مهندسی پزشکی

امروزه میلیون‌ها نفر در سراسر جهان از تلفن‌های سلولی (همراه) استفاده می‌کنند . در واقع تلفن‌‌های همراه نوع پیشرفته رادیو تلفن‌های دهه 1880 هستند که در آن زمان روی خودروها نصب و استفاده می‌شد . این سامانه دارای یک یا چند دکل آنتن مرکزی برای هر شهر بود وهر دکل می‌توانست تا 25 کانال ارتباطی را تا شعاع 40 الی 50 مایل پوشش دهد . اما به علت محدودیت  کانال‌های ارتباطی امکان مشترک شدن برای  همه وجود نداشت. تلفن همراه سامانه ای  سلولی است زیرا مناطق تحت پوشش آن به سلول‌های تقریباً 6 گوش تقسیم بندی می شود. بدین ترتیب کل فضای مورد نظر تحت پوشش سلول‌های مختلف قرار می‌گیرند . در مرکز هر سلول یک دکل آنتن به نام (BTS) نصب می‌شود و بر حسب ظرفیت هر سلول  تعداد مشترکان تغییرمی کند.معمولاً هر سلول آ‌نالوگ قادر است تا 56 کانال رادیویی را پشتیبانی کند به عبارت دیگر هر سلول می‌تواند همزمان مکالمه‌ی 56 نفر با تلفن همراه را در محدوده‌ی تحت پوشش خود اداره نماید . اما این ظرفیت در روش‌های ارتباطی دیجیتالی امروزه افزایش یافته است . برای مثال درسامانه ی دیجیتالی TDMA  می توان تا سه برابر ظرفیت آنالوگ یعنی تقریباً 168 کانال را پوشش داد.  تلفن همراه یک سامانه ی کم توان رادیویی است . اکثر تلفن های همراه دارای دو سطح توان خروجی 0.6 وات و 0.3 وات هستند. به همین ترتیب ایستگاه‌های مبنای هر سلول نیز با توان کم کار می‌کنند. عملکرد با توان کم دارای دو مزیت است: 1-تبادل سیگنال‌ در محدوده‌ی هر سلول بین ایستگاه و گوشی با آنتن همان سلول انجام می‌پذیرد و سیگنال‌ها از حیطه‌ی سلول فراتر نرفته بنابر این هر گوشی فقط با یک دکل آنتن ارتباط برقرار می‌سازد و از این جهت کانال‌های BTS‌های دیگر برای یک نفر اشغال نخواهد شد. 2- مصرف انرژی باتری گوشی تلفن بهینه و نسبتاً کم می‌شود. شبکه‌ی سلولی همچنان که گفته شد نیازمند نصب دکل‌های زیادی است. یعنی یک شهر بزرگ ممکن است دارای هزاران دکل جهت پوشش سرتاسری باشد و هزینه‌ی سنگینی را در بر دارد، ولی از جهتی که امکان استفاده از این سامانه برای تعداد زیادی از مردم را فراهم می‌آورد هزینه‌ی لازم به مرور جبران خواهد شد. جابجایی سلولی هر تلفن یک کد شناسه‌ی مختص خود دارد. این کد‌ها جهت شناسایی مالک تلفن و شرکت خدمات دهنده است. هنگامی‌که گوشی روشن می‌شود، منتظر دریافت سیگنال‌ از یک کانال کنترل می‌ماند. این کانال یک کانال ارتباطی مخصوص جهت ارتباط گوشی و نزدیک‌ترین ایستگاه BTS است. اگر تلفن به هر دلیلی نتواند چنین سیگنالی را دریافت و شناسایی نماید، پیغام خارج از محدوده « No Service» خواهد داد. در صورت دریافت این سیگنال گوشی آماده‌ی برقراری ارتباط می‌شود. کاربر چه در حال صحبت و چه در حال آماده باش حرکت و جابجایی داشته باشد، ممکن است از حیطه‌ی یک سلول خارج و وارد محدوده‌ی سلول دیگر شوید. سامانه‌های سلولی می توانند بدون قطع ارتباط تلفنی، آن را از سلولی به سلول دیگر هدایت نماید. سامانه ‌های آنالوگ اولیه در سال 1983 با عنوان (سامانه پیشرفته تلفن متحرک) Amps مجوز ایجاد خود را از کمیسیون فدرال ارتباطات آمریکا دریافت نموده و با بسامد 824 الی 894 مگاهرتز آغاز به کار کردند. این تلفن‌ها دارای 832 کانال به صورت جفت بودند، 790 کانال برای انتقال صوت و 42 کانال جهت تبادل داده، در واقع هر جفت بسامد (یکی جهت ارسال و دیگری جهت دریافت) در این سامانه ‌ها تشکیل یک کانال ارتباطی را می‌دادند که پهنای باند هر کانال نیز برابر 30 کیلوهرتز تعیین شده بود. نسل جدید تلفن‌‌های سلولی دیجیتالی مشابه نوع آنالوگ اما متفاوت از آن کار می‌کنند و قادر به ایجاد کانال‌های ارتباطی بیشتر و با کیفیت مطلوب‌تری هستند. این سامانه ‌ها اطلاعات مورد تبادل را به صورت 0 و 1 و فشرده شده ارسال و دریافت میکنند به این دلیل حجم سیگنال اشغالی در شبکه‌ی دیجیتالی توسط هر گوشی برابر 1/3 تا 1/10 سامانه آنالوگ است. فناوری دسترسی سلولی سه نوع روش معمول جهت انتقال اطلاعات توسط شبکه‌های تلفن سلولی عبارتنداز: - دسترسی چند‌گانه‌ی تقسیم بسامدی (FDMA): که هر تماس را برروی یک بسامد مجزا قرار می‌دهد. - دسترسی چندگانه‌ی تقسیم زمانی (TDMA): هر تماس را به بخشی از یک زمان روی یک بسامد واگذار می‌کند. - دسترسی چندگانه‌ی تقسیم کدی (CDMA): که به هر تماس یک کد منحصر اختصاص داده و به کل طیف پخش می‌کند. در قسمت اول هر یک از این سه روش عبارت «دسترسی چندگانه» را می‌بینیم، این بدین مفهوم است که هر سلول امکان برقراری ارتباط بیش از یک نفر را در یک زمان فراهم می‌آورد. 1- FDMA: در این روش کل طیف بسامد به چندین کانال تقسیم می‌شود، این روش اکثراً جهت سامانه‌های آنالوگ به کار می رود ولی قابلیت طراحی به صورت دیجیتال را نیز دارد، اما جهت سامانه ‌های دیجیتالی کارآیی موثر نخواهد داشت. 2- TDMA: از یک پهنای باند نازک 30khz کیلوهرتز و به طول 6.7 میلی‌ثانیه جهت تقسیم زمان به سه بخش استفاده می‌کند. هر مکالمه 1/3 حجم زمانی معمول را در این حالت اشغال نموده و موجب فشرده‌سازی و افزایش بهره‌وری می‌گردد و باعث افزایش تعداد کانال‌های هر سلول خواهد شد. این سامانه در باند‌های 900 و 1800 مگاهرتز در اروپا و آسیا و نیز 1900 مگاهرتز در آمریکا مورد استفاده قرار دارد. متأسفانه باند 1900 GSM)) که در آمریکا کاربرد دارد با سامانه ‌های جهانی  همساز نیست. 3- CDMA: یک تفاوت کلی با سامانه TDMA  دارد. در این روش بعد از تبدیل سیگنال‌ها به دیجیتال آن‌ها را بر روی کل پهنای باند موجود انتشار می‌دهند و همچنین به هر تماس و سیگنال‌ یک کد منحصر به فرد اختصاص می‌دهند. در این حالت گیرنده‌ نیز جهت بازیابی اطلاعات از کد مشابه مختص هر تلفن استفاده می‌نماید. بازده‌ی این سامانه 8 الی 10 برابر سامانه ‌های آنالوگ (AMPS) است و ظرفیت را به میزان چشم‌گیری افزایش خواهد داد. مختل کننده‌ی تلفن همراه :وسیله‌ای است که با ارسال سیگنال‌های همسان با بسامد کار تلفن و با ایجاد تناوب‌های نامنظم، با توانی بیشتر از یک تلفن سلولی، مانع ارتباط بین گوشی و BTS سلول خواهد شد و ایجاد ارتباط و مکالمه را غیر ممکن می‌سازد. این وسیله غالباً در مواردی که استفاده از تلفن همراه مخاطرات امنیتی در بردارد به کار می‌رود، مثلاً در مکان‌هایی مانند مراکز نظامی ، تالارهای همایش و جلسات مهم از نظر حفظ امنیت، این وسایل می‌توانند ثابت و یا قابل حمل باشند. تقویت کننده تلفن همراه این دستگاه وسیله‌ای است که قادر است سیگنال‌های بسامدی مربوط به تلفن همراه را که از طرف سلول (BTS) پخش می‌شود، حتی اگر بسیار ضعیف باشند، به‌ طوری‌که گوشی تلفن قادر به تشخیص و دریافت آن‌ها نباشد، دریافت نموده و پس از تقویت دوباره ارسال نماید، این وسایل تقریباً شبیه تکرار کننده‌ها‌ی رادیویی عمل می‌کنند. تقویت  کننده‌ها معمولاً در نقاطی که سیگنال‌ها بسیار ضعیف اند (نقاط کور) مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین می‌توان از آن‌ها جهت انتقال گستره‌ی سیگنال مثلاً انتقال سیگنال‌ تا چندین طبقه زیرزمین ساختمان که در حالت عادی امکان پذیر نیست و یا مسیر‌های مترو زیرزمین استفاده نمود.