Bežične, mobilne ćelijske komunikacije uz osvrtom na istorijat mobilne telefonije (1.)

Komunikacioni kanal

Kako bismo lakše shvatili pojam komunikacionog kanala, poslužićemo se na komunikaciju između dve osobe. Ljudski govor, odnosno komunikacija, takođe predstavlja jedan komunikacioni kanal, koji se, kao i drugi kanali, sastoji iz: predajnika, prijemnika, poruke i kanala.

Kanal kojim poruka putuje može biti žica i u tom slučaju govorimo o „žičnoj“ komunikaciji, a najbolji primer za to su računarske mreže u kompanijama, čiji su računari međusobno povezani kablovima u mrežu. Bilo koji oblik komunikacija koji ne zahteva da prijemnik i predajnik budu u fizičkoj vezi predstavljaju bežičnu komunikaciju. Bežične komunikacije su u upotrebi odavno, a jedan od primera može biti sporazumevanje brodova na velikim udaljenostima Morzeovom azbukom. Mobilna telefonija i WiFi sistemi su takođe dobro poznati primeri bežične komunikacije.

Komunikacioni kanali imaju različite karakteristike, koje uzimamo u obzir kada pravimo izbor tipa komunikacije koji ćemo koristiti, a to su: smer komunikacije, broj veza, vrsta signala i brzina prenosa.

Smer komunikacije

Postoje tri vrste smera komunikacije, a to su simpleks, polu dupleks, i dupleksna komunikacija. Simpleks komunikacija dozvoljava prenos samo u jednom smeru, a najbolji primer za to su televizijski i radio signali. Polu dupleks nam dozvoljava komunikaciju u oba smera, ali ne u isto vreme (npr. upotreba toki-voki-ja). Kod ovog tipa komunikacije, dok jedna strana „govori“ (šalje podatke), druga ne može da odgovori dok poruka ne bude završena. Simultanu komunikaciju nam dozvoljava dupleksna komunikacija, kao kod telefonske veze u kojoj obe strane mogu da „govore“ (šalju podatke) u isto vreme.

Broj veza

Postoje dva tipa komunikacije sa aspekta broja veza, a to su point-to-point i multi-point komunikacija. Point-to-point komunikacija se koristi za direktno povezivanje samo dva uređaja, na primer dva mobilna uređaja povezana „bluetooth“ tehnologijom. Multi-point komunikacijom se povezuje više uređaja, kao što je WiFi sistem.

Vrsta signala

U komunikacionom kanalu možemo prenositi dva tipa signala, analogni i digitalni. Predajnik i prijemnik takođe mogu biti analogni i digitalni. U savremenom svetu, sve veći broj uređaja koriste digitalnu komunikaciju. U slučaju bežičnih komunikacija, podatke kroz komunikacioni kanal (vazduh-etar) šaljemo analogno, ali predajnik i prijemnik koriste analogno-digitalne konvertore (DAC – Digital Analog Converter) koji te signale pretvaraju u digitalne koje naši urađaji koriste.

Brzina prenosa

Brzina transmisije (prenosa) podataka kroz komunikacioni kanal se obično meri u bitovima u sekundi (bps). Ova mera se često meša sa baud-ima. Bitovi u sekundi se odnose na to koliko brzo se podaci šalju kroz komunikacioni kanal, a baud-i koliko brzo se signali šalju kroz komunikacioni kanal. Može izgledati kao da je to ista stvar ali nije. Na primer, ako postoje dva stanja signala, recimo 0 volti i +1 volt jedno od tih stanja može se predstaviti bitom 0 a drugo bitom 1. Ako se šalje 10 takvih signala u sekundi kroz kanal, njegova brzina je 10 bps. Međutim, ako postoje 4 stanja signala, recimo 0 volti, +1 volt, +2 volta i +3 volta, svaki od tih signala se može predstaviti sa 2 bita, recimo 00, 01, 10 i 11. Svaki signal koji se šalje u ovom slučaju predstavlja se sa 2 bita. Ako se šalje 10 ovih signala u sekundi, brzina transmisije signala je 10 baud-a, dok je brzina transmisije podataka 20 bps.

Mobilni ćelijski sistemi

Komunikacioni sistemi mogu biti fiksni, fiksno-mobilni i mobilni. Fiksni sistemi su sistemi kod koijih su predajnik i prijemnik pozicionirani na određenom mestu, bez mogućnosti „pomeranja“ (klasična fiksna telefonija koja se nalazi u našim stanovima). Fiksno-mobilni sistemi imaju ili predajnik ili prijemnik pozicioniran na nekom mestu. Primer ovog sistema je mobilna telefonija, kod koje je predajnik signala (antena) stacioniran na nekoj lokaciji (uglavnom visoke tačke na nekom području), a prijemnik (mobilni telefon) nije vezan za neko mesto, drugim rečima on je mobilan, odnosno možemo se kretati a da i dalje budemo povezani sa predajnikom. Mobilni sistemi su sistemi kod kojih su i predajnik i prijemnik mobilni, kao kod direktne komunikacije izmedju dva mobilna telefona uz korišćenje „bluetooth“ tehnologije (udaljenost uređaja koji koriste bluetooth je ograničen sa 10ak metara).

Današnje mobilne komunikacije koriste ćelijske sisteme. Ćelijski sistem je baziran na pravilu da predajnik/prijemnik pokriva određenu oblast svojom frekvencijom. Ako nam je cilj da pokrijemo mobilnim signalom jedan grad, postavićemo veći broj prijemnika/predajnika i svaki od njih će pokrivati po jednu oblast tog grada. Ovo se naziva klaster sistem i liči na pčelinje saće. U jednom klasteru koristimo celi skup frekvencije (kod nas mobilni telefoni rade na 1800 MHz, ali se skup frekvencija npr. kreće od 1750 MHz do 1850 MHz), ali ćelije u klasteru ne rade na istoj frekvenciji već se ona malo razlikuje. Na ovaj način sprečavamo mogućnost interferencije između susednih ćelija tako što će se radio frekvencje prijemnika/predajnika ponavljati isključivo u nesusednim ćelijama. Ukoliko je potrebno proširiti broj korisnika u nekoj ćeliji (broj veza izmedju predajnika i prijemnika) to radimo umetanjem novih ćelija unutar postojećih, vodeći računa o frekvencijama na kojima rade, kao i interferenciji.

Tipovi bežičnih komunikacija

Postoji više tipova bežičnih komunikacija sa aspekta razmene podataka. U ovom tekstu ćemo sagledati tri tipa, i to: mobilna stanica – komunikacioni satelit, peer-to-peer komunikacija i mobilna stanica – bazna stanica.

Mobilna stanica – komunikacioni satelit

Sateliti vrše retransmisiju podataka između mobilne i zemaljske stanice, koja je, na primer, spojena na PSTN centralu (Public Switched Telephone Network je standardna telefonska centrala). Ovo je veoma koristan način protoka podataka, jer nam omogućava veliku pokrivenost na terenima gde nije moguće postavljati bazne stanice (pustinje, okeani i drugi nepristupačni tereni).

Peer-to-peer

Peer-to-peer komunikacija se odvija izmedju dva korisnika na manjim ili većim udaljenostima, u zavisnosti od potreba (toki-voki sistemi, amaterske radio veze, taktičke vojne radio veze, itd.).

Mobilna stanica – bazna stanica

Mobilna stanica – bazna stanica je komunikacija koju koristimo kada razgovaramo našim mobilnim telefonima. Više mobilnih telefone, odnosno mobilnih stanica, može biti povezano na baznu stanicu, koja dalje distribuira podatke ka drugim baznim stanicama, mobilnim stanicama ili kaPSTN-u.

Arhitektura mobilno-ćelijske mreže

Arhitektura mobilno-ćelijske mreže koristi različite tipove bežičnih komunikacija, a najčešće je sačinjena od tipova mobilna stanica – komunikacioni satelit i mobilna stanica – bazna stanica. Naši mobilni uređaji su povezani sa baznim stanicama, koje u svakom momentu znaju sve uređaje koji se nalaze u njenom dometu (bazne stanice sa različitim frekvencijama pokrivaju odredjenu oblast i čine klaster sistem). Bazne stanice mogu biti i međusobno povezane i da vrše prenos podataka između sebe, a pored toga su povezane na MSC (Mobile Switching Center). MSC je glavni „čvor“ koji podržava usluge koje nam pružaju mobilni operateri i čini glavnu podršku GSMu. Odgovoran je za upravljanje govornim pozivima, SMS porukama, konferencijskim vezama, faksom, itd. MSC uspostavlja, održava i raskida pozive, upravlja mobilnošću i potrebama za prosleđivanje (handover) tokom poziva, vodi brigu o naplaćivanju i nagleda pripejd račune u realnom vremenu. MSC su povezani i sa PSTN centralama i vrše preusmeravanje poziva sa javne telefonske mreže ka mobilnim stanicama.

---