หลักการของ cellular radio

วิทยุเซลลูลาร์ (Cellular radio)

       มีชื่อเรียกอีกอย่างอื่น ได้แก่ โทรศัพท์เคลื่อนที่ โทรศัพท์มือถือ เป็นการใช้คลื่นวิทยุในการรับ-ส่งเสียงสนทนาหรือข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ แบ่งตามลักษณะการใช้งาน ดังนี้
-ระบบเพจจิง (Paging system)
-ระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ / เคลื่อนที่ (Cellular / Mobile Phones)
-ระบบโทรศัพท์ดาวเทียม (Satellite Phones)
-ระบบโทรศัพท์พีซีเอส (Personal Communications Services)

ระบบเพจจิง (Paging system)
       ระบบจะทำงานต่อเมื่อมีผู้ส่งข้อความถึงผู้ใช้ผ่านบริษัทเพจจิง  เครื่องคอมพิวเตอร์ของระบบจะส่งข้อมูลผ่านสายพื้นดินไปยังเสาอากาศเสาอากาศจะส่งข้อมูลไปยังดาวเทียมเพื่อแพร่ข้อมูลไปยังเครื่องรับ
(beeper)
ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ (Mobile Phones)
       ระบบเซลลูลาร์ที่ส่งข้อมูลทั้งแบบ analog และ digital มีหลายระบบ เช่น GSM - Global System for Mobiletelephones  ในบริการในคลื่นความถี่ 850-1900 Mhz มีทั้งระบบ dual-band, tri-band และ quad-band  AMPS - Advanced Mobile Phone System (800 Mhz) ส่งข้อมูล analog  TACS - Total Access Communications Service  (900 Mhz)ส่งข้อมูล analog
โทรศัพท์ดาวเทียม (Satellite Phones)
       ใช้ได้เกือบทุกพื้นที่บนโลก รับส่งสัญญาณข้อมูลด้วยดาวเทียมจำเป็นต้องใช้หลายระบบของโทรศัพท์เคลื่อนที่ผสมผสานกัน เช่นโทรศัพท์ Qualcomm's GSP1600 ใช้ระบบ AMPS และ CDMA
ใช้หลักเดียวกับระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์/เคลื่อนที่ เพียงแต่ขนาดของเซลล์ทีขนาดเล็กกว่าเพียง 50-100 เมตร
       ระบบนี้ต้องการกำลังของสัญญาณต่ำ ทำให้เครื่องโทรศัพท์และสถานีฐานมีขนาดเล็กและราคาถูก แต่ต้องใช้สถานีจำนวนมาก เช่น โทรศัพท์ PCT, CDMA (Code Division Multiple Access)
PDC (Personal Digital Cellular ใช้เฉพาะในประเทศญี่ปุ่น) เป็นต้น
หลักในการเลือกใช้สื่อข้อมูล
Cost ค่าใช้จ่าย
Speed ความเร็วในการส่งข้อมูล
Expansion การขยายระบบ
Signal degradation การอ่อนของสัญญาณ
Interference การป้องกันการถูกรบกวนของสัญญาณ

หลักการทำงานของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ 

       การทำงานของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์จะต้องมีการทำงานพร้อมตัวเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ สถานีฐาน และชุมสายโทรศัพท์เซลลูลาร์ ซึ่งทั้งหมดถูกต่อกันเป็นเครือข่ายโทรศัพท์เซลลูลาร์ ขั้นตอนการทำงานดั้งนี้

 1. เมื่อเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์เริ่มเปิดเครื่อง เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์จะตรวจสอบหา สัญญาณจากช่องสัญญาณที่มีอยู่ในบริเวณนั้นเองอย่างอัตโนมัติ ปรับความถี่เข้าหา ช่องสัญญาณที่มีคามแรงมากที่สุดของสถานีฐานที่อยู่ใกล้ที่สุด และคงไว้ชั่วขณะหรือจนกว่า ตัวเครื่องโทรศัพท์จะเคลื่อนที่ไปยังเครื่องอื่นที่มีความแรงสัญญาณแรงกว่าเซลล์เดิม  

หลักการท างานของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ 

2. เมื่อผู้ใช้เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ต้องการติดต่อเลขหมายปลายทางหลังจากกดเลขหมาย ปลายทางเรียบร้อยและกดส่ง การหาช่องสัญญาณและความถี่ตัวสถานีฐานจะท าหน้าที่เลือก ช่องสัญญาณโดยอัตโนมัติ ข้อมูลของสัญญาณควบคุมและสัญญาณเรียกถูกส่งในคลื่นวิทยุใน ระดับก าลังส่งต่ าออกจากเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ขึ้นไปในอากาศส่งไปยังสถานีฐานที่มี สายอากาศติดตั้งอยู่ในต าแหน่งใกล้ที่สุด สถานีฐานจะเชื่อมต่ออยู่กับชุมสายโทรศัพท์ เซลลูลาร์ ที่เป็นตัวควบคุมและสลับสายชิ่งสัญญาณสนทนา ซึ่งต่อกันเป็นระบบเครือข่าย โทรศัพท์เซลลูลาร์สัญญาณเรียกเข้าจะถูกส่งต่อเข้าไปยังชุมสายโทรศัพท์ของ องค์การโทรศัพท์ หากผู้รับปลายทางเป็นโทรศัพท์บ้าน หรือต่อไปยังชุมสายเซลลูลาร์ระบบ อื่นหรือระบบเดียวกัน เมื่อผู้รับปลายทางเป็นโทรศัพท์เซลลูลาร์ สัญญาณเรียกนี้ต้องส่งผ่าน ช่องปรับแต่ง (Setup Channel) 

หลักการท างานของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ 

3. กรณีใช้โทรศัพท์เรียกเข้าหาเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ ชุมสายโทรศัพท์ธรรมดา สามารถ แยกได้ว่าเป็ตนการเรียกไปยังปลายทางชนิดใดจากกลุ่มรหัสเลขหมายนำหน้า ซึ่งถ้าเป็น เครื่องโทรศัพท์ต้องขึ้นต้นด้วยเลข 01 หรือ 09 ตามด้วยเลขหมายโทรศัพท์ ชุมสายโทรศัพท์ เซลลูลาร์ต้องส่งข้อมูลสั้น ๆ เข้าหาเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ตามข้อมูลของหมายเลขนั้นใน การค้นหาเครื่องงลูกข่าย แต่ละสถานีฐานท าการส่งข้อความเรียกผ่านทางช่องปรับแต่ง เมื่อ เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์รับทราบว่ามีผู้เรียกเข้าหาตัวเองจะท าการติดต่อกลับผ่านทางบช่อง ปรับแต่ง สถานีฐานจัดการหาช่องสัญญาณที่ว่างให้สามารถเชื่อมต่อการสนทนาได้ เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ท าการจูนหาความถี่ของช่องสัญญาณตามค าสั่งของสถานีฐาน 

4. การเคลื่อนที่เปลี่ยนเซลล์ของเครื่องเซลลูลาร์ ระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์สามารถทราบได้ว่า สัญญาณการติดต่อของเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ที่ก าลังใช้งานอยู่ไปยังเซลล์ถัดไปโดย อัตโนมัติในทิศทางที่เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์เดินทางไป เรียกวิธีการนี้ว่า แฮนด์ออฟ (Handoff) หรือแฮนด์โอเวอร์ (Handover)  

หลักการท างานของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ 

5. การสิ้นสุดการสนทนา เมื่อใช้เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์กดปุ่มสิ้นสุดการสนทนา มีสัญญาณ สิ้นสุดการสนทนาส่งไปยังสถานีฐาน สัญญาณจะถูกส่งต่อไปยังชุมสายโทรศัพท์เซลลูลาร์ ชุมสายโทรศัพท์เซลลูลาร์ท าการยกเลิกใช้ช่องสัญญาณดังกล่าว และสถานีฐานก็ยกเลิกการใช้ ช่องสัญญาณเช่น เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์จะกลับไปวัดสัญญาณช่องปรับแต่งตามเดิม 

โครงสร้างของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ 

       โครงสร้างเบื้องต้นของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ ประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก ๆ คล้ายกัน ไม่ว่าระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์จะเป็นระบบใดก็ตามส่วนประกอบที่ส าคัญได้แก่ เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ สถานีฐาน ชุมสายโทรศัพท์เซลลูลาร์ สายอากาศ และสายส่ง สัญญาณ ลักษณะโครงสร้างเบื้องต้นและการต่อระบบ

1. เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ (Telephone) ประกอบด้วย หน่วยควบคุม ตัวรับส่งคลื่นวิทยุ ระบบสายอากาศ และแบตเตอรี่ ตัวเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ สามารถตรวจสอบระบบ สัญญาณในบริเวณที่เครื่องอยู่ได้ มีโปรแกรมติดต่อกับสถานีฐานและชุมสายโทรศัพท์ เซลลูลาร์ 

โครงสร้างของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ 

2. SIM : Subscriber Identity Module หรือ ซิมการ์ด เป็นสมาร์การ์ดที่จัดเก็บข้อมูล เกี่ยวกับผู้ใช้และสมุดโทรศัพท์ ทำให้ผู้ใช้สามารถจัดเก็บข้อมูลส่วนตัวไว้ได้เมื่อเปลี่ยนเครื่อง หรือผู้ใช้สามารถเปลี่ยนผู้ให้บริการได้โดยการเปลี่ยนซิมการ์ด ใน SIM จะบันทึกหมายเลข ซีเรียลเฉพาะที่ไม่ซ้ ากัน หรือ IMSI (International Mobile Subscriber Identity) ซึ่งมี ขนาด 64 บิต ซึ่งหมายเลขนี้จะถูกส่งโดยโทรศัพท์เพื่อไปลงทะเบียนกับเครือข่ายที่เชื่อมต่อ อยู่ 

3. สถานีฐาน (Base Station Subsystem) เป็นสถานีประจ าเซลล์ระบบโทรศัพท์ เซลลูลาร์ ท าหน้าที่เชื่อมต่อสัญญาณระหว่างตัวเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์กับชุมสายโทรศัพท์ เซลลูลาร์ ภายในสถานีฐานประกอบด้วย หน่วยควบคุมตัวประมวลผลสัญญาณคลื่นวิทยุ ตัวรับเครื่องวิทยุ ระบบสายอากาศและแหล่งจ่ายไฟ 

โครงสร้างของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ 

4. ชุมสายโทรศัพท์เซลลูลาร์หรือเครือข่ายแบ็คโบน (Network and Switch Subsystem) เป็นศูนย์กลางการควบคุมการท างานของระบบ ควบคุมทั้งสถานีฐาน และ ตัวเครื่องเซลลูลาร์ มีการต่อเชื่อมระบบกับชุมสายโทรศัพท์ต่างๆ ท าหน้าที่ช่วยในการควบคุม ขั้นตอนการโทรศัพท์ การเก็บข้อมูลการโทรศัพท์ การเปลี่ยนแปลงการเชื่อมต่อเซลล์ และ ตัดต่อระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์กับระบบโทรศัพท์อื่นๆ