Cellular Tecnology

Sebuah jaringan selular adalah sebuah jaringan radio yang terdiri dari sejumlah sel radio (atau hanya sel) masing-masing dilayani oleh minimal satu lokasi pemancar tetap dikenal sebagai sel situs atau base station. Sel-sel ini meliputi bidang-bidang tanah yang berbeda untuk menyediakan cakupan radio daerah yang lebih luas daripada wilayah satu sel, sehingga jumlah variabel transceiver portabel dapat digunakan dalam satu sel dan bergerak melalui lebih dari satu sel selama transmisi.

Jaringan selular yang menawarkan sejumlah keunggulan dibandingkan solusi alternatif:

* Peningkatan kemampuan
* Mengurangi pemakaian daya
* Besar cakupan area
* Mengurangi gangguan dari sinyal lain

Sebuah contoh sederhana telepon non-sistem selular adalah sopir taksi tua sistem radio di mana perusahaan taksi mempunyai beberapa pemancar yang berbasis di sekitar kota yang dapat berkomunikasi langsung dengan masing-masing taksi.
Membedakan sinyal dari beberapa pemancar, frekuensi Division Multiple Access (FDMA) dan code division multiple access (CDMA) dikembangkan.

Dengan FDMA, transmisi dan penerimaan frekuensi yang digunakan dalam setiap sel yang berbeda dari frekuensi yang digunakan dalam setiap sel tetangga. Secara sederhana sistem taksi, sopir taksi disetel secara manual pada frekuensi sel yang terpilih untuk mendapatkan sinyal yang kuat dan untuk menghindari gangguan dari sinyal dari sel lain. Prinsip CDMA lebih kompleks, tapi mencapai hasil yang sama; terdistribusi transceiver dapat memilih satu sel dan mendengarkan. Lain yang tersedia metode multiplexing seperti polarisasi Division Multiple Access (PDMA) dan waktu Division Multiple Access (TDMA) tidak dapat digunakan untuk memisahkan sinyal dari satu sel ke sel berikutnya karena akibat dari kedua bervariasi dengan posisi dan ini akan membuat pemisahan sinyal hampir mustahil . Time Division Multiple Access, bagaimanapun, digunakan dalam kombinasi dengan baik FDMA atau CDMA dalam sejumlah sistem untuk memberikan beberapa saluran dalam cakupan area dari satu sel.

Dalam kasus sederhana dari perusahaan taksi, masing-masing radio memiliki saluran dioperasikan secara manual selektor tombol untuk mencari frekuensi yang berbeda. Sebagai pembalap bergerak di sekitar, mereka akan berubah dari saluran ke saluran. Pembalap tahu mana yang kira-kira apa frekuensi yang mencakup daerah. Ketika mereka tidak menerima sinyal dari pemancar, mereka akan mencoba saluran-saluran lain sampai mereka menemukan satu yang bekerja. Sopir taksi hanya berbicara satu pada satu waktu, ketika diundang oleh stasiun pangkalan operator (dalam arti TDMA).

Ada beberapa konsep di belakang ponsel, termasuk fisika di balik jaringan dan menara yang menghubungkan telepon seluler.
Konsep

Konsep radio selular dapat digunakan untuk menjelaskan diffening resepsi di berbagai lokasi.

Area yang akan disertakan dengan layanan radio dibagi ke dalam sel. Masing-masing sel-sel ini diberikan rentang frekuensi (f1 - f6) dan mereka masing-masing memiliki stasiun basis radio yang sesuai. Kelompok frekuensi dapat digunakan kembali dalam sel-sel lain dengan mengingat bahwa hal itu tidak digunakan kembali di sel yang bersebelahan seperti yang akan menyebabkan gangguan co-channel. Interferensi co-channel terjadi ketika frekuensi yang digunakan kembali dalam sel tetangga yang berdekatan. Sebuah menggunakan kembali jarak, D adalah dihitung sebagai

D = R \ sqrt (3N), \,

di mana R adalah jari-jari sel dan N adalah jumlah sel per cluster. Sel dapat berbeda-beda di jari-jari dalam rentang (1 km sampai 30 km). Bentuk sel dapat heksagonal, bulat atau tidak teratur terdefinisikan lain bentuk. Batas-batas sel juga dapat tumpang tindih antara sel yang bersebelahan. [1]
Struktur jaringan selular

Struktur sederhana mobile selular jaringan radio terdiri dari berikut:

* RBS: Radio base station
* MSC: Mobile Switching Centre
* PSTN: Public jaringan telepon diaktifkan

Konsep sel terdiri dari peralatan jaringan selular menyediakan jaringan selular untuk mobile station (MS) dan PSTN pengguna. Jaringan ini adalah dasar dari jaringan sistem GSM. Ada banyak fungsi yang dilakukan oleh jaringan ini dalam rangka untuk memastikan telepon pelanggan mendapatkan layanan yang diinginkan, beberapa dari mereka termasuk manajemen mobilitas, pendaftaran, panggilan diatur, dan penyerahan. Setiap MS terhubung ke jaringan melalui RBS dalam sel yang sesuai yang pada gilirannya terhubung ke MSC. MSC memungkinkan sambungan jaringan lain selain jaringan mobile. Link dari MS ke RBS disebut uplink sedangkan yang dari RBS ke MS disebut downlink; untuk informasi lebih lanjut, lihat GSM.

Saluran radio secara efektif menggunakan media transmisi melalui penggunaan skema multiplexing berikut: multipleks pembagian frekuensi (FDM), waktu pembagian multiplex (TDM), kode divisi multipleks (CDM), dan ruang divisi multipleks (SDM). Sesuai dengan skema multiplexing ini adalah teknik akses berikut ini: frekuensi Division Multiple Access (FDMA), waktu Division Multiple Access (TDMA), kode Division Multiple Access (CDMA), dan ruang Division Multiple Access (SDMA). [2]


Penyiar pesan dan paging

Hampir setiap sistem selular memiliki semacam mekanisme penyiaran. Ini dapat digunakan langsung untuk mendistribusikan informasi ke beberapa ponsel, umum, misalnya dalam sistem telepon selular, yang paling penting informasi penggunaan siaran adalah untuk mengatur saluran selama satu sampai satu komunikasi antara transceiver mobile dan stasiun pangkalan. Ini disebut paging.

Rincian dari proses paging agak berbeda dari jaringan ke jaringan, tetapi biasanya kita tahu jumlah terbatas sel-sel di mana ponsel ini terletak (kelompok sel ini disebut sebagai Area Lokasi di sistem GSM atau UMTS, atau Routing Area jika seorang sesi paket data yang terlibat). Pager terjadi dengan mengirimkan pesan penyiaran pada semua sel-sel. Pager pesan dapat digunakan untuk transfer informasi. Ini terjadi di pager, dalam sistem CDMA untuk mengirimkan pesan SMS, dan dalam sistem UMTS dimana memungkinkan untuk downlink latency rendah di koneksi berbasis paket.
Frekuensi reuse
Contoh menggunakan kembali frekuensi faktor atau pola 1 / 4

Peningkatan kapasitas dalam jaringan selular, dibandingkan dengan jaringan dengan satu pemancar, berasal dari fakta bahwa frekuensi radio yang sama dapat digunakan kembali di daerah yang berbeda untuk transmisi yang sama sekali berbeda. Jika terdapat pemancar tunggal sederhana, hanya satu transmisi dapat digunakan pada frekuensi tertentu. Sayangnya, ada pasti beberapa tingkat gangguan dari sinyal dari sel-sel lain yang menggunakan frekuensi yang sama. Ini berarti bahwa, dalam sistem FDMA standar, harus ada setidaknya satu kesenjangan antara sel sel yang menggunakan kembali frekuensi yang sama.

Faktor menggunakan kembali frekuensi adalah tingkat di mana frekuensi yang sama dapat digunakan dalam jaringan. Ini adalah 1 / K (atau K menurut beberapa buku) di mana K adalah jumlah sel-sel yang tidak dapat menggunakan frekuensi yang sama untuk transmisi. Nilai umum untuk menggunakan kembali frekuensi faktor adalah 1 / 3, 1 / 4, 1 / 7, 1 / 9 dan 1 / 12 (atau 3, 4, 7, 9 dan 12 tergantung pada notasi).

Dalam kasus sektor N antena pada base station yang sama situs, masing-masing dengan arah yang berbeda, situs stasiun pangkalan dapat melayani N sektor yang berbeda. N biasanya 3. Sebuah pola penggunaan kembali N / K menunjukkan pembagian lebih lanjut di frekuensi antara sektor N antena per situs. Beberapa saat ini dan sejarah pola reuse 3 / 7 (AMPS Amerika Utara), 6 / 4 (Nokia NAMPS), dan 3 / 4 (GSM).

Jika total bandwidth yang tersedia adalah B, setiap sel hanya dapat memanfaatkan sejumlah saluran frekuensi berkorespondensi dengan bandwidth B / K, dan masing-masing sektor dapat menggunakan bandwidth B / NK.

Code Division Multiple Access berbasis sistem menggunakan pita frekuensi yang lebih luas untuk mencapai tingkat yang sama transmisi FDMA, tetapi hal ini diimbangi dengan kemampuan untuk menggunakan faktor penggunaan kembali frekuensi dari 1, misalnya menggunakan pola penggunaan kembali 1 / 1. Dengan kata lain, yang berdekatan dengan stasiun pangkalan situs menggunakan frekuensi yang sama, dan berbagai base station dan pengguna yang dipisahkan oleh kode daripada frekuensi. Sedangkan N adalah ditampilkan sebagai 1 dalam contoh ini, bukan berarti sel CDMA hanya memiliki satu sektor, melainkan bahwa seluruh sel bandwidth juga tersedia untuk masing-masing sektor secara individual.

Tergantung pada ukuran kota, sebuah sistem taksi mungkin tidak memiliki frekuensi-reuse dalam kota sendiri, tapi jelas di kota-kota terdekat lain, frekuensi yang sama dapat digunakan. Di kota besar, di sisi lain, frekuensi-reuse tentu bisa digunakan.
Frekuensi telepon selular pola reuse. Lihat U. S. Paten 4.144.411

Walaupun asli 2-arah-sel radio menara berada di pusat sel-sel dan omni-directional, peta selular dapat digambar ulang dengan menara-menara telepon selular yang terletak di sudut-sudut segienam di mana tiga sel berkumpul. [3] Setiap Menara ini memiliki tiga set antena terarah ditujukan dalam tiga arah yang berbeda dan menerima / transmisi menjadi tiga sel yang berbeda pada frekuensi yang berbeda. Ini menyediakan minimal tiga saluran untuk setiap sel. Angka-angka dalam ilustrasi adalah nomor saluran, yang berulang setiap 3 sel. Sel besar dapat dibagi lagi menjadi sel yang lebih kecil untuk daerah volume tinggi. [4]
Gerakan dari sel ke sel dan penyerahan

Dalam sistem taksi primitif, ketika taksi menjauh dari menara pertama dan lebih dekat ke menara kedua, sopir taksi secara manual beralih dari satu frekuensi yang lain yang diperlukan. Jika komunikasi terganggu karena hilangnya sinyal, sopir taksi meminta operator stasiun pangkalan untuk mengulangi pesan pada frekuensi yang berbeda.

Dalam sistem selular, sebagai transceiver mobile terdistribusi bergerak dari sel ke sel selama komunikasi yang sedang berlangsung terus-menerus, berpindah dari satu sel frekuensi ke frekuensi sel yang berbeda dilakukan secara elektronik tanpa interupsi dan tanpa dasar atau manual operator stasiun switching. Ini disebut penyerahan atau handoff. Biasanya, saluran baru secara otomatis dipilih untuk unit mobile stasiun pangkalan baru yang akan melayaninya. Unit mobile kemudian secara otomatis beralih dari saluran yang aktif ke saluran baru dan komunikasi terus berlanjut.

Persis rincian dari sistem mobile berpindah dari satu stasiun pangkalan ke lainnya bervariasi dari sistem sistem. Sebagai contoh, dalam semua handovers GSM dan W-CDMA handovers antar-frekuensi stasiun mobile akan menguji reserved saluran sebelum mengganti saluran. Setelah saluran dikonfirmasi oke, jaringan akan memerintahkan unit mobil untuk beralih ke saluran baru dan pada saat yang sama mulai bi-directional komunikasi pada saluran baru. Dalam CDMA2000 dan W-CDMA frekuensi yang sama-handovers, kedua saluran akan benar-benar digunakan pada waktu yang sama (ini disebut penyerahan lembut atau lembut handoff). Dalam IS-95 antar-frekuensi handovers dan sistem analog yang lebih tua seperti NMT itu biasanya akan menjadi mustahil untuk menguji saluran target secara langsung saat berkomunikasi. Dalam hal ini teknik lain harus digunakan seperti pilot beacon IS-95. Ini berarti bahwa hampir selalu ada istirahat singkat dalam komunikasi ketika mencari saluran baru diikuti dengan risiko tak terduga kembali ke saluran lama.

Jika tidak ada komunikasi berlangsung atau komunikasi dapat terganggu, mungkin untuk unit mobile secara spontan bergerak dari satu sel ke sel lain dan kemudian memberitahukan base station dengan sinyal terkuat.
Frekuensi pilihan

Efek frekuensi cakupan sel berarti bahwa frekuensi yang berbeda melayani lebih baik bagi kegunaan yang berbeda. Frekuensi rendah, seperti 450 MHz NMT, melayani pedesaan sangat baik untuk cakupan. GSM 900 (900 MHz) adalah solusi yang cocok untuk perkotaan cahaya cakupan. GSM 1800 (1.8 GHz) mulai dibatasi oleh dinding struktural. Ini adalah kelemahan dalam hal cakupan, tetapi merupakan keuntungan memutuskan ketika datang ke kapasitas. Pico sel, meliputi e.g. satu lantai dari sebuah gedung, menjadi mungkin, dan frekuensi yang sama dapat digunakan untuk sel-sel yang praktis tetangga. UMTS, di 2.1 GHz sangat mirip dalam cakupan ke GSM 1800. Pada 5 GHz, 802.11a Wireless LAN sangat terbatas telah memiliki kemampuan untuk menembus dinding dan mungkin terbatas pada satu ruangan di beberapa bangunan. Pada saat yang sama, 5 GHz dapat dengan mudah menembus melewati jendela dan dinding tipis sehingga sistem WLAN perusahaan sering memberikan cakupan ke daerah-daerah baik di luar itu yang dimaksudkan.

Bergerak di luar rentang ini, kapasitas jaringan umumnya meningkat (lebih banyak bandwidth yang tersedia) tetapi cakupan menjadi terbatas untuk saling berhadapan. Link infra-merah telah dipertimbangkan untuk penggunaan jaringan selular, tetapi pada 2004 [update] mereka tetap dibatasi untuk terbatas point-to-point aplikasi.

Layanan sel mungkin juga bervariasi karena gangguan dari sistem transmisi, baik di dalam dan di sekitar sel. Hal ini benar terutama dalam sistem berbasis CDMA. Memerlukan penerima sinyal tertentu-to-noise ratio. Sebagai penerima bergerak jauh dari pemancar, daya ditransmisikan berkurang. Sebagai gangguan (kebisingan) naik di atas kekuatan yang diterima dari pemancar, dan kekuatan pemancar tidak dapat ditingkatkan lagi, sinyal menjadi rusak dan akhirnya tidak dapat digunakan. Dalam sistem berbasis CDMA, efek gangguan dari pemancar selular lainnya di sel yang sama di wilayah cakupan sangat ditandai dan memiliki nama khusus, sel pernapasan.

Kuno sistem radio taksi umumnya menggunakan frekuensi rendah dan diletakkan tinggi pemancar, mungkin didasarkan di mana stasiun radio lokal memiliki tiang. Ini memberikan cakupan yang sangat luas di sekitar area melingkar yang mengelilingi setiap tiang. Karena hanya satu pengguna yang dapat bicara pada satu waktu tertentu, cakupan area tidak berubah dengan jumlah pengguna. Pengurangan rasio sinyal terhadap kebisingan di tepi sel terdengar oleh pengguna seperti berderak-derak dan mendesis di radio.

Satu dapat melihat contoh dari cakupan sel dengan mempelajari beberapa peta cakupan yang disediakan oleh operator nyata pada situs web mereka. Dalam kasus tertentu mereka dapat menandai lokasi pemancar, dalam diri orang lain tersebut dapat dihitung dengan bekerja keluar titik terkuat cakupan.
Cakupan perbandingan

Tabel berikut ini menunjukkan ketergantungan frekuensi area cakupan satu sel dari jaringan CDMA2000: [5]
Frekuensi (MHz) Cell radius (km) Cell area (km2) Relatif Cell Count
450 48,9 7521 1
950 26,9 2269 3,3
1800 14,0 618 12,2
2100 12,0 449 16,2
Mobile phone jaringan

Contoh yang paling umum dari jaringan selular telepon selular (ponsel) jaringan. Sebuah ponsel adalah telepon portabel yang menerima atau membuat panggilan melalui situs sel (base station), atau menara transmisi. Gelombang radio digunakan untuk mentransfer sinyal ke dan dari telepon seluler. Besar wilayah geografis (mewakili jangkauan layanan selular) mungkin akan dipecah ke sel yang lebih kecil untuk menghindari line-of-sight kehilangan sinyal dan sejumlah besar ponsel aktif di suatu daerah. Di kota-kota, setiap sel situs ini memiliki jangkauan hingga sekitar ½ mil, sedangkan di daerah pedesaan, jangkauan sekitar 5 mil. Berkali-kali di daerah terbuka jelas, pengguna dapat menerima sinyal dari cellsite 25 mil jauhnya. Semua sel situs yang terhubung ke telepon selular pertukaran "switch", yang terhubung ke jaringan telepon umum atau untuk beralih lain dari perusahaan selular.

Sebagai pengguna telepon bergerak dari satu wilayah sel ke sel lain, switch perintah secara otomatis handset dan situs sel dengan sinyal yang lebih kuat (dilaporkan oleh masing-masing handset) untuk beralih ke saluran radio baru (frekuensi). Ketika handset menanggapi melalui situs sel baru, pertukaran switch sambungan ke situs sel baru.

Dengan CDMA, beberapa handset CDMA berbagi saluran radio tertentu. Sinyal-sinyal dipisahkan dengan menggunakan kode pseudonoise (PN code) spesifik untuk setiap telepon. Ketika pengguna bergerak dari satu sel ke yang lain, handset radio set up sel link dengan beberapa situs (atau sektor dari situs yang sama) secara bersamaan. Hal ini dikenal sebagai "soft handoff" karena, berbeda dengan teknologi selular tradisional, tidak ada satu titik yang ditetapkan di mana ponsel beralih ke sel baru.

Modern jaringan telepon selular menggunakan sel karena frekuensi radio adalah terbatas, berbagi sumber daya. Sel-situs dan mengubah handset frekuensi dibawah kontrol komputer dan menggunakan pemancar berkekuatan rendah sehingga sejumlah frekuensi radio dapat secara bersamaan digunakan oleh banyak penelepon dengan lebih sedikit gangguan.

Karena hampir semua ponsel menggunakan teknologi selular, termasuk GSM, CDMA, dan AMPS (analog), istilah "ponsel" adalah di beberapa daerah, terutama Amerika Serikat, digunakan secara bergantian dengan "ponsel". Namun, telepon satelit adalah ponsel yang tidak berkomunikasi secara langsung dengan tanah selular berbasis menara, tetapi dapat melakukannya secara tidak langsung melalui satelit.

Sistem lama mendahului prinsip selular mungkin masih digunakan di beberapa tempat. Nyata yang paling menonjol keluar terus digunakan oleh banyak operator radio amatir yang menjaga patch telepon di klub mereka 'VHF repeater.

Ada sejumlah teknologi seluler digital yang berbeda, termasuk: Global System for Mobile Communications (GSM), General Packet Radio Service (GPRS), Code Division Multiple Access (CDMA), Evolution-Data Optimized (EV-DO), Enhanced Data Rates untuk GSM Evolution (EDGE), 3GSM, Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT), Digital AMPS (IS-136/TDMA), dan Integrated Digital Enhanced Network (iDEN).