با پیشرفت سریع، كار به جایی رسید كه به دلیل عدم و جود قوانین استاندارد شده، هر شركت سیستم خاص خود را بوجود آورد. عواقب نامطلوب این اتفاق، بوجود آمدنه بازاری چند پاره بود كه هر قطعه فرضی از تجهیزات آن، تنها در محدوده مرزی كشور سازنده كار می كرد. به منظور غلبه بر این مشكل، در سال 1982، كنفرانس پست و مخابرات راه دور اروپا (CEPT) گروه ویژه موبایل (GSM) را تشكیل داد تا یك سیستم رادیویی موبایل سلولی یكسان را در سطح كل اروپا ایجاد نماید. سیستم استاندارد می بایست معیارهای مشخصی را دارا باشد كه عبارت بودند از:

- كارآیی طیف فركانس

- برقراری ارتباط و تغییر آن بصورت بین‌المللی

- هزینه های كم برای سیستم موبایل و ایستگاههای اصلی

- كیفیت صوتی خوب

- سازگاری با سیستمهای دیگر از قبیل ISDN (سرویسهای شبكه مجتمع دیجیتالی)

- امكان پشتیبانی از سرویسهای جدید

مقرر شد كه سیستم GSM با استفاده از تكنولوژی 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، یكسال 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 نزدیك به 120 شبكه در حدود 70 ناحیه جغرافیایی در حال كار بودند.

با شروع هزاره جدید و عبور از موانع متعددی در این مسیر، پیشرفتهای مهمی در حركت بسوی سرویسهای به اصطلاح نسل سوم 3G صورت گرفت:

- تعداد مشتركین GSM در تمام دنیا به مقدار تخمینی 165 میلیون نفر بالغ شد.

- اولین شبكه های GPRS یعنی گامی اساسی به سوی شبكه های 3G بوجود آمد.

- اولین سیستمهای آزمایشگاهی WAP دراروپا در حال راه اندازی بودند.

- تا سال 2001 وعده همكاری یكپارچه میان سیستمها، یعنی دنیای بی سیم و دنیای كامپیوتر/ اینترنت و سرویسهای جدید موجود (نظیر Video on Demand)، از هر زمان دیگری به حقیقت نزدیكتر شد.

شبكه GSM را می توان به چهار بخش اصلی تقسیم كرد:

- ایستگاه موبایل كه بوسیله مشترك حمل می شود.

- سیستم فرعی، ایستگاه اصلی رادیوئی را با “ایستگاه موبایل” كنترل می كند.

- سیستم فرعی شبكه و سوئیچینگ، یعنی بخش اصلی مركز سوئیچینگ سرویسهای موبایل و سیستمی كه تماسها را بین موبایل و سایر شبكه های موبایل یا ثابت كاربران سوئیچ می كند. زیر- سیستم فوق، كار مدیریت سرویسهای موبایل از قبیل تایید مجوزها را نیز برعهده دارد.

- سیستم فرعی عملیات و پشتیبانی كه بر روند درست عملیات و كار شبكه نظارت دارد.

اتحادیه مخابرات بین‌المللی (ITU) كه (علاوه بر كارهای دیگر) بر تخصیص طیف فركانسهای رادیویی كه به باندهای 915-850 مگاهرتز برای ارسال (از ایستگاه اصلی) اختصاص دارد، مدیریت می كند. این فركانس برای دریافت در شبكه های موبایل اروپا، مقدار 960-935 مگاهرتز (از ایستگاه اصلی به ایستگاه موبایل) می باشد. بدلیل اینكه از اوایل دهه 1980 این محدوده فركانسی، از قبل توسط سیستمهای آنالوگ روز مورد استفاده قرار گرفته بود، CEPT برای حفظ 10 مگاهرتز بالایی هر باند برای شبكه GSM تحت توسعه، پیش‌بینی های لازمه را انجام داد و نهایتاً كل پهنای باند 25*2 مگاهرتز به GSM اختصاص یافت.

به دلیل اینكه طیف فركانس رادیویی یك منبع محدود اشتراكی میان تمامی كاربران است، برای تقسیم پهنای باند در میان حداكثر كاربران، ابداع یك روش خاص ضروری بود. روش انتخاب شده بوسیله GSM، تركیبی از FDMA و TDMA می باشد. قسمت FDMA، تقسیم فركانس پهنای باند 25 مگاهرتزی به 124 فركانس حامل است كه پهنای باند هر كدام 200 كیلوهرتز می باشد. سپس به هر ایستگاه اصلی، یك یا چند فركانس حامل اختصاص پیدا می كند.

سپس با استفاده از یك طرح TDMA، هر كدام از این فركانسهای عامل از نظر زمانی به هشت شكاف تقسیم می شوند. یك شكاف زمانی برای ارسال و یكی برای دریافت در موبایل مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل این جداسازی آن است كه واحد موبایل عمل دریافت و ارسال را بصورت همزمان انجام ندهد، واقعیتی كه صنعت الكترونیك را ساده می كند.

منحصر بفرد بودن تكنولوژی GSM ناشی از این واقعیت است كه كاربران باید “كارتهای ماژول شناسایی مشترك” (سیم كارت) را در دستگاه موبایل دستی خود نصب نمایند. این كارتها، تراشه های كوچكی هستند كه توسط تامین كنندگان خدمات GSM تحویل می شوند. “سیم كارتها” حاوی اطلاعات مهمی از قبیل یك شماره تلفن و كلیه مختصات صورتحساب مشترك می باشد كه می تواند شماره تلفنها را در خود ذخیره كند.