سیستم های مخابراتی تلفن همراه

مخابرات بی سیم در سال ۱۹۸۷ با اختراع تلگراف بی سیم توسط ” مارکنی ” آغاز شد و اکنون پس از گذشت بیش از یک قرن سومین نسل از سیستم های مخابرات بی سیم یعنی سیستم های مخابرات فردی یا PCS ( Personal Communication System ) پا به عرصه ظهور گذاشته است . اکنون فناوری های مخابرات سیار تا به آنجا پیش رفته است که کاربران این چنین سیستم

هایی با استفاده از یک ترمینال دستی کوچک ( Handset ) می توانند با هر ** در هر زمان و هر مکان ، انواع اطلاعات ( صوت ، تصویر ، دیتا ) را مبادله کنند این ارتباط که به صورت سیار است مستلزم دستگاه ها و سیستم هایی می باشد که هم به عنوان گیرنده فعالیت کنند و هم فرستنده .

در کلیه تشکیلاتی که از سیستم های رادیویی سیار بهره برداری می کنند عموما واحدهای س

یار نیاز به برقراری ارتباط رادیویی با یک ایستگاه کنترل کننده مرکزی دارند . در این سیستم ها تعدا زیادی کاربر سیار با مرکز ثابت مربوط به خود در تماس هستند و تشکیلات مختلف باید بطور همزمان و بدون ایجاد تداخل با یکدیگر قادر به برقراری تماس مورد نیاز باشند . در این سیستم ها نیاز به آنتن هایی داریم که به صورت همه جهته و در موازات سطح زمین از ایستگاه ثابت ، اطلاعات را پخش و جمع آوری نمایند و آنتن های سیار هم پایه با راندمان مناسب جهت نصب روی واحد سیار باشند . در محیط های شهری امواج رادیویی باید قدرت نفوذ و انتشار از میان ساختمان های مرتفع را داشته باشند . همچنین به دلیل محدودیت در باند های رادویی باید بتوان از باندهای رادویی

مشابه در شهرهای مختلف که در فاصله مناسبی از یکدیگر قرار دارند به صورت مکرر استفاده کرد .
در اکثر سیستم های عملی ،جهت برقراری سیستم های عملی جهت برقراری ارتباط مناسب با واحدهای سیار لازم است تا از یک دستگاه رادیویی مرتفع جهت ارسال و دریافت پیام ها استفاده شود ، اما به دلیل عملی نشدن این مسئله غالبا ارتباط بین دفتر مرکزی و ایستگاه رادیویی مورد نیاز از طریق یک واسط صورت می گیرد . در سیستم های سیار چون زمان دریافت پیام مشخص نیست ، معمولا گیرنده ها آماده دریافت پیام هستند . در این راستا باید شبکه ای طراحی ش

ود که تمام نیازهای فوق را بر آورده سازد .

شبکه های سلولی
سیستم های مخابراتی سیار مورد استفاده در یک منطقه جغرافیایی باید به گونه ای باشد که از لحاظ مخابراتی تمام منطقه را تحت پوشش قرار دهد و اصطلاحا هیچ نقطه کوری از دید امواج رادیویی باقی نماند . از طرف دیگر اختصاص فرکانس های کاری مورد استفاده باید به صورتی باشد که تداخل فرکانسی در سیستم ایجاد نشود . بنابراین هنگام پیاده سازی یک سیستم موبایل در یک منطقه جغرافیایی ، منطقه مربوطه را به مناطق کوچکتری به نام سلول تقسیم می کنند . آنگاه فرستنده را در داخل سلول قرار می دهند . در این صورت سرویس دهی تنها در منطقه ای که سلول بندی شده است میسر می شود . شبکه های سلول دو مزیت دارند :

۱) استفاده مجدد از فرکانس کاربر با رعایت فاصله جغرافیایی :
یعنی اینکه در محدوده سلول های مختلف از یک فرکانس کاری می توان استفاده کرد و لزومی ندارد فرکانس های متعدد تعریف کنیم .

۲) شکافتن سلول ها :
به این معنی که در طرح اولیه شبکه سلولی مخابرات سیار ، سلول را بزرگ انتخاب می کنند و در صورت افزایش مشترکان سلول را می توان به سلول های کوچکتری تقسیم کرد و در اصطلاح سلول را شکافت و با گذاشتن پست های فرستنده- گیرنده اضافه ، تعداد مشترکان را افزایش داد .

تاریخ کامل مخابرات بی سیم به چهار دوره تقسیم می شود :
۱٫ دوره قبل از همگانی شدن این سیستم
۲٫ سیستم های آنالوگ نسل اول
۳٫ سیستم های دیجیتال نسل دوم
۴٫ سیستم های دیجیتال نسل سوم (PCS )
دوره های ماقبل از همگانی شدن سیستم های مخابرات بی سیم از سال های ۱۹۵۰ شروع شده و تا سال ۱۹۶۰ ادامه یافت در این دوره از مخابرات سیار برای کاربردهای پلیسی ، نظامی و هواپیمایی استفاده می شد و تجهیزات ارسال و دریافت ، حجیم و گران قیمت بود .
نسل اول در سال های ۱۹۷۰ تا ۱۹۸۰ بر پایه تکنولوژی آنالوگ و استفاده از مفهوم سلولی پدید آمد . ایده اساسی در مخابرات سیار سلولی MCS ( Mobile Cellular System ) استفاده مجدد از طیف فرکانسی در مناطقی است که به اندازه کافی از هم دورند . استفاده از مخابرات سیار سلولی ، باعث افزایش ظرفیت سیستم ، کاهش هزینه ، بهبود کیفیت سرویس و کاهش توان مورد نیاز شد . انواع مختلفی از این سیستم های آنالوگ با نام های گوناگون TACS , Aurora ,

NMT , AMPS , NEC و … وجود داشت . اما مهمترین و رایج ترین شکل سیستم های آنالوگ ، سیستم AMPS است . سیستم AMPS در سال ۱۹۷۸ راه اندازی شد . این سیستم در باند فرکانسی ۸۰۰ تا ۹۰۰ مگاهرتز کار می کرد و دارای ۶۶۶ کانال دو طرفه با پهنای باند ۳۰ کیلو هرتز و مدولاسیون FM ، آنالوگ بود . با افزایش بیش از حد تقاضا، سیستم های آنالو

گ نسل اول قادر به تامین ظرفیت مورد نیازبرای برخی مناطق شهری نبودند . از معایب و کمبودهای AMPS مساله ظرفیت این سیستم است . همچنین از اشکالاتی که در این سیستم ها وجود دارد ضعف امنیتی آن ها است . به طوری که به متقلبان مجال استفاده غیر مجاز را می دهد . این اشکالات در سیستم های دیجیتالی نسل بعد بر طرف شده است . به ع

 

لاوه سیستم های دیجیتال نرخ بیت و سرعت بالاتری دارند و حجم اطلاعاتی بیشتری را می توان در کانال های آن مبادله کرد . با توجه به ظهور سیستم های دیجیتال سیستم AMPS چندان مورد استفاده نخواهد بود . سیستم های نسل دوم در سال های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ با استفاده از تکنولوژی دیجیتال تحقق یافت . COSM اولین استاندارد GSM تمام دیجیتال در دنیاست . این سیستم در سال ۱۹۹۲ در اروپا به بهره برداری تجاری رسید . در این سیستم موبایل از فرکانس های ۸۹۰ تا ۹۱۵ مگاهرتز و پست های ارسال و دریافت از فرکانس های ۹۳۵ تا ۹۶۰ مگاهرتز برای ارسال سیگنال استفاده می کنند . پهنای باند هر کانال رادیویی ۲۰۰ کیلوهرتز است که توسط ۸ کاربر استفاده می شود . به علت تقاضای روز افزون برای سرویس های MSC ، تکنولوژی های جدیدی نظیر COMA برای بهبود بهره برداری از طیف فرکانسی پدید آمد . CDMA یکی از پیچیده ترین سیستم های بی سیم دیجیتال در دنیای امروز است . CDMA تمامی کاربران را در فرکانس های یکسان و زمان های یکسان با کدهای مختلف مجزا می کند . پهنای باند هر کانال ۲۳٫۱ مگاهرتز است . سیستم های نسل سوم ، سیستم های مخابرات فردی ( PCS ) نامیده می شوند . PCS سیستمی است که با استفاده از آن کاربر می تواند در هر زمان و هر مکان و با هر ** به کمک یک مخابرات فردی واحد ( PTN ) تبادل اطلاعات نمایند . در سال های اخیر نسل سوم شبکه های رادیویی سلولی شدیدا مورد توجه قرار گرفته است . سیستم های نسل سوم را گاه با ۳G نشان می دهند . در کشور ما شبکه موبایلی که موجود است از نوع نسل دوم یعنی GSM می باشد . البته اگر کمی در مورد تفاوت های نسل های شبکه های مخابراتی دقیق تر شویم می توانیم بگوییم که شبکه های سلولی نسل دوم مانند GSM که فقط برای انتقال صوت مورد استفاده قرار می گیرند ، ذاتا دارای فناوری سوئیچ مداری هستند و شبکه های نسل ۲٫۹ مانند GPRS ، مدل

گسترش یافته شبکه های نسل دوم هستند که از فناوری سوئیچ مداری برای انتقال صوت و از سوئیچ بسته ای برای تبادل داده استفاده می کنند . در واقع منظور از بسته همان Data می باشد . در واقع نسل ۲٫۵ تا ۲٫۵G بر پایه نسل دوم برای مکالمه استفاده می شود . اما نسل بعدی که نسل سوم یا ۳G می باشد از فناوری WCDMA یا همان ( Wide band Code Division Multiple Accesses ) برخوردار است که خود این فناوری از فناوری CDMA نشات گرفته است . اما برای نس

ل سوم که روی فرکانس ۲۰۰۰ مگاهرتز است یک استاندارد اروپایی به نام UMTS وجود دارد که گاهی به جای WCDMA از آن استفاده می کنند و مخفف عبارت Universal Mobile Telecommunication Systems است به معنی سیستم جهانی مخابرات سیار از راه دور . در نسل سوم مخابرات سیار امکان ارسال و دریافت فایل های چند رسانه ای یا Multimedia وجود دارد و

سرعت ارسال و دریافت اطلاعات در نسل دوم و نسل ۲٫۵ است . البته شایان ذکر است که بین نسل ۲٫۵ و ۳ فناوری های PCS و DCS در فرکانس های ۱۸۰۰ و ۱۹۰۰ نیز بکار گرفته شدند . (Digital Cellular System & Personal Communication System ) بعد از نسل سوم نوبت به نسل چهارم یا ۴G رسید که می خواست مشکلات و نارسایی های نسل سوم را جبران کند چون نسل سوم دچار تردیدها و ضعف هایی است که باعث شده در بسیاری از کشورها هنوز مورد توجه واقع نشود . شبکه های نسل ۴ یا ۴G نامی است که به سامانه های سیار مبتنی بر IP که دسترسی را از طریق یک مجموعه از واسطه های رادیویی تامین می کنند ، داده شده است . این شبکه ها مبتنی بر فناوری سوئیچ بسته ای هستند و بطور کلی مبتنی بر مجموعه پروتکل IP در هر دو بخش با سیم و بی سیم هستند . ( IP2 Internet Protocol ) از خصوصیات شبکه های ۴G تبدیل چندین شبکه رادیویی مانند GPRS , WA , HIPERLAN وBluetooth به یک شبکه واحد است . با این ویژگی کاربران خواهند توانست به خدمات مختلف دسترسی پیدا کرده و پوشش بیشتری داشته باشند ، در ضمن راحتی استفاده از یک وسیله واحد را نیز تجربه کنند و از طرف دیگر یک صورت حساب را با کاهش کل هزینه دسترسی داشته و دسترسی بی سیم قابل اعتمادی را حتی در صورت از دست دادن یک یا چند شبکه داشته باشند . در حال حاضر نسل چهارم یا ۴G ، یکی از ابتکارات مراکز( Research & Development Center ) برای حل مشکلات و محدودیت های ۳G است که نتوانسته به وعده های خود در زمینه عملکردها و خروجی ها عمل کند .
برای آشنایی بیشتر با سیستم های مخابراتی GSM بلاک دیاگرام یک سیستم GSM را در شکل زیر می بینیم :
برای آشنایی بیشتر با این بلاک دیاگرام به معرفی قسمت های مختلف و اختصار هر کدام می پردازیم :

۱) : BSS ( Base Station Subsystem )
بخشی در مخابرات که زیر سیستم ایستگاه پایه که خود شامل BSC و BTS است .

۲) : BSC ( Base station Controller )
ایستگاه پایه کنترل کننده

۳) : BTS ( Base Transceiver Station )
پست ارسال و دریافت که به شکل دکل مانند دیده می شوند .

۴) : MSC ( Mobile Switching Center )
مرکز سوئیچینگ موبایل که وظیفه ارتباط اطلاعات کاربر با BSS را دارد .

 

۵) : HLR ( Home Location Register )
یک پایگاه دامنه ای جهت نگهداری و مدیریت اطلاعات مشترکین اعم از موقعیت اسم و سایر اطلاعات دائمی کاربر.

 

۶) : VLR ( Visitor Location Register )
اطلاعات موقعیت مکانی کاربر به صورت موقت و لحظه ای در آن ثبت می گردد . هماهنگی بین HLR و VLR و MSC است . فرض کنید که یک کاربر وارد یک MSC جدید می شود ، VLR اطلاعات موقعیت کاربر را به MSC داده و MSC آن را با HLR تطبیق می دهد .

۷) : EIR ( Equipment Identity Register )
این قسمت محل مربوط به نگهداری اطلاعات در مورد گوشی های موقتی اطلاعات محرمانه و … می باشد که در صورت تماس با گوشی این اطلاعات نیز چک می شود .
۸) : AUC ( Authentication Center )
مرکز تصدیق اطلاعات . می توان این بخش را بخش امنیت نامید و عملکرد آن را اینگونه توجیه کرد . بخشی که محرمانه بودن تماس ها را کنترل می کند
شبكه هوشمند چيست؟
شبكه هوشمند يا Intelligent Network) IN) از لحاظ ساختار به گونه‌اي است كه در لايه‌اي بالاتر از شبكه‌هاي معمول مخابرات (شبكه تلفني، همراه، ديتا) قرار مي‌گيرد و مشتركان مي‌توانند از انواع خدمات آن، به آساني و با سرعت استفاده كنند.‌
اين شبكه از گره‌هاي سخت‌افزارهاي و نرم‌افزاري تشكيل شده است تا با استفاده از پروتكل‌هاي خاص، امكان ارائه سرويس هاي ويژه را براي مشتركان تلفن ثابت و همراه فراهم شود.‌ اگر بخواهيم دقيق‌تر بگوييم، شبكه هوشمند از يك سيستم يكپارچه براي ارائه سرويس‌هاي مخابراتي تشكيل شده و قادر است انواع مختلفي از سرويس‌هاي جديد را در حداقل زمان به مشتركان ارائه كند. اين مسئله امروزه يكي از اهداف شبكه‌هاي مخابراتي است.‌
شبكه هوشمند از چند عنصر فيزيكي مثل مركز كنترل سرويس (‌SCP)، مركز سوييچينگ سرويس (‌SSP)، نقطه ايجاد سرويس (‌SCEP) و مركز مديريت سرويس (‌SMP) تشكيل يافته است و تجهيزات هر يك از اين عناصر در داخل سايت‌هاي شبكه نصب مي‌شوند.‌

مزاياي شبكه‌ هوشمند
طبيعي است كه تفاوت‌هاي اين شبكه با شبكه‌هاي ديگر، قابليت‌هاي خاصي را نيز در بردارد و به همين خاطر مي‌توان مزايا و ويژگي‌هاي خاصي را براي آن در نظر گرفت كه به طور خلا‌صه عبارتند از:
‌- جداسازي اعمال مربوط به سرويس از سوئيچ‌هاي تلفني به منظور يكنواخت‌كردن نحوه استفاده از آن‌ها
‌- ارائه سريع سرويس‌ها در بازار رقابتي‌
‌- افزايش درآمد براي اپراتورها
‌- بالا بردن تعداد مكالمات موفق
‌- استفاده موثر از منابع شبكه
‌- مديريت قابل انعطاف بر روي سرويس‌ها‌

‌- امكان كنترل پارامترهاي ارائه سرويس از طريق مشترك
سرويس‌هاي شبكه هوشمند
مهم‌ترين سرويس‌هايي كه شبكه هوشمند ارائه مي كند عبارتند از:‌
سرويس صندوق پستي يا‌ VMS: اين سرويس قادر است پيام هاي تلفني، فكس و ايميل مشتركان را ثبت كند.
‌سرويس مكالمه مجاني يا FPH – Free Phone: اين سرويس به عنوان يكي از مهم‌ترين سرويس‌هاي IN،‌ قابليت انعطاف در مسيريابي و شارژ معكوس را بر اساس شرايط مختلف مورد

تقاضا ارائه مي‌دهد و همچنان با رشد فزاينده تقاضا از سوي مشتريان در كشورهاي داراي شبكه IN روبه‌روست.‌
قابليت مسيريابي مناسب، موجب خدمات‌رساني به موقع و سريع مي‌شود و با توجه به مقصد مورد تقاضاي خدمات، باعث صرفه‌جويي اقتصادي نيز خواهد شد. همچنين اين‌كه هزينه ارتباط را شركت مخاطب پرداخت كند، باعث تشويق مشتريان در برقراري ارتباط مي‌شود و راهي براي توسعه شركت يا سازمان دارنده اين سرويس است.‌
اين سرويس، براي شركت‌ها و موسساتي مناسب است كه در مورد خاصي (مثلا توليدات كارخانه) نياز به جمع‌آوري ديدگاه‌هاي مردم يا مصرف‌كننده دارند.‌
شماره اختصاصي (‌Personal number service)
دارنده اين سرويس مي‌تواند از خدمات مختلف مخابراتي با يك شماره (از نوع شماره‌هاي IN)، در هر نقطه از شبكه استفاده كند. با اين سرويس هدايت شماره به مكان‌هاي موردنظر مشترك (محل كار، منزل و …) امكان‌پذير است.‌
سرويس نظر سنجي يا (‌Tlevoting (VOT
اين سرويس براي راي‌گيري و مسابقات تلفني استفاده مي‌شود. در اين سرويس، استفاده‌كننده با يك شماره خاص تماس مي‌گيرد و انتخابش را از طريق صفحه كليد يا صدا اعلام مي‌كند. براي نظرسنجي نيز مي‌توان از آن استفاده كرد. از پيام گويا نيز مي‌توان در اين سرويس استفاده كرد و مشترك سرويس مي‌تواند به وسيله يك دستگاه تلفن در هر لحظه از نتيجه راي‌گيري آگاه شود.‌ساير قابليت‌هاي اين سرويس عبارتند از:‌
‌- محدود كردن ناحيه: به اين معني كه مشتركان منطقه خاصي امكان راي دادن خواهند داشت.‌
‌- محدود كردن تعداد تماس: به اين معني كه مشتركان نمي‌توانند بيشتر از دفعات از پيش تعيين شده در راي‌گيري شركت كنند.‌
‌- تعيين مدت زمان اعتبار راي‌گيري:
‌- رمز عبور و امكان تغيير آن:

‌- امكان آمارگيري:
‌- امكان پرس و جو در نتايج راي‌گيري
سرويس كارت اعتباري (Prepaid card Service)
با اين سرويس مي‌تواند از هر تلفن بدون استفاده از سكه يا حتي تجهيزات كارت‌خوان خاص، ارتباط تلفني خود را (اعم از شهري، بين شهري و بين‌المللي برقرار كند.‌
مشترك اين سرويس داراي شماره كارت منحصر به فرد است و هنگام مكالمه بايد كد دسترسي، شماره كارت و رمز عبور خود را وارد نمايد. زماني كه سيستم صحت شماره‌ها را تاييد كرد، پيامي

براي مشترك ارسال و درخواست شماره‌گيري اعلام مي‌شود.‌
سرويس شبكه خصوصي مجازي‌ (Virtual Private Network)
مشتركان شبكه مخابراتي با بهره‌مندي از سرويس VPN و استفاده از تلفن ثابت مي‌توانند شبكه مجازي خصوصي تشكيل‌دهند. دريافت هزينه از مشتركان اين سرويس بسيار متنوع است. به عنوان مثال هزينه مكالمه را مي‌توان از خود مشترك VPN و يا از حساب خاصي كسر كرد. مشتركان VPN داراي شماره داخلي خاص خود هستند. در مورد مكالمات خارج از VPN، مشترك بايد شماره شناسايي و رمز عبور را وارد نمايد.‌
از ديگر قابليت‌هاي اين سرويس مي‌توان به اين موارد اشاره كرد:‌
‌- امكان برقراري مكالمه بين مشتركان يك VPN
‌- امكان برقراري مكالمه با مشتركان خارج از VPN
‌- امكان انتقال مكالمه به مشترك ديگر همان VPN
‌- امكان شماره‌گيري اختصاري
– امكان تعريف شماره شناسايي
‌- استثنا كردن شماره‌هاي داخل VPN
‌- استثنا كردن شماره‌هاي خارج از VPN
‌- امكان برقراري مكالمه از طريق اپراتور
‌- امكان تعريف پيام صورتي
‌-محدود كردن تعداد مكالمات همزمان
شماره فراگير‌ (Universal Access Number)
اين سرويس براي شركت‌ها، سازمان‌ها و حتي كسب و كار خدماتي (مانند آتش‌نشاني، اورژانس و …) جالب و قابل استفاده است. در اين مورد مشترك سرويس تنها يك شماره تلفن را در آگهي‌هاي تبليغاتي خود به اطلاع مشتريان مي‌رساند. ولي شبكه IN به محض درخواست ارتباط از سوي كاربران، با شعبه‌اي از شركت كه در نزديكي محل تلفن‌كننده قرار دارد ارتباط برقرار مي‌كند.‌
مشاوره تلفني يا Premium Rate
يكي از موارد بارز استفاده از توانمندي‌هاي IN خدمات اطلاع‌رساني و مشاوره به عموم مردم است. آخرين اخبار و اطلاعات مربوط به سازمان‌هايي نظير هواشناسي، هواپيمايي، ورزشي و نيز مراكز مختلف مشاوره از طريق IN قابل دسترسي خواهد بود.‌

انتقال شماره‌ (Number Portability)

بسياري از شركت‌ها يا سازمان‌ها بنا بر شرايط يا اهدافي كه دارند، لازم مي‌دانند محل جغرافيايي خود را تغيير دهند. اين تغيير محل موجب تغيير شماره تلفن آنها خواهد شد. از طرفي شركت يا سازمان فوق نمي‌خواهد مشتريان خود را از دست بدهد. در اين حالت سرويس فوق تمامي ارتباط‌هاي ورودي به شماره‌هاي قبلي را به سمت شماره تلفن جديد هدايت خواهد كرد.