شبکه های سلولی چگونه کار می کنند؟

یک شبکه کامپیوتری سلولی، شبکه ای رادیویی است که از تعدادی سلول تشکیل شده است و هر سلول به یک محل ثابت متصل می شود که به آن سایت سلول (Cell Site)

یا ایستگاه پایه (Base Station) می گویند. این سلول ها وقتی در کنار هم قرار می گیرند، پوشش رادیویی گسترده ای را در مناطق مختلف جغرافیایی ایجاد می کنند. به این ترتیب، دستگاه های زیادی از جمله تلفن های همراه می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، حتی اگر در سلول متحرک باشند یا از سلولی به سلول دیگر بروند.

شبکه های سلولی نسبت به سایر رقبا مزایای خاصی دارند:

• حجم بالا
• مصرف انرژی پایین
• پوشش بالا
• کاهش اختلال با سیگنال های دیگر

یکی از مثال های قدیمی سیستم مخابراتی سلولی، سیستم تاکسی تلفنی است که در تمام سطح شهر آنتن های آن پراکنده است و تاکسی ها از این طریق با مرکز در ارتباط خواهند بود. در سیستم رادیویی سلولی، یک ناحیه می تواند به بخش های شبیه به سلول تقسیم شود. از آنجا که ترسیم شکل دایره یا حالت واقعی گستره پوشش دهی یک آنتن موجب هم پوشانی در طرح نمادین می شود، عموما شکل های 4، 6 یا 8 وجهی برای ترسیم محدوده تحت پوشش هر آنتن به کار می رود. البته شکل های 6 وجهی شکل های مرسوم تری هستند. هر کدام از این سلول ها 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 می شود که سلول های متجاور با یکدیگر تداخل نداشته باشند. این فرکانس ها در سیگنال های غیرهمجوار نیز می توانند تکرار شوند و تنها مانع، همسایه نبودن سلول های 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 می شود و به برج دوم نزدیک می شود، خود راننده تاکسی در صورت نیاز فرکانس را تغییر می دهد تا به موج مورد نظر برسد. اگر به دلیل نبود سیگنال اتصال قطع شد، راننده تاکسی از اپراتور ایستگاه پایه می خواهد دوباره پیغام را با فرکانس دیگری بفرستد.

در سیستم شبکه سلولی، از آنجا که دستگاه های موبایل مدام از یک سلول به سلول دیگر تغییر جا می دهند و نیاز هست که اتصال حفظ شود، تغییر از یک فرکانس سلول به فرکانس یک سلول دیگر به صورت الکترونیکی و بدون ایجاد وقفه، در ایستگاه پایه انجام می شود. تمام این تغییرات خودکار هستند و از عملیات دستی برای آن استفاده نمی شود. به این عمل تحویل (Handover) یا رها کردن (Handoff) می گویند. به طور کل کانال جدید به صورت خودکار در موبایل قرار می گیرد تا تبادل اطلاعات از طریق آن شبکه انجام پذیرد. در این مرحله موبایل به صورت خودکار از یک کانال به کانال دیگر منتقل می شود. شیوه دقیق عملیات تحویل از یک سیستم به سیستم دیگر متفاوت است.

یک مثال واقعی شبکه GSM است

کاربردی ترین مثالی که می توان در مورد شبکه های سلولی زد، شبکه تلفن همراه است. یک تلفن همراه دستگاهی است که از طریق سایت سلول به دریافت و ارسال اطلاعات تماس می پردازد. موج های رادیویی به جای سیم های مسی وظیفه انتقال صوت را برعهده دارند.

شبکه های تلفن همراه مدرن به این دلیل از سلول ها استفاده می کنند چرا که فرکانس ها محدود هستند و معمولا میان چند سرویس مشترک اند. مراکز سلولی تلفن همراه فرکانس را به صورت کامپیوتری تغییر می دهند و از انتقال دهنده های نیروی ضعیفی استفاده می کنند. به همین دلیل گاهی اوقات اتصالات همزمان منجر به بازدهی پایین آنتن ها خواهد شد.

شبکه تلفن را اپراتور تلفن همراه کنترل می کند. مسئولیت کنترل پوشش و حجم این شبکه نیز با اپراتور است. مناطق بزرگ و شلوغ معمولا سلول های کوچک تر و بیشتری دارند که بتوانند تعداد بالای تلفن های همراه را در آن ناحیه پشتیبانی کنند. تمام شبکه های 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 600 متری را پوشش می دهد در حالی که در مناطق خارج شهر این میزان حتی به 6 کیلومتر هم می رسد. حتی این مساله ممکن است که یک کاربر در شرایط مناسب بتواند از یک ایستگاه در 30 کیلومتری هم سیگنال دریافت کند.

از آنجا که تمام شبکه های تلفن همراه از فناوری سلولی استفاده می کنند در برخی از کشورها از جمله آمریکا، تلفن سلولی به جای واژه تلفن همراه به کار برده می شود. هر چند شبکه های ماهواره ای تلفن های همراهی هستند که مستقیما با برج های سلولی در تماس نیستند و به صورت غیرمستقیم و از طریق ماهواره از این برج ها اطلاعات دریافت می کنند.