پهنای باند فرکانسی در شبکه موبایل

به طور کلی ما در استاندارد GSM نسل دوم دوسری ساختار فرکانسی تعریف شده داریم

 GSM-900
GSM-1800
در مورد GSM-900 پهنای باند در دریافت (UPLINK) از 890MHz تا ۹۱۵MHZ پهنای باند در ارسال(DOWNLINK) از 935MHz تا ۹۶۰MHz می باشد

در مورد GSM-1800 پهنای باند در دریافت (UPLINK) از ۱۷۱۰MHz تا ۱۷۸۵MHz پهنای باند در ارسال(DOWNLINK) از ۱۸۰۵MHz تا ۱۸۸۰MHz می باشد.

در GSM-900 کل پهنای باند چه در ارسال و چه در دریافت به 124 کانال تقسیم می شود و

در GSM-1800 کل پهنای باند به ۳۷۴کانال تقسیم می شود.

در ایران ما از GSM-900 و GSM_1800استفاده می کنیم

در دفترچه های برخی گوشی های تلفن همراه ذکر شده که گوشی مذکور DUAL BANDمی باشد این بدین معنی است که این گوشی قابلیت استفاده در هر دو نوع فرکانس ذکر شده در بالا را دارد.

BTS

در شبکه موبایل اولین بخشی که به مستقیما با گوشی موبایل در ارتباط است به لفظ عوام آنتن موبایل و به تعبیر تخصصی BTS

 base transceiver station  می باشد .این پنلها توسط کابلهای ضخیم سیاه رنگی که به آن فیدر -FEEDER - می گویند به دستگاه BTS متصل است .فیدرها نوعی کابل درون تهی هستند و در آن یم لوله مسی قرار گرفته و موج بر می باشد .همانطور که می دانید در فرکانسهای بالا الکترونها از پوسته عبور می کنند برای همین برای انتقال از موج بر استفاده می شود نه سیم. در نهایت توسط خطوط انتقال این دستگاه به دستگاه دیگری به نام BSC که وظیفه مدیریت بین چند BTS را دارد متصل می شود

TDMA چیست؟

در شبکه موبایل گزارش آخرین مکان مشترک موبایل و ارسال و دریافت شماره تلفنها و مسائلی از این دست به عهده کانال سیگنالینگ می باشدو رد و بدل شدن مکالمات که هدف اصلی می باشد به عهده کانالهای ترافیکی می باشد. به طور قطع BTSوظیفه ارائه این کانالها را به مشترک موبایل دارا می باشد.یکی از مشکلات اساسی شبکه های موبایل کمبود فضای فرکانسی می باشد که به روشهای متنوعی توانسته اند این مشکل را برطرف کنند یکی از این روشها استاندارد TDMAمی باشد .در فرستندهای محلی تلویزیون ورادیو برای هر شبکه رادیویی و تلویزیونی از یک فرکانس استفاده می شود ولی در شبکه موبایل از یک فرکانس برای ارسال یا دریافت اطلاعات 8 مشترک استفاده می شود .

در این روش هر 8 تایم اسلات بر روی یک فرکانس مدوله (سوار) می شود و هر تایم اسلات مسئول حمل اطلاعات صحبت یک مشترک می باشد یعنی با یک فرکانس و با ایجاد تاخیر زمانی اندک بین 8 مشترک (بدون اینکه برای مشترکین قابل احساس باشند) آنها را به خوبی پوشش می دهد در BTSواحدی به نام TRXوجود دارد که نشان دهنده ظرفیت یک BTSمی باشد.

هر TRXیک فرکانس مخصوص دارد و 8 تایم اسلات برای آن تعریف شده است یعنی 8 کانال دارد بسته به نوع تعریف نرم افزاری می تواند سیگنالینک یا ترافیکی تعریف شود . راجع TDMA همانطور که ذکر شد این روش دقیقا یک روش مالتی پلکس می باشد البته از نوع زمانی چرا که ما مالتی پلکس فرکانسی نیز داریم به نام FDMA که در تلفن ثابت بیشتر از آن استفاده می شود. و جالب است بدانید در همان بلوکهای رنگی اطلاعات بسیار مهمی ردو بدل میشود مثل ارسال شماره -موقعیت مشترک در شبکه - صحبت - دیتا و ...

در ارسال دیجیتال عمل کدینگ انجام می شود این عمل برای این است که در ارسال و دریافت هرگاه در بین مسیر اطلاعات به خاط نویز از بین رفتند دوباره قابل باز سازی باشند در شکل بالا دیتا ۵۷ بیتی دوبار تکرار شده و یک سری بیت نیز در بین آن قرار گرفته این بیتها صرفا برای بازسازی مجدد استفاده می شود .

ظرفیت آنتن (TRX)

با توجه به محل نصب BTS ظرفیت برای آن مشخص می شود مثلا یک سایت مرکز شهر مطمئنا مشترک بسیار زیادتری را پوشش می دهد تا یک سایت جادهای که هر ساعت تعداد کمی از آن عبور می کنند پس محل نصب بسیار مهم است .برای این کار در طراحی سلولهای شبکه این سلولها در مراکز شهرها کوچکتر شده و در حاشیه شهرها بزرگتر . سایت ها وقتی نزدیک به هم نصب شوند سلول تحت پوشش هر سایت کوچکتر می شود و اگر فاصله نصب آنها بیشتر باشد سلول بزرگتر می شود در مناطق مرکزی تهران و یا مناطقی که بیشتر از موبایل استفاده می شود وقتی شما در خیابانی بایستید راحت می توانید دو سایت نزدیک به هم را ببینید این فاصله ها بعضا از حدود ۱۰۰۰ متر ویا کمتر می شود حتی ممکن است دو سایت بر روی یک دکل و یک مکان نصب شود ولی در جادها ممکن است تا ۴۰ کیلومتر فاصله دو سایت با هم اختلاف داشته باشد.

واحد ظرفیت BTS های موبایل TRX نامیده می شود همانطور که قبلا عنوان شد این TRX ها حدود ۸ مشترک را به صورت هم زمان پوشش می دهند  با توجه به محل نصب سایت این تعداد آن معین می شود مثلا در محلهای شلوغ و پر تراکم هر سکتور تا ۶ TRX برای هر سایت تعریف می شود اصولا هر سایت ۳ سکتور(جهت) دارد و در هر جهت ۶ TRX داشته باشد ظرفیت آن به صورت ۶+۶+۶ نمایش داده می شود یا در یک جهت منطقه پر تراکم و در جهت دیگر کم تراک است ظرفیت مثلا ۵+۲+۲ تعریف می شود .در سکتوری که ۶ TRX است طبق محاسبه ۴۸ کانال در اختیار داریم که حدود ۲ کانال آن برای سیگنالینگ (شماره گیری -پیجینگ و ....) و ۴۶ عدد دیگر برای ترافیک (انتقال صدا) می باشد.

BSC چیست؟

دومین مرحله بعد از آنتن موبایل (BTS) در شبکه دستگاهی است به نام BSC .(Base Station Controller ) که مخفف آن BSC میشودهمانطور که از اسمش پیداست وظیفه کنترل چند BTS به عهده یک BSC است و کار آن بسیار با اهمیت می باشند چون تنظیم یکسری از پارامترهای مهم شبکه که راجع به کیفیت مکالمه و تماس مطلوب است در این دستگاه تعریف می شود.
مثلا شما در حال صحبت با گوشی موبایل خود هستید و در یک اتومبیل درحال حرکت نشسته اید و در حال صحبت خیابانهای متعددی را پشت سر می گذارید ولی همچنان به مکالمه خود ادامه می دهید در این حالت شما از چندین آنتن موبایل گذشته اید و هر آنتن موبایل شما را به آنتن دیگر دست به دست کرده است و کانال ترافیکی شما را با خود پاک کرده و به یک آنتن دیگر تحویل داده است . این مدیریت مکالمه که در حال حرکت اتفاق می افتد به HAND OVER معروف است و وظیفه BSC مرتبط با آن BTS می باشد. و دیگر اینکه قدرت تشعشع (برد آنتن موبایل ) نیز در این دستگاه تعریف می شود ، بدین صورت که از طریق BSC بر روی خروجی یک آنتن مورد نظر تضعیف گذاشته می شود که فرکانس آن با آنتنهای دیگر تداخل نکند .

ظرفیت BSC ها بر اساس TRX انتن های متصل به آن تعریف می شود که در حال حاضر در ایران ۱۲۸ ، ۲۵۶ و ۵۱۲ TRX آن در حال کار است . در تهران چندین BSC در حال کار است و در بعضی استانها کل استان فقط با یک BSC کار می کند که ارتیاط مستقیم با تعداد BTS دارد. لازم به ذکر است که BSC های استفاده شده در ایران ساخت شرکتهای زیمنس ، نوکیا و اریکسون می یاشد.نرم افزار کنترل کننده BSC زیمنس که به LMT معروف است و کلیه پارامترهای BSC و BTS از طریق این نرم افزار به BSC داده می شود لازم به ذکر است در صورت خرابی یک آنتن موبایل سریعا آلارم آن بر روی این سیستم نمایش داده می شود که بیشتر وقتها به صورت نرم افزاری از طریق همین LMT قابل رفع می باشد در غیر این صورت پرسنل متخصص برای رفع عیب سخت افزاری به محل نصب BTS اعزام می شود.BTS ها صرفا حکم یک واسطه رادیویی را بین BSC و گوشی موبایل را دارند که قدرت خروجی آنهم حتی با BSC معین می شود .

هر BTS با هر ساختاری که دارد در BSC مرتبط با خود دارای یک دیتا بیس می باشد این دیتا بیس شامل فرکانس هایی که BTS باید با آن کار کند و شماره های LAC و CI که بعدا راجع به آن صحبت خواهم کرد و شماره تایم اسلات هایی که بر روی خطوط انتقال باید از آن استفاده کند - تعداد کانالهای ترافیکی و سیگنالینگی و... همه و همه بر روی این سیتم تعریف می شود .در ضمن پارامترهای بسیار زیادی نیز برای بالا بردن کیفیت مکالمه و روشهای متفاوتی برای این کار در BSC تعبیه شده است.
PCM چیست؟

المانهای مختلف شبکه موبایل باید توسط عاملی به یکدیگر مرتبط باشد مثلا BTS که ممکن است در دورترین نقطه استان واقع باشد باید توسط یک واسطه به BSC که غالبا در مرکز استان است وصل شود .این قسمت وظیفه سیستمهای انتقال می باشد که در تمام شبکه های مخابراتی از آن استفاده می شود (در تلفن ثابت - دیتا و شبکه های دیگر مخابراتی ). سیستمهای انتقال شامل یک بستر انتقال و نیز تجهیزات انتقال است .بستر یا محیط انتقال مانند سیم مسی -کابل کواکسیال - فضای پیرامون ما- فیبر نوری و ... می باشد که با قرار دادن مثلا یک مودم HDSL در دوطرف دو زوج سیم مسی پهنای باند 2مگا بیت را می شود منتقل کرد ویا با بکار گیری سیستمهای SDH در دو طرف فیبر نوری و یا ارتباطات رادیویی می توان هزاران کانال مخابراتی را منتقل کرد. پس به عنوان مثال کابل مسی بستر انتقال و مودم از تجهیزات انتقال میباشد .غالبا در مخابرات مجموع بستر و تجهیزات انتقال را" سیستم انتقال" می گویند.

حال برای اینکه تمام سیستمهای تولید شده در سطح جهان بتوانند از سیستمهای انتقال استفاده کنند باعث شد تا همگان استاندارد PCM را قبول کنند.بدین صورت که هر سیستم انتقال با پهنای باند 2مگا بیت در نظر گرفته شد( یعنی 2048 بیت ) سپس آن را به 32 کانال تقسیم کرده وبه هر کانال 64 کیلو بیت اختصاص دادند.مثلا برای اینکه دو نفر با تلفن صحبت کنند باید دو کانال 64 کیلو بیت به آنها تخصیص یابد یکی در جهت ارسال و دیگری در جهت دریافت تا دو مشترک بتوانند صدای یکدیگر را بشنوند حال دومشترک در یک شهر باشند یا هر کدام در یک شهر مجزا و یا حتی در دو کشور مجزا باشند فرقی نمی کند این دو کانال باید وجود داشته باشد البته در روش سویچینگ مداری.

در PCM ارسال و دریافت کاملا از هم جدا هستند یعنی یک سیستم کاملا برای ارسال و دیگری برای دریافت استفاده می شود برای همین PCM به صورت یک زوج بکار می رود یک 2مگا ارسال و یک 2 مگا برای دریافت .گفتیم که هر 2 مگا (منظور زوج 2 مگا) 32 کانال دارد کانال صفر آن برای همزمانی خود سیستم انتقال استفاده می شود پس 31 کانال در اختیار سیستم مخابراتی قرار می گیرد که غالبا سیستمها یک کانال را برای سیگنالینگ استفاده می کنند و 30 کانال برای انتقال صدا و ... قرار می دهد و بخاطر همین در اصطلاح کفته می شود PCM سی کاناله .

همانطور که عنوان شد PCM به عنوان رابط انتقال مابین تجهیزات مخابراتی ایفای نقش می کند در شبکه موبایل به خاطر استفاده بهینه از یک دو مگاPCM 30) کاناله ) از روش فشرده سازی استفاده کرده و ظرفیت یک دو مگا را تا چهار برابر افزایش می دهند و یک pcm 120 کاناله به سمت BTS می رود . علت اصلی آن است که بردن دو مگا در هر منطقه ای سختی خاص خود را دارد مثلا می خواهیم یک دو مگا را به یک نقطه کوهستانی - کویری ویا کوچه پس کوچه های یک شهر یزرگ ببریم این موضوع تجهیزات گران قیمتی را لازم دارد .بنابراین تصمیم گرفته شد که Pcm که به سمت فضای بیرون یعنی به سمت BTS می رود با ظرفیت بالا باشد.

از لحاظ فنی بدین صورت است که فریم های PCM 30 کاناله دارای 8 بیت می باشد که در حالت عادی مخصوص صحبت یک مشترک می باشد در هنگام فشرده سازی اطلاعات صدای مشترک بر روی 2 بیت قرار گرفته که در این حالت ظرفیت 4 برابر می شود لازم به ذکر است این تبدیل 8 بیت به 2 بیت دارای الگوریتم پیشرفته ای می باشد.زمانی که این دو مگا 120 کاناله به BSC می رسد این سیستم آن را از طریق دو مگا مخصوصی به ترانسکدر هدایت می کند در ترانسکدر این دومگا به چهار تا دو مگا 30 کاناله تبدیل می شود و به سوییچ موبایل تحویل می شود. در کل هنگام مکالمه با موبایل صوت از سوییچ موبایل یه صورت 8 بیتی یه ترانسکدر رفته در آن فشرده شده به 2 بیت تبدیل می شود و ازطریق BSC به BTS هدایت شده و در آنجا یه گوشی موبایل می رسدو سپس همین مسیر به طور عکس طی شده و به سمت سوییچ هدایت می شود با این تفاوت که در ترانسکدر این بار 2 بیت به 8 بیت تبدیل می شود.

MSC چیست ؟

. MSC مخفف  Center Mobile Switch می باشد عملکرد سوییچ موبایل تا حدودی شبیه سوییچ تلفن ثایت می باشد .همانطور که از اسم سوییچ پیدا است اصلی ترین کار سوییچ انتخاب مسیر مناسب جهت برقراری یک مکالمه است ساختار سوییچ تشکیل شده است از پردازنده مرکزی - حافظه موقت( شبیه [Ram] کامپیوتر) - حافظه جانبی (شبیه هارد دیسک کامپیوتر ) یونیت های واسطه که عمل سوییچینگ در آنها انجام می شود و پورت ها که حکم اینترفیس سیستم را دارند البته این ساختار بسیار ساده شده یک سوییچ است و المانهای مختلفی درگیر می شوند مثل راک مخصوص سیگنالینگ و غیره ولی هدف بنده دادن دید کلی به شما می باشد .اصلی ترین تفاوت سوییچ موبایل و سوییچ تلفن ثابت در نحوه تعریف مشترک در سوییچ است در تلفن ثابت مشترک به صورت دائم در سوییچ تعریف و سرویس های جانبی به او اختصاص داده می شود یعنی شماره مشترک همیشگی است مگر اینکه اپراتور تصمیم به حذف مشترک بگیرد اما در سوییچ موبایل وقتی مشترک وارد منطقه تحت پوشش یک سوییچ شد فورا سوییچ مربوطه اطلاعات کامل مشترک را به طور اتوماتیک از سیستمی به نام HLR در خواست می کند و کپی آن را در حافظه خود ذخیره کرده وبه سوییچ قبلی که اطلاعات مشترک درآن بوده دستور حذف اطلاعات راداده و سپس HLR آدرس آخرین سوییچ که موبایل در آن قرار گرفته را در خود ثبت می کند (البته این موارد قبلا توضیح داده شده است ) محلی که اطلاعات مشترک موبایل به طور موقت در آن ثبت میشود VLR Visited Location Register نام دارد موقت بودن ثبت اطلاعات در سوییچ از این بابت است که به محض خروج مشترک از منطقه تحت پوشش سوییچ اطلاعات آن از سوییچ مربوطه پاک می شود پس دیدیم که اپراتور هیچ نقشی در تعریف مشترک موبایل در سوییچ ندارد .

MSISDN :

یکی از موارد اصلی ذخیره شده در این واحد MSISDN یا همان شماره موبایل است که در اختیار من و شما می باشد و همه با این شماره کار تماس را انجام می دهند مثل**** 0911171

IMSI :

هر سیم کارت دارای یک شماره واحد و منحصر به فرد در شبکه می باشد که در اصطلاح فنی به آن IMSI گفته می شود اگر الان شما موبایلی را که در اختیار دارید خاموش کرده و سیم کارت آن را خارج کنید در قسمت پشت سیم کارت
شماره ای حک شده است که 10 رقم از آن به اضافه 43211 (برای شبکه IR-TCI) که مجموعا 15 رقم می شود را IMSI می نامند البته 10 رقم ذکر شده به تنهایی MSIN نام دارد . در سیم کارتهای جدید 10 رقم آخر شماره ثبت شده
در پشت سیم کارت همان MSIN میباشد . یکی از کاربردهای آن در هنگام سوختن ، مفقود شدن و یا دزدیده شدن سیم کارت است اپراتور با همان شماره موبایل قبلی (MSISDN) سیم کارت جدید با شماره سیم کارت جدید صادر کرده و شماره سیم کارت قبلی شما را از شبکه حذف می کند که اصطلاحا گفته می شود سیم کار سوزانده شده است .

در شبکه موبایل در هنگام تماس با یک موبایل بیشتر این شماره سیم کارت است که ردو بدل می شود بدین صورت که وقتی ما با شماره موبایلی تماس می گیریم بعد از تایید HLR محل ثبت دائمی سیم کارت و گرفتن شماره سیم کارت توسط شبکه ارتباطات بعدی توسط این شماره صورت می گیرد .

دیگر کاربردی که می توان برای آن متصور بود هنگام پیدا کردن شبکه می باشد .وقتی شما با گوشی خود وارد قسمت جستجوی شبکه می شوید بعد از گرفتن امواج(مثلا در تهران) شبکه موبایلهای موجود مثل IR-TCI و IR VALIACOM را مشاهده می کنید و با انتخاب IR-TCI شماره سیم کارت شما از HLR مربوطه استعلام می شود و سپس شما اصطلاحا REGISTER شده می توانید تماس بگیرید و یا با شما تماس گرفته شود .

TMSI  :

این کد شبیه IMSI که همان شماره سیم کارت می باشد هست با این تفاوت که بعد از هر تماس سوییچ موبایل کدی را به صورت هگزادسیمال 8 کاراکتری است به صورت تصادفی به شماره سیم کارت مورد نظر نسبت داده و ابتدا با این کد مشترک موبایل را در صورت تماس گرفته شدن خبر می کند البته این کد قبلا در اختیار گوشی موبایل قرارگرفته ودر حافظه گوشی ذخیره می شود (لازم به ذکر است دوبار شبکه با کد TMSI مشترک را پیج می کند اگر پیدا نشد به فرض اینکه گوشی از این کد خبر ندارد با IMSI پیج می شود که این کد در حافظه سیم کارت موجود می باشد.این بخاطر امنیت موبایلی است که به آن زنگ خورده است می باشد چراکه اگر مابه صورت موازی سوییچ پیش فرضی داشته باشیم و از شماره سیم کارت مشترک نیز مطلع باشیم می توانیم آن را پیج کنیم ولی با این کد عملا این مورد غیر ممکن است .

 LAC و CI :

شبکه موبایل به صورت سلول های 6 ضلعی تقسیم و در نظر گرفته می شود و سایت BTS که غالبا سه جهت (سکتور) دارد بین سه سلول قرار می گیرد وهر جهت یک سلول را پوشش می دهد .در شبکه برای پیدا کردن موقعیت یک مشترک می بایست هر سلول دارای کدی باشد که به این کد (CELL ID) CI  گفته می شود که این کد در ایران 5 رقمی می باشد .
حال یک شهر را به چند منطقه بزرگ که خود این مناطق شامل چندین CI می باشد تقسیم می کنند و به آن LAC می گویند .