Šta je ćelijska komunikacija: definicija, princip rada, veza

Šta je ćelijska komunikacija, bez koje moderna osoba ne može zamisliti život? Ovo je vrsta veze u kojoj je poslednji kanal bežičan. Mreža je raspoređena po kopnenim područjima zvanim ćelije, od kojih svaku opslužuje najmanje jedan primopredajnik fiksne lokacije, ali najčešće tri ćelijske ili bazne primopredajničke stanice. Oni pružaju ćeliji mrežnu pokrivenost koja se može koristiti za prijenos glasa, podataka i drugih vrsta sadržaja putem ćelijske komunikacije.

Kako to funkcioniše?

Šta je ćelijska komunikacija na djelu? Ćelija obično koristi drugačiji skup frekvencija od susjednih kako bi izbjegla smetnje i osigurala zagarantovan kvalitet usluge u svakoj ćeliji (princip" ćelije"). Kada se kombinuju, ove ćelije obezbeđuju radio pokrivenost u proširenom geografskom regionu. Ovo omogućava značajan broj prenosivih primopredajnika (na primer, mobilni telefoni, tableti i laptopi opremljeni mobilnim širokopojasnim modemima, pejdžerima,. itd..) da komuniciraju jedni s drugima i sa stacionarnim primopredajnicima i telefonima bilo gdje u mreži putem baznih stanica, čak i ako neki primopredajnici prolaze kroz nekoliko ćelija tokom prijenosa.

Ćelijska komunikacija ima niz korisnih funkcija:

• Veći kapacitet od jednog velikog predajnika, jer se ista frekvencija može koristiti za nekoliko kanala ako se nalaze u različitim ćelijama.
• Mobilni uređaji troše manje energije nego kada su povezani na jedan predajnik ili satelit, jer su ćelijski tornjevi bliži.
• Veće područje pokrivenosti od jednog zemaljskog predajnika, budući da se dodatni ćelijski tornjevi mogu dodavati neograničeno dugo i nisu ograničeni vidljivošću.

Koliko je danas razvijen?

Glavni pružatelji telekomunikacijskih usluga rasporedili su mobilne mreže za prijenos glasa i sadržaja na većini naseljene teritorije zemlje. Ovo omogućava mobilnim telefonima i računarskim uređajima da se povežu na standardnu telefonsku mrežu i javni Internet.

Regioni mobilnih operatera mogu biti različiti – od teritorije zemlje do malog objekta. Privatne mobilne mreže mogu se koristiti za istraživanje ili za velike organizacije i parkove, na primjer, za slanje poziva lokalnim agencijama javne sigurnosti ili taksi kompaniji.

Koji mobilni operater je danas lider? Do danas, svaka zemlja ima svoje provajdere. U Rusiji MTS i Megafon zauzimaju prvo mjesto po rasprostranjenosti.

Koncept

Šta je ćelijska komunikacija i kako funkcioniše? U ćelijskom radiokomunikacionom sistemu, površina zemljišta kojoj treba pružiti ovu uslugu podijeljena je u ćelije prema šemi koja ovisi o karakteristikama terena i prijema. Može biti približno heksagonalnog, kvadratnog, okruglog ili nekog drugog pravilnog oblika, iako su heksagonalno saće standardno. Svakoj od ovih ćelija dodijeljen je skup frekvencija (f1-f6) koje imaju odgovarajuće osnovne radio stanice. Grupa frekvencija se može ponovo koristiti u drugim ćelijama, pod uslovom da se slične frekvencije ne koriste ponovo u susednim ćelijama, jer to može izazvati smetnje u kombinovanom kanalu.

Povećana propusnost u ćelijskoj mreži, u poređenju sa mrežom sa jednim predajnikom, rezultat je mobilnog komutacionog sistema koji je razvio Amos Joel iz Bell Labs-a, koji je omogućio nekoliko pretplatnika u istoj zoni da koriste istu frekvenciju prilikom prebacivanja poziva. Ako postoji jedan jednostavan predajnik, samo jedan poziv se može koristiti na bilo kojoj frekvenciji. Nažalost, neizbježno postoji određeni nivo smetnji signala iz drugih ćelija koje koriste istu frekvenciju. To znači da u standardnom FDMA sistemu treba postojati barem jedan razmak između ćelija koje ponovo koriste istu frekvenciju.

Kako se ta tehnologija pojavila?

Prvu komercijalnu mobilnu mrežu 1g generacije pokrenuo je u Japanu Nippon Telegraph and phone (NTT) 1979. godine, u početku u gradskom području Tokija. U roku od pet godina proširena je tako da pokrije cjelokupno stanovništvo Japana i postala je prva nacionalna 1g mreža.

Kodiranje ćelijskog signala

Da bismo razumjeli šta je ćelijska komunikacija, potrebno je razumjeti njene standarde. Za razlikovanje signala od nekoliko različitih predajnika razvijeni su sljedeći tipovi višestrukog pristupa:

• vremenska podjela (TDMA);
• podjela frekvencije (FDMA);
• sa podjelom koda (CDMA);
• ortogonalna sa frekvencijskom podjelom (OFDMA).

U TDMA, vremenski intervali prijenosa i prijema koje koriste različiti korisnici u svakoj ćeliji razlikuju se jedni od drugih.

U FDMA, frekvencije prijenosa i prijema koje koriste različiti korisnici u svakoj ćeliji razlikuju se jedna od druge.

CDMA princip je složeniji, ali postiže isti rezultat: distribuirani primopredajnici mogu izabrati jednu ćeliju i slušati je.

TDMA se koristi u kombinaciji sa FDMA ili CDMA u brojnim sistemima za pružanje više kanala u području pokrivenosti jedne ćelije.

Trenutni trend

Šta je LTE ćelijska komunikacija u tabletu? Nedavno su takođe raspoređeni višestruki pristupni sistemi sa ortogonalnom podelom frekvencije, kao što je LTE, sa ponovnom upotrebom frekvencije 1.

Budući da takvi sistemi ne propagiraju signal preko frekvencijskog pojasa, upravljanje međućelijskim radio resursima važno je za koordinaciju distribucije resursa između različitih ćelijskih ćelija i za ograničavanje međućelijskih smetnji. Postoje različiti načini za koordinaciju međućelijskih smetnji (ICIC) već definiranih u standardu.

Koordinirano zakazivanje, MIMO sa više sedišta ili formiranje snopa sa više sedišta su drugi primeri međućelijskog upravljanja radio resursima koji mogu biti standardizovani u budućnosti.

Emitovanje poruka i signala

Šta je ćelijska komunikacija?? Definicija je data gore. Gotovo svaki takav sistem ima neku vrstu mehanizma emitovanja. Ovo se može koristiti direktno za distribuciju informacija na više mobilnih telefona. U tu svrhu koriste se i pojačala ćelijske komunikacije.

Obično, na primjer, u sistemima mobilne telefonije, najvažnija upotreba informacija za emitovanje je Postavljanje kanala za komunikaciju jedan na jedan između mobilnog primopredajnika i bazne stanice. Ovo se zove ćelijski signal. Obično se koriste tri različite procedure signala: serijski, paralelni i selektivni.

Detalji procesa poziva za pretragu donekle se razlikuju od mreže do mreže, ali obično je poznat ograničen broj ćelija u kojima se telefon nalazi (ova grupa se naziva područje pokrivenosti u GSM ili UMTS sistemu ili zona usmjeravanja ako je uključena sesija paketa podataka; u LTE, ćelije su grupisane u područja praćenja).

Signal se šalje slanjem emitovane poruke u sve ove ćelije. Signalne poruke se mogu koristiti za prijenos informacija. Ovo se dešava u pejdžerima, u CDMA sistemima za slanje SMS poruka i u UMTS sistemu, gde omogućava nisko kašnjenje linkova u paketnim vezama.

Kretanje između ćelija i prijenos podataka

Šta je moderna vrsta ćelijske komunikacije? U ćelijskom komunikacionom sistemu, kada se distribuirani mobilni primopredajnici kreću iz ćelije u ćeliju tokom neprekidne komunikacije, prelazak sa jedne ćelijske frekvencije na drugu vrši se elektronski na način bez prekid i bez operatera bazne stanice ili ručnog prekidača. To se zove prenos mobilnih podataka. Po pravilu, novi kanal se automatski bira za mobilni uređaj na novoj baznoj stanici koja će ga služiti. Tada se uređaj automatski prebacuje sa trenutnog kanala na novi i komunikacija se nastavlja.

Tačni detalji premještanja mobilnih komunikacija s jedne bazne stanice na drugu značajno se razlikuju od sistema do sistema.

GSM mrežna arhitektura

Najčešći primjer ćelijske mreže je mobilna (mobilna) telefonska mreža. Ovo je prijenosni telefon koji prima ili upućuje pozive putem mobilne stanice (baze) ili tornja za prijenos. Radio talasi se koriste za prenos signala na ili sa mobilnog telefona.

Moderne ćelijske mreže koriste ćelije jer su radio frekvencije ograničen zajednički resurs. Mobilne stanice i telefoni mijenjaju frekvenciju pod računarskom kontrolom i koriste predajnike male snage, tako da obično ograničeni broj radio frekvencija mogu istovremeno koristiti mnogi pretplatnici sa manje smetnji.

Kako veza funkcioniše

Mobilni operater koristi mobilnu mrežu za postizanje pokrivenosti i propusnosti za svoje pretplatnike. Velika geografska područja podijeljena su u manje ćelije kako bi se izbjegao gubitak signala vidljivosti i održao veliki broj aktivnih telefona u ovoj oblasti. Sva područja pokrivenosti povezana su sa telefonskim centralama (ili prekidačima), koji su zauzvrat povezani na javnu telefonsku mrežu.

Šta je ćelijska komunikacija kao modem? Zapravo, ovo je slična veza koja prenosi pakete informacija putem interneta.

U gradovima svaki dio ćelijske komunikacije može imati domet od približno 0,80 km, dok je u ruralna područja ova vrijednost može dostići 8 km. Moguće je da na otvorenim prostorima korisnik može primati signale iz ćelijskog čvora na udaljenosti do 40 km.

Budući da gotovo svi mobilni telefoni koriste GSM, CDMA i AMPS ćelijsku komunikaciju, izraz "mobilni telefon" koristi se naizmjenično sa oznakom"mobilni". Ali vrijedi uzeti u obzir neke razlike između ovih uređaja.

Šta je ćelijska komunikacija na iPhoneu? Ovo je mogućnost povezivanja na mrežu koristeći dva standarda istovremeno - GSM i CDMA. Međutim, satelitski telefoni su mobilni uređaji koji ne komuniciraju direktno sa tornjem za zemaljske ćelije, ali to mogu učiniti indirektno putem satelita.

Koji se komunikacijski formati mogu koristiti?

Postoji niz različitih tehnologija digitalne ćelijske komunikacije, uključujući:

• Globalni Mobilni komunikacioni sistem (GSM).
• Paketni Radio servis opće namjene (GPRS).
• CDMAOne.
• CDMA2000 optimiziran za prijenos podataka (EV-DO).
• Poboljšana brzina prenosa podataka za GSM (EDGE).
• Univerzalni sistem mobilne komunikacije (UMTS).
• Digitalna napredna Bežična komunikacija (DECT).
• Digitalni AMPS (IS-136 / TDMA).
• Integrisana digitalna proširena mreža (iDEN).

Prelazak sa postojećeg analognog standarda na digitalni odvijao se u Evropi i SAD-u sasvim drugačije. Kao rezultat toga, mnogi digitalni standardi su se pojavili u SAD-u, a Evropa i mnoge zemlje su se približile GSM-u. Ovo objašnjava posebnost rada iPhonea na mreži.

Struktura ćelijske mreže

Jednostavan prikaz ćelijske mreže sa stanovišta radio komunikacije sastoji se od elemenata kao što su:

• Mreža baznih radio stanica koje čine podsistem baznih stanica.
• Glavni kanal-komutirana mreža koja postoji za obradu glasovnih i tekstualnih poziva.
• Mreža sa komutacijom paketa dizajnirana za mobilnu obradu podataka.
• Javna komutirana telefonska mreža za povezivanje pretplatnika na širu telefonsku mrežu.

Ova mreža je osnova GSM sistema. Obavlja mnoge funkcije kako bi osigurao da korisnici dobiju željenu uslugu, uključujući upravljanje mobilnošću, registraciju, podešavanje poziva i primopredaju.

Svaki telefon se povezuje na mrežu pomoću RBS-a (bazne radio stanice) u sektoru odgovarajuće ćelije, koja se zauzvrat povezuje sa mobilnim komutacionim centrom (MSC). MSC se povezuje sa javnom Komutiranom telefonskom mrežom (PSTN). Veza sa telefona na RBS je definisana kao uplink, a povratna putanja je downlink.

Kako se prenose podaci?

Radio kanali efikasno koriste medij za prijenos zbog korištenja sljedećih šema višestrukog pristupa i multipleksiranja:

• podjela frekvencije (FDMA);
• podjela vremena (TDMA);
• sa podjelom koda (CDMA);
• sa prostornim razdvajanjem (SDMA).

Male ćelije koje imaju manje područje pokrivenosti od baznih stanica klasificirane su na sljedeći način:

• Microcell-manje od 2 kilometra.
• Picocell-manje od 200 metara.
• Femto ćelija - oko 10 metara.

Šta je ćelijska komunikacija za djecu? Ovaj termin se obično shvata kao poseban "deca" tarife sa posebnim paketima usluga.

Mobilni prijenos u mobilnim komunikacijskim mrežama

Kada korisnik telefona pređe iz jedne ćelijske zone u drugu tokom poziva, mobilna stanica će tražiti novi kanal veze kako ne bi prekinula poziv. Čim se pronađe, mreža izdaje naredbu mobilnom uređaju za prelazak na novi kanal i istovremeno prebacivanje poziva na njega.

Sa CDMA formatom, nekoliko telefona dijeli određeni radio kanal. Signali su odvojeni pomoću pseudo-noise koda (PN koda) specifičnog za svaki uređaj. Kada korisnik prelazi iz jedne ćelije u drugu, telefon uspostavlja radio komunikaciju sa više mesta (ili sektora istog mesta) istovremeno. Ovo je poznato kao "meka primopredaja" jer, za razliku od tradicionalnih tehnologija ćelijske komunikacije, ne postoji jedinstvena definisana tačka u kojoj se telefon prebacuje na novu ćeliju. Stoga se prilikom primjene ovog standarda koriste ćelijski i Internet pojačala.

U međufrekventnim primopredajama IS-95 i starijim analognim sistemima kao što je NMT, obično nije moguće direktno proveriti ciljni kanal tokom komunikacije. U ovom slučaju treba koristiti druge metode, kao što su svjetionici za kontrolu U IS-95. To znači da prilikom traženja novog kanala gotovo uvijek postoji kratka pauza u komunikaciji, koju prati rizik od neočekivanog povratka na stari.

Ako nema trajne veze ili može biti prekinuta, mobilni uređaj se može spontano kretati iz jedne ćelije u drugu, a zatim obavijestiti baznu stanicu najjačim signalom.

Izbor ćelijske frekvencije u mobilnim komunikacijskim mrežama

Uticaj frekvencije na pokrivenost ćelija znači da su različite frekvencije pogodnije za različite svrhe. Niske frekvencije, kao što je 450 MHz NMT, služe veoma dobro za pokrivanje ruralnih područja. GSM 900 (900 MHz) je pogodno rješenje za malu urbanu pokrivenost.

GSM 1800 (1,8 GHz) počinje biti ograničen strukturnim zidovima. UMTS sa frekvencijom od 2,1 GHz je po pokrivenosti veoma sličan GSM 1800. U zavisnosti od specifičnosti regiona, mobilni operateri postavljaju različita područja i frekvencije pokrivenosti.

Više frekvencije su nedostatak kada je u pitanju pokrivenost, ali to je ključna prednost kada je u pitanju propusni opseg. Male ćelije koje pokrivaju, na primjer, jedan sprat zgrade postaju moguće, a ista frekvencija se može koristiti za ćelije koje su praktično komšije.

Područja pokrivenosti i usluga

Servisno područje ćelije se također može promijeniti zbog smetnji odašiljačkih sistema kako unutar tako i oko nje. Ovo je posebno tačno u sistemima baziranim na CDMA. Prijemniku je potreban određeni omjer signala i buke, a predajnik ne bi trebao prenositi na prevelikoj snazi, kako ne bi ometao druge predajnike.

Kako se smetnje (buka) povećavaju zbog povećanja primljene snage od predajnika, signal postaje izobličen i na kraju postaje neupotrebljiv. U sistemima baziranim na CDMA, efekat smetnji drugih mobilnih predajnika u istoj ćeliji na područje pokrivenosti je veoma primetan.

Primjeri ćelijske pokrivenosti mogu se vidjeti ispitivanjem nekih mapa pokrivenosti koje pružaju pravi provajderi na svojim web stranicama ili gledanjem nezavisnih crowdsourcing karata kao što je OpenSignal. Oni pokazuju koji mobilni operater radi na određenoj teritoriji. U nekim slučajevima mogu označiti lokaciju predajnika, u drugima se može izračunati određivanjem tačke najveće pokrivenosti.

Ćelijski repetitor se koristi za proširenje područja pokrivenosti ćelije na velike površine. Oni se kreću od širokopojasnih repetitora za upotrebu u domaćinstvu i uredu do pametnih ili digitalnih repetitora za industrijske potrebe.

Svaki mobilni provajder ima svoj raspon brojeva, koji se obično razlikuju po kodu. Može se koristiti za određivanje koje regije i mobilnog operatera ima pretplatnik koji poziva.