تقنية الهاتف الاسلكي و شبكة الاتصالات وصولاً إلى الأنظمة الخليوية

طبعاً الحاجة إلى اتصالات ليست بحاجة أو ضرورة للشرح على الاطلاق
و لكن ما السبيل إلى نيل اتصالات متنقلة و محمولة ؟
الجواب المبدأي هو استخدام تقنية الارسال و الاستقبال كما هو الحال في أجهزة الراديو المعروفة ..

-شبكة الاتصال اللاسلكي (سيمبلكس ) :
تردد واحد للإرسال و الاستقبال .. و لذلك لا يمكن الارسال و الاستقبال معاً ..
تكون شبكة الاتصال عبارة عن مجموعة من الأشخاص كل منهم يحمل جهازاً . و تكون جميع الأجهزة مولفة على تردد واحد للارسال و الاستقبال ..
يكون جميع الأعضاء يعملون بوضعية استماع .. عندما يرغب أحد بالتحدث يقوم بضغط مفتاح الارسال و يتحدث .. بينما الجميع يستمعون لما يقول ..
هذه الشبكة بسيطة و هي فعالة في تطبيقات كثيرة مثل قافلة سيارات الشحن حيث أن هناك قائد يعطي أوامره عادة بالمسير و التوقف و ما إلى ذلك .. فيستمع له الجميع كما أن أياً من السائقين يمكنه توجيه رسالة إلى القائد و الآخرين ليعلمهم مثلاً عن مشكلة لديه ..
طبعاً من عيوبها أن لا سرية على الاطلاق في هذه الشبكة كما أنه لا يمكن أن يتحدث عدة أشخاص في آن واحد .
و لكن على الرغم من ذلك فهي ما زالت واسعة الاستخدام بسبب بساطتها من ناحية كما أن هناك الكثير من التطبيقات يكون فيها المطلوب أن يستمع الجميع للنداء و أن يكونوا دائماً على تواصل .. مثل شبكة المطافئ و الاسعاف و الشرطة ..

شبكة الاتصال (دوبلكس) :
ترددان واحد يستخدم للارسال و الآخر للاستقبال :
يمكن هنا أن يرسل الشخص و يستقبل بآن واحد (مثل الهاتف العادي)
و لا ضرورة لمفتاح يبدل بين وضع ارسال و استقبال .. و هذه ميزة ..
و لكن هنا لا يمكن ان تتكون هذه الشبكة إلا من جهازين فقط يستطيعان تبادل الاتصال فيما بينهما ! .. حيث أن
تردد الارسال للجهاز1 هو نفس تردد الاستقبال للجهاز 2
و تردد الارسال للجهاز 2 هو نفس تردد الاستقبال للجهاز 1
تظهر هنا مشكلة استخدام هوائي واحد للارسال و الاستقبال فمن المعلوم في علم هندسة الاتصالات أن هوائي الارسال أو الاستقبال يجب أن يكون مولفاً من حيث الطول على مقدار معين يتناسب مع طول موجة العمل و ذلك للحصول على أشد قدرة للارسال و كي لا يكون هناك إشارة منعكسة عن الهوائي تسبب مشاكل في دارة المرسل ..
كما أن دارة الاستقبال مصممة بمضخمات حساسة للإشارات الضعيفة فكيف يمكن ربطها إلى هوائي إرسال يعطي إشارة ذات قدرة اشعاعية عالية ؟؟
يكون الجواب من خلال إضافة مرشحات ترددية (فلاتر ) توضع في مدخل قسم الاستقبال تشكل ممانعة عالية جداً لتردد الارسال بينما تسمح بكل سهولة بمرور تردد الاستقبال ..
يتم استخدام هذه التقنية عموماً في أجهزة الهاتف اللاسلكية الداخلية (ذات المدى القصير ) و المستخدمة في البيوت ..
من أهم عيوب هذه الأجهزة أنها عرضة للتنصت –الغير مقصود- حيث أنها تتداخل مع الأجهزة المشابهة المتواجدة عند الجيران بنفس المنطقة ..
و بالتالي فإن زيادة مدى هذه الأجهزة يزيد من احتمال التداخل مع الأجهزة المماثلة ..
كما أن زيادة المدى يتطلب هوائيات عالية و استطاعات ارسال كبيرة (و بالتالي بطاريات متعددة ) و هذا طبعاً غير عملي لجهاز محمول … يفترض أن يكون شخصياً و صغيراً ..

مشكلة عرض المجال الترددي المحدود :
من المعلوم أن الارسال اللاسلكي مقيد بمجموعة من القوانين اللازم اتباعها لضمان حسن سير العمل و الاستثمار الصحيح ..
فلا يمكن لشخص ما أن يصمم نظام ارسال يعمل على تردد عشوائي لأن هذا التردد قد يكون محجوزاً لتطبيق آخر فمثلاً الارسال التلفزيوني يحتل مجالاً معيناً للترددات و كذلك الارسال الإذاعي ذو التعديل المطالي و مجالأ آخر للارسال الاذاعي ذو التعديل الترددي و هكذا ..
فمثلاً إن تم تجاهل هذا المعيار فقد يحدث فرضاً أن مرسلين لمحطة تلفزيونية محلية تعمل على مجال الترددات العالية جداً UHF يعملان عشوائياً على نفس المجال الترددي مما يسبب تعذر التقاط أياً من الاشارتين بوضوح عند المشاهدين .. و هكذا فمن الضروري أن يتم الاتفاق و التصريح عن المجال الترددي المستخدم كما أن يتم الاتفاق على منطقة الاستخدام و مجال التغطية ..

و ينطبق نفس المعيار على الاتصالات اللاسلكية و الهاتفية
فيجب من حيث المبدأ تعيين المجال الترددي المسموح باستخدامه أولاً
ثانياً أن يتم تقسيم المستخدمين لهذا المجال بحيث لا يستخدم الواحد تردداً يستخدمه الآخر
و هنا يجب حساب عدد الترددات المختلفة المسموح بها ضمن منطقة معينة
عدد الترددات = (تردد نهاية المجال –تردد بداية المجال ) / عرض الحزمة
و بالتالي فإن عدد الترددات المسموح باستخدامها محدود و هذا يؤدي إلى عدم التمكن من خدمة إلا عدد محدد من المستثمرين بمثل هذا النظام .. أي أن النظام بهذه الطريقة غير عملي ليكون كل شخص يحمل جهازه الشخصي

و هنا تظهر و بشكل أولي دواعي تقسيم المناطق إلى خلايا ذات مقاسات معينة ..
و اختيار الترددات بتقنية هندسية محسوبة بما لا يدع مجالاً للتداخل أو الخلل ..

إذاً يوجد محددات هندسية متعددة للاتصالات اللاسلكية تدعو لتقسيم الأرض إلى مناطق مختلفة كل منها يدعى - خلية - :
- عرض المجال الترددي المحدود و بالتالي يوجد عدد (محددود) من الترددات المختلفة الممكن استخدامها (للحفاظ على عدم التداخل)
حجم الجهاز يجب أن يكون صغيراً :
- تقصير الهوائي : يجب أن يعمل الجهاز على ترددات عالية قدر الإمكان
- تصغير حجم البطاريات يتطلب إنقاص استطاعة الإرسال و بالتالي مدى الإرسال و يعتبر هذا محدداً رئيسياً في تقسيم الأرض إلى الخلايا

شبكة الإتصال :
يتم تعيين المنطقة المراد تغطيتها بالارسال على الخريطة و توضع محطات إرسال مؤقتة عند نقاط مختارة .
يقوم الفنيون بحمل جهاز قياس لشدة الإشارة و يتنقلون ضمن المنطقة بحيث يضعون نتائج قياساتهم على الخريطة ..
و نتيجة لهذه الدراسة يتم تحديد طبيعة انتشار الإشارة ضمن المنطقة المرادة و يتم رسم حدود العتبة الدنيا للاشارة و يستفاد منها في تحديد حدود كل خلية

بعد رسم حدود الخلايا الافتراضية يتم نصب محطات الإرسال يكون الهوائي ثلاثي بحيث يوضع على حامل واحد ثلاثة هوائيات بزاوية مقدارها 120 درجة

اختيار ترددات العمل لكل خلية
يوجد لكل خلية تردد مركزي و عرض مجال ترددي
يتم توليف أو برمجة هذا التردد لخلايا متجاورة بحيث يكون لكل منها تردد عمل مختلف عن الخلايا الملاصقة تماماً .. و بحيث يكون السماح بتكرار التردد مشروطاً بوجود فاصل خلية واحدة على الأقل .
يوجد قوانين رياضية خاصة لدراسة هذا النوع من المسائل

تترابط المحطات المشكلة لشبكة الاتصال جميعها فيما بينها بواسطة وصلات ميكروية (خط اتصال لاسلكي ذو تردد عالي ) أو بواسطة أي نوع من الوصل بحيث تشكل شبكة كاملة يحكمها مركز تحكم رئيسي .

يوجد ضمن كل جهاز خليوي معالج يتولى العديد من المهام
و يوجد بطاقة ذاكرة SIM تحتوي معلومات أساسية عن خدمة الجهاز الخليوي (معلومات الخط) يستفاد منها للتعارف على الشبكة و كل الأمور المتعلقة بالمشترك .
عند تشغيل جهاز الموبايل يبدأ عملية تخاطب مع الشبكة بحيث يعرف عن وجوده بينما ترد الشبكة عليه لتخصيصه مع خلية معينة يولف عليها بشكل آلي بحيث تقوم الشبكة بربط الموبايل مع هذه الخلية بحكم أنها تتبادل معه المعلومات( بأشد إشارة ممكنه ) .