Scientia

Telefonul celular... Nimic nou. Dar ce se numeşte celular? Şi cum anume funcţionează o reţea de telefonie mobilă? Cum se face că deşi se folosesc de puterea calculatoarelor moderne, reţelele de telefonie mobilă se blochează ori de câte ori începe un nou an ori se iveşte câte un cutremur? Ce este 3G? Au existat 1G şi 2G?

SCURT ISTORIC

În 1945 a apărut generaţia 0, 0G, de telefoane mobile. Acestea nu erau telefoane celulare (după cum probabil ştiţi, denumirea de telefon celular indică faptul că reţeaua este formată din celule radio, caracterizate prin staţie radio şi acoperire unică), ci există o singură staţie radio care acoperea o zonă relativ întinsă, iar fiecare telefon monopoliza un canal atunci când era folosit.

Prima reţea celulară pentru un oraş a fost lansată în Japonia de NTT în 1979. Generaţia 1, 1G, consta din reţele celulare automate care au intrat în uz începând cu 1980.

În 1980 Motorola a scos primul telefon mobil aprobat de FCC (Federal Communications Commission - agenţie guvernamentală care reglementează comunicaţiile naţionale şi internaţionale prin radio, televiziune, cablu, fibră optică şi satelit).

În 1984 Laboratoarele Bell dezvoltau prima tehnologie celulară modernă, constând în multiple staţii radio, controlate centralizat, fiecare asigurând servicii pentru o zona restrânsă.

Prima reţea modernă de telefonie mobilă de generaţia a doua, 2G, a fost lansată de firma Radiolinja în 1991 în Finlanda. Prima reţea comercială de generaţia a treia, 3G, a fost lansată în 2001 în Japonia de NTT DoCoMo folosind standardul WCDMA (Wideband Code pision Multiple Access).

CUM FUNCŢIONEAZĂ O REŢEA DE TELEFONIE MOBILĂ

Telefoanele mobile folosesc undele electromagnetice dintr-o anumită bandă de frecvenţe pentru a comunica între ele. În parte, un telefon mobil funcţionează ca un radio, în sensul că recepţionează semnalul radio emis de un turn de telefonie mobilă din apropiere.

O reţea de telefonie mobilă constă, în esenţă, din telefonul mobil, o staţie de bază, un centru de comutare şi o centrală telefonică. Pentru a iniţia un apel, telefonul mobil trebuie sa comunice cu staţiile radio ale reţelei mobile, adică trebuie să fie în aria de acoperire a uneia dintre staţii. Fiecare staţie radio asigură acoperirea pentru o zonă geografică, numita celulă. Staţiile radio sunt interconectate formând în acest fel o reţea de telefonie mobilă. Celulele sunt în aşa fel stabilite, încât zonele de acoperire radio să se întrepătrundă. Atunci când nu aveţi semnal sunteţi în afara zonei de acţiune a vreunei staţii de bază. Centrala de comunicaţii asigură transferul convorbirii între celulele reţelei. Sistemul celular necesită transferul convorbirii între celule, pentru a permite continuarea discuţiei şi la trecerea unui telefon dintr-o celulă în alta.

Centrul de comutare procesează apelurile şi face legătura între echipamente (telefoane) şi centrala telefonică. De asemenea, ţine datele referitoare la utilizatorii ce folosesc reţeaua, ştie starea şi poziţia fiecărui abonat, stabileşte modul în care utilizatorii sunt interconectaţi şi contorizează folosirea reţelei de către echipamente.

Marele avantaj al unei reţele formate din celule constă în faptul că frecvenţele folosite în interiorul unei celule pot fi refolosite în altă celulă de asemenea. Dacă, de exemplu, staţia de bază numărul 1, ce poate gestiona 100 de frecvenţe (în realitate pot mai mult, în jur de 830 de frecvenţe), este folosită de 50 de vorbitori simultan, fiecare conexiune stabilită între oricare doi utilizatori va folosi 2 frecvenţe, una pentru emisie şi cealaltă pentru recepţie (canal duplex), epuizând astfel toate frecvenţele disponibile. Asta înseamnă că din punct de vedere al acestei celule reţeaua este ocupată. În celula vecină utilizatorii pot fi în număr mult mai mic, iar apelul poate fi efectuat fără probleme. În aceeaşi celulă vecină, frecvenţele folosite de utilizatori pot fi aceleaşi ca cele folosite în celula numărul 1.

Faptul că există un număr de frecvenţe limitat pentru fiecare celulă explică şi de ce în anumite zile (31 decembrie, dezastre naturale etc.) reţeaua de telefonie devine inaccesibilă, ceea ce nu înseamnă neapărat că reţeaua este blocată, ci că sunt mai mulţi doritori să utilizeze reţeaua decât frecvenţe disponibile la un moment dat. (În realitate, lucrurile sunt un pic mai complicate. De pildă standardul GSM, utilizat în România, foloseşte tehnologia TDMA (Time pision Multiple Access) care împarte frecvenţele în sloturi de timp, în aşa fel încât poate utiliza o frecvenţă pentru mai multe canale de date).

TRANSFERUL UNUI APEL DINTR-O CELULĂ ÎN ALTA

În situaţia în care doi ipotetici vorbitori se află în celule pe care nu le părăsesc pe timpul conversaţiei, modul în care elementele interacţionează sunt clare: apelant, staţie de bază, centrală, staţie de bază, apelat. Numai că lucrurile de regulă sunt mai complicate în realitate, oamenii aflându-se adeseori în mişcare atunci când folosesc telefoanele mobile. Pentru a nu întrerupe convorbirea la ieşirea dintr-o celulă, reţeaua de telefonie mobilă trebuie să ştie cum să predea/preia apelul între celule adiacente.

Predarea/preluarea apelului nu este un proces foarte simplu, uneori survenind întreruperea comunicării. Pentru ca acest proces să aibă loc, sistemul trebuie să decidă când să comute conexiunea, la ce staţii radio să îi reconecteze pe vorbitori şi pe ce canal, fără a întrerupe discuţia. Sistemul trebuie să determine puterea semnalului emis de staţia de bază folosită de vorbitor, să o compare cu acea a staţiilor vecine, să evalueze canelele libere ale staţiilor vecine, să rezerve un canal liber la o staţie radio disponibilă, pentru ca apoi să transmită semnalul de schimbare către telefonul mobil. Odată conectat la noua staţie, telefonul mobil transmite un mesaj prin care anunţă că a recepţionat semnalul, permiţând reţelei să disponibilizeze canalul folosind până de curând de telefon.

IDENTIFICAREA ECHIPAMENTELOR ŞI A ABONAŢILOR (GSM)

SIM-ul

Telefoanele GSM folosesc un microcip numit Subscriber Identity Module (SIM). SIM-ul este folosit pentru a stoca date despre configuraţia telefonului, despre abonamentul existent etc. Fiecare SIM este activat printr-un număr de identificare unic; odată activat, numărul de identificare este înregistrat, iar cardul este legat de reţeaua în care a fost activat.

După cum probabil ştiţi, există şi reţele de telefonie mobilă care nu au pentru telefoane nevoie de SIM-uri. Telefoanele care nu folosesc SIM au datele încărcate în memoria telefonului.

IMEI

IMEI (International Mobile Equipment Identity ) este un număr format din 15 cifre folosit de standardul GSM ce identifică echipamentul, telefonul. Se poate vedea sub bateria telefonului. Acest număr de identificare este introdus în telefon de către producător, iar atunci când telefonul încearcă să acceseze o reţea, IMEI-ul este comparat cu datele dintr-o bază de date, în felul acesta putându-se determina dacă telefonul este sau nu furat.

IMSI

IMSI (International mobile subscriber identity) este un număr format din 15 cifre care este stocat pe SIM şi care este alocat utilizatorului de către operatorii de telefonie. Acest cod permite operatorul să identifice abonatul funcţie de numărul de telefon. De asemenea, IMSI conţine un cod ce identifică ţara în care are contract abonatul.

TMSI

TMSI (Temporary mobile subscriber identity) este un număr repartizat de reţea şi este mai scurt decât IMSI. TMSI este folosit şi pentru a ascunde adevărata identitate a utilizatorului faţă de cei care ar încerca să decodeze semnalul conţinând codul IMSI transmis de telefon. Prin transmiterea regulată şi frecventă a TMSI , IMSI poate fi transmis mai rar.

SID

SID (System Identification Code) este un cod unic de 5 cifre alocat pentru fiecare operator de telefonie mobilă. La pornirea telefonului mobil se desfăşoară operaţiuni de identificare în reţea pe un canal de control între telefon şi staţia de bază. Dacă SID-ul primit de telefon de la reţeaua în raza de acoperire a căreia se găseşte nu se potriveşte cu cel al telefonului, atunci telefonul afişează lipsa semnalului. Dacă cele două SID-uri se potrivesc, telefonul este integrat în reţea şi poate efectua apeluri. În procesul de identificare, telefonul mobil transmite o cerere de înregistrare în reţea, în acest fel centrul de comutare care are în responsabilitate staţia de bază cu care comunică telefonul ştie exact poziţia echipamentului ce a făcut cererea. Acelaşi centru de comutare stabileşte o frecvenţă de emisie pentru telefon, în cazul în care efectuează o convorbire.

CUM FUNCŢIONEAZĂ ROAMING-UL?

Serviciul de roaming constă în posibilitatea de a folosi o altă reţea decât cea în care abonatul este înregistrat. Cei care au părăsit România ştiu că telefonul de acasă se poate folosi bine-mersi în oricare altă ţară, la costuri superioare celor din ţară.

Tehnic vorbind, telefonul se află în roaming atunci când, pe de o parte, la verificarea centrului de comutare SID-ul reţelei nu se potriveşte cu SID-ul telefonului, iar pe de altă parte, după verificarea pe care centrul de comutare al reţelei străine o face cu centrul de comutare al reţelei de origine a apelantului rezultă validitatea SID-ului.

CUM FUNCŢIONEAZĂ BRUIEREA TELEFOANELOR MOBILE?

Telefoanele mobile au putere de emisie mică. Multe dintre acestea au posibilitatea de a emite semnale de 0,6 waţi şi 3 waţi. Pentru că puterea este mică, semnalul util nu ajunge prea departe în afara celulei în care operează la un moment dat telefonul. Acesta este şi secretul care face posibilă funcţionarea în celule a sistemului de telefonie mobilă.

Un dispozitiv de bruiere a comunicaţiilor nu face alt lucru decât să emită un semnal pe aceleaşi radiofrecvenţe cu cele ale telefonului mobil. În acest fel comunicarea dintre telefon şi staţia de bază este întreruptă. Din pricina interferenţelor provocate de dispozitivul de bruiaj, telefonul devine neutilizabil. Este suficient ca una dintre cele două frecvenţe folosite de telefon pentru efectuarea convorbirii (una pentru emisie, cealaltă pentru recepţie) să fie bruiată şi comunicarea devine imposibil de realizat.

Dispozitivul de bruiere poate acţiona pe o rază foarte mică (doar câţiva metri), dar şi pe distanţe mari. Distanţa la care acesta este eficient depinde şi de mediul în care bruiajul trebuie efectuat (clădiri, păduri ori câmp deschis). Toate sistemele de telefonie mobilă pot fi bruiate, indiferent de frecvenţele folosite.

MARII PRODUCĂTORI DE TELEFOANE MOBILE

Marii producatori de telefoane mobile, conform cifrelor disponibile pentru anul 2007 sunt: Nokia, cu 40% din piata, Samsung 14%, Motorola 14%, Sony Ericsson 9%, LG 7%. În anul 2008 un succes deosebit l-a avut firma Apple cu faimosul deja iPhone.

_______
Bibliografie:
http://www.indiabroadband.net/mobile-phones/12934-how-cell-phone-mobile-phone-works.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Mobile_telephony
http://www.ifast.org/files/SIDCountry.htm
http://electronics.howstuffworks.com/cell-phone.htm