सेलुलर नेटवर्क

सेलुलर नेटवर्क या मोबाइल नेटवर्क एक दूरसंचार नेटवर्क है जिसमें अंत बिंदुओं तक और उनसे वायरलेस लिंक होता है और नेटवर्क को भू-भागीय क्षेत्रों में विभाजित किया जाता है जिन्हें सेल्स कहा जाता है, प्रत्येक को कम से कम एक स्थिर स्थान वाले ट्रांससीवर (जैसे बेस स्टेशन) द्वारा सेवा दी जाती है। ये बेस स्टेशन सेल को नेटवर्क कवरेज प्रदान करते हैं, जिसका उपयोग आवाज़, डेटा और अन्य प्रकार की सामग्री के प्रसारण के लिए किया जा सकता है। एक सेल आमतौर पर अपने पड़ोसी सेल्स से अलग आवृत्तियों के सेट का उपयोग करती है, ताकि हस्तक्षेप से बचा जा सके और प्रत्येक सेल के भीतर गारंटीकृत सेवा गुणवत्ता प्रदान की जा सके।

जब इन सेल्स को एक साथ जोड़ा जाता है, तो ये एक व्यापक भौगोलिक क्षेत्र में रेडियो कवरेज प्रदान करते हैं। यह कई पोर्टेबल ट्रांससीवर (जैसे, मोबाइल फोन, टैबलेट और मोबाइल ब्रॉडबैंड मॉडेम वाले लैपटॉप, पेजर आदि) को एक-दूसरे से और नेटवर्क में कहीं भी स्थिर ट्रांससीवर और टेलीफोनों से संचार करने की अनुमति देता है, भले ही कुछ ट्रांससीवर प्रसारण के दौरान एक से अधिक सेल से होकर गुजर रहे हों।

सेलुलर नेटवर्क निम्नलिखित लाभ प्रदान करते हैं:

एकल बड़े ट्रांसमीटर की तुलना में अधिक क्षमता, क्योंकि जब तक वे अलग-अलग सेल्स में हैं, एक ही आवृत्ति का उपयोग कई लिंक के लिए किया जा सकता है।

मोबाइल उपकरण एकल ट्रांसमीटर या उपग्रह की तुलना में कम शक्ति का उपयोग करते हैं क्योंकि सेल टॉवर करीब होते हैं।

एकल स्थलीय ट्रांसमीटर की तुलना में बड़ा कवरेज क्षेत्र, क्योंकि अतिरिक्त सेल टॉवर अनिश्चित रूप से जोड़े जा सकते हैं और क्षितिज द्वारा सीमित नहीं होते हैं।

उच्च आवृत्ति संकेतों का उपयोग करने की क्षमता (और इस प्रकार अधिक उपलब्ध बैंडविड्थ/तेज डेटा दरें) जो लंबी दूरी पर प्रसारित नहीं हो सकते।

डेटा संपीड़न और मल्टीप्लेक्सिंग के साथ, कई वीडियो (जिसमें डिजिटल वीडियो भी शामिल हैं) और ऑडियो चैनल एकल वाइडबैंड कैरियर पर उच्च आवृत्ति संकेत के माध्यम से यात्रा कर सकते हैं।

प्रमुख दूरसंचार प्रदाताओं ने पृथ्वी के अधिकांश आबादी वाले भूमि क्षेत्रों में आवाज़ और डेटा सेलुलर नेटवर्क तैनात किए हैं। यह मोबाइल फोन और मोबाइल कंप्यूटिंग उपकरणों को सार्वजनिक स्विच टेलीफोन नेटवर्क और सार्वजनिक इंटरनेट तक पहुंचने की अनुमति देता है। निजी सेलुलर नेटवर्क का उपयोग अनुसंधान के लिए या बड़े संगठनों और बेड़ों के लिए किया जा सकता है, जैसे स्थानीय सार्वजनिक सुरक्षा एजेंसियों या टैक्सी कंपनियों के लिए डिस्पैच, साथ ही उद्यम और औद्योगिक सेटिंग्स जैसे कारखाने, गोदाम, खदानें, पावर प्लांट, सबस्टेशन, तेल और गैस सुविधाओं और बंदरगाहों में स्थानीय वायरलेस संचार के लिए।

अवधारणा


सेलुलर रेडियो प्रणाली में, जिस भूमि क्षेत्र को रेडियो सेवा प्रदान की जानी होती है, उसे भू-भाग और रिसेप्शन विशेषताओं के आधार पर कोशिकाओं (सेल्स) में विभाजित किया जाता है। ये सेल पैटर्न आमतौर पर नियमित आकारों जैसे षट्भुज, वर्ग या वृत्त के रूप में होते हैं, हालांकि षट्भुज कोशिकाएं पारंपरिक मानी जाती हैं। प्रत्येक सेल को कई आवृत्तियां (f1 – f6) सौंपी जाती हैं, जिनके संबंधित रेडियो बेस स्टेशन होते हैं। इन आवृत्तियों के समूह को अन्य कोशिकाओं में पुनः उपयोग किया जा सकता है, बशर्ते कि एक ही आवृत्तियों का पुनः उपयोग आसन्न कोशिकाओं में न किया जाए, जिससे को-चैनल हस्तक्षेप हो सकता है।

सेलुलर नेटवर्क में एकल ट्रांसमीटर वाले नेटवर्क की तुलना में बढ़ी हुई क्षमता बेल लैब्स के एमोस जोएल द्वारा विकसित मोबाइल संचार स्विचिंग प्रणाली से आती है,, issued 16 May 1972. जिसने किसी दिए गए क्षेत्र में कई कॉल करने वालों को एक ही आवृत्ति का उपयोग करने की अनुमति दी, कॉल को निकटतम उपलब्ध सेलुलर टॉवर पर स्विच करके, जिस पर वह आवृत्ति उपलब्ध होती है। यह रणनीति इस कारण संभव है क्योंकि एक दी गई रेडियो आवृत्ति का उपयोग एक अलग क्षेत्र में असंबंधित प्रसारण के लिए पुनः किया जा सकता है। इसके विपरीत, एकल ट्रांसमीटर एक दी गई आवृत्ति के लिए केवल एक प्रसारण को संभाल सकता है। अनिवार्य रूप से, उन अन्य कोशिकाओं के संकेतों से कुछ स्तर का हस्तक्षेप होता है जो समान आवृत्ति का उपयोग करती हैं। इसलिए, मानक फ्रीक्वेंसी-डिविजन मल्टीपल एक्सेस (FDMA) प्रणाली में आवृत्ति का पुन: उपयोग करने वाली कोशिकाओं के बीच कम से कम एक कोशिका का अंतराल होना आवश्यक है।

टैक्सी कंपनी के मामले पर विचार करें, जहां प्रत्येक रेडियो में मैन्युअल रूप से संचालित चैनल चयनकर्ता होता है जो विभिन्न आवृत्तियों पर ट्यून करता है। जैसे ही ड्राइवर घूमते हैं, वे चैनल बदलते रहते हैं। ड्राइवरों को इस बात का ज्ञान होता है कि कौन-सी आवृत्ति लगभग किस क्षेत्र को कवर करती है। जब उन्हें ट्रांसमीटर से कोई संकेत प्राप्त नहीं होता, तो वे अन्य चैनलों को तब तक आजमाते हैं जब तक कि कोई काम करने वाला चैनल न मिल जाए। टैक्सी चालक केवल तब बात करते हैं जब बेस स्टेशन ऑपरेटर उन्हें आमंत्रित करता है। यह टाइम-डिविजन मल्टीपल एक्सेस (TDMA) का एक रूप है।

इतिहास

सेलुलर फोन प्रौद्योगिकी का इतिहास 11 दिसंबर, 1947 को शुरू हुआ, जब बेल लैब्स के एक इंजीनियर डगलस एच. रिंग ने एक आंतरिक ज्ञापन लिखा जिसमें उन्होंने एटी एंड टी द्वारा एक सेलुलर टेलीफोन प्रणाली के विकास का प्रस्ताव दिया।

पहला वाणिज्यिक सेलुलर नेटवर्क, 1जी पीढ़ी, जापान में निप्पॉन टेलीग्राफ और टेलीफोन (NTT) द्वारा 1979 में शुरू किया गया था, जो प्रारंभ में टोक्यो के महानगरीय क्षेत्र में संचालित हुआ। पांच वर्षों के भीतर, एनटीटी नेटवर्क का विस्तार पूरे जापान की जनसंख्या को कवर करने के लिए किया गया और यह पहला राष्ट्रव्यापी 1जी नेटवर्क बन गया। यह एक एनालॉग वायरलेस नेटवर्क था। बेल सिस्टम ने 1947 से सेलुलर प्रौद्योगिकी विकसित की थी, और 1979 से पहले शिकागो और डलास में सेलुलर नेटवर्क चालू थे, लेकिन बेल सिस्टम के विभाजन के कारण वाणिज्यिक सेवा में देरी हुई, जिसमें सेलुलर संपत्तियां क्षेत्रीय बेल ऑपरेटिंग कंपनियों को स्थानांतरित कर दी गईं।

1990 के दशक की शुरुआत में वायरलेस क्रांति शुरू हुई, जिसने एनालॉग से डिजिटल नेटवर्क में बदलाव को प्रेरित किया। एमओएसएफईटी का आविष्कार बेल प्रयोगशाला में 1955 और 1960 के बीच हुआ था, जिसे 1990 के दशक की शुरुआत में सेलुलर नेटवर्क के लिए अनुकूलित किया गया था। पावर एमओएसएफईटी, एलडीएमओएस (आरएफ एम्प्लीफायर), और आरएफ सीएमओएस (आरएफ सर्किट) उपकरणों को व्यापक रूप से अपनाने से डिजिटल वायरलेस मोबाइल नेटवर्क के विकास और प्रसार में सहायता मिली।

पहला वाणिज्यिक डिजिटल सेलुलर नेटवर्क, २जी पीढ़ी, 1991 में लॉन्च किया गया था। इसने क्षेत्र में प्रतिस्पर्धा को प्रोत्साहित किया क्योंकि नए ऑपरेटरों ने मौजूदा 1जी एनालॉग नेटवर्क ऑपरेटरों को चुनौती दी।

सेल सिग्नल एनकोडिंग

विभिन्न ट्रांसमिटर्स से सिग्नल को अलग करने के लिए, फ़्रीक्वेंसी-डिवीज़न मल्टीपल एक्सेस (एफडीएमए, जिसका उपयोग एनालॉग और डी-एएमपीएस सिस्टम द्वारा किया जाता है), टाइम-डिवीज़न मल्टीपल एक्सेस (टीडीएमए, जिसका उपयोग जीएसएम द्वारा किया जाता है) और कोड-डिवीज़न मल्टीपल एक्सेस (सीडीएमए, जिसे पहली बार पीसी के लिए और 3जी का आधार माना जाता है) विकसित किए गए।

एफडीएमए के साथ, प्रत्येक सेल में विभिन्न उपयोगकर्ताओं द्वारा उपयोग की जाने वाली ट्रांसमिट और रिसीविंग फ़्रीक्वेंसी एक-दूसरे से भिन्न होती हैं। प्रत्येक सेलुलर कॉल को एक जोड़ी फ़्रीक्वेंसी (एक बेस से मोबाइल के लिए और दूसरी मोबाइल से बेस के लिए) दी जाती थी ताकि फुल-डुप्लेक्स ऑपरेशन प्रदान किया जा सके। मूल एएमपीएस सिस्टम में 666 चैनल जोड़े होते थे, सीएलईसी "ए" सिस्टम और आई.एल.ई.सी. "बी" सिस्टम के लिए 333 प्रत्येक। चैनलों की संख्या को बढ़ाकर प्रति कैरियर 416 जोड़े किया गया था, लेकिन अंततः आरएफ चैनलों की संख्या सेल साइट द्वारा संभाली जा सकने वाली कॉल्स की संख्या को सीमित कर देती थी। एफडीएमए टेलीफोन कंपनियों के लिए एक परिचित तकनीक है, जिन्होंने अपने पॉइंट-टू-पॉइंट वायरलाइन प्लांट्स में टाइम-डिवीज़न मल्टीप्लेक्सिंग से पहले फ़्रीक्वेंसी-डिवीज़न मल्टीप्लेक्सिंग का उपयोग करके चैनलों को जोड़ा।

टीडीएमए के साथ, प्रत्येक सेल में विभिन्न उपयोगकर्ताओं द्वारा उपयोग की जाने वाली ट्रांसमिट और रिसीविंग टाइम स्लॉट्स एक-दूसरे से भिन्न होती हैं। टीडीएमए आमतौर पर डिजिटल सिग्नलिंग का उपयोग करता है ताकि वॉइस डेटा को संग्रहीत किया जा सके और उसे टाइम स्लॉट्स में ट्रांसमिशन के लिए फिट किया जा सके, और रिसीविंग साइड पर उसे पुनः विस्तारित किया जा सके ताकि रिसीवर पर वॉइस कुछ सामान्य सुनाई दे। टीडीएमए को ऑडियो सिग्नल में लेटेंसी (समय विलंब) को जोड़ना पड़ता है। जब तक लेटेंसी का समय इतना कम हो कि यह ऑडियो में इको के रूप में न सुनाई दे, यह समस्या नहीं होती है। टीडीएमए भी टेलीफोन कंपनियों के लिए एक परिचित तकनीक है, जिन्होंने अपने पॉइंट-टू-पॉइंट वायरलाइन प्लांट्स में चैनलों को जोड़ने के लिए टाइम-डिवीज़न मल्टीप्लेक्सिंग का उपयोग किया था, इससे पहले कि पैकेट स्विचिंग ने एफडीएम को अप्रचलित कर दिया।

सीडीएमए का सिद्धांत स्प्रेड स्पेक्ट्रम तकनीक पर आधारित है, जिसे द्वितीय विश्वयुद्ध के दौरान सैन्य उपयोग के लिए विकसित किया गया था और शीतयुद्ध के दौरान इसे सीधे-अनुक्रमण स्प्रेड स्पेक्ट्रम में सुधार किया गया था, जो प्रारंभिक सीडीएमए सेलुलर सिस्टम और वाई-फ़ाई के लिए उपयोग किया गया था। डीएसएसएस एकल वाइडबैंड आरएफ चैनल पर कई फोन वार्तालापों को एक साथ होने की अनुमति देता है, बिना उन्हें समय या फ़्रीक्वेंसी में चैनलाईज़ करने की आवश्यकता के। यद्यपि यह पुरानी मल्टीपल एक्सेस स्कीमों से अधिक परिष्कृत है (और पारंपरिक टेलीफोन कंपनियों के लिए अपरिचित था क्योंकि इसे बेल लैब्स द्वारा विकसित नहीं किया गया था), सीडीएमए को 3जी सेलुलर रेडियो सिस्टम के लिए एक आधार के रूप में अच्छी तरह से स्केल किया गया।

एमआईएमओ जैसी अन्य उपलब्ध मल्टीप्लेक्सिंग विधियाँ, जो एंटीना विविधता का एक अधिक परिष्कृत संस्करण है, सक्रिय बीमफॉर्मिंग के साथ मिलकर मूल एएमपीएस सेल्स की तुलना में बहुत अधिक स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग क्षमता प्रदान करती हैं, जो आमतौर पर केवल एक से तीन अनोखी स्थानों को संबोधित करती थीं। बड़े पैमाने पर एमआईएमओ डिप्लॉयमेंट चैनल के पुन: उपयोग को काफी बढ़ाने की अनुमति देता है, जिससे प्रति सेल साइट अधिक सब्सक्राइबर, प्रति उपयोगकर्ता उच्च डेटा थ्रूपुट, या दोनों का कुछ संयोजन प्राप्त किया जा सकता है। क्वाड्रचर एम्प्लिट्यूड मॉड्यूलेशन (क्यूएएम) मोडेम्स प्रतीक प्रति बिट की बढ़ती संख्या प्रदान करते हैं, जिससे प्रति मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ (और एसएनआर के डीसीबेल) पर अधिक उपयोगकर्ता, प्रति उपयोगकर्ता अधिक डेटा थ्रूपुट, या दोनों का कुछ संयोजन प्राप्त किया जा सकता है।

आवृत्ति पुनः उपयोग

सेलुलर नेटवर्क की मुख्य विशेषता आवृत्तियों का पुनः उपयोग करने की क्षमता है, जिससे कवरेज और क्षमता दोनों बढ़ाई जा सकती हैं। जैसा कि ऊपर बताया गया है, आस-पास के सेल्स को अलग-अलग आवृत्तियों का उपयोग करना चाहिए, लेकिन यदि दो सेल्स पर्याप्त दूरी पर हैं और सेल टॉवर और उपयोगकर्ता का उपकरण अत्यधिक शक्ति के साथ ट्रांसमिट नहीं करता, तो दोनों सेल्स एक ही आवृत्ति का उपयोग कर सकते हैं।

फ्रीक्वेंसी रीयूज को निर्धारित करने वाले तत्व रीयूज डिस्टेंस और रीयूज फैक्टर हैं। रीयूज डिस्टेंस (डी) निम्नलिखित रूप में गणना की जाती है:

,

जहाँ,
आर (R) = सेल का त्रिज्याएन (N) = क्लस्टर प्रति सेल की संख्या

सेल्स की त्रिज्या 1 से 30 किलोमीटर तक हो सकती है। सेल्स के बीच की सीमाएँ एक-दूसरे से ओवरलैप भी कर सकती हैं, और बड़े सेल्स को छोटे सेल्स में विभाजित किया जा सकता है।J. E. Flood. Telecommunication Networks. Institution of Electrical Engineers, London, UK, 1997. chapter 12.

फ्रीक्वेंसी रीयूज फैक्टर वह दर है जिस पर नेटवर्क में एक ही आवृत्ति का उपयोग किया जा सकता है। यह 1/के. होता है (या कुछ पुस्तकों के अनुसार के.), जहाँ के. उन सेल्स की संख्या है जो एक ही आवृत्तियों का उपयोग ट्रांसमिशन के लिए नहीं कर सकते। सामान्य फ्रीक्वेंसी रीयूज फैक्टर 1/3, 1/4, 1/7, 1/9 और 1/12 होते हैं (या 3, 4, 7, 9 और 12, संकेतन के अनुसार)।

अगर एक ही बेस स्टेशन साइट पर एन सेक्टर एंटेना होते हैं, जिनमें प्रत्येक की दिशा अलग होती है, तो बेस स्टेशन साइट एन अलग-अलग सेक्टर्स की सेवा कर सकता है। एन आमतौर पर 3 होता है। एन/के का रीयूज पैटर्न साइट पर प्रति एन सेक्टर एंटेना के बीच आवृत्ति को और विभाजित करता है। कुछ ऐतिहासिक और वर्तमान रीयूज पैटर्न हैं 3/7 (नॉर्थ अमेरिकन एएमपीएस), 6/4 (मोटोरोला एनएएमपीएस), और 3/4 (जीएसएम)।

अगर उपलब्ध कुल बैंडविड्थ बी है, तो प्रत्येक सेल केवल बी/के बैंडविड्थ के अनुरूप आवृत्ति चैनल्स का उपयोग कर सकता है, और प्रत्येक सेक्टर बी/एनके बैंडविड्थ का उपयोग कर सकता है।

कोड डिवीजन मल्टीपल एक्सेस (सीडीएमए) आधारित सिस्टम्स एक विस्तृत आवृत्ति बैंड का उपयोग करते हैं, लेकिन इसे इस तथ्य से संतुलित किया जाता है कि वे 1 का फ्रीक्वेंसी रीयूज फैक्टर उपयोग कर सकते हैं। इसका मतलब है कि आस-पास के बेस स्टेशन साइट्स एक ही आवृत्तियों का उपयोग करते हैं, लेकिन अलग-अलग बेस स्टेशन और उपयोगकर्ता कोड्स द्वारा अलग किए जाते हैं। हालांकि, एन को 1 दिखाया गया है, इसका मतलब यह नहीं है कि सीडीएमए सेल में केवल एक सेक्टर होता है, बल्कि पूरा सेल बैंडविड्थ प्रत्येक सेक्टर को व्यक्तिगत रूप से उपलब्ध होता है।

हाल में ऑर्थोगोनल फ्रीक्वेंसी-डिवीजन मल्टीपल एक्सेस (ओएफडीएमए) आधारित सिस्टम्स जैसे एलटीई को भी 1 के फ्रीक्वेंसी रीयूज के साथ लागू किया जा रहा है। चूंकि ऐसे सिस्टम्स फ्रीक्वेंसी बैंड में सिग्नल को फैलाते नहीं हैं, विभिन्न सेल साइट्स के बीच संसाधनों के समन्वय के लिए इंटर-सेल रेडियो रिसोर्स मैनेजमेंट (आईसीआईसीआई) आवश्यक होता है ताकि इंटर-सेल हस्तक्षेप सीमित किया जा सके। आईसीआईसीआई के कई साधन पहले से मानक में परिभाषित हैं। समन्वित शेड्यूलिंग, मल्टी-साइट मीमो या मल्टी-साइट बीमफॉर्मिंग इंटर-सेल रेडियो रिसोर्स मैनेजमेंट के अन्य उदाहरण हैं जिन्हें भविष्य में मानकीकृत किया जा सकता है।

दिशात्मक एंटेना

सेल टॉवर अक्सर अधिक यातायात वाले क्षेत्रों में रिसेप्शन सुधारने के लिए दिशात्मक सिग्नल का उपयोग करते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में, फेडरल कम्युनिकेशंस कमीशन (एफसीसी) सर्वदिशात्मक सेल टॉवर सिग्नलों को 100 वाट की शक्ति तक सीमित करता है। यदि टॉवर में दिशात्मक एंटेना होते हैं, तो एफसीसी सेल ऑपरेटर को 500 वाट तक की प्रभावी विकिरण शक्ति (ईआरपी) का उत्सर्जन करने की अनुमति देता है।

हालांकि मूल सेल टॉवर एक समान, सर्वदिशात्मक सिग्नल उत्पन्न करते थे, जो सेल्स के केंद्रों पर होते थे और सर्वदिशात्मक होते थे, लेकिन अब एक सेलुलर मानचित्र को पुन: डिज़ाइन किया जा सकता है जिसमें सेलुलर टेलीफोन टॉवर उन हेक्सागनों के कोनों पर स्थित होते हैं जहाँ तीन सेल्स आपस में मिलते हैं। प्रत्येक टॉवर में तीन दिशात्मक एंटेना होते हैं, जो तीन अलग-अलग दिशाओं में 120 डिग्री के कोण पर प्रत्येक सेल में सिग्नल भेजते और प्राप्त करते हैं (कुल 360 डिग्री)। यह तीन अलग-अलग सेल्स में विभिन्न आवृत्तियों पर सिग्नल भेजने और प्राप्त करने की अनुमति देता है। इस प्रणाली से न्यूनतम तीन चैनल और प्रत्येक सेल के लिए तीन टॉवर होते हैं, जिससे कम से कम एक दिशा से एक उपयोगी सिग्नल प्राप्त करने की संभावना बढ़ जाती है।

इलस्ट्रेशन में दिखाए गए नंबर चैनल नंबर होते हैं, जो हर 3 सेल्स में दोहराए जाते हैं। बड़े सेल्स को उच्च यातायात वाले क्षेत्रों के लिए छोटे सेल्स में विभाजित किया जा सकता है। – Cellular Radiotelephone System for Different Cell Sizes – Richard H. Frenkiel (Bell Labs), filed 22 September 1976, issued 13 March 1979

सेल फोन कंपनियाँ इस दिशात्मक सिग्नल का उपयोग राजमार्गों और स्टेडियमों जैसे भवनों के भीतर रिसेप्शन सुधारने के लिए भी करती हैं।

प्रसारण संदेश और पेजिंग

लगभग हर सेलुलर सिस्टम में किसी न किसी प्रकार का ब्रॉडकास्ट मैकेनिज्म होता है। इसका उपयोग कई मोबाइल्स को एक साथ जानकारी वितरित करने के लिए किया जा सकता है। सामान्य रूप से, जैसे मोबाइल टेलीफोनी सिस्टम में, ब्रॉडकास्ट जानकारी का सबसे महत्वपूर्ण उपयोग मोबाइल ट्रांससीवर और बेस स्टेशन के बीच एक-से-एक संचार चैनल स्थापित करने के लिए होता है। इसे पेजिंग कहा जाता है। पेजिंग की तीन अलग-अलग प्रक्रियाएँ अपनाई जाती हैं: क्रमबद्ध, समानांतर, और चयनात्मक पेजिंग (चयनात्मक पेजिंग)।

पेजिंग की प्रक्रिया की जानकारी नेटवर्क से नेटवर्क में थोड़ी भिन्न हो सकती है, लेकिन सामान्यतः हमें उन सेल्स की एक सीमित संख्या के बारे में पता होता है जहाँ फोन स्थित होता है (इस समूह को जीएसएम या यूएमटीएस सिस्टम में एक स्थान क्षेत्र (स्थान क्षेत्र) कहा जाता है, या अगर डेटा पैकेट सत्र शामिल होता है तो इसे रूटिंग एरिया (रूटिंग क्षेत्र) कहा जाता है; एलटीई में, सेल्स को ट्रैकिंग एरिया (ट्रैकिंग क्षेत्र) में समूहित किया जाता है)। पेजिंग उन सभी सेल्स को ब्रॉडकास्ट संदेश भेजकर की जाती है। पेजिंग संदेशों का उपयोग जानकारी हस्तांतरण के लिए किया जा सकता है। यह पेजर्स, सीडीएमए सिस्टम में एसएमएस संदेश भेजने के लिए, और यूएमटीएस सिस्टम में उपयोग होता है जहाँ यह पैकेट-आधारित कनेक्शनों में कम डाउनलिंक विलंबता की अनुमति देता है।

एलटीई/4जी में, पेजिंग प्रक्रिया एमएमई द्वारा शुरू की जाती है जब डेटा पैकेट यूई (उपयोगकर्ता उपकरण) तक पहुँचाए जाने की आवश्यकता होती है।

एमएमई द्वारा समर्थित पेजिंग प्रकार हैं:

 बेसिक
 एसजीएस_सीएस और एसजीएस_पीएस
 क्यूसीआई_1 से लेकर क्यूसीआई_9 तक

एक सेल से दूसरे सेल तक आवागमन और उसे सौंपना

एक प्रारंभिक टैक्सी प्रणाली में, जब टैक्सी पहले टावर से दूर जाती थी और दूसरे टावर के करीब आती थी, तो टैक्सी चालक आवश्यकतानुसार मैन्युअल रूप से एक फ़्रीक्वेंसी से दूसरी फ़्रीक्वेंसी में स्विच करता था। यदि संचार सिग्नल की हानि के कारण बाधित हो जाता था, तो टैक्सी चालक बेस स्टेशन ऑपरेटर से दूसरे फ़्रीक्वेंसी पर संदेश को दोहराने का अनुरोध करता था।

एक सेलुलर प्रणाली में, जब वितरित मोबाइल ट्रांससीवर्स किसी निरंतर संचार के दौरान एक सेल से दूसरी सेल में जाते हैं, तो एक सेल की फ़्रीक्वेंसी से दूसरी सेल की फ़्रीक्वेंसी में स्विचिंग इलेक्ट्रॉनिक रूप से बिना किसी बाधा के और बिना किसी बेस स्टेशन ऑपरेटर या मैन्युअल स्विचिंग के की जाती है। इसे "हैंडओवर" या "हैंडऑफ" कहा जाता है। आमतौर पर, नए बेस स्टेशन पर मोबाइल इकाई के लिए स्वचालित रूप से एक नया चैनल चुना जाता है, जो उसे सेवा प्रदान करेगा। फिर मोबाइल इकाई स्वचालित रूप से वर्तमान चैनल से नए चैनल पर स्विच करती है और संचार जारी रहता है।

मोबाइल सिस्टम का एक बेस स्टेशन से दूसरे बेस स्टेशन में जाने की प्रक्रिया सिस्टम से सिस्टम में भिन्न हो सकती है। (हैंडओवर प्रबंधन के उदाहरण के लिए मोबाइल फोन नेटवर्क की प्रक्रिया देखें)।

मोबाइल फ़ोन नेटवर्क

सेलुलर नेटवर्क का सबसे सामान्य उदाहरण मोबाइल फोन (सेल फोन) नेटवर्क है। मोबाइल फोन एक पोर्टेबल टेलीफोन है जो कॉल प्राप्त या करता है, और यह एक सेल साइट (बेस स्टेशन) या ट्रांसमिटिंग टॉवर के माध्यम से काम करता है। सेल फोन में सिग्नल भेजने और प्राप्त करने के लिए रेडियो तरंग का उपयोग किया जाता है।

आधुनिक मोबाइल फोन नेटवर्क सेल का उपयोग करते हैं क्योंकि रेडियो फ्रीक्वेंसी एक सीमित और साझा संसाधन हैं। सेल साइट और हैंडसेट कंप्यूटर नियंत्रण के तहत फ्रीक्वेंसी बदलते हैं और कम पावर ट्रांसमीटर का उपयोग करते हैं ताकि सीमित संख्या में रेडियो फ्रीक्वेंसी का कई कॉल करने वालों द्वारा एक साथ उपयोग किया जा सके, जिससे कम हस्तक्षेप हो।

मोबाइल फोन ऑपरेटर सेलुलर नेटवर्क का उपयोग अपने ग्राहकों के लिए कवरेज और क्षमता प्राप्त करने के लिए करते हैं। बड़े भौगोलिक क्षेत्रों को छोटे सेल्स में विभाजित किया जाता है ताकि लाइन-ऑफ-साइट सिग्नल लॉस से बचा जा सके और उस क्षेत्र में सक्रिय फोन की बड़ी संख्या का समर्थन किया जा सके। सभी सेल साइटें टेलीफोन एक्सचेंज (या स्विच) से जुड़ी होती हैं, जो आगे सार्वजनिक टेलीफोन नेटवर्क से जुड़ी होती हैं।

शहरों में, प्रत्येक सेल साइट की सीमा लगभग 1/2 मील (0.80 किमी) तक हो सकती है, जबकि ग्रामीण क्षेत्रों में यह सीमा 5 मील (8.0 किमी) तक हो सकती है। यह संभव है कि साफ खुले क्षेत्रों में, एक उपयोगकर्ता 25 मील (40 किमी) दूर की एक सेल साइट से सिग्नल प्राप्त कर सकता है। ग्रामीण क्षेत्रों में कम-बैंड कवरेज और ऊंचे टॉवरों के साथ, बुनियादी वॉयस और मैसेजिंग सेवाएं 50 मील (80 किमी) तक पहुंच सकती हैं, लेकिन बैंडविड्थ और एक साथ कॉलों की संख्या पर सीमाएं हो सकती हैं।

चूंकि लगभग सभी मोबाइल फोन सेलुलर तकनीक का उपयोग करते हैं, जिसमें जीएसएम, सीडीएमए, और एएमपीएस (एनालॉग) शामिल हैं, "सेल फोन" शब्द का कुछ क्षेत्रों, विशेष रूप से अमेरिका में, "मोबाइल फोन" के साथ एक समान रूप से उपयोग किया जाता है। हालांकि, सैटेलाइट फोन ऐसे मोबाइल फोन हैं जो सीधे ग्राउंड-आधारित सेलुलर टॉवर से नहीं, बल्कि सैटेलाइट के माध्यम से संवाद करते हैं।

विभिन्न डिजिटल सेलुलर तकनीकों में शामिल हैं: वैश्विक मोबाइल संचार प्रणाली (GSM), जनरल पैकेट रेडियो सर्विस (GPRS), सीडीएमएवन, सीडीएमए2000, एवल्यूशन-डेटा ऑप्टिमाइज़्ड (ईवी-डीओ), जीएसएम विकास हेतु वर्धित डाटा दर (EDGE), यूनिवर्सल मोबाइल दूरसंचार प्रणाली (UMTS), डिजिटल एनहांस्ड कॉर्डलेस टेलीकम्युनिकेशंस (DECT), डिजिटल एएमपीएस (आईएस-136/टीडीएमए), और इंटीग्रेटेड डिजिटल एनहांस्ड नेटवर्क (iDEN)। एनालॉग से डिजिटल मानक में संक्रमण ने यूरोप और अमेरिका में अलग-अलग रास्ते अपनाए।Paetsch, Michael (1993): The evolution of mobile communications in the US and Europe. Regulation, technology, and markets. Boston, London: Artech House (The Artech House mobile communications library). परिणामस्वरूप, अमेरिका में कई डिजिटल मानक सामने आए, जबकि यूरोप और कई देशों ने जीएसएम मानक की ओर रुख किया।

मोबाइल फोन सेलुलर नेटवर्क की संरचना

सेलुलर मोबाइल-रेडियो नेटवर्क का एक सरल दृष्टिकोण निम्नलिखित घटकों से बना होता है:

रेडियो बेस स्टेशनों का एक नेटवर्क जो बेस स्टेशन सबसिस्टम का निर्माण करता है।

कोर सर्किट स्विच्ड नेटवर्क, जो वॉयस कॉल और टेक्स्ट को संभालता है।

पैकेट स्विच्ड नेटवर्क, जो मोबाइल डेटा को संभालता है।

सार्वजनिक स्विच्ड टेलीफोन नेटवर्क (PSTN), जो ग्राहकों को विस्तृत टेलीफोनी नेटवर्क से जोड़ता है।

यह नेटवर्क जीएसएम प्रणाली का आधार है। इस नेटवर्क द्वारा कई कार्य किए जाते हैं ताकि ग्राहकों को इच्छित सेवा प्राप्त हो सके, जैसे कि मोबिलिटी मैनेजमेंट, रजिस्ट्रेशन, कॉल सेट-अप और हैंडओवर।

किसी भी फोन का नेटवर्क से कनेक्शन एक रेडियो बेस स्टेशन (RBS) के माध्यम से होता है, जो संबंधित सेल के कोने पर स्थित होता है और फिर मोबाइल स्विचिंग सेंटर (MSC) से जुड़ता है। एमएससी ग्राहकों को सार्वजनिक स्विच्ड टेलीफोन नेटवर्क (PSTN) से जोड़ता है। फोन से RBS तक का लिंक अपलिंक कहलाता है, जबकि इसके विपरीत लिंक डाउनलिंक कहलाता है।

रेडियो चैनल प्रभावी रूप से निम्नलिखित मल्टीप्लेक्सिंग और एक्सेस योजनाओं का उपयोग करते हुए ट्रांसमिशन माध्यम का उपयोग करते हैं: फ्रीक्वेंसी-डिवीजन मल्टीप्लेक्स एक्सेस (FDMA), टाइम-डिवीजन मल्टीप्लेक्स एक्सेस (TDMA), कोड-डिवीजन मल्टीप्लेक्स एक्सेस (CDMA), और स्पेस-डिवीजन मल्टीप्लेक्स एक्सेस (SDMA)।

 छोटे सेल 

छोटे सेल, जिनकी कवरेज क्षेत्र बेस स्टेशनों से छोटा होता है, निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित किए जाते हैं:

माइक्रोसेल -> 2 किलोमीटर से कम,
पिकोसेल -> 200 मीटर से कम,
फेम्टोसेल -> लगभग 10 मीटर,
एट्टोसेल -> 1–4 मीटर।

मोबाइल फोन नेटवर्क में सेलुलर सेल परिवर्तन

जब फोन उपयोगकर्ता एक सेल क्षेत्र से दूसरे सेल क्षेत्र में जाता है और कॉल चालू होती है, तो मोबाइल स्टेशन एक नए चैनल की खोज करता है ताकि कॉल ड्रॉप न हो। एक बार जब नया चैनल मिल जाता है, तो नेटवर्क मोबाइल यूनिट को नए चैनल पर स्विच करने का निर्देश देता है और उसी समय कॉल को नए चैनल पर स्थानांतरित कर दिया जाता है।

सीडीएमए तकनीक में, कई सीडीएमए हैंडसेट एक विशिष्ट रेडियो चैनल साझा करते हैं। सिग्नल को प्रत्येक फोन के लिए विशिष्ट एक छद्म शोर कोड (पीएन कोड) का उपयोग करके अलग किया जाता है। जब उपयोगकर्ता एक सेल से दूसरे सेल में जाता है, तो हैंडसेट एक साथ कई सेल साइटों (या एक ही साइट के विभिन्न सेक्टरों) के साथ रेडियो लिंक सेट करता है। इसे "सॉफ्ट हैंडऑफ" कहा जाता है, क्योंकि पारंपरिक सेलुलर तकनीक के विपरीत, फोन के नए सेल पर स्विच करने का एक निश्चित बिंदु नहीं होता है।

आईएस-95 इंटर-फ़्रीक्वेंसी हैंडओवर और पुराने एनालॉग सिस्टम जैसे कि एनएमटी में आमतौर पर संचार के दौरान लक्ष्य चैनल का सीधे परीक्षण करना असंभव होता है। इस मामले में, आईएस-95 में पायलट बीकन जैसी अन्य तकनीकों का उपयोग किया जाता है। इसका मतलब है कि नए चैनल की खोज के दौरान लगभग हमेशा संचार में थोड़ी देर के लिए रुकावट आती है और पुराने चैनल पर अप्रत्याशित वापसी का खतरा बना रहता है।

यदि कोई सक्रिय संचार नहीं है या संचार को बाधित किया जा सकता है, तो मोबाइल यूनिट स्वतः एक सेल से दूसरे सेल में जा सकती है और फिर सबसे मजबूत सिग्नल वाले बेस स्टेशन को सूचित कर सकती है।

मोबाइल फोन नेटवर्क में सेलुलर आवृत्ति का चयन

फ़्रीक्वेंसी का सेल कवरेज पर प्रभाव विभिन्न उपयोगों के लिए अलग-अलग होता है। कम फ़्रीक्वेंसी, जैसे 450 मेगाहर्टज एनएमटी, ग्रामीण क्षेत्रों के कवरेज के लिए बहुत प्रभावी होती हैं। जीएसएम 900 (900 मेगाहर्टज) हल्के शहरी क्षेत्रों के कवरेज के लिए उपयुक्त है। जीएसएम 1800 (1.8 गीगाहर्टज) इमारतों की सम्मेलन दीवारों से सीमित होनी शुरू हो जाती है। यूएमटीएस, जो 2.1 गीगाहर्टज पर संचालित होता है, कवरेज में जीएसएम 1800 के समान होता है।

उच्च फ़्रीक्वेंसी कवरेज के लिए नुकसानदायक होती हैं, लेकिन क्षमता के मामले में यह एक स्पष्ट लाभ है। पिकोसेल, जैसे कि एक इमारत की एक मंजिल को कवर करने के लिए, संभव हो जाते हैं, और वही फ़्रीक्वेंसी पड़ोसी कोशिकाओं के लिए उपयोग की जा सकती है।

सेल सेवा क्षेत्र में हस्तक्षेप के कारण भी भिन्नता आ सकती है, जो उस सेल के भीतर और उसके आसपास के प्रसारण प्रणालियों से होती है। यह विशेष रूप से सीडीएमए आधारित प्रणालियों में सत्य है। रिसीवर को एक निश्चित सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात की आवश्यकता होती है, और ट्रांसमीटर को इतनी अधिक शक्ति से प्रसारण नहीं करना चाहिए कि यह अन्य ट्रांसमीटरों के साथ हस्तक्षेप पैदा करे। जैसे-जैसे रिसीवर ट्रांसमीटर से दूर होता जाता है, प्राप्त शक्ति कम हो जाती है, इसलिए ट्रांसमीटर की पावर कंट्रोल एल्गोरिद्म प्राप्त शक्ति के स्तर को बहाल करने के लिए प्रसारित शक्ति बढ़ा देती है। जैसे-जैसे हस्तक्षेप (शोर) प्राप्त शक्ति से अधिक हो जाता है और ट्रांसमीटर की शक्ति को और अधिक नहीं बढ़ाया जा सकता, सिग्नल भ्रष्ट हो जाता है और अंततः अनुपयोगी हो जाता है। सीडीएमए आधारित प्रणालियों में, एक ही सेल में अन्य मोबाइल ट्रांसमीटरों से होने वाले हस्तक्षेप का कवरेज क्षेत्र पर प्रभाव बहुत स्पष्ट होता है, जिसे "सेल ब्रीदिंग" कहा जाता है।

सेल कवरेज के उदाहरण देखे जा सकते हैं, जैसे कि वास्तविक ऑपरेटरों द्वारा उनके वेब साइटों पर प्रदान किए गए कवरेज मानचित्रों का अध्ययन करके, या ओपेनसिग्नल या सेलमैपर जैसी स्वतंत्र क्राउडसोर्स मानचित्रों को देखकर। कुछ मामलों में वे ट्रांसमीटर के स्थान को चिह्नित कर सकते हैं; अन्य मामलों में, सबसे मजबूत कवरेज के बिंदु को गणना करके ट्रांसमीटर का स्थान ज्ञात किया जा सकता है।

एक सेलुलर रिपीटर का उपयोग बड़े क्षेत्रों में सेल कवरेज को विस्तारित करने के लिए किया जाता है। ये उपभोक्ता उपयोग के लिए घरों और कार्यालयों में उपयोग किए जाने वाले वाइडबैंड रिपीटर से लेकर औद्योगिक जरूरतों के लिए स्मार्ट या डिजिटल रिपीटर तक होते हैं।

 सेल का आकार 
निम्न तालिका एक सेल के कवरेज क्षेत्र की सीडीएमए2000 नेटवर्क की आवृत्ति पर निर्भरता दर्शाती है:
 आवृत्ति (मेगाहर्ट्ज) सेल त्रिज्या (किमी) सेल क्षेत्र (किमी2) सापेक्ष सेल गणना 450 48.9 7521 1 950 26.9 2269 3.3 1800 14.0 618 12.2 2100 12.0 449 16.2

इन्हें भी देखें
सूचियाँ और तकनीकी जानकारी:
 मोबाइल प्रौद्योगिकियाँ
 २जी नेटवर्क (पहले डिजिटल नेटवर्क, 1जी और 0जी एनालॉग थे):
 जीएसएम
सर्किट स्विच्ड डेटा (सीएसडी)
 जीपीआरऍस
 ईडीजीई(आईएमटी-एससी)
 विकसित ईडीजीई
 डिजिटल एएमपीएस
सेलुलर डिजिटल पैकेट डेटा (सीडीपीडी)
 सीडीएमएवन (आईएस-95)
सर्किट स्विच्ड डेटा (सीएसडी)
 पर्सनल हैंडी-फोन सिस्टम (PHS)
 पर्सनल डिजिटल सेलुलर
 3जी नेटवर्क:
 यूएमटीएस
 डब्ल्यू सीडीएमए (एयर इंटरफ़ेस)
 टीडी-सीडीएमए (एयर इंटरफ़ेस)
 टीडी-एससीडीएमए (एयर इंटरफ़ेस)
 एचएसपीए
 एचएसडीपीए
 एचएसपीए+
 सीडीएमए2000
 ओएफडीएमए (एयर इंटरफ़ेस)
 ईवीडीओ
 एसवीडीओ
 4जी नेटवर्क:
 आईएमटी एडवांस्ड
 एलटीई (टीडी-एलटीई)
 एलटीई उन्नत
 एलटीई एडवांस्ड प्रो
 वाइमैक्स
 वाईमैक्स-एडवांस्ड (वायरलेसमैन-एडवांस्ड)
 अल्ट्रा मोबाइल ब्रॉडबैंड (कभी व्यावसायीकरण नहीं किया गया)
 एमबीडब्ल्यूए (आईईईई 802.20, मोबाइल ब्रॉडबैंड वायरलेस एक्सेस, एचसी-एसडीएमए, आईबर्स्ट, बंद कर दिया गया है)
 5जी नेटवर्क:
 5जी एन.आर.
5जी-उन्नत

ईवीडीओ से शुरू करके प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए निम्नलिखित तकनीकों का भी उपयोग किया जा सकता है:
 एमआईएमओ, एसडीएमए और बीमफॉर्मिंग

 सेलुलर आवृत्तियाँ
 सीडीएमए आवृत्ति बैंड
 जीएसएम आवृत्ति बैंड
 यूएमटीएस आवृत्ति बैंड
 एलटीई आवृत्ति बैंड
 5जी एनआर आवृत्ति बैंड
 प्रौद्योगिकी के अनुसार तैनात नेटवर्क
 यूएमटीएस नेटवर्क की सूची
 सीडीएमए2000 नेटवर्क की सूची
 एलटीई नेटवर्क की सूची
 तैनात वाइमैक्स नेटवर्क की सूची
 5जी एन.आर. नेटवर्क की सूची
 देश के अनुसार तैनात नेटवर्क (तकनीक और आवृत्तियों सहित)
 यूरोप के मोबाइल नेटवर्क ऑपरेटरों की सूची
 अमेरिका के मोबाइल नेटवर्क ऑपरेटरों की सूची
 एशिया प्रशांत क्षेत्र के मोबाइल नेटवर्क ऑपरेटरों की सूची
 मध्य पूर्व और अफ्रीका के मोबाइल नेटवर्क ऑपरेटरों की सूची
 मोबाइल नेटवर्क ऑपरेटरों की सूची (सारांश)
 मोबाइल देश कोड - प्रत्येक देश में प्रत्येक ऑपरेटर के लिए कोड, आवृत्ति और तकनीक
 मोबाइल फोन मानकों की तुलना
 देश (निर्माता) के अनुसार मोबाइल फोन ब्रांडों की सूची

उपकरण:
 सेलुलर रिपीटर
 सेलुलर राउटर
 प्रोफेशनल मोबाइल रेडियो (पीएमआर)
 ओपनबीटीएस
 रिमोट रेडियो हेड
 बेसबैंड यूनिट
 रेडियो एक्सेस नेटवर्क
 मोबाइल सेल साइट्स

अन्य:
 एंटीना विविधता
 सेलुलर ट्रैफ़िक
 एमआईएमओ (बहु-इनपुट और बहु-आउटपुट)
 मोबाइल एज कंप्यूटिंग
 मोबाइल फोन विकिरण और स्वास्थ्य
 नेटवर्क सिमुलेशन
 व्यक्तिगत संचार सेवा
 रेडियो संसाधन प्रबंधन (आरआरएम)
 सेलुलर नेटवर्क में रूटिंग
 सिग्नल क्षमता
 संघीय विनियमन संहिता का शीर्षक 47

सन्दर्भ

बाहरी कड़ियाँ

 सेलुलर नेटवर्क का इतिहास
 सेलुलर नेटवर्क क्या हैं? 1जी से 6जी तक की विशेषताएं और विकास 
 कॉल फ्लो के साथ तकनीकी विवरण एलटीई पेजिंग प्रक्रिया.

श्रेणी:दूरसंचार
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