Xarxa cel·lular

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Antena de xarxa cel·lular

Una xarxa cel·lular és una Xarxa sense fil formada per cel·les de ràdio (o simplement cel·les) cadascuna amb el seu propi transmissor, conegudes com a estació base. Aquestes cel·les són usades amb la finalitat de cobrir diferents àrees per a proveir cobertura de ràdio sobre una àrea més gran que el d'una cel·la. Les xarxa de cel·les és inherentment asimètrica amb un conjunt fix de transceptors principals, cadascun servint una cel·la i un conjunt de transceptors distribuïts (generalment, però no sempre, mòbils).

Aquestes xarxes ofereixen diversos avantatges comparades amb solucions alternatives:[cal citació]

  • Incrementen la capacitat
  • Redueixen l'ús d'energia
  • Tenen millor cobertura
  • Tenen accés a internet

Tecnologies d'accés cel·lular[modifica | modifica el codi]

El requeriment principal d'una xarxa en el concepte cel·lular és trobar una manera que cada estació distribuïda distingeixi el senyal del seu propi transmissor del senyal d'altres transmissors. Hi ha dues solucions a això, accés múltiple per divisió de freqüències (FDMA de l'anglès Frequency Division Multiple Access ) i multiplexació per divisió de codi (CDMA de l'anglès Code Division Multiple Access ). FDMA funciona usant freqüències diferents entre cel·les veïnes. Trobant la freqüència de la cel · triada les estacions distribuïdes poden descartar els senyals de les cel·les veïnes. El principi de CDMA és més complex, però aconsegueix el mateix resultat, els transceptors distribuïts poden seleccionar una cel·la i escoltar-la. Altres mètodes disponibles de multiplexació com la d'accés múltiple per divisió de polarització (PDMA de l'anglès Polarisation Division Multiple Access ) i accés múltiple per divisió de temps (TDMA de l'anglès Time Division Multiple Access ) no poden ser usats per separar els senyals d'una cel·la amb la de la seva veïna ja que els efectes varien amb la posició i això fa que la separació del senyal sigui pràcticament impossible. TDMA no obstant això és usat en combinació amb FDMA o CDMA en alguns sistemes per atorgar múltiples canals entre l'àrea de cobertura d'una sola cel·la.

Missatges de difusió i paginació[modifica | modifica el codi]

Molts altres sistemes cel·lulars tenen algun mecanisme de missatges de difusió. Aquest pot ser usat per distribuir informació a molts mòbils, per exemple, en els sistemes de telefonia mòbil, l'ús més important dels missatges de difusió és per configurar el canal per a les comunicacions un a un entre el transceptor mòbil i l'estació base. Això és anomenat paginació.

Els detalls del procés de paginació varien de xarxa a xarxa, però normalment es coneix un nombre limitat de cel·les on el telèfon es troba (aquest grup de cel·les és cridat àrea de localització en els sistemes GSM o àrea de ruteo en els UMTS). La paginació comença enviant missatges de difusió en aquestes cel·les. Els missatges de paginació poden ser usats per transferir informació. És tan, per exemple, en els sistemes CDMA per al va enviar de missatges SMS.

Reutilització de freqüències[modifica | modifica el codi]

Reutilització de freqüències en una xarxa cel·lular

L'increment en la capacitat d'una xarxa cel·lular, comparant amb una xarxa amb un sol transmissor, ve amb el fet que la mateixa radiofreqüència pot ser usada en una àrea diferent per a una transmissió completament diferent. Si hi hagués un sol transmissor, solament una transmissió pot ser realitzada en qualsevol freqüència donada. Desafortunadament és inevitable cert nivell d'interferència en el senyal produït per les altres cel·les que usen la mateixa freqüència. Això significa que en un sistema estàndard FDMA hi haurà almenys un buit entre cel·les que utilitzin la mateixa freqüència.

El factor de reutilització de freqüència és que tan seguit es pot utilitzar la mateixa freqüència en una xarxa. Això és 1/n on n és el nombre de cel·les que no poden utilitzar una freqüència per a transmissió.

Els sistemes CDMA usen una banda de freqüència major per aconseguir la mateixa taxa de transmissió que FDMA, però compensen això i que posseeixen un factor de reutilització d'1. En altres paraules, cada cel·la fa servir la mateixa freqüència i els diferents sistemes estan separats per codis en lloc de freqüències.

Moviment de cel·la a cel·la i traspàs[modifica | modifica el codi]

L'ús de múltiples cel·les significa que, si els transceptors distribuïts són mòbils i es mouen d'un lloc a un altre, poden també canviar de cel·la. El mecanisme per això canvia depenent del tipus de xarxa i les circumstàncies del canvi. Per exemple, si hi ha una comunicació contínua i no volem que s'interrompi, llavors s'haurà de tenir especial cura per evitar les interrupcions. En aquest cas ha d'haver una coordinació clara entre l'estació base i la mòbil. Generalment aquests sistemes usen algun tipus d'accés múltiple independent en cada cel·la, així s'anticipa un estat de traspàs i es reserva un nou canal per a l'estació mòbil en la nova estació base que li brindarà ara el servei. El mòbil llavors es mou del canal a la seva estació base actual cap al nou canal i des d'aquest punt la comunicació continua.

Els detalls dels canvis d'una estació base a una altra varia considerablement entre els diferents sistemes. Per exemple en tots els traspassos GSM i els traspassos entre freqüències W-CDMA l'estació mòbil ha de mesurar el canal que vol començar a utilitzar abans de moure a ell. Una vegada que el canal està confirmat, la xarxa ha de comandar al mòbil per moure al nou canal i al mateix temps iniciar una comunicació bidireccional el que significa que no hi ha talls en la transmissió. En CDMA2000 i en W-CDMA hi ha traspassos en la mateixa freqüència, ambdós canals són utilitzats a la vegada (això és cridat un traspàs per soft).

Si no hi ha una comunicació en curs o aquesta pot ser interrompuda, és possible per a l'estació mòbil moure espontàniament d'una cel·la a una altra i després notificar a la xarxa si és necessari.

Àrea de cobertura d'una cel ·[modifica | modifica el codi]

La xarxa cel·lular ideal, mostrada en els llibres, té cel·les hexagonals. En la pràctica la cobertura de la cel · varia considerablement depenent del terreny, la ubicació de l'antena, les construccions que poguessin interferir, punts de mesurament i barreres.

L'altre factor que intervé considerablement en la cobertura és la freqüència utilitzada. Lloc simple, freqüències baixes tendeixen a penetrar bé obstacles, freqüències altes solen ser detingudes per objectes nois. Per exemple, una paret de guix de 5 mil·límetres detindrà completament la llum, però no tindrà cap efecte sobre ones de ràdio.

L'efecte de la freqüència en la cobertura significa que diferents freqüències serveixen millor a diferents usos. Freqüències baixes, com la de 450 MHz de NMT (en anglès), donen bona cobertura en àrees campestres. La de 900 MHz de GSM 900 és una solució apropiada per a àrees urbanes petites. GSM 1800 usa la banda de 1.8 GHz que ja comença a ser limitada per parets. Aquesta és un desavantatge quan es parla de cobertura, però és un avantatge quan es parla de capacitat. Les pic cel·les, per exemple, un pis d'un edifici, són possibles i la mateixa freqüència pot ser usada per cel·les que són pràcticament veïnes. UMTS a 2,1 GHz és similar a GSM 1800 en cobertura. A 5 GHz les xarxes sense fils 802.11a tenen ja una molt limitada capacitat per penetrar parets i solen ser limitades a una sola habitació en un edifici. Al mateix temps 5 GHz pot penetrar fàcilment finestres i parets fines, pel que són usada en WLAN s.

Si sobrepassem aquests rangs la capacitat general de la xarxa incrementa (més amplada de banda està disponible) però la cobertura comença a ser limitada a la línia de visió. Els enllaços infrarojos han estat considerats per a ús en xarxes cel·lulars, però el seu ús segueix limitat a aplicacions punt a punt.

L'àrea de servei d'una cel·la pot també variar a causa de la interferència de sistemes transmetent dins i al voltant. Això és així especialment en sistemes basats en CDMA. El receptor requereix cert nivell de senyal/soroll. Quan el receptor s'allunya del transmissor el senyal transmès es redueix. A mesura que la interferència (riudo) creix sobre el senyal rebut i no es pot augmentar més el nivell en el transmissor, aquesta es corromp i eventualment inusable. En els sistemes basats en CDMA l'efecte de la interferència d'un altre transmissor mòbil en la mateixa cel·la és molt marcat i té un nom especial, respir de cel.

Per veure exemples reals de cobertures de cel·les poden buscar-se mapes proveïts per operadors reals en els seus llocs webs, en certs casos poden marcar el lloc dels transmissors, en uns altres es poden notar els punts més forts de cobertura.

Telefonia cel·lular[modifica | modifica el codi]

Estació base GSM.

L'exemple més comú d'una xarxa cel·lular és la xarxa de telèfons mòbils (o telefonia cel·lular). Un telèfon mòbil és un dispositiu portàtil que rep o realitza trucades a través d'una cel·la (estació base), o torre de transmissió. S'utilitzen ones de ràdio per transferir senyals cap ai des del telèfon mòbil. Grans àrees geogràfiques (que representa la cobertura d'un proveïdor de servei) són dividides en cel·les petites per bregar amb les pèrdues dels senyals de línia de visió i el gran nombre de telèfons actius en una àrea. Cada cel·la té un rang de 25 a 20 o més milles, típics són els valors entre.5 i 5 milles, solapant unes amb altres. Totes les cel·les estan connectades a commutadors per comunicar-se amb línies de la xarxa de telefonia pública o altres commutadors d'altres companyies de telefonia mòbil.

Quan un usuari de telefonia mòbil es mou d'una cel·la a una altra, el commutador automàticament indica al dispositiu ia la cel·la amb el senyal més fort (indicada pel dispositiu) a traslladar-se a un nou canal de ràdio (freqüència). Quan el dispositiu respon a través de la nova cel·la, el commutador d'intercanvi ho connecta a aquesta.

Amb CDMA el procés és diferent. Múltiples dispositius comparteixen un canal de ràdio específic; els senyals són separades usant un codi de pseudoruido (codi PN de l'anglès Pseudonoise Code ) específic de cada telèfon. A mesura que l'usuari es mou d'una cel·la a una altra el dispositiu es connecta amb múltiples cel·les (o sectors del mateix lloc) simultàniament. Això és conegut com a traspàs per soft perquè, al contrari de la telefonia cel·lular tradicional, no hi ha un punt definit on el dispositiu canvia cap a la nova cel·la.

Tecnologies cel·lulars modernes[modifica | modifica el codi]

Els sistemes de telefonia mòbil moderns utilitzen cel·les pel fet que les freqüències de ràdio són recursos limitats i compartits. Les cel·les i els dispositius canvien de freqüència sota el control d'ordinadors i usen transmissors de baixa potència, així el nombre limitat de freqüències pot ser utilitzat per moltes trucades amb menys interferència. Els dispositius CDMA en particular, han de tenir un control estricte de la potència per evitar la interferència entre si. Un benefici "accidental" d'això és que les bateries necessiten menys potència i per tant tenen major durada entre recàrregues.

Ja que la majoria dels telèfons mòbils utilitzen tecnologia cel·lular, incloent GSM, CDMA i AMPS (analògic), el terme "telèfon mòbil" és intercanviable amb "telèfon mòbil", però, una excepció de telèfons mòbils que utilitzen tecnologia cel·lular són els telèfons satelitales.

Els sistemes anteriors al principi cel·lular podrien seguir usant-se en alguns llocs. L'ús real més notable d'aquests es dóna en molts operadors ràdio-aficionats que mantenen repetidors de VHF en els seus clubs.

Tecnologies cel·lulars[modifica | modifica el codi]

Hi ha un ampli ventall de tecnologies cel·lulars digitals que inclouen: GSM, GPRS, CDMA, EV-DO, EDGE, 3GSM, DECT, AMPS digital i iDEN.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Xarxa cel·lular Modifica l'enllaç a Wikidata