Οι βασικές αρχές της κινητής τηλεφωνίας - Γράφει ο Γ. Πετσέλης
ΚΥΨΕΛΩΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
Η κινητή τηλεφωνία έρχεται να καλύψει την ανάγκη για επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις διατηρώντας την ελευθερία κίνησης των χρηστών.
Η ανάγκη κάλυψης μεγάλων περιοχών, που απαιτεί μεγάλη ισχύ εκπομπής και μεγάλο αριθμό συχνοτήτων, προκειμένου να είναι δυνατή η κάλυψη πολλών χρηστών ταυτόχρονα, οδήγησε στην εισαγωγή των κυψελωτών δικτύων.
Τα κυψελωτά δίκτυα (cellular mobile network) βασίζονται στη διαίρεση μιας μεγάλης γεωγραφικής περιοχής σε μικρότερες, που ονομάζονται κυψέλες (cells).
Έτσι οι τηλεπικοινωνιακοί πομποί είναι μικρής ισχύος, ενώ ταυτόχρονα μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ίδιες συχνότητες σε μη γειτονικές κυψέλες. Η κάθε κυψέλη διαθέτει ένα σταθερό σταθμό βάσης.
Τα πρώτα συμπτώματα κυψελωτής τηλεφωνίας ήταν και αυτά αναλογικά. Στη συνέχεια όμως η ανάπτυξη της τεχνολογίας και τα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα της ψηφιακής τεχνολογίας οδήγησαν στην εμφάνιση των ψηφιακών συστημάτων κινητής τηλεφωνίας. Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιου συστήματος με ευρεία χρήση σήμερα είναι το GSM.
Ψηφιακό Σύστημα Κινητής Τηλεφωνίας GSM
Το πρότυπο κινητής τηλεφωνίας GSM (Global System for Mobile communications) δημιουργήθηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό για τα Ταχυδρομεία και τις Τηλεπικοινωνίες (Conference Postal and Telecommunications CEPT).
Το πρότυπο GSM ακολουθεί την κυψελωτή λογική δικτύου. Κάθε κυψέλη διαθέτει ένα σταθερό σταθμό βάσης με κατάλληλη κεραία που καλύπτει όλη την έκτασή της. Ο σταθμός βάσης συνδέεται ασύρματα με τις κινητές συσκευές και ενσύρματα με το κέντρο μεταγωγής του συστήματος (Mobile Telephone Switching Office - MTSO).
Το βασικό στοιχείο του GSM είναι η μετατροπή του σήματος φωνής σε ψηφιακό σήμα και η μετάδοσή του σε συχνότητες UHF (Ultra High Frequencies) και συγκεκριμένα γύρω από τα 900 MHz, με κανάλια εύρους ζώνης 200 KHz. Ο κάθε συνδρομητής επιτρέπεται να κινείται τόσο μέσα στην ίδια κυψέλη όσο και και μεταξύ διαφορετικών κυψελών, χωρίς να υπάρχει διακοπή της επικοινωνίας, ακόμη και όταν ο χρήστης κινείται με ταχύτητα 200 χιλιομέτρων την ώρα.
Το κανάλι επικοινωνίας που χρησιμοποιείται κάθε φορά από ένα κινητό ορίζεται από το σταθμό βάσης. Ο τελευταίος μπορεί να χειρίζεται ταυτόχρονα μεγάλο αριθμό καναλιών με χρήση τεχνικής FDMA (Frequency Division Multiple Access). Ο ακριβής αριθμός καθορίζεται κατά τη σχεδίαση του δικτύου ανάλογα με τις ανάγκες που έρχεται να καλύψει. Επιπλέον σε κάθε κανάλι επικοινωνίας μπορούν να μιλούν ταυτόχρονα μέχρι οκτώ κινητά με χρήση της τεχνικής TDMA (Time Division Multiple Access). Έτσι το κινητό δεν εκπέμπει δεν εκπέμπει συνεχώς αλλά μία φορά κάθε 4,615 msec ή ισοδύναμα 217 φορές το δευτερόλεπτο. Τα πλεονεκτήματα του GSM σε σχέση με τα αναλογικά συστήματα κινητής τηλεφωνίας είναι:
Καλύτερη εκμετάλλευση του φάσματος και άρα μεγαλύτερη χωρητικότητα καναλιών σε κάθε κυψέλη.
Ψηφιακή τεχνολογία που κάνει μικρότερα, ελαφρύτερα και φτηνότερα τα κινητά τηλέφωνα.
Σημαντικά καλύτερη ποιότητα φωνής
Συμβατότητα με όλα τα διεθνή πρότυπα και ενσύρματα δίκτυα
Ευρεία διεθνή αποδοχή και εξάπλωση, πράγμα που σημαίνει συμβατότητα σε πολλές διαφορετικές χώρες και χαμηλότερο κόστος κατασκευής και λειτουργίας.
Η χρήση των δικτύων GSM ξεκίνησε από την Ευρώπη τον Ιούνιο του 1991
Βασικά χαρακτηριστικά Συστημάτων Κινητής Τηλεφωνίας GSM
Μέγιστο μέγεθος κυψέλης (ακτίνα) 35 χιλιόμετρα
Εκπομπή κινητού 890 - 915 MHz
Εκπομπή σταθμού βάσης 935 - 960 MHz
Εύρος περιοχής εκπομπής 25 MHz
Εύρος ζώνης καναλιού 200 KHz
Διαχωρισμός εκπομπής - λήψης 45 MHz
Πλήθος καναλιών ανά κυψέλη 125
Μέγιστο πλήθος χρονοθυρίδων ανά κυψέλη 992
Η εκπομπή από το σταθμό βάσης γίνεται στην περιοχή 935 - 960 MHz, ενώ η λήψη των σημάτων κινητών τηλεφώνων γίνεται στην περιοχή 890 - 915 MHz.
Άρα το σύστημα έχει χωρητικότητα 125 καναλιών.
Η μέγιστη ισχύς εκπομπής για τους σταθμούς βάσης είναι από 2,5 έως 320 Watt (περίπου 10 W για εμβέλεια 35 χιλιομέτρων). Αντίστοιχα για τα κινητά τηλέφωνα η ισχύς εκπομπής κυμαίνεται από 0,8 έως 20 W ενώ στην πράξη τα κινητά εκπέμπουν μέχρι 2 W λόγω της εγγύτητας της κεραίας τους στον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Ψηφιακό Σύστημα Κινητής Τηλεφωνίας DCS 1800
Και αυτό το σύστημα είναι κυψελωτό και μάλιστα προέρχεται ουσιαστικά από το GSM. Το ψηφιακό σύστημα κινητής τηλεφωνίας DCS 1800 (Digital Communications System) σχεδιάστηκε από το ETSI (European Telecommunication Standards Institute) το 1991, ενώ οι προδιαγραφές του στηρίζονται σε αυτές του GSM. Έτσι οι λειτουργίες και η αρχιτεκτονική των δύο συστημάτων είναι παρόμοιες. Οι σημαντικότερες διαφοροποιήσεις αφορούν τη συχνότητα λειτουργίας που για το DCS είναι η περιοχή των 1.800 MHz και η στάθμη εκπομπής που στο DCS είναι αρκετά χαμηλότερη.
Έτσι τα συστήματα DCS εκπέμπουν τα μεν κινητά στην περιοχή συχνοτήτων 1.790 - 1865 MHz (συνολικά 75 MHz) και οι σταθμοί βάσης στην περιοχή 1885 - 1960 MHz. Λόγω του τριπλάσιου εύρους ζώνης, ο αριθμός των καναλιών επικοινωνίας, τριπλασιάζεται σε σχέση με το GSM.
Ταυτόχρονα, και εδώ όπως ακριβώς και στο GSM γίνεται χρήση της τεχνικής TDMA σε κάθε κανάλι με αποτέλεσμα την εξυπηρέτηση οκτώ ζεύξεων από το ίδιο κανάλι. Έτσι η συνολική χωρητικότητα ενός συστήματος DCS ανά κυψέλη είναι τριπλάσια από αυτή ενός συστήματος GSM.
Η χαμηλότερη ισχύς εκπομπής στο DCS σε συνδυασμό με την υψηλότερη απόσβεση που προκαλείται στα σήματα λόγω της υψηλότερης συχνότητας εκπομπής έχει ως αποτέλεσμα μικρότερη εμβέλεια και άρα μικρότερο μέγεθος κυψέλης από ό,τι στο GSM. Έτσι η μέγιστη εμβέλεια ενός κινητού DCS είναι οκτώ χιλιόμετρα σε σχέση με τα 35 ενός κινητού GSM. Ταυτόχρονα όμως λόγω της υψηλότερης συχνότητας και των μικρότερων κυψελών το DCS παρουσιάζει καλύτερη απόδοση και μικρότερα κενά στην κάλυψη που προσφέρει. Τα χαρακτηριστικά των συστημάτων DCS τα κάνουν ιδανικά για πυκνοκατοικημένες περιοχές, εμπορικά κέντρα, αεροδρόμια κτλ.
Βασικά χαρακτηριστικά Συστήματος Κινητής Τηλεφωνίας DCS 1800
Μέγιστο μέγεθος κυψέλης (ακτίνα) 8 χιλιόμετρα
Εκπομπή κινητού 1790-1865 MHz
Εκπομπή σταθμού βάσης 1885-1960 MHz
Εύρος περιοχής εκπομπής 75 MHz
Εύρος ζώνης καναλιού 200 KHz
Διαχωρισμός εκπομπής λήψης 95 MHz
Πλήθος καναλιών ανά κυψέλη 375
Μέγιστο πλήθος χρονοθυρίδων ανά κυψέλη 2.992
Ισχύς εκπομπής συσκευής κινητής τηλεφωνίας 0,5 - 1.0 Watt
ΓΙΑΝΝΗΣ ΠΕΤΣΕΛΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΣ - ΡΑΔΙΟΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΟΣ