دانلود تحقیق سیستم های مخابراتی تلفن همراه

مخابرات بی سیم در سال 1987 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 سیار 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 شود 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 :

1) 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 .

2) 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 :

1. دوره قبل از همگانی شدن این سیستم

2. سیستم های آنالوگ نسل اول

3. سیستم های دیجیتال نسل دوم

4. سیستم های دیجیتال نسل سوم (PCS )

دوره های ماقبل از همگانی شدن سیستم های مخابرات بی سیم از سال های 1950 شروع شده و تا سال 1960 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 1970 تا 1980 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 1978 راه اندازی شد . این سیستم در باند فرکانسی 800 تا 900 مگاهرتز کار می کرد و دارای 666 کانال دو طرفه با پهنای باند 30 کیلو هرتز و مدولاسیون FM ، آنالوگ بود . با افزایش بیش از حد تقاضا، سیستم های آنالوگ 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 علاوه 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 1980 و 1990 با استفاده از تکنولوژی دیجیتال تحقق یافت . COSM اولین استاندارد GSM تمام دیجیتال در دنیاست . این سیستم در سال 1992 در اروپا به بهره برداری تجاری رسید . در این سیستم موبایل از فرکانس های 890 تا 915 مگاهرتز و پست های ارسال و دریافت از فرکانس های 935 تا 960 مگاهرتز برای ارسال سیگنال استفاده می کنند . پهنای باند هر کانال رادیویی 200 کیلوهرتز است که توسط 8 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 23.1 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 3G 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 2.9 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 2.5 تا 2.5G بر پایه نسل دوم برای مکالمه استفاده می شود . اما نسل بعدی که نسل سوم یا 3G 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 نسل سوم که روی فرکانس 2000 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 2.5 است . البته شایان ذکر است که بین نسل 2.5 و 3 فناوری های PCS و DCS در فرکانس های 1800 و 1900 نیز بکار گرفته شدند . (Digital Cellular System & Personal Communication System ) بعد از نسل سوم نوبت به نسل چهارم یا 4G 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 4 یا 4G 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 4G 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 4G ، یکی از ابتکارات مراکز( Research & Development Center ) برای حل مشکلات و محدودیت های 3G است که نتوانسته به وعده های خود در زمینه عملکردها و خروجی ها عمل کند .