ما هي الشبكات الخلوية
أساسيات الشبكة الخلوية
الخصائص الرئيسية للشبكات الخلوية
إعادة استخدام التردد وتطبيقاته في الشبكة الخلوية
آلية عمل الشبكات الخلوية
ميزات الأنظمة الخلوية في الشبكة الخلوية

تمنح الشبكات الخلوية المشتركين ميزات متقدمة مقارنة بالحلول البديلة بما في ذلك زيادة السعة واستخدام طاقة البطارية الصغيرة، وكذلك منطقة تغطية جغرافية أكبر وتقليل التداخل من الإشارات الأخرى، حيث تشمل التقنيات الخلوية الشائعة النظام العالمي للاتصالات المتنقلة وخدمة حزم الراديو العامة و”3GSM” والوصول المتعدد بتقسيم الكود.

 

ما هي الشبكات الخلوية

 

الشبكات الخلوية “Cellular Network”: هي شبكات لاسلكية أو متنقلة مقسمة إلى وحدات أساسية تسمى الخلايا، حيث تحتوي كل خلية على محطة أساسية وظيفية ذات طاقة محدودة تسهل إعادة استخدام الترددات داخل خلايا مختلفة دون تداخل، فعلى سبيل المثال يمكن استخدام التردد الذي تستخدمه محطة أساسية في خلية بواسطة أي خلايا أخرى مفصولة بمسافة نسبية، والشبكات الخلوية هي طرق فعالة للغاية للاستفادة من الترددات النادرة.

 

تخدم الخلية منطقة معينة ويعتمد حجمها على عدد المستخدمين ويختلف اعتماداً على الحد الأقصى لعدد المستخدمين الذين سيتم خدمتهم في تلك المنطقة المعينة وحركة المرور، كما أنّ حجم الخلية في المناطق المكتظة بالسكان أكبر نسبياً من مجموعات الخلايا في الأماكن الريفية.

 

كما يمكن أن يكون شكل الخلية مربعاً أو سداسياً على الرغم من أن الشكل السداسي يوصى به للحصول على تغطية أفضل وحسابات رياضية سهلة، والأمثلة الشائعة للشبكات الخلوية هي النظام العالمي للاتصالات المتنقلة “GSM” وخدمة حزمة الراديو العامة “GPRS” والوصول المتعدد لقسم الكود “CDMA” و”3GSM”.

 

“GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile”.

 

“CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division Multiple Access”.

 

“GPRS” هي اختصار لـ “General Packet Radio Service”.

 

أساسيات الشبكة الخلوية

 

تُعد الشبكة الخلوية بأنّها شبكة راديو موزعة على الأرض من خلال الخلايا، حيث تشتمل كل خلية على جهاز إرسال واستلام موقع ثابت يعرف باسم المحطة الأساسية، كما توفر هذه الخلايا معاً تغطية راديو عبر مناطق جغرافية أكبر، وبالتالي فإنّ أجهزة المستخدم “UE” مثل الهواتف المحمولة قادرة على الاتصال حتى إذا كان الجهاز يتحرك عبر الخلايا أثناء الإرسال.

 

تدعم تقنية الشبكة الخلوية هيكلاً هرمياً يتضمن على محطة الإرسال والاستلام الأساسية “BTS” ومركز التبديل المتنقل “MSC” وسجلات الموقع وشبكة الهاتف العامة “PSTN“، كما يمكّن “BTS” الأجهزة الخلوية من إجراء اتصال مباشر مع الهواتف المحمولة، حيث تكون الوحدة عبارة عن محطة أساسية لتوجيه المكالمات إلى وحدة التحكم المركزية للوجهة.

 

وكما تنسق وحدة التحكم في المحطة الأساسية “BSC” مع “MSC” للتفاعل مع “PSTN” المستند إلى الخط الأرضي، وسجل موقع الزائر “VLR” وسجل موقع المنزل “HLR” لإرسال المكالمات نحو وحدات تحكم مركزية أساسية متنوعة.

 

تحتفظ الشبكات الخلوية بمعلومات لتتبع موقع الأجهزة المحمولة لمشتركيها، ورداً على ذلك تم تجهيز الأجهزة الخلوية أيضاً بتفاصيل القنوات المناسبة للإشارات من أنظمة الشبكة الخلوية، كما يتم تصنيف هذه القنوات إلى مجالين:

 

قناة تحكم مخصصة قوية: هي قناة تُستخدم لنقل المعلومات الرقمية إلى هاتف محمول خلوي من المحطة الأساسية والعكس صحيح.

 

قناة استدعاء قوية: هي قناة تُستخدم لتتبع الهاتف المحمول بواسطة “MSC” عند توجيه مكالمة إليه.

 

ملاحظة: “UE” هي اختصار لـ “user equipment” و”HLR” هي اختصار لـ “Home Location Register”.

 

ملاحظة: “PSTN” هي اختصار لـ “Public Switched Telephone Network” و”VLR” هي اختصار لـ “Visitor Location Register”.

 

ملاحظة: “BSC” هي اختصار لـ “Base Station controller” و”MSC” هي اختصار لـ “Mobile Switching Center”.

 

الخصائص الرئيسية للشبكات الخلوية

 

تم تطوير الشبكات الخلوية كبديل لأنظمة الاستقبال أو الإرسال عالية الطاقة لأنظمة الهاتف المحمول والشبكات اللاسلكية وشبكات المنطقة الشخصية.

 

يستخدمون أجهزة إرسال قصيرة المدى ومنخفضة الطاقة للاتصال.

 

يحدث اتصالهم دائماً بين محطة متنقلة ومحطة أساسية، ولا يوجد اتصال مباشر من الهاتف المحمول إلى الهاتف المحمول.

 

تحتوي كل محطة قاعدة على مجموعة مخصصة من قنوات الراديو أو الترددات داخل الخلية، كما تغطي الخلية منطقة جغرافية معينة.

 

نظراً لأنّ منطقة التغطية مقصورة على خلية محددة، يمكن إعادة استعمال قنوات أو ترددات الراديو هذه بين الخلايا المتنوعة، وهذا ما يسمى إعادة استخدام التردد.

 

تدير الشبكات الخلوية مستويات التداخل في التسامح.

 

إعادة استخدام التردد وتطبيقاته في الشبكة الخلوية

 

يمكن للخلايا المجاورة استخدام نفس الترددات دون تداخل.

 

الهروب من الطاقة يقتصر على الخلايا المجاورة.

 

يمكن استخدام نفس التردد لمحادثات متعددة.

 

يسمح من عشرة إلى خمسين تردداً لكل خلية.

 

إذا كان “N” هو العدد الإجمالي للخلايا و”K” هو عدد الترددات، فيمكن حساب تردد الخلية أو تكرار كل خلية باستخدام صيغة رياضية “K / N”.

 

آلية عمل الشبكات الخلوية

 

تعمل المحطات الأساسية الموجودة داخل كل خلية كمحور لتوصيل جميع الأجهزة المحمولة داخل تلك الخلية، كما يتم استقبال إشارات التردد اللاسلكي التي ترسلها الهواتف المحمولة أولاً بواسطة هذه المحطات الأساسية، ويتم إعادة إرسال هذه الإشارات بعد ذلك إلى الهواتف المحمولة المتلقية المقابلة من خلال هذه المحطات الأساسية، كما يتم كل من الإرسال والاستقبال على ترددين مختلفين.

 

يتم توصيل كل محطة أساسية بمحطة أساسية أخرى باستخدام مركز تحويل مركزي قادر على تتبع المكالمات وتحويلها بين المحطات الأساسية للخلايا المختلفة، وعندما ينتقل مستخدم متنقل من خلية إلى أخرى ومن منطقة جغرافية إلى أخرى فإنّ هناك وظيفة لمراكز التحويل المركزية هذه، وتسمى عملية نقل البيانات من محطة قاعدة لخلية إلى محطة قاعدة لخلية أخرى تسليم.

 

تحتوي كل محطة أساسية أيضاً على اتصال بشبكة الهاتف الرئيسية “MTN” لنقل مكالمات الهاتف المحمول إلى الهواتف الأرضية، والشبكة الخلوية هي تقنية أساسية للهواتف المحمولة وأنظمة الاتصالات الشخصية والشبكات اللاسلكية وما إلى ذلك، وتم تطوير التكنولوجيا للهاتف اللاسلكي المحمول لتحل محل أنظمة الإرسال أو الاستقبال عالية الطاقة، حيث تعتمد الشبكات الخلوية طاقة منخفضة ونطاقاً أقصر مسافة والعديد من أجهزة الإرسال لإرسال البيانات.

 

يقدم الموقع الخلوي النموذجي تغطية جغرافية تكون بين تسعة و”21 ميلاً”، والمحطة الأساسية هي المتوكلة بمراقبة مستوى الإشارات عند القيام بمكالمة من هاتف محمول، وعندما يبتعد المستخدم عن منطقة التغطية الجغرافية للمحطة الأساسية قد ينخفض ??مستوى الإشارة.

 

يمكن أن يتسبب ذلك في قيام محطة قاعدة بعرض طلب إلى “MSC” لنقل التحكم إلى محطة قاعدة أخرى تستقبل أقوى الإشارات دون إخطار المشترك وهذه الظاهرة تسمى التسليم، حيث غالباً ما تواجه الشبكات الخلوية انقطاعات بيئية مثل الرافعة البرجية المتحركة أو كابلات الطاقة العلوية أو ترددات الأجهزة الأخرى.

 

“MTN” هي اختصار لـ “Mobile Technology Network”.

 

ميزات الأنظمة الخلوية في الشبكة الخلوية

 

تقدم سعة عالية جداً في نطاق محدود.

 

إعادة استخدام قناة الراديو في الخلايا المختلفة.

 

العمل على تمكين عدد ثابت من القنوات لخدمة عدد كبير بشكل افتراضي من المستخدمين عن طريق إعادة استخدام القناة عبر منطقة التغطية.

 

الاتصال دائماً بين المحمول والمحطة الأساسية وليس مباشرة بين الهواتف المحمولة.

 

يتم تعيين مجموعة من قنوات الراديو “radio channels” لكل محطة قاعدة خلوية في منطقة جغرافية محددة تسمى خلية.

 

يتم تعيين مجموعات قنوات مختلفة للخلايا المجاورة.

 

من خلال حصر منطقة التغطية داخل حدود الخلية، يمكن إعادة استخدام مجموعات القنوات لتغطية خلايا مختلفة.

 

المحافظة على مستويات التداخل ضمن الحدود المقبولة.

 

إعادة استخدام التردد أو تخطيط التردد.

 

تنظيم الشبكة الخلوية اللاسلكية.