آشنایی با شیوه کارکرد شبکه‌های سلولی

ساختار کندوی زنبور عسل

یک شبکه کامپیوتری سلولی، شبکه‌ای رادیویی است که از تعدادی سلول تشکیل شده است و هر سلول به یک محل ثابت متصل می‌شود که به‌ آن سایت سلول (Cell Site) یا ایستگاه پایه (Base Station) می‌گویند. این سلول‌ها وقتی در کنار هم قرار می‌گیرند، پوشش رادیویی گسترده‌ای را در مناطق مختلف جغرافیایی ایجاد می‌کنند. به‌ این ترتیب، دستگاه‌های زیادی از جمله تلفن‌های همراه می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، حتی اگر در سلول متحرک باشند یا از سلولی به سلول دیگر بروند. شبکه‌های سلولی نسبت به سایر رقبا مزایای خاصی دارند:

کد خبر: ۳۳۰۱۷۷

- حجم بالا

- مصرف انرژی پایین

- پوشش بالا

- کاهش اختلال با سیگنال‌های دیگر.

یکی از مثال‌های قدیمی سیستم مخابراتی سلولی، سیستم تاکسی تلفنی است که در تمام سطح شهر آنتن‌های آن پراکنده است و تاکسی‌ها از این طریق با مرکز در ارتباط خواهند بود. در سیستم رادیویی سلولی، یک ناحیه می‌تواند به بخش‌های شبیه به سلول تقسیم شود. از آنجا که ترسیم شکل دایره یا حالت واقعی گستره پوشش‌دهی یک آنتن موجب هم‌پوشانی در طرح نمادین می‌شود، عموما شکل‌های 4، 6 یا 8‌وجهی برای ترسیم محدوده تحت پوشش هر آنتن به‌کار می‌رود. البته شکل‌های 6‌وجهی شکل‌های مرسوم‌تری هستند. هر کدام از این سلول‌ها به فرکانسی مجهز خواهد شد (F1–F6) که متناسب با آن یک ایستگاه پایه رادیویی نیز وجود دارد. به این دلیل شش سطح فرکانسی مختلف تعیین می‌شود که سلول‌های متجاور با یکدیگر تداخل نداشته باشند. این فرکانس‌ها در سیگنال‌های غیرهمجوار نیز می‌توانند تکرار شوند و تنها مانع، همسایه نبودن سلول‌های با فرکانس یکسان است.

حرکت از یک سلول به سلول دیگر

در مثال تاکسی تلفنی که بررسی شد، وقتی یک تاکسی از اولین برج دور می‌شود و به برج دوم نزدیک می‌شود، خود راننده تاکسی در صورت نیاز فرکانس را تغییر می‌دهد تا به موج مورد نظر برسد. اگر به‌دلیل نبود سیگنال اتصال قطع شد، راننده تاکسی از اپراتور ایستگاه پایه می‌خواهد دوباره پیغام را با فرکانس دیگری بفرستد.

در سیستم شبکه سلولی، از آنجا که دستگاه‌های موبایل مدام از یک سلول به سلول دیگر تغییر جا می‌دهند و نیاز هست که اتصال حفظ شود، تغییر از یک فرکانس سلول به فرکانس یک سلول دیگر به‌صورت الکترونیکی و بدون ایجاد وقفه، در ایستگاه پایه انجام می‌شود. تمام این تغییرات خودکار هستند و از عملیات دستی برای آن استفاده نمی‌شود. به این عمل تحویل (Handover) یا رها کردن (Handoff) می‌گویند. به‌طور کل کانال جدید به‌صورت خودکار در موبایل قرار می‌گیرد تا تبادل اطلاعات از طریق آن شبکه انجام پذیرد. در این مرحله موبایل به‌صورت خودکار از یک کانال به کانال دیگر منتقل می‌شود. شیوه دقیق عملیات تحویل از یک سیستم به سیستم دیگر متفاوت است.

مثال واقعی:‌ شبکه GSM

کاربردی‌ترین مثالی که می‌توان در مورد شبکه‌های سلولی زد، شبکه تلفن همراه است. یک تلفن همراه دستگاهی است که از طریق سایت سلول به دریافت و ارسال اطلاعات تماس می‌پردازد. موج‌های رادیویی به‌جای سیم‌های مسی وظیفه انتقال صوت را برعهده‌دارند.

شبکه‌های تلفن همراه مدرن به‌این دلیل از سلول‌ها استفاده می‌کنند چرا که فرکانس‌ها محدود هستند و معمولا میان چند سرویس مشترک‌اند. مراکز سلولی تلفن همراه فرکانس را به‌صورت کامپیوتری تغییر می‌دهند و از انتقال‌دهنده‌های نیروی ضعیفی استفاده می‌کنند. به‌همین دلیل گاهی اوقات اتصالات همزمان منجر به بازدهی پایین آنتن‌ها خواهد شد.

شبکه تلفن را اپراتور تلفن همراه کنترل می‌کند. مسوولیت کنترل پوشش و حجم این شبکه نیز با اپراتور است. مناطق بزرگ و شلوغ معمولا سلول‌های کوچک‌تر و بیشتری دارند که بتوانند تعداد بالای تلفن‌های همراه را در آن ناحیه پشتیبانی کنند. تمام شبکه‌های سلولی به یک مرکز تلفن متصل هستند و آن هم در کل به شبکه عمومی تلفن متصل خواهد شد.

در شهرها معمولا هر سلول شعاعی 600متری را پوشش می‌دهد در حالی که در مناطق خارج شهر این میزان حتی به 6کیلومتر هم می‌رسد. حتی این مساله ممکن است که یک کاربر در شرایط مناسب بتواند از یک ایستگاه در 30کیلومتری هم سیگنال دریافت کند.

از آنجا که تمام شبکه‌های تلفن همراه از فناوری سلولی استفاده می‌کنند در برخی از کشورها از جمله آمریکا، تلفن سلولی به‌جای واژه تلفن همراه به‌کار برده می‌شود. هر چند شبکه‌های ماهواره‌ای تلفن‌های همراهی هستند که مستقیما با برج‌های سلولی در تماس نیستند و به‌صورت غیرمستقیم و از طریق ماهواره از این برج‌ها اطلاعات دریافت می‌کنند.