پاورپوینت شبکه های بی سیم سلولی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

مبانی شبکه های بی سیم
شبکه های بی سیم سلولی

اسلاید 2 :

مطالب فصل سوم
شبکه های بی سیم سلولی
شبکه های محلی بی سیم
تداخل کانالها در شبکه های بی سیم

اسلاید 3 :

نکات کلیدی شبکه های بی سیم سلولی
اساس کار یک شبکه سلولی استفاده از فرستنده کم قدرت است.
محدوده تحت پوشش به چند سلول با الگویی متشکل از کاشی های شش ضلعی تقسیم میشود.
مشکل تکنیکی عمده برای شبکه های سلولی، کم رنگ شدن (fading) است که به تغییرات زمانی قدرت سیگنال دریافتی ناشی از تغییرات رسانه یا مسیر اشاره دارد
شبکه های سلولی نسل اول آنالوگ بودند و از موتلی پلکسینگ تقسیم فرکانس (FDM) استفاده میکردند.
شبکه های سلولی نسل دوم دیجیتالی اند. تکنیکی که کاربرد گسترده ای دارد مبتنی بر دستیابی چندگانه کد (CDMA) است.

هدف نسل سوم (3G) ارتباطات بی سیم، تهیه ارتباط بی سیم سریع برای پشتیبانی مولتی مدیا، داده و ویدئو علاوه بر صوت میباشد.
شبکههای نسل سوم امکان انتقال داده تا سرعت ۲ مگابیت بر ثانیه را در برخی از نقاط جهان فراهم کردهاند
در نسل چهارم (4G) ، نرخ انتقال ۱۰ تا ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه برای هر کاربر فراهم میکند
این سامانهها همچنین امکان استفاده همزمان شبکههای بیسیم و تلفنهای همراه متنوع و ناهمگن را فراهم میکنند.
نسل چهارم شامل دو تکنولوژی LTE و WiMAX میباشد.
در شبکه نسل آتی NGN (Next Generation Network)، چالشهای جدید در شبکههای کامپیوتری راه کارهای جدیدی را میطلبد تا کاربران و شرکتها بتوانند از سرویسها و نرمافزارهای امروزی بهره ببرند.

اسلاید 4 :

تعریف ITU در مدل شبکه NGN
NGN شبکه ای مبتنی بر Packet است و می تواند امکانات ارتباطی را با به کار بردن چندین فناوری انتقال در اختیار قرار دهد که در اینصورت امکانات و وظایف بخش سرویس از فناوری های انتقال زیرین مجزا است.
NGN شرایط دسترسی نامحدود استفاده کنندگان به شبکه و سرویس پروایدرهای مختلف را فراهم می کند.
NGN تحرک عمومی را ساپورت می کند و این به ارائه سرویس پایدار و فراگیر کمک می کند.
در تعاریف بیان شده همواره تاکید زیادی بر جداسازی لایه شبکه از لایه سرویس می شود.
در NGN تلاش بر آنست تا با ایجاد تغییراتی در معماری شبکه های Core و Access مخابراتی، به یک شبکه یکپارچه و واحد دست یابیم تا انواع اطلاعات مانند صدا، دیتا، تصویر و… را به صورت بسته (Packet) های IP ایجاد کرده و انتقال دهیم.
این همانند آن چیزی است که در اینترنت اتفاق می افتد.
جالب است بدانید NGN از نظر کارآیی، نقطه عطف و پیشرفت تمام فناوری های بکار رفته در شبکه است.

اسلاید 5 :

سازمان شبکه سلولی
بخش اصلی مورد بررسی یک شبکه سلولی فرستنده کم قدرت است که از مرتبه 100W یا کمتر است.
چون برد چنین فرستنده ای کم است، یک ناحیه میتواند به چندین سلول تقسیم شود.
به هر سلول باندی از فرکانسها اختصاص می یابد و به وسیله ایستگاه مبنا (Base Station) متشکل از فرستنده، گیرنده و واحد کنترل، سرویس داده میشود.
به سلول های مجاور فرکانسهای متفاوتی تخصیص داده میشود تا از تداخل یا القای متقابل جلوگیری شود.
با این وجود سلولهای که به اندازه کافی از هم دور هستند میتوانند از فرکانسهای مشترک استفاده کنند.

اسلاید 6 :

مخابرات سلولی
ایدة ساختار سلولی در دهة 60 و70 میلادی برای توسعه ارتباطات سیار شکل گرفت.
در این ساختار به ارائهدهندة سرویس (برای مثال همراه اول) محدودة فرکانسی خاصی داده میشود.
برای مثال 30 کانال فرکانسی در اختیار همراه اول قرار میگیرد و اپراتور با 30 کانال به تعداد زیادی از متقاضیان، سرویس تلفنهمراه ارائه میکند.
اپراتور همراه اول برای استفاده بهینه از این کانالهای مخابراتی، منطقة تحت پوشش خود را به بخشهایی(Zone) تقسیم میکند.
در شکل مقابل، بخشبندی لانه زنبوری را مشاهده میکنید.
به این ساختار سیستم تلفن سیار پیشرفته یا به اختصار (AMPS (Advanced Mobile Phone System گفته میشود.

اسلاید 7 :

نحوه ایجاد سلول های 6 ضلعی
سلولهای 6 ضلعی که در تحلیل ها استفاده میشود، با استفاده از آنتهایی سکتوری است که روی دکل های مخابراتی نصب میشوند.
روی هر دکل سه آنتن سکتور که شعاع پوشش 120 درجه دارند، نصب میشوند.
به هر سلول 4 طیف فرکانسی (کانال) اختصاص می یابد.
هر سکتور یک کانال را در اختیار میگیرد.
بخش های مشترک بین سکتورهای مجاور از نظر منطقی خطی فرضی ترسیم میشود
خطوط فرضی ترسیم شده، شش ضلعی های را بوجود می آورند.
با حداقل سه کانال متفاوت میتوان ساختار سلولی ایجاد کرد به نحوی که سلولهای مجاور روی هم تاثیر مخرب نداشته باشند

اسلاید 8 :

مخابرات سلولی (ادامه)استفاده مجدد از فرکانس (Reuse Frequenct)
در شکل مقابل هفت بخش ازA تا G را باید پوشش دهیم.
از 30 کانال در اختیار، 4 کانال را به A، 4 کانال را به B و … اختصاص میدهیم.
ایدة اصلی این است که اگر در یکی از بخشهایA از 4 کانال استفاده کردیم، میتوانیم از همین کانالها در بخش A دیگری که با فاصله از این بخش قرار دارد، باز هم استفاده کنیم.
در شکل سه بخش با نام A داریم که هر سه از کانال مخابراتی با فرکانس مشترک استفاده میکنند. چرا این کار را میتوانیم انجام دهیم؟
به این دلیل که توان ارسالی فرستندهای را که در هر بخش قرار دارد، به شیوهای مهار میکنیم که میزان سیگنالی که از فرستنده یک بخش A به محدودة زیر پوشش بخش A دیگر میرسد، آنقدر کم باشد که اثری در کارکرد کاربرانی که در آن بخش قرار دارند، نگذارد.
لذا کاربران هر دو بخش علیرغم استفاده از فرکانس مشترک، اختلالی در کار یکدیگر ایجاد نمیکنند.
با استفاده از این ایده یعنی ایجاد شبکة سلولی(Cellular) میتوانیم بارها از کانالهای مخابراتی در بخشها یا سلولهای دیگر استفاده کنیم.
به این ترتیب در مثال ذکر شده با همان 30 منبع فرکانسی در اختیار، میتوان به تعداد زیادی مشترک در محدودههای بزرگ جغرافیایی سرویس داد.

اسلاید 9 :

مخابرات سلولی (ادامه)خرد کردن طیف درون هر سلول
گاهی در بعضی سلولها تعداد کاربران بیش از آن است (تراکم جمعیت مانند محدودة مرکزی شهرها) که با 4 فرکانس پوشش داده شوند.
در این صورت میتوان آن سلول را به سلولهای کوچکتر تقسیم کرد.
برای مثال در شکل مقابل محدودة وسط تقاضای مکالمه بیشتر دارد و در نتیجه هر سلول به سلولهای کوچکتر افراز شده است.
در این صورت میتوان با به کارگیری همان ایدة اصلی، در هر سلول کوچک از چند فرکانس- ولی با توان فرستندة کمتر- استفاده کرد تا از فرکانسهایی که در این سلول های کوچک استفاده میشود، بتوانیم در سلولهای دیگری هم استفاده کنیم.

اسلاید 10 :

استفاده مجدد از فرکانس در شبکه های سلولی
شرط اصلی استفادة مجدد از یک فرکانس یا کانال مخابراتی، داشتن توانایی بالا برای مهار فرستنده و مدیریت کردن انتشار سیگنال است.
تقریباً همة انواع فناوریهای حوزة مخابرات سیار از این ایده بهره میگیرند تا بتوانند به صورت مقیاسپذیر (Scalable) ، یعنی به اندازة دلخواه، به مشتریان سرویس بدهند.

اسلاید 11 :

مؤلفههای مهم ارتباطات سیار
BTS: در هر سلول عنصری به نام BTS (Base Transceiver Station) قرار دارد که ارتباط کاربران آن سلول را با شبکه برقرار میکند.
اگر در سلولA  قرار داریم ارتباطمان از BTS ای که در وسط این سلول است برقرار میشود و وقتی در سلول B  قرار داریم از BTS  واقع در آن بخش به شبکه وصل میشویم و الی آخر.
اگر در حال حرکت هستیم در هر سلول که قرار گیریم، گوشی ما از BTS  ای که به ما نزدیکتر است، با شبکه داده مبادله میکند.
در شبکه پشت سر BTS  مؤلفة دیگری به نام (BSC (Base-Station Switching Center  قرار دارد که کنترل کنندة تعدادی از  BTSهاست
در پشت BSC مؤلفة دیگری به نام (MSC (Mobile Switching Center است که مرکز اصلی سوییچینگ شبکة تلفنهمراه است.
پس وقتی در شبکة تلفنهمراه صحبت میکنیم مسیر عبور داده به این صورت است:

و سپس یا به شبکة تلفن ثابت وصل میشویم یا دوباره عکس همین مسیر برای برقراری ارتباط با طرف مقابل در شبکة تلفنهمراه طی میشود یعنی:

اسلاید 12 :

مؤلفههای مهم ارتباطات سیار(Home Location Register (HLR
درکنار MSC مؤلفة دیگری به نام HLR(Home Location Register) قرار دارد.
HLR پایگاه دادهای است که اطلاعات و پروفایلهای کلیدی کاربران را ذخیره میکند:
مشخصات فردی کاربر
سرویسهایی که کاربر از آنها استفاده میکند.
شماره خط کاربر
سرویسهایی که کاربر مجاز است از شبکه بگیرد و سرویسهایی که مجاز نیست.
اطلاعات مربوط به موقعیت کاربر
HLR مشخص میکند، کاربر تحت مدیریت کدام MSC از شبکه سرویس میگیرد.

اسلاید 13 :

مؤلفههای مهم ارتباطات سیار(Home Location Register (HLR
وقتی کاربری که شماره آن مربوط به مثلاً شهر مشهد باشد ولی به شهر تهران سفر کرده، باید اطلاعات مربوط به MSC او ثبت شود.
مدیریت پروفایل سرویس کاربر نیز تحت کنترل HLR است.
سرویسهایی درHLR است که خود کاربر میتواند تغییرشان بدهد. برای مثال تنظیم کردن Call Forwarding (دایورت کردن) از جملة آنهاست.
وقتی کاربر این تنظیمات را انجام میدهد، در حقیقت Service Profile خودش را در HLR تغییر میدهد.
مشخصات کاربر مانند اینکه گوشی او چیست؟ شماره خطش کدام است؟ و … نیز در HLR ذخیره میشود.
اگر سیم کارتتان را در گوشی جدیدی قرار دهید، پیغامهایی را دریافت میکنید که چگونه سرویسهای گوشی جدیدتان را تنظیم کنید.
شبکه با تطبیق مشخصات گوشی فعلی با آنچه در HLR ثبت شده متوجه میشود که شما از گوشی جدیدی استفاده میکنید.
همچنین از دیگر کارکردهای HLR این است که اطلاعات کاربر را به VLR میدهد.

اسلاید 14 :

مؤلفههای مهم ارتباطات سیار(Visitor Location Register (VLR
VLR یا ثبت کنندة محل Visitor پایگاه دادهای شامل اطلاعات گوشیهای کاربرانی است که در حال حاضر در حوزة MSC کاربر قرار دارند.
زمانی که کاربر به حوزة MSC دیگری وارد میشود، VLR ای که به آن MSC متصل است، اطلاعات کاربر را از HLR درخواست میکند.
در این صورت اگر کاربر بخواهد مکالمهای را برقرار کند، VLR تمام اطلاعات لازم برای برقراری مکالمه را ارائه خواهد داد و لزومیندارد که هر بار این اطلاعات از HLR سوال شود.
در یک جمله میتوان گفت VLR یک HLR توزیع شده است و شامل اطلاعات دقیق از محل گوشی است.
AUC مرکز تأیید هویت میباشد که اعتبار هویت مشترکین سیار را کنترل مینماید

اسلاید 15 :

fading یا محو شدگی در مخابرات سیار
fading یا محو شدگی به تغییرات میزان تضعیف یک سیگنال مدوله شده مخابراتی که در هنگام عبور از یک محیط مشخص تجربه می کند گفته میشود.
محوشدگی ممکن است با زمان، مکان و یا فرکانس تغییر کند و معمولاً به صورت یک فرایند تصادفی مدل می شود.
در سیستم های بی سیم محو شدگی ممکن است مربوط به انتشار چند مسیری (محو شدگی چند مسیری) و یا در اثر سایه (موانعی که در انتشار موج اثر می گذارند) باشد.

اسلاید 16 :

اعوجاج در سیگنال

اسلاید 17 :

fading یا محو شدگی در مخابرات سیار (ادامه)
Fading ممکن است بدلیل تغییرات طبیعی هوا مانند: باران - برف - مه - تگرگ و هوای خیلی سرد در بالای یک منطقه گرم بوجود آید.
Fading همچنین میتواند بدلیل عوامل انسانی بوجود اید. مانند آبیاری سطوح زمین , انتقال چند مسیری و ساختارهای متفاوت.

محو شدگی در دو دسته میباشد:
Fast Fading محو شدگی سریع
Slow Fading محو شدگی کند

اسلاید 18 :

fading یا محو شدگی در مخابرات سیار (ادامه)
اثرات کم رنگی در یک محیط موبایل را میتوان به دو دسته سریع و کند تقسیم کرد
با حرکت موبایل در امتداد یک خیابان شهری، تغییرات سریع در قدرت سیگنال در طول فواصلی حدود نصف طول موج رخ میدهد
در فرکانس 900 مگاهرتز که معمولاً در کابردهای سلولی موبایل بکار میرود طول موج حدود 0.33 m است.
تغییر دامنه میتواند در یک فاصله کوتاه بین 20 تا 30 dB باشد
این گونه تغییر محو شدگی سریع نامیده میشود.
اگر کاربر موبایل فاصله ای بیش از طول موج را بپیماید، محیط شهری ضمن عبور کاربر از کنار ساختمان های با ارتفاع مختلف، فضاهای خالی، تقاطع ها و آنها تغییر می یابد.
در این مسافت های طولانی تر، تغییری در متوسط سطح توان دریافتی ایجاد میشود که در آن محدوده نوسانات سریعی اتفاق می افتد. این پدیده محو شدگی کند نامیده میشود.

اسلاید 19 :

اثرات محو شدگی
اثرات محو شدگی کند را میتوان بصورت مسطح یا انتخابی تقسیم کرد:
محو شدگی مسطح
محو شدگی انتخابی
محو شدگی مسطح یا کم رنگی غیر انتخابی آن نوع محو شدگی است که در آن تمام مولفه های فرکانس های سیگنال دریافتی بطور همزمان به یک نسبت نوسان می نماید
محو شدگی انتخابی بطور غیر مساوی بر مولفه های متفاوت طیف سیگنال رادیویی تاخیر میگذارند
واژه محو شدگی انتخابی معمولاً نسبت به پهنای باند کل کانال اهمیت دارد.
اگر تضعیف در بخشی از پهنای باند سیگنال رخ دهد، محو شدگی انتخابی است.
در محوشدگی انتخابی به دلیل اینکه فرکانس های مختلف تجربه های متفاوتی دارند احتمال قرار گرفتن کامل سیگنال در محوشدگی عمیق کاهش می یابد.
مدولاسیون های CDMAو OFDM به خوبی از این دایورسیتی فرکانسی برای مبارزه با محو شدگی استفاده می نمایند.

اسلاید 20 :

تلفن های همراه نسل اول AMPS