.svg)
تلفن‌های همراه چطور کار می‌کنند؟
پارسینه: فناوری‌های انقلابی بسیاری در قرن بیستم، زندگی انسان‌ها را متحول کردند: هواپیما، رادیو، تلویزیون، فناوری هسته‌ای، ماهواره‌ها، موتور‌های جت، رایانه و اینترنت باعث تبدیل جهان امروزی به چیزی بسیار متفاوت از یک قرن پیش شده‌اند.
با این حال هیچ کدام از این فناوری‌های سرنوشت‌ساز به اندازه اختراع ارتباطات سیار یا همان تلفن‌های همراه همه ابعاد زندگی و کار ما را تحت تاثیر قرار نداده‌اند. تلفن‌های همراه که حدود ۴۰ سال پیش اختراع شدند، امروزه حدود هشت میلیارد مشترک دارند و به‌عنوان اصلی‌ترین راه ارتباطی و مهم‌ترین ابزار دسترسی به اطلاعات برای بخش اعظم جمعیت کره زمین شناخته می‌شوند.
ولی آیا تا حالا از خودتان پرسیده‌اید میلیارد‌ها تماس روزانه و هزاران ترابایت تبادل داده بین گوشی‌های همراه چطور انجام می‌شود؟ تماس با یک دستگاه در حال حرکت چطور برقرار می‌شود و چطور می‌توان بدون هیچ اتصال فیزیکی همیشه در دسترس بود؟ آنتن‌های تلفن‌همراه چه وظیفه‌ای دارند و چرا در همه‌جای شهر دیده می‌شوند؟ اگر سوالاتی از این دست دارید و هنوز دنبال جواب آن‌ها نرفته‌اید، گزارش این هفته را بخوانید تا با تمام زیر و بم عملکرد گوشی‌های همراه آشنا شوید.
معجزه ارتباط بی‌سیم
هرچند تلفن‌های همراه و خطوط تلفن ثابت یک کار را انجام می‌دهند، اما طرز کار آن‌ها هیچ شباهتی به هم ندارد. خطوط ثابت همان‌طور که از نامشان پیداست، با استفاده از سیم‌های فیزیکی ارتباط برقرار می‌کنند. درواقع اگر ایستگاه‌های تقسیم، مرکز‌های فیبر نوری و ارتباطات ماهواره‌ای را درنظر نگیریم، طرز کار خطوط ثابت درست مثل همان تلفن‌های اسباب‌بازی است که با دو‌قوطی کنسرو و یک نخ در زمان کودکی می‌ساختیم: صدای شما در نهایت با عبور از یک سیم به مقصد می‌رسد. مزیت اساسی تلفن‌های همراه و دلیل اصلی همه‌گیر شدن آن‌ها نیاز نداشتن به این اتصال فیزیکی و استفاده از امواج رادیویی برای ارسال و دریافت صدا و داده است.
وقتی با تلفن‌همراه خود صحبت می‌کنید، میکروفون گوشی شما بالا و پایین‌ها یا تغییرات فرکانس صدای شما را تبدیل به یک سیگنال الکتریکی با فرکانس متناظر می‌کند. یک تراشه در گوشی، این سیگنال‌ها را به رشته کد‌های عددی تبدیل می‌کند و سپس این رشته‌های عددی به‌صورت یک‌موج رادیویی از آنتن گوشی مخابره می‌شوند. این امواج در محیط با سرعت نور منتشر شده و به نزدیک‌ترین آنتن تلفن‌همراه می‌رسند.
آنتن‌های تلفن‌همراه که اسم فنی آن‌ها BTS است و در همه جای شهر‌ها و جاده‌ها دیده می‌شوند، این سیگنال‌ها را گرفته و برای مرکز کنترل یا Base statio خود که وظیفه هماهنگی و مدیریت همه ارتباطات در یک سلول یا منطقه جغرافیایی به‌خصوص در شبکه تلفن‌همراه را برعهده دارد، ارسال می‌کنند. به همین دلیل به تلفن‌همراه Cellular Phone یا تلفن سلولی هم گفته می‌شود. وقتی شما از گوشی خود با شماره دیگر از همان شبکه (مثل همراه اول به همراه اول) تماس می‌گیرید، تماس شما به نزدیک‌ترین مرکز اصلی به مشترک مورد نظر هدایت شده و از آنجا برای او ارسال می‌شود. اگر این تماس با یک‌شماره در شبکه‌ای دیگر (مثل همراه اول به ایرانسل) باشد راه کمی طولانی‌تر خواهد بود، چون ممکن است تماس برای انتقال اول به شبکه کل تلفن منتقل و از آنجا به مقصد هدایت شود.
آنتن‌های تلفن‌همراه دقیقا چه کار می‌کنند؟
گرچه تلفن‌های همراه از امواج رادیویی برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند، اما روش‌های بسیار پیشرفته‌تر و طرز کار کاملا متفاوتی برای انجام کار خود دارند. به‌نظر منطقی می‌رسد که تلفن‌های همراه برای ارتباط با هم، مثل بی‌سیم‌های «واکی‌تاکی» از فرستنده ـ. گیرنده برای ارسال مستقیم پیام استفاده کنند. ولی استفاده از فرستنده ـ. گیرنده‌های رادیویی به این سبک یک مشکل بزرگ ایجاد می‌کند و آن هم محدودیت تعداد تماس‌های ممکن روی یک فرکانس مشخص در یک منطقه جغرافیایی است، چرا که با بالاتر رفتن تعداد دستگاه‌ها اختلال و تداخل تماس‌ها اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.
نکته اصلی اینجاست که در هر تلفن‌همراه یک فرستنده و گیرنده رادیویی برای ارسال و دریافت امواج تعبیه شده که البته توان و درنتیجه برد بسیار محدودی دارد. هر گوشی تنها با نزدیک‌ترین آنتن به خود (یا قوی‌ترین سیگنال دریافتی) ارتباط برقرار می‌کند و برای حفظ عمر باتری از حداقل‌انرژی ممکن برای این کار استفاده می‌کند. این یک ضعف نیست، بلکه بخشی از طراحی شبکه تلفن‌همراه است تا بتوان از فرکانس‌های رادیویی در مناطق نزدیک به هم استفاده کرد. کافی است تلفن‌همراه بتواند با نزدیک‌ترین آنتن و مرکز کنترل در محدوده خود ارتباط برقرار کند: کار آنتن‌های تلفن‌همراه و مرکز کنترل آن‌ها دریافت این سیگنال‌های ضعیف ارسالی از ده‌ها و صد‌ها مشترک تلفن‌همراه و هدایت آن‌ها به مقصد مورد نظر است. همچنین برد محدود فرستنده گوشی به این معنی است که این امواج ارتباطات در فرکانس پایین ارسال شوند و با امواج رادیویی فرکانس بالا اختلاف پیدا نکند.
به همین دلیل هم این آنتن‌های تلفن‌همراه بسیار بزرگ و پرقدرت هستند تا بتوانند امواج فرکانس پایین را دریافت کنند. همچنین این ضعیف بودن امواج ارسالی از گوشی‌ها به این معنی است که می‌توان از محدوده‌های فرکانسی یا کانال‌های مشابه در مناطق جغرافیایی نزدیک به هم استفاده کرد و مساله اشباع فرکانس‌های ارتباطی به‌وجود نخواهد آمد. به‌علاوه، اگر این آنتن‌ها نبودند، گوشی‌های همراه باید آنتن‌های بسیار بزرگ و منبع تغذیه‌های بسیار سنگینی می‌داشتند و این‌قدر حجیم و دست‌و‌پاگیر می‌شدند که احتمالا دیگر قابل جابه‌جایی توسط یک فرد نبودند.
ولی آیا تا حالا از خودتان پرسیده‌اید میلیارد‌ها تماس روزانه و هزاران ترابایت تبادل داده بین گوشی‌های همراه چطور انجام می‌شود؟ تماس با یک دستگاه در حال حرکت چطور برقرار می‌شود و چطور می‌توان بدون هیچ اتصال فیزیکی همیشه در دسترس بود؟ آنتن‌های تلفن‌همراه چه وظیفه‌ای دارند و چرا در همه‌جای شهر دیده می‌شوند؟ اگر سوالاتی از این دست دارید و هنوز دنبال جواب آن‌ها نرفته‌اید، گزارش این هفته را بخوانید تا با تمام زیر و بم عملکرد گوشی‌های همراه آشنا شوید.
معجزه ارتباط بی‌سیم
هرچند تلفن‌های همراه و خطوط تلفن ثابت یک کار را انجام می‌دهند، اما طرز کار آن‌ها هیچ شباهتی به هم ندارد. خطوط ثابت همان‌طور که از نامشان پیداست، با استفاده از سیم‌های فیزیکی ارتباط برقرار می‌کنند. درواقع اگر ایستگاه‌های تقسیم، مرکز‌های فیبر نوری و ارتباطات ماهواره‌ای را درنظر نگیریم، طرز کار خطوط ثابت درست مثل همان تلفن‌های اسباب‌بازی است که با دو‌قوطی کنسرو و یک نخ در زمان کودکی می‌ساختیم: صدای شما در نهایت با عبور از یک سیم به مقصد می‌رسد. مزیت اساسی تلفن‌های همراه و دلیل اصلی همه‌گیر شدن آن‌ها نیاز نداشتن به این اتصال فیزیکی و استفاده از امواج رادیویی برای ارسال و دریافت صدا و داده است.
وقتی با تلفن‌همراه خود صحبت می‌کنید، میکروفون گوشی شما بالا و پایین‌ها یا تغییرات فرکانس صدای شما را تبدیل به یک سیگنال الکتریکی با فرکانس متناظر می‌کند. یک تراشه در گوشی، این سیگنال‌ها را به رشته کد‌های عددی تبدیل می‌کند و سپس این رشته‌های عددی به‌صورت یک‌موج رادیویی از آنتن گوشی مخابره می‌شوند. این امواج در محیط با سرعت نور منتشر شده و به نزدیک‌ترین آنتن تلفن‌همراه می‌رسند.
آنتن‌های تلفن‌همراه که اسم فنی آن‌ها BTS است و در همه جای شهر‌ها و جاده‌ها دیده می‌شوند، این سیگنال‌ها را گرفته و برای مرکز کنترل یا Base statio خود که وظیفه هماهنگی و مدیریت همه ارتباطات در یک سلول یا منطقه جغرافیایی به‌خصوص در شبکه تلفن‌همراه را برعهده دارد، ارسال می‌کنند. به همین دلیل به تلفن‌همراه Cellular Phone یا تلفن سلولی هم گفته می‌شود. وقتی شما از گوشی خود با شماره دیگر از همان شبکه (مثل همراه اول به همراه اول) تماس می‌گیرید، تماس شما به نزدیک‌ترین مرکز اصلی به مشترک مورد نظر هدایت شده و از آنجا برای او ارسال می‌شود. اگر این تماس با یک‌شماره در شبکه‌ای دیگر (مثل همراه اول به ایرانسل) باشد راه کمی طولانی‌تر خواهد بود، چون ممکن است تماس برای انتقال اول به شبکه کل تلفن منتقل و از آنجا به مقصد هدایت شود.
آنتن‌های تلفن‌همراه دقیقا چه کار می‌کنند؟
گرچه تلفن‌های همراه از امواج رادیویی برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند، اما روش‌های بسیار پیشرفته‌تر و طرز کار کاملا متفاوتی برای انجام کار خود دارند. به‌نظر منطقی می‌رسد که تلفن‌های همراه برای ارتباط با هم، مثل بی‌سیم‌های «واکی‌تاکی» از فرستنده ـ. گیرنده برای ارسال مستقیم پیام استفاده کنند. ولی استفاده از فرستنده ـ. گیرنده‌های رادیویی به این سبک یک مشکل بزرگ ایجاد می‌کند و آن هم محدودیت تعداد تماس‌های ممکن روی یک فرکانس مشخص در یک منطقه جغرافیایی است، چرا که با بالاتر رفتن تعداد دستگاه‌ها اختلال و تداخل تماس‌ها اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.
نکته اصلی اینجاست که در هر تلفن‌همراه یک فرستنده و گیرنده رادیویی برای ارسال و دریافت امواج تعبیه شده که البته توان و درنتیجه برد بسیار محدودی دارد. هر گوشی تنها با نزدیک‌ترین آنتن به خود (یا قوی‌ترین سیگنال دریافتی) ارتباط برقرار می‌کند و برای حفظ عمر باتری از حداقل‌انرژی ممکن برای این کار استفاده می‌کند. این یک ضعف نیست، بلکه بخشی از طراحی شبکه تلفن‌همراه است تا بتوان از فرکانس‌های رادیویی در مناطق نزدیک به هم استفاده کرد. کافی است تلفن‌همراه بتواند با نزدیک‌ترین آنتن و مرکز کنترل در محدوده خود ارتباط برقرار کند: کار آنتن‌های تلفن‌همراه و مرکز کنترل آن‌ها دریافت این سیگنال‌های ضعیف ارسالی از ده‌ها و صد‌ها مشترک تلفن‌همراه و هدایت آن‌ها به مقصد مورد نظر است. همچنین برد محدود فرستنده گوشی به این معنی است که این امواج ارتباطات در فرکانس پایین ارسال شوند و با امواج رادیویی فرکانس بالا اختلاف پیدا نکند.
به همین دلیل هم این آنتن‌های تلفن‌همراه بسیار بزرگ و پرقدرت هستند تا بتوانند امواج فرکانس پایین را دریافت کنند. همچنین این ضعیف بودن امواج ارسالی از گوشی‌ها به این معنی است که می‌توان از محدوده‌های فرکانسی یا کانال‌های مشابه در مناطق جغرافیایی نزدیک به هم استفاده کرد و مساله اشباع فرکانس‌های ارتباطی به‌وجود نخواهد آمد. به‌علاوه، اگر این آنتن‌ها نبودند، گوشی‌های همراه باید آنتن‌های بسیار بزرگ و منبع تغذیه‌های بسیار سنگینی می‌داشتند و این‌قدر حجیم و دست‌و‌پاگیر می‌شدند که احتمالا دیگر قابل جابه‌جایی توسط یک فرد نبودند.
ارسال نظر