GSM
Digital Mobile
الاتصالات النقالة الرقمية / مقدمة
تطورت الاتصالات النقالة عبر أوربا خصوصاً ضمن انكلترا بمعدل أسرع مما تكهنت به أكثر شركات البحث المتفائلة بحركة السوق ضمن بضعة سنوات قد خلت .
على الرغم من بدأ التراجع قد بطئ معدل النمو نوعاً ما في بداية التسعينات . فإنه بشكل مشابه قد تسارع للأعلى مجدداً كلما اقتربت بداية منتصف التسعينات . القائم على التقنية التمثيلية .
إن هذا الانفجار في الاستخدام قد قاد إلى مشكلة لا بد منها حيث أن كل مستخدم متمرس يعرف أن التقنية التمثيلية تعني أن المحادثة و المعلومات يتم إرسالها عبر الممر الراديوي على أنها إشارة تمثيلية راديوية معدلة ترددياً FM و المستخدمة بأجهزة الراديو العادية .
الانهيار و الخفوت و التداخل مشاكل يعاني منها المستخدمون . كما أن الكثير من الصحافة الحديثة قد ركزت كل منها على كيفية فتح المكالمات المتعددة الخلايا لهواة التنصت المجهزين براديو مسح يدوي رخيص الكلفة .
للقضاء على هذه المشاكل و فسح الطريق لطيف واسع من خدمات الزبائن . و توفير الأساسيات لشبكة الاتصالات الشخصية PCN . فقد كان البديل لهذه الشبكات التمثيلية إلى أخرى رقمية قادماً على الطريق . لقد كان الاسم المتبنى لمعيار الشبكة الرقمية يعرف أساساً باسم "مجموعة النقال الخاصة" Groupe Spéciale Mobile (GSM) . و لكن عند الترجمة إلى الانكليزية تم تسميتها النظام العام للاتصالات النقالة global system for mobile communications
و هذا النظام سيمكن الأوربيون من توافقية عالية للمرة الأولى .
النظام DCS 1800 مشتق من النظام GSM القائم على التردد 1800 ميغاهرتز .و يوفر خدمات مزايا شخصية .
GSM Background
تم نشر أول توصيف للنظام GSM في الشهر السابع من عام 1991 و تبع ذلك عدة محاولات جادة .
و تم ظهور الطرفية الأولى في السوق في الشهر السادس عام 1992 .
GSM Technical Overview
لمحة عامة عن النظام GSM :
لقد جمع النظام GSM تركيبة من التقنيات TDMA و FDMA . حيث أنه يستخدم ثمانية شرائح زمنية بالوقت الذي يدعم الحامل الترددي ثمانية أقنية بالمعدل الكامل أو ست عشر قناة بنصف المعدل الكامل
الفاصل الترددي بين قناة و أخرى 200 كيلوهرتز علماً بأن أقنية ارسال الهاتف النقال تحتل المجال 890-915 ميغا هرتز للارسال و المجال 935-960 ميغا هرتز للاستقبال .
إن قدرة الارسال العظمى تعتمد على تصنيف محطة الموبايل و تتراوح ضمن القيم 0.8 و 2 و 5 و 8 و 20 واط
و مجهز بوظيفة داخلية لمنع التداخل بقدرة ارسال مبرمجة متحكم بها و تأرجح قدرة في بداية و نهاية الشريحة الزمنية .
إن تأرجح القدرة يخفض أثر التداخل و يساعد على منع البقع الميتة في التغطية الناجمة عن خفوت المسارات المختلفة
إن معدل المعلومات الكلي المستخدم 270 كيلو بت / ثا و يفصل بين ثمانية أقنية
لتخفيض أخطاء الارسال فإن مخرج كل من مرمزات المكالمة (دجتايزر) يتم تشفيره و تداخله لاستخدام تقنية تصحيح الخطأ التقدمي forward error correction (FEC) .
و هذه التقنية تستخدم في الإرسال الرقمي الحديث للمعلومات مثل ارسال المحطات الفضائية الرقمية حيث أن انتشار الاشارة ضمن الفضاء يسبب دخول اشارات ضجيجية تضاف إلى الإشارة بحيث تصل إلى المستقبل مع بعض التشوهات
و من أجل ضمان الاستقبال الجيد تم تطوير تقنيات تصحيح الخطأ الذي يعتمد على إضافة بعض البايتات على المعلومات الأساسية
بحيث تستخدم هذه المعلومات الإضافية (بطرق رياضية خاصة تنجز من خلال معالج الإشارة الرقمية DSP) أولاً للكشف عن حدوث الخطأ و ثانياً لتصحيح هذا الخطأ ..
ترسل المعلومات على شكل رشقات كل منها بزمن يبلغ 577 مكروثانية . و كل منها يحتوي على 116 بت مشفر . و عمليات الارسال و الاستقبال تنظم لاعطاء الوقت لمركب الترددات كي يبدل القناة .
System Components
مكونات النظام :
في النظام GSM تملك كل خلية محطة قاعدة ارسال و استقبال BTS تعمل على مجموعة ترددات معينة مختلفة عن ترددات الخلايا المجاورة .
يتم التحكم بمجموعة من محطات القاعة بواسطة متحكم محطة القاعدة BSC و يتم التحكم بمجموعة من هذه الـ BSCs بواسطة الـ MSC مركز تبديل خدمات الموبايل
حيث يعتبر الـ MSC القلب المحرك لنظام الاتصالات GSM .و هو المسؤول عن انجاز عمليات التحويل و ربط المكالمات من المصدر إلى الوجهة .
أما الوظيفة الأساسية للـ BSC فهي معالجة المكالمة فطالما أن المشترك يتحرك فإنه قد يتنقل بين الخلايا المختلفة و هنا تقوم الـ BSC بالتخديم لتقليل زمن الانقطاع .
Databases
قواعد المعطيات :
يوجد قاعدتي معطيات تخزن فيها المعلومات المتعلقة بالمشتركين في الشبكة
the home location register (HLR) :مسجل الموقع :
تحتوي معلومات حول مستوى المشترك و الخدمات المزودة و موقعه الحالي
The authentication centre (AUC) : مركز التوثيق :
تعمل بشكل متقارب مع الـ HLR بمهمة منع أعمال الخداع مثل سرقة بطاقات الـ SIM أو الفواتير الغير مدفوعة
The visitor location register (VLR) مسجل موقع الزائر :
تخزن معلومات حول مستوى الزبون و خدمات مزودة و الموقع الحالي في المنطقة التي يزورها المشترك .
أيضاً تتولى قواعد المعطيات المذكورة مهمة متابعة كون المشترك فعالاً أم غير ذلك أي إن كان جهازه شغالاً أو مطفأً .
The equipment identity register (EIR) : مسجل تعريف التجهيزات :
تحتوي معلومات حول نوع محطة الموبايل المستخدمة و تستطيع ايقاف المكالمات إذا تبين أنها جزء من أجهزة مسروقة ..
GSM's Smartcard
البطاقات الذكية الخاصة بالنظام GSM :
إن شبكة الـ GSM قائمة بشكل أساسي على استخدام البطاقة الذكية المعروفة باسم وحدة تعريف المشترك
the subscriber identity module (SIM)
إن المهمة الأساسية التي تقع على عاتق البطاقة هي دعم عملية التشفير الصوتي و تنظيم التحقق من المشترك . إضافة إلى بعض المميزات الفريدة و منها :
تخزين رموز مختصرة للاتصالات الجارية .
مؤشر لمقدار الكلفة قائم على حركة الاتصالات التي تمت من خلال البطاقة و يتم تحميل المعلومات من الشبكة بحيث يتمكن المشترك من معرفة قيمة الاتصالات الجارية بالزمن الحقيقي .
خدمة الرسائل القصيرة حيث يتم تخزين الرسائل على البطاقة .
GSM User Services
خدمات المستخدم GSM :
تم تزويد النظام GSM بمجموعة من خدمات الهاتف النقال يمكن تزويدها جميعاً أو بشكل جزئي للمشترك منها :
-نوعية صوت عالية للاتصال ضمن السيارات و الهواتف اليدوية .
-خدمات معلومات تتضمن مثل خدمة الرسائل القصيرة و الصور و نقل بيانات بمعدل يصل إلى 9600 بت/ثانية مع امكانيات تخاطب دوبلكس .
- خدمة التجوال ضمن أوربا أو المناطق المغطاة بنظام الاتصال GSM بحيث يتم إعلام الشبكة الأساسية عن موقع الهاتف النقال
و هكذا يمكن أن يتم الاتصال مع المشترك دون أن يعلم المتصل أن المشترك خارج البلاد .
-معلومات الاشتراك تخزن على شريحة الـ SIM و بالتالي عند ادخال الشريحة ضمن أي هاتف متوافق مع النظام GSM فإنه يصبح هاتف الاشتراك مباشرة .. يمكن للشبكة اختبار كون الاشتراك نظامياً و أن الشريحة غير مسروقة بالتوثق من خلال قاعدة البيانات .
- الربط المباشر للمكالمات مع خدمات هواتف الطوارئ مثل الاسعاف و الشرطة و الاطفاء ..
- تحويل المكالمات في حال انشغال الهاتف أو أنه خارج نطاق التغطية
- حجب المكالمات بشكل منتخب .. مثل منع المكالمات الدولية خصوصاً في حال التجوال ..
- خدمات الانتظار و مسك المكالمة و معرفة قيمة الفاتورة بأي بالعملات المختلفة .
الاتصالات النقالة الرقمية / مقدمة
تطورت الاتصالات النقالة عبر أوربا خصوصاً ضمن انكلترا بمعدل أسرع مما تكهنت به أكثر شركات البحث المتفائلة بحركة السوق ضمن بضعة سنوات قد خلت .
على الرغم من بدأ التراجع قد بطئ معدل النمو نوعاً ما في بداية التسعينات . فإنه بشكل مشابه قد تسارع للأعلى مجدداً كلما اقتربت بداية منتصف التسعينات . القائم على التقنية التمثيلية .
إن هذا الانفجار في الاستخدام قد قاد إلى مشكلة لا بد منها حيث أن كل مستخدم متمرس يعرف أن التقنية التمثيلية تعني أن المحادثة و المعلومات يتم إرسالها عبر الممر الراديوي على أنها إشارة تمثيلية راديوية معدلة ترددياً FM و المستخدمة بأجهزة الراديو العادية .
الانهيار و الخفوت و التداخل مشاكل يعاني منها المستخدمون . كما أن الكثير من الصحافة الحديثة قد ركزت كل منها على كيفية فتح المكالمات المتعددة الخلايا لهواة التنصت المجهزين براديو مسح يدوي رخيص الكلفة .
للقضاء على هذه المشاكل و فسح الطريق لطيف واسع من خدمات الزبائن . و توفير الأساسيات لشبكة الاتصالات الشخصية PCN . فقد كان البديل لهذه الشبكات التمثيلية إلى أخرى رقمية قادماً على الطريق . لقد كان الاسم المتبنى لمعيار الشبكة الرقمية يعرف أساساً باسم "مجموعة النقال الخاصة" Groupe Spéciale Mobile (GSM) . و لكن عند الترجمة إلى الانكليزية تم تسميتها النظام العام للاتصالات النقالة global system for mobile communications
و هذا النظام سيمكن الأوربيون من توافقية عالية للمرة الأولى .
النظام DCS 1800 مشتق من النظام GSM القائم على التردد 1800 ميغاهرتز .و يوفر خدمات مزايا شخصية .
GSM Background
تم نشر أول توصيف للنظام GSM في الشهر السابع من عام 1991 و تبع ذلك عدة محاولات جادة .
و تم ظهور الطرفية الأولى في السوق في الشهر السادس عام 1992 .
GSM Technical Overview
لمحة عامة عن النظام GSM :
لقد جمع النظام GSM تركيبة من التقنيات TDMA و FDMA . حيث أنه يستخدم ثمانية شرائح زمنية بالوقت الذي يدعم الحامل الترددي ثمانية أقنية بالمعدل الكامل أو ست عشر قناة بنصف المعدل الكامل
الفاصل الترددي بين قناة و أخرى 200 كيلوهرتز علماً بأن أقنية ارسال الهاتف النقال تحتل المجال 890-915 ميغا هرتز للارسال و المجال 935-960 ميغا هرتز للاستقبال .
إن قدرة الارسال العظمى تعتمد على تصنيف محطة الموبايل و تتراوح ضمن القيم 0.8 و 2 و 5 و 8 و 20 واط
و مجهز بوظيفة داخلية لمنع التداخل بقدرة ارسال مبرمجة متحكم بها و تأرجح قدرة في بداية و نهاية الشريحة الزمنية .
إن تأرجح القدرة يخفض أثر التداخل و يساعد على منع البقع الميتة في التغطية الناجمة عن خفوت المسارات المختلفة
إن معدل المعلومات الكلي المستخدم 270 كيلو بت / ثا و يفصل بين ثمانية أقنية
لتخفيض أخطاء الارسال فإن مخرج كل من مرمزات المكالمة (دجتايزر) يتم تشفيره و تداخله لاستخدام تقنية تصحيح الخطأ التقدمي forward error correction (FEC) .
و هذه التقنية تستخدم في الإرسال الرقمي الحديث للمعلومات مثل ارسال المحطات الفضائية الرقمية حيث أن انتشار الاشارة ضمن الفضاء يسبب دخول اشارات ضجيجية تضاف إلى الإشارة بحيث تصل إلى المستقبل مع بعض التشوهات
و من أجل ضمان الاستقبال الجيد تم تطوير تقنيات تصحيح الخطأ الذي يعتمد على إضافة بعض البايتات على المعلومات الأساسية
بحيث تستخدم هذه المعلومات الإضافية (بطرق رياضية خاصة تنجز من خلال معالج الإشارة الرقمية DSP) أولاً للكشف عن حدوث الخطأ و ثانياً لتصحيح هذا الخطأ ..
ترسل المعلومات على شكل رشقات كل منها بزمن يبلغ 577 مكروثانية . و كل منها يحتوي على 116 بت مشفر . و عمليات الارسال و الاستقبال تنظم لاعطاء الوقت لمركب الترددات كي يبدل القناة .
System Components
مكونات النظام :
في النظام GSM تملك كل خلية محطة قاعدة ارسال و استقبال BTS تعمل على مجموعة ترددات معينة مختلفة عن ترددات الخلايا المجاورة .
يتم التحكم بمجموعة من محطات القاعة بواسطة متحكم محطة القاعدة BSC و يتم التحكم بمجموعة من هذه الـ BSCs بواسطة الـ MSC مركز تبديل خدمات الموبايل
حيث يعتبر الـ MSC القلب المحرك لنظام الاتصالات GSM .و هو المسؤول عن انجاز عمليات التحويل و ربط المكالمات من المصدر إلى الوجهة .
أما الوظيفة الأساسية للـ BSC فهي معالجة المكالمة فطالما أن المشترك يتحرك فإنه قد يتنقل بين الخلايا المختلفة و هنا تقوم الـ BSC بالتخديم لتقليل زمن الانقطاع .
Databases
قواعد المعطيات :
يوجد قاعدتي معطيات تخزن فيها المعلومات المتعلقة بالمشتركين في الشبكة
the home location register (HLR) :مسجل الموقع :
تحتوي معلومات حول مستوى المشترك و الخدمات المزودة و موقعه الحالي
The authentication centre (AUC) : مركز التوثيق :
تعمل بشكل متقارب مع الـ HLR بمهمة منع أعمال الخداع مثل سرقة بطاقات الـ SIM أو الفواتير الغير مدفوعة
The visitor location register (VLR) مسجل موقع الزائر :
تخزن معلومات حول مستوى الزبون و خدمات مزودة و الموقع الحالي في المنطقة التي يزورها المشترك .
أيضاً تتولى قواعد المعطيات المذكورة مهمة متابعة كون المشترك فعالاً أم غير ذلك أي إن كان جهازه شغالاً أو مطفأً .
The equipment identity register (EIR) : مسجل تعريف التجهيزات :
تحتوي معلومات حول نوع محطة الموبايل المستخدمة و تستطيع ايقاف المكالمات إذا تبين أنها جزء من أجهزة مسروقة ..
GSM's Smartcard
البطاقات الذكية الخاصة بالنظام GSM :
إن شبكة الـ GSM قائمة بشكل أساسي على استخدام البطاقة الذكية المعروفة باسم وحدة تعريف المشترك
the subscriber identity module (SIM)
إن المهمة الأساسية التي تقع على عاتق البطاقة هي دعم عملية التشفير الصوتي و تنظيم التحقق من المشترك . إضافة إلى بعض المميزات الفريدة و منها :
تخزين رموز مختصرة للاتصالات الجارية .
مؤشر لمقدار الكلفة قائم على حركة الاتصالات التي تمت من خلال البطاقة و يتم تحميل المعلومات من الشبكة بحيث يتمكن المشترك من معرفة قيمة الاتصالات الجارية بالزمن الحقيقي .
خدمة الرسائل القصيرة حيث يتم تخزين الرسائل على البطاقة .
GSM User Services
خدمات المستخدم GSM :
تم تزويد النظام GSM بمجموعة من خدمات الهاتف النقال يمكن تزويدها جميعاً أو بشكل جزئي للمشترك منها :
-نوعية صوت عالية للاتصال ضمن السيارات و الهواتف اليدوية .
-خدمات معلومات تتضمن مثل خدمة الرسائل القصيرة و الصور و نقل بيانات بمعدل يصل إلى 9600 بت/ثانية مع امكانيات تخاطب دوبلكس .
- خدمة التجوال ضمن أوربا أو المناطق المغطاة بنظام الاتصال GSM بحيث يتم إعلام الشبكة الأساسية عن موقع الهاتف النقال
و هكذا يمكن أن يتم الاتصال مع المشترك دون أن يعلم المتصل أن المشترك خارج البلاد .
-معلومات الاشتراك تخزن على شريحة الـ SIM و بالتالي عند ادخال الشريحة ضمن أي هاتف متوافق مع النظام GSM فإنه يصبح هاتف الاشتراك مباشرة .. يمكن للشبكة اختبار كون الاشتراك نظامياً و أن الشريحة غير مسروقة بالتوثق من خلال قاعدة البيانات .
- الربط المباشر للمكالمات مع خدمات هواتف الطوارئ مثل الاسعاف و الشرطة و الاطفاء ..
- تحويل المكالمات في حال انشغال الهاتف أو أنه خارج نطاق التغطية
- حجب المكالمات بشكل منتخب .. مثل منع المكالمات الدولية خصوصاً في حال التجوال ..
- خدمات الانتظار و مسك المكالمة و معرفة قيمة الفاتورة بأي بالعملات المختلفة .
الجزئ الثالث من دروس GSM النقال
الهاتف
النقال :
انتشرت الهواتف المحمولة في جميع أنحاء العالم بشكل كبير جداً .. حيث أنها وفرت الاتصال للمستخدم تقريباً من كل بقعة من بقاع العالم إلى أي نقطة يرغبها الإنسان بكل سهولة
و إضافة إلى ما يقدمه الهاتف العادي من خدمات فإن الهاتف النقال قد أضاف ميزات إضافية جعلت منه جهازاً شخصياً متعدد الوظائف
منها :
- حفظ معلومات الاتصالات الجارية من حيث رقم الطرف الآخر و زمن الاتصال و دليل هاتف ..
- وجود وظائف معينة تحدد لقائمة من الأشخاص : مثل منع اتصال شخص غير مرغوب به و السماح فقط لأشخاص هامين بالاتصال
- ميزة المنبه للمواعيد و الأوقات الهامة
- وجود آلة حاسبة ضمن الجهاز
- ميزة الاتصال مع شبكة الانترنت و البريد الالكتروني
- وجود بعض الألعاب للتسلية .
- قد يتضمن جهاز الموبايل أجهزة إضافية ضمنية مثل : مسجل MP3 – أجهزة PDAs – مستقبل GBS ..
تطور الاتصال اللاسلكي :
تم اختراع جهاز الهاتف في سنة 1876 م من قبل " الكسندر غراهام بل " . بينما أخذت الاتصالات اللاسلكية ملامحها الأولى مع اختراع الراديو سنة 1880م بواسطة نيكولاي تيسلا حيث تم اعلان ذلك الاختراع رسمياً عام 1894 م بواسطة شاب إيطالي يدعى ماركوني
قبل ظهور الهاتف االنقال قد استخدم الناس الذين يحتاجون هاتفاً نقالاً هواتف راديوية في سياراتهم .
و قد كان هذا النظام قائماً على نصب هوائي مركزي في كل مدينة بحيث يؤمن ذلك البرج قربة 25 قناة راديوية ..
و قد كان ذلك يتطلب قدرة إرسال كبيرة بحيث تكون قادرة على الوصول مسافة تناهز 70 كم .. و طبعاً مثل هذا النظام غير قادر على تأمين الاتصال لعدد كبير من الأشخاص بحكم وجود عدد محدود جداً من أقنية الاتصال ..
مبدأ شبكة متعددة الخلايا:
يقوم الهاتف النقال على فكرة عبقرية تستند على تقسيم المدينة إلى مناطق صغيرة (خلايا) و هذا يؤدي إلى إمكانية استخدام التردد مراراً ضمن نفس المدينة حيث أن استطاعة ارسال كل من الخلية و جهاز الهاتف النقال منخفضة و بالتالي يمكن اعادة استخدام نفس التردد في الخلايا الغير متجاورة .
فمثلاً في الشكل الخلايا الغامقة يمكنها استخدام نفس التردد .
يقوم الحامل بتقطيع المدينة إلى خلايا مساحة كل منها قرابة 26 كم2 بشكل خلايا مسدسة
في نظام الهاتف الخليوي التمثيلي (التقليدي –غير الرقمي) في أمريكا التردد الحامل يقوم باستقبال قرابة الـ 800تردد ضمن المدينة
كل خلية تتضمن محطة قاعدة تتكون من برج و بناء صغير يضم تجهيزات راديوية
خلية واحدة في النظام التمثيلي تحوي واحدة من السبعات من الأقنية الصوتية الدوبلكس المتوفرة و يعني ذلك كل خلية (من الخلايا السبعة المكونة لشبكة مسدس كامل ) تستخدم واحدة من سبعة أقنية متوفرة و بالتالي تملك تردداً منفرداً غير متكرر بحيث لا يحدث تضارب بين الترددات
الهاتف النقال يمكن له أن يملك حامل ترددي يأخذ تردد ما من أصل 832 تردد متوفر يستخدم ضمن المدينة
يخصص الهاتف النقال ترددين للعمل ضمن المكالمة الواحدة (قناة دوبلكس )
يتم توزيع الترددات بالشكل الآتي :
395 قناة صوتية لكل حامل
42 تردد لاشارات التحكم
و لذلك فإن كل خلية تملك 56 قناة صوتية متوفرة
بحيث يمكن ل 56 شخص أن يتحدثوا ضمن الخلية بآن واحد
ضمن وسائل الإرسال الرقمي يتزايد عدد الأقنية الهاتفية
مثلاً الأنظمة الرقمية TDMA يمكنها أن تستوعب سعة مضاعفة ثلاث مرات عما هو في الأنظمة التمثيلية و بالتالي تملك كلي خلية 168 قناة متوفرة .
توفير القدرة و تصغير الحجم :
تملك الهواتف النقالة استطاعة ارسال منخفضة
كثير من الهواتف النقالة لها قيمتين لقدرة الإرسال 0.6 و 3 واط
و للمقارنة فإن معظم الـ CB ترسل بما يقارب 4 واط
أيضاً المحطات المركزية ترسل باستطاعات منخفضة .
لهذه القدرة المنخفضة في الإرسال مزايا :
- إن القدرة المحدودة للإرسال غير قادرة على تجاوز حدود الخلية للخلية التي لها نفس التردد و بالتالي يمكن إعادة استخدام الترددات عبر المدينة
- عدم الحاجة إلى استهلاك كبير للبطاريات و بالتالي إمكانية استخدام هواتف صغيرة الحجم بحجم الكف
بنية شبكة الاتصال :
إن استخدام تقنية الخلايا تتطلب إقامة عدد كبير من المحطات في كل مدينة و لما كان عدد المستفيدين من مثل هذا النظام كبيراً فإن كلفة إنشاء مثل هذه الأبراج تتوزع و تصبح معقولة
كل حامل في كل مدينة أيضاً يستخدم مكتب مركزي يدعى " مكتب مقسم الهاتف النقال "
Mobile Telephone Switching Office (MTSO)
وظيفة هذا المكتب التعامل مع كافة الهواتف المرتبطة مع شبكة الهاتف العادية و يتحكم أيضاً بجميع محطات القاعدة المتواجدة في المنطقة
عملية التعارف بين الشبكة و الهاتف النقال :
إن كل جهاز هاتف نقال يملك كودات خاصة مرتبطة به . تستخدم هذه الكودات للتعريف عن الهاتف و مالك الجهاز و مزود الخدمات ..
فرضاً أنك تحمل جهاز هاتف نقال و اتصل بك . إليك ما يحدث حينها :
مجرد تشغيل الهاتف يعمل بوضعية اصغاء للـ SID المحمولة على قناة التحكم
قناة التحكم تحمل على تردد خاص و تستخدم للتخاطب بين الشبكة و جهاز الهاتف بشكل متبادل حول أمور تتعلق بإعدادات المكالمة و تبديل الأقنية ..
فيما لو لم يستطع جهاز الهاتف من التقاط إشارة قناة التحكم فإنه عندئذ يعتبر نفسه خارج نطاق التغطية و يعطي رسالة تعلم بذلك الأمر على شاشة الإظهار .
أما في حال تلقيه معلومات SID من قناة التحكم فإنه يقارنها مع معلومات الـ SID المبرمجة ضمن الهاتف
و في حال التطابق يعلم جهاز الهاتف بأن الخلية التي استطاع التخاطب معها هي جزء من نظامه الأساسي
يرسل الهاتف إشارة طلب تسجيل و عندئذ يقوم مركز الخدمة MTSO بتدوين الهاتف ضمن قاعدة البيانات الموافقة ضمن الشبكة بحيث تحافظ الشبكة على ملاحقة الهاتف . طبعاً يفيد ذلك بأن الشبكة أصبحت قادرة على معرفة أي الخلايا عليها أن تخاطب لإرسال إشارة رنين لك مثلاً .
عملية الاتصال :
يقوم الـ MTSO بتلقي المكالمة الواردة لك و يبحث ضمن قاعدة البيانات لتحديد موقعك على أي خلية أنت . ثم يخصص لك زوجاً من الترددات ضمن خليتك لتستخدمها أثناء مكالمتك . تستخدم قناة التحكم لإعلام الهاتف و برج الإرسال بزوج الترددات التي عليهما أن يستخدموها للإرسال و الإستقبال . و عند إتمام التوليف يكون الاتصال قد بدأ .
التحدث أثناء الحركة :
عندما تقوم بالتحرك من وسط الخلية إلى الحافة فإن محطة القاعدة التي تتبع لها تقيس شدة الإشارة باستمرار و تعلم بأنها تضعف و بنفس الوقت فإن محطة القاعدة التابعة للخلية التي تقترب منها تقيس شدة الإشارة النابعة عن جهازك و تعلم بأنك أصبحت قريباً من منطقة عملها (تقوم الخلية بمسح دائم لشدة الإشارة المخصصة لها-تردد واحد من أصل سبعة - إضافة لمسح شامل لجميع التردادات )
و تحدد كل من الخليتين موقعك من خلال شدة الإشارة التي تصدر عن هاتفك بحيث عند انتقالك إلى خلية ثانية يقوم الـ MTSO بإعلام هاتفك عن تغيير في زوج الترددات التي كنت تعمل عليها و أنك أصبحت تابعاً للخلية الجديدة . و طبعاً يتم ذلك عن طريق قناة التحكم .
التجوال ROAMING :
في حال استقبال أن معلومات SID المحمولة على قناة التحكم لم تتطابق مع المعلومات المخزنة ضمن هاتفك فإن ذلك يعني أنك تتجول ضمن منطقة خارجة عن مجال عمل الشبكة التي أنت مشترك ضمنها و تابعة لشبكة أخرى .
و هنا يقوم مركز الـ MTSO للخلية التي أنت واقع ضمن تأثيرها بالاتصال مع مركز الـ MTSO للشبكة التي أنت مسجل معها و إعلامها بذلك و هكذا يمكن بحال السماح لك بذلك (الخدمة متوفرة) أن تقوم الشبكة الثانية بتخديمك دون مشكلة .
و المميز في الأمر أن كل ذلك يتم خلال ثوان معدودة .
مقارنة الاتصالات بين الهواتف الخليوي و الـ CBs :
سيمبلكس – دوبلكس :
الاتصال بواسطة اللاسلكي المتنقل أو راديو CB يكون سيمبلكس أي أن تردد الإرسال و الإسقبال واحداً و بالتالي يمكن في وقت معين لشخص واحد فقط التحدث بينما الآخر يكون بحالة استماع
بينما الاتصال بواسطة الهاتف النقال يكون دوبلكس و بالتالي تردد الإرسال مغاير عن تردد الاستقبال و هكذا فإن الطرفين يمكنهما تبادل الحديث معاً باستمرار
الأقنية :
اللاسلكي النقال له قناة اتصال واحدة
راديو CB يملك 40 قناة
بينما الهاتف النقال المعياري يملك 1664 قناة اتصال أو أكثر
المدى :
جهاز اللاسلكي النقال ذو مدى يقارب 1.6 كم باستطاعة إرسال تقريباً 0.25 واط
بينما محطة الراديو CB ذات مدى يبلغ قرابة 8 كم باستطاعة مرسل 5 واط
بينما الهاتف النقال فإن مدى العمل له قد يتجاوز مئات الكيلومترات نظراً لأنه يستخدم مبدأ التنقل بين الخلايا .
نظرة داخل الهاتف الخليوي :
إذا ألقينا نظرة على مكونات الهاتف الخليوي نجدها عموماً كما يلي :
- لوحة الكترونية مذهلة تملك العقل المدبر للجهاز .
- هوائي .
- لوحة إظهار سائلة LCD .
- لوحة مفاتيح (مشابهة للوحة مفاتيح جهاز التحكم لأجهزة التلفزيون).
- مكرفون .
- بطاريات .
- سماعة .
بنية اللوحة الالكتروينة :
- دارة البتديل الرقمي التمثيلي : تحول الإشارة الرقيمة الواردة إلى إشارة تمثيلية صوتية .
- دارة التبديل التمثيلي الرقمي : تحول الصوت التمثيلي الصادر إلى إشارة رقمية مناسبة للإرسال .
- دارة معالج الإشارة الرقمية DSP .
- المعالج الميكروي : يعالج وظائف لوحة المفاتيح و وحدة الإظهار و إدارة الأوامر و إشارات التحكم المرتبطة مع محطة القاعدة و تحديد باقي الوظائف على اللوحة .
- الذاكرة روم و الذاكرة الومضية ( الفلاش ) : تخزن نظام التشغيل الخاص بالهاتف و الإعدادات المختلفة للجهاز مثل فهرس الجهاز .
- قسم الترددات الراديوية و مكبر الترددات الراديوية : يعالج الإشارة المستقبلة و الراحلة .
- قسم التغذية : إدارة الطاقة و الشحن .
- لوحة الإظهار : تم تصميمها بحجم يساعد على إدارة الأعمال و الوظائف الحديثة التي يتميز بها الجهاز النقال حيث أن معظم الأجهزة تملك دليلاً للهاتف و آلة حاسبة و مجموعة من الألعاب ..
بعضاً من الأجهزة الخليوية يتضمن نوعاً من الـ PDA أو مستعرضات شبكة الويب .
تقوم بعض الأجهزة الهاتفية بتخزين معلومات الـ SID و الـ MIN في ذاكرة ومضية داخلية .بينما بعض الأجهزة الأخرى فتخزن هذه المعلومات على كروت قابلة للفك و التركيب .
- ميكرفون و سماعة صغيرين .
- بطارية احتياط دقيقة تستخدم للمحافظة على وظائف الساعة الداخلية .
تطور الاتصالات المتعددة الخلايا:
AMPS :
في عام 1983 تم اعتماد معيار الهاتف الخليوي التمثيلي AMP (نظام الهاتف النقال المتقدم ) لأول مرة ضمن الـ FCC و تم استخدامه في شيكاغو .
AMPS (Advanced Mobile Phone System
هذا النظام يستخدم المجال الترددي 824- 894 ميغا هرتز للهواتف الخليوية التمثيلية .
و من أجل خلق النتافس و تخفيض الأسعار فقد أقرت الحكومة وجود جهتين حاملتين للمهمة في كل مكان تم تسميتهم A و B .
و قد اتفقت الجهتين على تعيين المجال الترددي على النحو التالي :
عدد الترددات 832 .
ترددات الإشارة الصوتية 790 تردد .
ترددات إشارات المعلومات 42 تردد .
القناة تتألف من ترددين واحد للإرسال و الآخر للإستقبال .
عرض المجال للقناة الصوتية 30 كيلو هرتز بحيث تعطي جودة صوت قريبة من تلك التي تعود للاتصالات السلكية .
الفاصل الترددي بين تردد الإرسال و تردد الاستقبال 42 ميغا هرتز و ذلك للمحافظة على عدم التداخل فيما بينها .
كل حامل ترددي يحمل 395 قناة صوتية و 21 قناة معلومات لتستخدم من قبل المخدم كمعومات تصفيح و تسجيل .
NAMPS : خدمة الهاتف الخليوي المتقدم ذو المجال الضيق :
Narrowband AdvancedMobile
عبارة عن نوع مطور من الإصدار السابق تم تضمينه بعضاً من التقينة الرقيمة لزيادة فعالية المجال الترددي بحيث تضاعفت قدرته على حمل المعلومات ثلاثة أضعاف . و مع أن هذا النظام قد استغل بعضاً من تقنيات الرقميات فهو يعتبر نظاماً تمثيلياً .
فكلاً من النظامين يعملان على الحزمة 800 ميغا هرتز و لا يقدما الميزات التي تقدمها خدمة الاتصالات الرقمية مثل قراءة البريد الالكتروني و تصفح الويب .
التطور من التمثيلي إلى الرقمي :
تستخدم الهواتف الخليوية الرقمية نفس تكنلوجيا الهواتف التمثيلية و لكن بطريقة مختلفة .
الاتصالات الرقمية تستفيد من تقنيات ضغط المعلومات بغاية زيادة كمية المعلومات المنقولة بواسطة المجال الترددي المتوفر
و هذه المزايا تبرر سبب انتقال الكثير من شركات تخديم الكيبل إلى التقنية الرقمية .
الهواتف الرقمية تقوم أولاً بتحويل الصوت التمثيلي إلى إشارة رقمية (أرقام مرمزة بالنظام الثنائي) ثم تمر عبر مرحلة ضغط للمعلومات . و هذا الضغط يوفر نسبة تتراوح بين 3- 10 مرات زيادة في حجم المعلومات (مكالمات رقمية ) الممكن إرسالها على مكالمة تمثيلية واحدة .
الكثير من الأنظمة الخليوية الرقمية تستند إلى تقنية الإقفال بإزاحة الطور FSK لإرسال المعلومات جيئة و ذهاباً عبر الـ AMP .
و يستخدم النظام FSK ترددين الأول يمثل الـ 1s و الثاني يمثل الـ 0s و طبعاً يتم التبدل المستمر بين هذين الترددين لتمثيل المعلومات المتبادلة بين الهاتف و برج الإرسال .
تستخدم تقنيات ذكية لإنجاز عملية الترميز و فك الترميز و التي تشمل علمليات التبديل التمثيلية الرقمية و تقنيات ضغط المعلومات مع المحافظة على نوعية آداء مقبولة لنوعية الصوت المستقبلة .
إن ذلك يعني بالضرورة أن الهاتف الخليوي يجب عليه أن يملك قدرة عالية على معالجة المعلومات .
تقنيات الوصول الخليوي :
يوجد حالياً ثلاثة تقنيات رقمية تستخدم لإرسال المعلومات عبر شبكة الهاتف الخليوي :
Frequency division multiple access (FDMA)·
التقسيم الترددي – متعدد الوصول
Time division multiple access (TDMA)·
التقسيم الزمني – متعدد الوصول
Code division multiple access (CDMA)·
التقسيم الترميزي – متعدد الوصول
الطريقة الأولى تخصص لكل مكالمة تردد حامل
الطريقة الثانية تخصص لكل مكالمة شريحة زمنية تتكرر بتردد معين .
الطريقة الثالثة تخصص رمزاً ً معيناً لكل مكالمة و تعيد نثر المكالمة ضمن المجال الترددي .
المقصود بتعدد الوصول أن مجموعة من الهواتف المختلفة يمكنها أن تصل أو تستخدم خلية واحدة بنفس الوقت .
التعديل FDMA :
تفصل الطيف إلى أقنية صوتية محددة بتقسيمه إلى قطعاً ذات عرض ترددي متساوي . و يمكن مقارنة هذا المفهوم بالنظر إلى محطات الراديو التي كل منها يرسل معلوماته ضمن المجال الترددي الكلي المحدد .
و غالباً يستخدم هذا التعديل للإشارات التمثيلية و قلما يستخدم للإشارات الرقمية بسبب عدم كفاءته مقارنة بالأنظمة الأخرى
التعديل TDMA :
تم اعتماد هذا النظام من قبل بعض المؤسسات و أخذ معياراً دولياً هو IS-54 و IS-136
المجال الضيق (أو الحزمة بالمفهوم التقليدي )30 كيلوهرتز و الفترة الزمنية 6.7 ميلي ثانية تقسم الزمن إلى ثلاثة شرائح .
كل مكالمة تأخذ الراديو ثلث الزمن و يكون ذلك ممكناً حيث أن معلومات الصوت التي تم تبديلها إلى معلومات رقمية تضغط بحيث تأخذ زمناً أقصر في الإرسال . إذاً الإشارة TDMA تتميز بسعة مضاعفة ثلاث مرات مقارنة بنظيرتها في النظام التمثيلي .
المواصفة IS-54 تخصص التردد 800 ميغا هرتز
بينا المواصفة IS-136 فتخصص التردد 1900 ميغا هرتز
GSM
يستخدم التعديل TDMA في تقنية الوصول المسماة GSM – النظام العام لاتصالات الهاتف النقال
Global System for Mobile communications (GSM).
و لكن هذه التقنية تستخدم هذا التعديل بصورة مغايرة لما عليه الوضع في المواصفة IS-136 حيث أن GSM يستخدم نوعاً من التشفير لتوفير أمن معلومات أكبر .
في أوربا و أسيا تردد العمل المستخدم هو 900 و 1800 ميغا هرتز .
بينما في امريكا 1900 ميغا هرتز .
و يعتبر المعيار GSM المعيار المعتمد في كل من أوربا و اوستراليا و جزء كبير من آسيا و افريقيا .
و طالما أن المنطقة مغطاة بهذا المعيار فيمكن للانسان إن يشتري هاتفاً نقالاً أينما حل في هذه المناطق و أن يستخدمه بسهولة حيث يتم ضبط كرتاً خاصاً يدعى SIM (وحدة تعريف المشترك ) للتعريف عن الزبون و هذا الكرت عبارة عن ديسك معلومات صغير يخزن معلومات الاتصال و أرقام التعريف الخاصة بمزود الخدمة ضمن المنطقة
subscriber identification module (SIM) cards. SIM
لسوء الحظ أن النظام المستخدم في امريكا لا يتوافق مع النظام الدولي
CDMA :
هذه التقنية مختلفة تماماً عن سابقتها الـ TDMA حيث أن هذا النظام يقوم بتحويل المعلومات إلى الصيغة الرقمية و من ثم يبدأ عملية نثر المعلومات ضمن مجال الطيف المتوفر الكلي و بالتالي فإن عدة مكالمات تكون متراكبة على بعضها البعض ضمن القناة و يتم تعريف كل منها من خلال رمز تتابعي مميز . تعتبر هذه التقنية أحد أشكال تطبيقات الطيف المنثور و هذا المفهوم يعني أن المعلومات ترسل على شكل قطع صغيرة بواسطة الترددات المفردة المتوفرة للاستخدام في أي لحظة في المجال المحدد .
إن كل المشتركين يرسلون ضمن نفس المجال الترددي و تنثر المعلومات مع رمز مميز حيث يوجد في طرف المستقبل نفس الكود للتعرف على المرسل
لما كان نظام الترميز CDMA يتطلب وضع ختماً زمنياً دقيقاً على كل قطعة من الإشارة فإنه يشير لمعلومات نظام الـ GBS
يمكن لقناة تمثيلية واحدة أن تحمل من 8 حتى 10 أقنية مرمزة بهذا النظام
تم توصيف هذا النظام ضمن المعيار IS-95 و يعمل خلال كلاً من الحزم الترددية 800 و 1900 ميغاهرتز .
بشكل مثالي فإن كلاً من المعيارين TDMA و CDMA شفاف كل للآخر حيث أن زيادة استطاعة CDMA يسبب زيادة قاعدة الضجيح للـ TDMA بينما زيادة استطاعة الـ TDMA تسبب حمل زائد و أخطاء لمستقبلات CDMA .
خدمات الاتصال الشخصية :
Personal Communications Services (PCS)
عبارة عن خدمة هاتف لاسلكي مشابهة لخدمة الهاتف النقال و لكن مع التأكيد على الخدمات الشخصية و زيادة امكانيات التنقل ..
و يستخدم هذا المصطح عادة للدلالة على أن الهاتف النقال رقمي . و لكن المعنى الأصح لهذا المصطلح أن الهاتف يوفر خدمات مثل مستعرض صفحات الويب و خدمة البريد الالكتروني و كاشف هوية المتصل .
الـ PCS يخصص لها خلاسا أصغر قياساً و بالتالي من الضروري استخدام عدد أكبر من الهوائيات لتغطية منطقة جغرافية معينة . و هذه الهواتف تستخدم المجال الترددي 1.85 – 1.99 جيغا هرتز .
في الولايات المتحدة : الأنظمة الخليوية تعمل ضمن المجال 824 –894 ميغا هرتز .
بينما أنظمة الـ PCS تعمل ضمن المجال الترددي 1850-1990 ميغا هرتز .
و بما أنها تقوم على التعديل TDMA فإن الفاصل التردي لكل قناة 200 كيلوهرتز و ذات ثمانية شرائح زمنية .
بينما في الهواتف الرقمية فإن الفاصل الترددي للقناة 30 كيلو هرتز و عدد الشرائح الزمية ثلاثة .
انتشرت الهواتف المحمولة في جميع أنحاء العالم بشكل كبير جداً .. حيث أنها وفرت الاتصال للمستخدم تقريباً من كل بقعة من بقاع العالم إلى أي نقطة يرغبها الإنسان بكل سهولة
و إضافة إلى ما يقدمه الهاتف العادي من خدمات فإن الهاتف النقال قد أضاف ميزات إضافية جعلت منه جهازاً شخصياً متعدد الوظائف
منها :
- حفظ معلومات الاتصالات الجارية من حيث رقم الطرف الآخر و زمن الاتصال و دليل هاتف ..
- وجود وظائف معينة تحدد لقائمة من الأشخاص : مثل منع اتصال شخص غير مرغوب به و السماح فقط لأشخاص هامين بالاتصال
- ميزة المنبه للمواعيد و الأوقات الهامة
- وجود آلة حاسبة ضمن الجهاز
- ميزة الاتصال مع شبكة الانترنت و البريد الالكتروني
- وجود بعض الألعاب للتسلية .
- قد يتضمن جهاز الموبايل أجهزة إضافية ضمنية مثل : مسجل MP3 – أجهزة PDAs – مستقبل GBS ..
تطور الاتصال اللاسلكي :
تم اختراع جهاز الهاتف في سنة 1876 م من قبل " الكسندر غراهام بل " . بينما أخذت الاتصالات اللاسلكية ملامحها الأولى مع اختراع الراديو سنة 1880م بواسطة نيكولاي تيسلا حيث تم اعلان ذلك الاختراع رسمياً عام 1894 م بواسطة شاب إيطالي يدعى ماركوني
قبل ظهور الهاتف االنقال قد استخدم الناس الذين يحتاجون هاتفاً نقالاً هواتف راديوية في سياراتهم .
و قد كان هذا النظام قائماً على نصب هوائي مركزي في كل مدينة بحيث يؤمن ذلك البرج قربة 25 قناة راديوية ..
و قد كان ذلك يتطلب قدرة إرسال كبيرة بحيث تكون قادرة على الوصول مسافة تناهز 70 كم .. و طبعاً مثل هذا النظام غير قادر على تأمين الاتصال لعدد كبير من الأشخاص بحكم وجود عدد محدود جداً من أقنية الاتصال ..
مبدأ شبكة متعددة الخلايا:
يقوم الهاتف النقال على فكرة عبقرية تستند على تقسيم المدينة إلى مناطق صغيرة (خلايا) و هذا يؤدي إلى إمكانية استخدام التردد مراراً ضمن نفس المدينة حيث أن استطاعة ارسال كل من الخلية و جهاز الهاتف النقال منخفضة و بالتالي يمكن اعادة استخدام نفس التردد في الخلايا الغير متجاورة .
فمثلاً في الشكل الخلايا الغامقة يمكنها استخدام نفس التردد .
يقوم الحامل بتقطيع المدينة إلى خلايا مساحة كل منها قرابة 26 كم2 بشكل خلايا مسدسة
في نظام الهاتف الخليوي التمثيلي (التقليدي –غير الرقمي) في أمريكا التردد الحامل يقوم باستقبال قرابة الـ 800تردد ضمن المدينة
كل خلية تتضمن محطة قاعدة تتكون من برج و بناء صغير يضم تجهيزات راديوية
خلية واحدة في النظام التمثيلي تحوي واحدة من السبعات من الأقنية الصوتية الدوبلكس المتوفرة و يعني ذلك كل خلية (من الخلايا السبعة المكونة لشبكة مسدس كامل ) تستخدم واحدة من سبعة أقنية متوفرة و بالتالي تملك تردداً منفرداً غير متكرر بحيث لا يحدث تضارب بين الترددات
الهاتف النقال يمكن له أن يملك حامل ترددي يأخذ تردد ما من أصل 832 تردد متوفر يستخدم ضمن المدينة
يخصص الهاتف النقال ترددين للعمل ضمن المكالمة الواحدة (قناة دوبلكس )
يتم توزيع الترددات بالشكل الآتي :
395 قناة صوتية لكل حامل
42 تردد لاشارات التحكم
و لذلك فإن كل خلية تملك 56 قناة صوتية متوفرة
بحيث يمكن ل 56 شخص أن يتحدثوا ضمن الخلية بآن واحد
ضمن وسائل الإرسال الرقمي يتزايد عدد الأقنية الهاتفية
مثلاً الأنظمة الرقمية TDMA يمكنها أن تستوعب سعة مضاعفة ثلاث مرات عما هو في الأنظمة التمثيلية و بالتالي تملك كلي خلية 168 قناة متوفرة .
توفير القدرة و تصغير الحجم :
تملك الهواتف النقالة استطاعة ارسال منخفضة
كثير من الهواتف النقالة لها قيمتين لقدرة الإرسال 0.6 و 3 واط
و للمقارنة فإن معظم الـ CB ترسل بما يقارب 4 واط
أيضاً المحطات المركزية ترسل باستطاعات منخفضة .
لهذه القدرة المنخفضة في الإرسال مزايا :
- إن القدرة المحدودة للإرسال غير قادرة على تجاوز حدود الخلية للخلية التي لها نفس التردد و بالتالي يمكن إعادة استخدام الترددات عبر المدينة
- عدم الحاجة إلى استهلاك كبير للبطاريات و بالتالي إمكانية استخدام هواتف صغيرة الحجم بحجم الكف
بنية شبكة الاتصال :
إن استخدام تقنية الخلايا تتطلب إقامة عدد كبير من المحطات في كل مدينة و لما كان عدد المستفيدين من مثل هذا النظام كبيراً فإن كلفة إنشاء مثل هذه الأبراج تتوزع و تصبح معقولة
كل حامل في كل مدينة أيضاً يستخدم مكتب مركزي يدعى " مكتب مقسم الهاتف النقال "
Mobile Telephone Switching Office (MTSO)
وظيفة هذا المكتب التعامل مع كافة الهواتف المرتبطة مع شبكة الهاتف العادية و يتحكم أيضاً بجميع محطات القاعدة المتواجدة في المنطقة
عملية التعارف بين الشبكة و الهاتف النقال :
إن كل جهاز هاتف نقال يملك كودات خاصة مرتبطة به . تستخدم هذه الكودات للتعريف عن الهاتف و مالك الجهاز و مزود الخدمات ..
فرضاً أنك تحمل جهاز هاتف نقال و اتصل بك . إليك ما يحدث حينها :
مجرد تشغيل الهاتف يعمل بوضعية اصغاء للـ SID المحمولة على قناة التحكم
قناة التحكم تحمل على تردد خاص و تستخدم للتخاطب بين الشبكة و جهاز الهاتف بشكل متبادل حول أمور تتعلق بإعدادات المكالمة و تبديل الأقنية ..
فيما لو لم يستطع جهاز الهاتف من التقاط إشارة قناة التحكم فإنه عندئذ يعتبر نفسه خارج نطاق التغطية و يعطي رسالة تعلم بذلك الأمر على شاشة الإظهار .
أما في حال تلقيه معلومات SID من قناة التحكم فإنه يقارنها مع معلومات الـ SID المبرمجة ضمن الهاتف
و في حال التطابق يعلم جهاز الهاتف بأن الخلية التي استطاع التخاطب معها هي جزء من نظامه الأساسي
يرسل الهاتف إشارة طلب تسجيل و عندئذ يقوم مركز الخدمة MTSO بتدوين الهاتف ضمن قاعدة البيانات الموافقة ضمن الشبكة بحيث تحافظ الشبكة على ملاحقة الهاتف . طبعاً يفيد ذلك بأن الشبكة أصبحت قادرة على معرفة أي الخلايا عليها أن تخاطب لإرسال إشارة رنين لك مثلاً .
عملية الاتصال :
يقوم الـ MTSO بتلقي المكالمة الواردة لك و يبحث ضمن قاعدة البيانات لتحديد موقعك على أي خلية أنت . ثم يخصص لك زوجاً من الترددات ضمن خليتك لتستخدمها أثناء مكالمتك . تستخدم قناة التحكم لإعلام الهاتف و برج الإرسال بزوج الترددات التي عليهما أن يستخدموها للإرسال و الإستقبال . و عند إتمام التوليف يكون الاتصال قد بدأ .
التحدث أثناء الحركة :
عندما تقوم بالتحرك من وسط الخلية إلى الحافة فإن محطة القاعدة التي تتبع لها تقيس شدة الإشارة باستمرار و تعلم بأنها تضعف و بنفس الوقت فإن محطة القاعدة التابعة للخلية التي تقترب منها تقيس شدة الإشارة النابعة عن جهازك و تعلم بأنك أصبحت قريباً من منطقة عملها (تقوم الخلية بمسح دائم لشدة الإشارة المخصصة لها-تردد واحد من أصل سبعة - إضافة لمسح شامل لجميع التردادات )
و تحدد كل من الخليتين موقعك من خلال شدة الإشارة التي تصدر عن هاتفك بحيث عند انتقالك إلى خلية ثانية يقوم الـ MTSO بإعلام هاتفك عن تغيير في زوج الترددات التي كنت تعمل عليها و أنك أصبحت تابعاً للخلية الجديدة . و طبعاً يتم ذلك عن طريق قناة التحكم .
التجوال ROAMING :
في حال استقبال أن معلومات SID المحمولة على قناة التحكم لم تتطابق مع المعلومات المخزنة ضمن هاتفك فإن ذلك يعني أنك تتجول ضمن منطقة خارجة عن مجال عمل الشبكة التي أنت مشترك ضمنها و تابعة لشبكة أخرى .
و هنا يقوم مركز الـ MTSO للخلية التي أنت واقع ضمن تأثيرها بالاتصال مع مركز الـ MTSO للشبكة التي أنت مسجل معها و إعلامها بذلك و هكذا يمكن بحال السماح لك بذلك (الخدمة متوفرة) أن تقوم الشبكة الثانية بتخديمك دون مشكلة .
و المميز في الأمر أن كل ذلك يتم خلال ثوان معدودة .
مقارنة الاتصالات بين الهواتف الخليوي و الـ CBs :
سيمبلكس – دوبلكس :
الاتصال بواسطة اللاسلكي المتنقل أو راديو CB يكون سيمبلكس أي أن تردد الإرسال و الإسقبال واحداً و بالتالي يمكن في وقت معين لشخص واحد فقط التحدث بينما الآخر يكون بحالة استماع
بينما الاتصال بواسطة الهاتف النقال يكون دوبلكس و بالتالي تردد الإرسال مغاير عن تردد الاستقبال و هكذا فإن الطرفين يمكنهما تبادل الحديث معاً باستمرار
الأقنية :
اللاسلكي النقال له قناة اتصال واحدة
راديو CB يملك 40 قناة
بينما الهاتف النقال المعياري يملك 1664 قناة اتصال أو أكثر
المدى :
جهاز اللاسلكي النقال ذو مدى يقارب 1.6 كم باستطاعة إرسال تقريباً 0.25 واط
بينما محطة الراديو CB ذات مدى يبلغ قرابة 8 كم باستطاعة مرسل 5 واط
بينما الهاتف النقال فإن مدى العمل له قد يتجاوز مئات الكيلومترات نظراً لأنه يستخدم مبدأ التنقل بين الخلايا .
نظرة داخل الهاتف الخليوي :
إذا ألقينا نظرة على مكونات الهاتف الخليوي نجدها عموماً كما يلي :
- لوحة الكترونية مذهلة تملك العقل المدبر للجهاز .
- هوائي .
- لوحة إظهار سائلة LCD .
- لوحة مفاتيح (مشابهة للوحة مفاتيح جهاز التحكم لأجهزة التلفزيون).
- مكرفون .
- بطاريات .
- سماعة .
بنية اللوحة الالكتروينة :
- دارة البتديل الرقمي التمثيلي : تحول الإشارة الرقيمة الواردة إلى إشارة تمثيلية صوتية .
- دارة التبديل التمثيلي الرقمي : تحول الصوت التمثيلي الصادر إلى إشارة رقمية مناسبة للإرسال .
- دارة معالج الإشارة الرقمية DSP .
- المعالج الميكروي : يعالج وظائف لوحة المفاتيح و وحدة الإظهار و إدارة الأوامر و إشارات التحكم المرتبطة مع محطة القاعدة و تحديد باقي الوظائف على اللوحة .
- الذاكرة روم و الذاكرة الومضية ( الفلاش ) : تخزن نظام التشغيل الخاص بالهاتف و الإعدادات المختلفة للجهاز مثل فهرس الجهاز .
- قسم الترددات الراديوية و مكبر الترددات الراديوية : يعالج الإشارة المستقبلة و الراحلة .
- قسم التغذية : إدارة الطاقة و الشحن .
- لوحة الإظهار : تم تصميمها بحجم يساعد على إدارة الأعمال و الوظائف الحديثة التي يتميز بها الجهاز النقال حيث أن معظم الأجهزة تملك دليلاً للهاتف و آلة حاسبة و مجموعة من الألعاب ..
بعضاً من الأجهزة الخليوية يتضمن نوعاً من الـ PDA أو مستعرضات شبكة الويب .
تقوم بعض الأجهزة الهاتفية بتخزين معلومات الـ SID و الـ MIN في ذاكرة ومضية داخلية .بينما بعض الأجهزة الأخرى فتخزن هذه المعلومات على كروت قابلة للفك و التركيب .
- ميكرفون و سماعة صغيرين .
- بطارية احتياط دقيقة تستخدم للمحافظة على وظائف الساعة الداخلية .
تطور الاتصالات المتعددة الخلايا:
AMPS :
في عام 1983 تم اعتماد معيار الهاتف الخليوي التمثيلي AMP (نظام الهاتف النقال المتقدم ) لأول مرة ضمن الـ FCC و تم استخدامه في شيكاغو .
AMPS (Advanced Mobile Phone System
هذا النظام يستخدم المجال الترددي 824- 894 ميغا هرتز للهواتف الخليوية التمثيلية .
و من أجل خلق النتافس و تخفيض الأسعار فقد أقرت الحكومة وجود جهتين حاملتين للمهمة في كل مكان تم تسميتهم A و B .
و قد اتفقت الجهتين على تعيين المجال الترددي على النحو التالي :
عدد الترددات 832 .
ترددات الإشارة الصوتية 790 تردد .
ترددات إشارات المعلومات 42 تردد .
القناة تتألف من ترددين واحد للإرسال و الآخر للإستقبال .
عرض المجال للقناة الصوتية 30 كيلو هرتز بحيث تعطي جودة صوت قريبة من تلك التي تعود للاتصالات السلكية .
الفاصل الترددي بين تردد الإرسال و تردد الاستقبال 42 ميغا هرتز و ذلك للمحافظة على عدم التداخل فيما بينها .
كل حامل ترددي يحمل 395 قناة صوتية و 21 قناة معلومات لتستخدم من قبل المخدم كمعومات تصفيح و تسجيل .
NAMPS : خدمة الهاتف الخليوي المتقدم ذو المجال الضيق :
Narrowband Advanced
عبارة عن نوع مطور من الإصدار السابق تم تضمينه بعضاً من التقينة الرقيمة لزيادة فعالية المجال الترددي بحيث تضاعفت قدرته على حمل المعلومات ثلاثة أضعاف . و مع أن هذا النظام قد استغل بعضاً من تقنيات الرقميات فهو يعتبر نظاماً تمثيلياً .
فكلاً من النظامين يعملان على الحزمة 800 ميغا هرتز و لا يقدما الميزات التي تقدمها خدمة الاتصالات الرقمية مثل قراءة البريد الالكتروني و تصفح الويب .
التطور من التمثيلي إلى الرقمي :
تستخدم الهواتف الخليوية الرقمية نفس تكنلوجيا الهواتف التمثيلية و لكن بطريقة مختلفة .
الاتصالات الرقمية تستفيد من تقنيات ضغط المعلومات بغاية زيادة كمية المعلومات المنقولة بواسطة المجال الترددي المتوفر
و هذه المزايا تبرر سبب انتقال الكثير من شركات تخديم الكيبل إلى التقنية الرقمية .
الهواتف الرقمية تقوم أولاً بتحويل الصوت التمثيلي إلى إشارة رقمية (أرقام مرمزة بالنظام الثنائي) ثم تمر عبر مرحلة ضغط للمعلومات . و هذا الضغط يوفر نسبة تتراوح بين 3- 10 مرات زيادة في حجم المعلومات (مكالمات رقمية ) الممكن إرسالها على مكالمة تمثيلية واحدة .
الكثير من الأنظمة الخليوية الرقمية تستند إلى تقنية الإقفال بإزاحة الطور FSK لإرسال المعلومات جيئة و ذهاباً عبر الـ AMP .
و يستخدم النظام FSK ترددين الأول يمثل الـ 1s و الثاني يمثل الـ 0s و طبعاً يتم التبدل المستمر بين هذين الترددين لتمثيل المعلومات المتبادلة بين الهاتف و برج الإرسال .
تستخدم تقنيات ذكية لإنجاز عملية الترميز و فك الترميز و التي تشمل علمليات التبديل التمثيلية الرقمية و تقنيات ضغط المعلومات مع المحافظة على نوعية آداء مقبولة لنوعية الصوت المستقبلة .
إن ذلك يعني بالضرورة أن الهاتف الخليوي يجب عليه أن يملك قدرة عالية على معالجة المعلومات .
تقنيات الوصول الخليوي :
يوجد حالياً ثلاثة تقنيات رقمية تستخدم لإرسال المعلومات عبر شبكة الهاتف الخليوي :
Frequency division multiple access (FDMA)·
التقسيم الترددي – متعدد الوصول
Time division multiple access (TDMA)·
التقسيم الزمني – متعدد الوصول
Code division multiple access (CDMA)·
التقسيم الترميزي – متعدد الوصول
الطريقة الأولى تخصص لكل مكالمة تردد حامل
الطريقة الثانية تخصص لكل مكالمة شريحة زمنية تتكرر بتردد معين .
الطريقة الثالثة تخصص رمزاً ً معيناً لكل مكالمة و تعيد نثر المكالمة ضمن المجال الترددي .
المقصود بتعدد الوصول أن مجموعة من الهواتف المختلفة يمكنها أن تصل أو تستخدم خلية واحدة بنفس الوقت .
التعديل FDMA :
تفصل الطيف إلى أقنية صوتية محددة بتقسيمه إلى قطعاً ذات عرض ترددي متساوي . و يمكن مقارنة هذا المفهوم بالنظر إلى محطات الراديو التي كل منها يرسل معلوماته ضمن المجال الترددي الكلي المحدد .
و غالباً يستخدم هذا التعديل للإشارات التمثيلية و قلما يستخدم للإشارات الرقمية بسبب عدم كفاءته مقارنة بالأنظمة الأخرى
التعديل TDMA :
تم اعتماد هذا النظام من قبل بعض المؤسسات و أخذ معياراً دولياً هو IS-54 و IS-136
المجال الضيق (أو الحزمة بالمفهوم التقليدي )30 كيلوهرتز و الفترة الزمنية 6.7 ميلي ثانية تقسم الزمن إلى ثلاثة شرائح .
كل مكالمة تأخذ الراديو ثلث الزمن و يكون ذلك ممكناً حيث أن معلومات الصوت التي تم تبديلها إلى معلومات رقمية تضغط بحيث تأخذ زمناً أقصر في الإرسال . إذاً الإشارة TDMA تتميز بسعة مضاعفة ثلاث مرات مقارنة بنظيرتها في النظام التمثيلي .
المواصفة IS-54 تخصص التردد 800 ميغا هرتز
بينا المواصفة IS-136 فتخصص التردد 1900 ميغا هرتز
GSM
يستخدم التعديل TDMA في تقنية الوصول المسماة GSM – النظام العام لاتصالات الهاتف النقال
Global System for Mobile communications (GSM).
و لكن هذه التقنية تستخدم هذا التعديل بصورة مغايرة لما عليه الوضع في المواصفة IS-136 حيث أن GSM يستخدم نوعاً من التشفير لتوفير أمن معلومات أكبر .
في أوربا و أسيا تردد العمل المستخدم هو 900 و 1800 ميغا هرتز .
بينما في امريكا 1900 ميغا هرتز .
و يعتبر المعيار GSM المعيار المعتمد في كل من أوربا و اوستراليا و جزء كبير من آسيا و افريقيا .
و طالما أن المنطقة مغطاة بهذا المعيار فيمكن للانسان إن يشتري هاتفاً نقالاً أينما حل في هذه المناطق و أن يستخدمه بسهولة حيث يتم ضبط كرتاً خاصاً يدعى SIM (وحدة تعريف المشترك ) للتعريف عن الزبون و هذا الكرت عبارة عن ديسك معلومات صغير يخزن معلومات الاتصال و أرقام التعريف الخاصة بمزود الخدمة ضمن المنطقة
subscriber identification module (SIM) cards. SIM
لسوء الحظ أن النظام المستخدم في امريكا لا يتوافق مع النظام الدولي
CDMA :
هذه التقنية مختلفة تماماً عن سابقتها الـ TDMA حيث أن هذا النظام يقوم بتحويل المعلومات إلى الصيغة الرقمية و من ثم يبدأ عملية نثر المعلومات ضمن مجال الطيف المتوفر الكلي و بالتالي فإن عدة مكالمات تكون متراكبة على بعضها البعض ضمن القناة و يتم تعريف كل منها من خلال رمز تتابعي مميز . تعتبر هذه التقنية أحد أشكال تطبيقات الطيف المنثور و هذا المفهوم يعني أن المعلومات ترسل على شكل قطع صغيرة بواسطة الترددات المفردة المتوفرة للاستخدام في أي لحظة في المجال المحدد .
إن كل المشتركين يرسلون ضمن نفس المجال الترددي و تنثر المعلومات مع رمز مميز حيث يوجد في طرف المستقبل نفس الكود للتعرف على المرسل
لما كان نظام الترميز CDMA يتطلب وضع ختماً زمنياً دقيقاً على كل قطعة من الإشارة فإنه يشير لمعلومات نظام الـ GBS
يمكن لقناة تمثيلية واحدة أن تحمل من 8 حتى 10 أقنية مرمزة بهذا النظام
تم توصيف هذا النظام ضمن المعيار IS-95 و يعمل خلال كلاً من الحزم الترددية 800 و 1900 ميغاهرتز .
بشكل مثالي فإن كلاً من المعيارين TDMA و CDMA شفاف كل للآخر حيث أن زيادة استطاعة CDMA يسبب زيادة قاعدة الضجيح للـ TDMA بينما زيادة استطاعة الـ TDMA تسبب حمل زائد و أخطاء لمستقبلات CDMA .
خدمات الاتصال الشخصية :
Personal Communications Services (PCS)
عبارة عن خدمة هاتف لاسلكي مشابهة لخدمة الهاتف النقال و لكن مع التأكيد على الخدمات الشخصية و زيادة امكانيات التنقل ..
و يستخدم هذا المصطح عادة للدلالة على أن الهاتف النقال رقمي . و لكن المعنى الأصح لهذا المصطلح أن الهاتف يوفر خدمات مثل مستعرض صفحات الويب و خدمة البريد الالكتروني و كاشف هوية المتصل .
الـ PCS يخصص لها خلاسا أصغر قياساً و بالتالي من الضروري استخدام عدد أكبر من الهوائيات لتغطية منطقة جغرافية معينة . و هذه الهواتف تستخدم المجال الترددي 1.85 – 1.99 جيغا هرتز .
في الولايات المتحدة : الأنظمة الخليوية تعمل ضمن المجال 824 –894 ميغا هرتز .
بينما أنظمة الـ PCS تعمل ضمن المجال الترددي 1850-1990 ميغا هرتز .
و بما أنها تقوم على التعديل TDMA فإن الفاصل التردي لكل قناة 200 كيلوهرتز و ذات ثمانية شرائح زمنية .
بينما في الهواتف الرقمية فإن الفاصل الترددي للقناة 30 كيلو هرتز و عدد الشرائح الزمية ثلاثة .
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق