الشبكة الخلوية

جزء من سلسلة عن
الهوائيات
أنواع شائعة ثنائي القطب كسورية حلقة احادي القطب طبق القمر الصناعي تلفزيون سوط
عناصر بالون محول كتلة كابل محوري موازنة (نظام الأرض) يٌطعم خط التغذية محول خفض الضوضاء المنخفض مشع سلبي المتلقي محور دوار كعب جهاز الإرسال الموالف الرصاص المزدوج
الأنظمة مزرعة الهوائيات راديو الهواة الشبكة الخلوية نقطة اتصال الشبكة اللاسلكية البلدية راديو أبراج وأبراج الراديو واي فاي لاسلكي
السلامة والتنظيم إشعاعات الأجهزة اللاسلكية والصحة الأجهزة الإلكترونية اللاسلكية والصحة الاتحاد الدولي للاتصالات ( لوائح الراديو ) المؤتمر العالمي للاتصالات الراديوية
مصادر الإشعاع/المناطق خط البصر السحابة البؤرية مستوى الارض الفص الرئيسي المجال القريب والبعيد الفص الجانبي المستوى العمودي
صفات كسب المصفوفة الاتجاهية كفاءة الطول الكهربائي نصف القطر المكافئ عامل معادلة انتقال فريس يكسب ارتفاع نمط الإشعاع مقاومة الإشعاع انتشار الراديو طيف الراديو نسبة الإشارة إلى الضوضاء انبعاث زائف
التقنيات توجيه الشعاع إمالة الشعاع تشكيل الشعاع خلية صغيرة مختبرات بيل للزمكان الطبقي (BLAST) نظام الإدخال المتعدد والمخرجات المتعدد الضخم (MIMO) إعادة التكوين طيف الانتشار الوصول المتعدد بتقسيم المساحة عريض النطاق (WSDMA)
ف ت هـ

الشبكة الخلوية أو شبكة الهاتف المحمول هي شبكة اتصالات حيث يكون الارتباط من وإلى العقد الطرفية لاسلكيًا ويتم توزيع الشبكة على مناطق برية تسمى الخلايا ، كل منها يخدمها جهاز إرسال واستقبال ثابت واحد على الأقل (مثل محطة أساسية ). توفر محطات القاعدة هذه للخلية تغطية الشبكة التي يمكن استخدامها لنقل الصوت والبيانات وأنواع أخرى من المحتوى. تستخدم الخلية عادةً مجموعة مختلفة من الترددات من الخلايا المجاورة، لتجنب التداخل وتوفير جودة خدمة مضمونة داخل كل خلية. ^{[ بحاجة لمصدر ] [1]}

عند ربط هذه الخلايا ببعضها البعض، فإنها توفر تغطية راديوية على مساحة جغرافية واسعة. وهذا يمكّن العديد من أجهزة الإرسال والاستقبال المحمولة (على سبيل المثال، الهواتف المحمولة ، والأجهزة اللوحية ، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة المزودة بمودمات النطاق العريض المحمولة ، وأجهزة النداء ، وما إلى ذلك) من التواصل مع بعضها البعض ومع أجهزة الإرسال والاستقبال الثابتة والهواتف في أي مكان في الشبكة، عبر محطات القاعدة، حتى لو كانت بعض أجهزة الإرسال والاستقبال تتحرك عبر أكثر من خلية أثناء الإرسال.

توفر الشبكات الخلوية عددًا من الميزات المرغوبة: ^[1]

• سعة أكبر من جهاز إرسال واحد كبير، حيث يمكن استخدام نفس التردد لعدة روابط طالما أنها في خلايا مختلفة
• تستخدم الأجهزة المحمولة طاقة أقل من جهاز إرسال واحد أو قمر صناعي نظرًا لأن أبراج الهاتف المحمول أقرب
• منطقة تغطية أكبر من جهاز إرسال أرضي واحد، حيث يمكن إضافة أبراج خلوية إضافية إلى أجل غير مسمى ولا تقتصر على الأفق
• القدرة على استخدام إشارات ذات تردد أعلى (وبالتالي نطاق ترددي أكبر / معدلات بيانات أسرع) غير قادرة على الانتشار على مسافات طويلة
• مع ضغط البيانات وإرسالها بشكل متعدد، قد تنتقل عدة قنوات فيديو (بما في ذلك الفيديو الرقمي) وقنوات صوتية عبر إشارة ذات تردد أعلى على ناقل عريض النطاق واحد

لقد قامت شركات الاتصالات الكبرى بنشر شبكات خلوية للصوت والبيانات في معظم المناطق المأهولة بالسكان على الأرض . وهذا يسمح للهواتف المحمولة وأجهزة الحوسبة المحمولة بالاتصال بشبكة الهاتف العامة والوصول إلى الإنترنت العام . يمكن استخدام الشبكات الخلوية الخاصة للأبحاث ^[2] أو للمؤسسات الكبيرة والأساطيل، مثل الإرسال لوكالات السلامة العامة المحلية أو شركة سيارات الأجرة، وكذلك للاتصالات اللاسلكية المحلية في المؤسسات والبيئات الصناعية مثل المصانع والمستودعات والمناجم ومحطات الطاقة ومحطات التحويل ومرافق النفط والغاز والموانئ. ^[3]

This section does not cite any sources. Please help improve this section by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. (May 2022) (Learn how and when to remove this message)

في نظام الراديو الخلوي ، يتم تقسيم مساحة الأرض المراد تزويدها بخدمة الراديو إلى خلايا في نمط يعتمد على التضاريس وخصائص الاستقبال. تأخذ أنماط الخلايا هذه شكل أشكال منتظمة تقريبًا، مثل السداسيات أو المربعات أو الدوائر على الرغم من أن الخلايا السداسية تقليدية. يتم تعيين ترددات متعددة ( f ₁  –  f ₆ ) لكل من هذه الخلايا والتي لها محطات قاعدة راديو مقابلة . يمكن إعادة استخدام مجموعة الترددات في خلايا أخرى، بشرط عدم إعادة استخدام نفس الترددات في الخلايا المجاورة، مما قد يتسبب في تداخل القناة المشتركة .

إن الزيادة في السعة في شبكة خلوية، مقارنة بشبكة ذات جهاز إرسال واحد، تأتي من نظام تبديل الاتصالات المتنقلة الذي طوره آموس جويل من مختبرات بيل ^[4] والذي سمح لعدة متصلين في منطقة معينة باستخدام نفس التردد عن طريق تحويل المكالمات إلى أقرب برج خلوي متاح به هذا التردد. هذه الاستراتيجية قابلة للتطبيق لأنه يمكن إعادة استخدام تردد راديو معين في منطقة مختلفة لإرسال غير ذي صلة. على النقيض من ذلك، لا يمكن لجهاز إرسال واحد التعامل إلا مع إرسال واحد لتردد معين. لا مفر من وجود بعض مستويات التداخل من الإشارة من الخلايا الأخرى التي تستخدم نفس التردد. وبالتالي، يجب أن يكون هناك فجوة خلية واحدة على الأقل بين الخلايا التي تعيد استخدام نفس التردد في نظام الوصول المتعدد بتقسيم التردد القياسي (FDMA).

ولنتأمل هنا حالة شركة سيارات أجرة، حيث يوجد في كل راديو مقبض اختيار قناة يتم تشغيله يدوياً لضبط الترددات المختلفة. ومع تحرك السائقين، فإنهم يغيرون القناة من قناة إلى أخرى. ويدرك السائقون أي تردد يغطي مساحة معينة تقريباً. وعندما لا يتلقون إشارة من جهاز الإرسال، فإنهم يحاولون قنوات أخرى حتى يجدوا قناة تعمل. ولا يتحدث سائقو سيارات الأجرة إلا مرة واحدة في كل مرة عندما يدعوهم مشغل المحطة الأساسية. وهذا شكل من أشكال الوصول المتعدد بتقسيم الزمن (TDMA).

بدأ تاريخ تكنولوجيا الهاتف الخلوي في 11 ديسمبر 1947 بمذكرة داخلية كتبها دوجلاس إتش رينج ، مهندس في مختبرات بيل ، اقترح فيها تطوير نظام الهاتف الخلوي بواسطة شركة AT&T. ^[5]

تم إطلاق أول شبكة خلوية تجارية، الجيل 1G ، في اليابان بواسطة Nippon Telegraph and Telephone (NTT) في عام 1979، في البداية في منطقة طوكيو الحضرية . في غضون خمس سنوات، تم توسيع شبكة NTT لتغطية جميع سكان اليابان وأصبحت أول شبكة 1G على مستوى البلاد. كانت شبكة لاسلكية تناظرية . طور نظام Bell تقنية الهاتف الخلوي منذ عام 1947، وكان لديه شبكات خلوية قيد التشغيل في شيكاغو ودالاس قبل عام 1979، ولكن الخدمة التجارية تأخرت بسبب تفكك نظام Bell ، مع نقل الأصول الخلوية إلى شركات التشغيل الإقليمية Bell .

بدأت الثورة اللاسلكية في أوائل التسعينيات، ^{[6] [7] [8]} مما أدى إلى الانتقال من الشبكات التناظرية إلى الشبكات الرقمية . ^[9] تم اختراع MOSFET في مختبرات Bell بين عامي 1955 و1960، ^{[10] [11] [12] [13] [14] [15] [16]} وتم تكييفه للشبكات الخلوية بحلول أوائل التسعينيات، مع التبني الواسع النطاق لـ MOSFET للطاقة ، وأجهزة LDMOS ( مضخم التردد اللاسلكي )، و RF CMOS ( دائرة التردد اللاسلكي ) مما أدى إلى تطوير وانتشار شبكات الهاتف المحمول اللاسلكية الرقمية. ^{[9] [17] [18]}

تم إطلاق أول شبكة خلوية رقمية تجارية، الجيل 2G ، في عام 1991. وقد أثار ذلك المنافسة في القطاع حيث تحدى المشغلون الجدد مشغلي شبكة 1G التناظرية الحاليين.

لتمييز الإشارات من عدة أجهزة إرسال مختلفة، تم تطوير الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA، المستخدم في الأنظمة التناظرية و D-AMPS ^{[ بحاجة لمصدر ]} )، والوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA، المستخدم في GSM ) والوصول المتعدد بتقسيم الشفرة (CDMA، المستخدم لأول مرة في PCS ، وهو أساس 3G ). ^[1]

مع تقنية FDMA، تختلف ترددات الإرسال والاستقبال التي يستخدمها مستخدمون مختلفون في كل خلية عن بعضها البعض. تم تخصيص زوج من الترددات لكل مكالمة خلوية (واحد للقاعدة إلى الهاتف المحمول، والآخر للهاتف المحمول إلى القاعدة) لتوفير تشغيل ثنائي الاتجاه . كانت أنظمة AMPS الأصلية تحتوي على 666 زوجًا من القنوات، 333 لكل من نظام CLEC "A" ونظام ILEC "B". تم توسيع عدد القنوات إلى 416 زوجًا لكل ناقل، ولكن في النهاية يحد عدد قنوات RF من عدد المكالمات التي يمكن لموقع الخلية التعامل معها. FDMA هي تقنية مألوفة لشركات الهاتف، والتي استخدمت الإرسال المتعدد بتقسيم التردد لإضافة قنوات إلى محطات الأسلاك من نقطة إلى نقطة قبل أن يجعل الإرسال المتعدد بتقسيم الوقت تقنية FDM قديمة.

مع تقنية TDMA، تختلف فترات الإرسال والاستقبال التي يستخدمها مستخدمون مختلفون في كل خلية عن بعضها البعض. تستخدم تقنية TDMA عادةً إشارات رقمية لتخزين وإرسال دفعات من بيانات الصوت التي يتم وضعها في شرائح زمنية للإرسال، وتوسيعها عند الطرف المستقبل لإنتاج صوت طبيعي إلى حد ما عند المستقبل. يجب أن تقدم تقنية TDMA زمن انتقال (تأخير زمني) إلى إشارة الصوت. طالما أن زمن الانتقال قصير بما يكفي بحيث لا يتم سماع الصوت المتأخر كصدى، فهذا ليس مشكلة. تعتبر تقنية TDMA تقنية مألوفة لشركات الهاتف، والتي استخدمت الإرسال المتعدد بتقسيم الوقت لإضافة قنوات إلى محطات الأسلاك من نقطة إلى نقطة قبل أن يجعل التبديل بالحزم تقنية FDM قديمة.

يعتمد مبدأ CDMA على تقنية الطيف المنتشر التي تم تطويرها للاستخدام العسكري أثناء الحرب العالمية الثانية وتم تحسينها أثناء الحرب الباردة إلى طيف منتشر متسلسل مباشر تم استخدامه لأنظمة CDMA الخلوية المبكرة و Wi-Fi . يسمح DSSS بإجراء محادثات هاتفية متعددة في وقت واحد على قناة RF عريضة النطاق واحدة، دون الحاجة إلى توزيعها في الوقت أو التردد. على الرغم من أنها أكثر تطوراً من مخططات الوصول المتعدد القديمة (وغير مألوفة لشركات الهاتف التقليدية لأنها لم يتم تطويرها بواسطة Bell Labs )، فقد تم توسيع CDMA بشكل جيد لتصبح الأساس لأنظمة الراديو الخلوية 3G.

توفر طرق الإرسال المتعدد الأخرى المتاحة مثل MIMO ، وهي نسخة أكثر تطورًا من تنوع الهوائي ، جنبًا إلى جنب مع تشكيل الحزمة النشط قدرة إرسال متعدد مكانية أكبر بكثير مقارنة بخلايا AMPS الأصلية، والتي كانت تعالج عادةً مساحة واحدة إلى ثلاث مساحات فريدة فقط. يسمح نشر MIMO الضخم بإعادة استخدام القناة بشكل أكبر بكثير، وبالتالي زيادة عدد المشتركين لكل موقع خلية، أو معدل نقل بيانات أكبر لكل مستخدم، أو مزيج من ذلك. توفر مودمات تعديل السعة التربيعية (QAM) عددًا متزايدًا من البتات لكل رمز، مما يسمح بمزيد من المستخدمين لكل ميغا هرتز من النطاق الترددي (وديسيبل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء)، أو معدل نقل بيانات أكبر لكل مستخدم، أو مزيج من ذلك.

السمة الرئيسية لشبكة الهاتف الخلوي هي القدرة على إعادة استخدام الترددات لزيادة التغطية والسعة. وكما هو موضح أعلاه، يجب أن تستخدم الخلايا المجاورة ترددات مختلفة، ومع ذلك، لا توجد مشكلة في وجود خليتين متباعدتين بما يكفي تعملان على نفس التردد، بشرط ألا تنقل الأبراج ومعدات مستخدمي الشبكة الخلوية طاقة زائدة. ^[1]

العناصر التي تحدد إعادة استخدام التردد هي مسافة إعادة الاستخدام وعامل إعادة الاستخدام. يتم حساب مسافة إعادة الاستخدام، D ، على النحو التالي

${\displaystyle D=R{\sqrt {3N}}}$,

حيث R هو نصف قطر الخلية و N هو عدد الخلايا لكل مجموعة. قد يختلف نصف قطر الخلايا من 1 إلى 30 كيلومترًا (0.62 إلى 18.64 ميلًا). يمكن أن تتداخل حدود الخلايا أيضًا بين الخلايا المجاورة ويمكن تقسيم الخلايا الكبيرة إلى خلايا أصغر. ^[19]

عامل إعادة استخدام التردد هو المعدل الذي يمكن به استخدام نفس التردد في الشبكة. وهو 1/K (أو K وفقًا لبعض الكتب) حيث K هو عدد الخلايا التي لا يمكنها استخدام نفس الترددات للنقل. القيم الشائعة لعامل إعادة استخدام التردد هي 1/3 و1/4 و1/7 و1/9 و1/12 (أو 3 و4 و7 و9 و12، حسب التدوين). ^[20]

في حالة وجود هوائيات قطاع N على نفس موقع المحطة الأساسية، ولكل منها اتجاه مختلف، يمكن لموقع المحطة الأساسية أن يخدم قطاعات مختلفة. N هو عادة 3. يشير نمط إعادة الاستخدام N/K إلى تقسيم إضافي في التردد بين هوائيات قطاع N لكل موقع. بعض أنماط إعادة الاستخدام الحالية والتاريخية هي 3/7 ( AMPS في أمريكا الشمالية)، و6/4 (NAMPS في موتورولا)، و3/4 ( GSM ).

إذا كان إجمالي النطاق الترددي المتاح هو B ، فيمكن لكل خلية فقط استخدام عدد من قنوات التردد المقابلة لعرض النطاق الترددي B/K ، ويمكن لكل قطاع استخدام عرض النطاق الترددي B/NK .

تستخدم الأنظمة القائمة على الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة نطاق تردد أوسع لتحقيق نفس معدل الإرسال مثل FDMA، ولكن يتم تعويض ذلك من خلال القدرة على استخدام عامل إعادة استخدام التردد 1، على سبيل المثال باستخدام نمط إعادة الاستخدام 1/1. بعبارة أخرى، تستخدم مواقع محطات القاعدة المجاورة نفس الترددات، ويتم فصل محطات القاعدة والمستخدمين المختلفين بواسطة رموز بدلاً من الترددات. وبينما يظهر N على أنه 1 في هذا المثال، فإن هذا لا يعني أن خلية CDMA بها قطاع واحد فقط، بل إن عرض النطاق الترددي للخلية بالكامل متاح أيضًا لكل قطاع على حدة.

في الآونة الأخيرة ، تم أيضًا نشر أنظمة تعتمد على تقسيم التردد المتعامد المتعدد الوصول مثل LTE مع إعادة استخدام التردد بمقدار 1. ونظرًا لأن مثل هذه الأنظمة لا تنشر الإشارة عبر نطاق التردد، فإن إدارة موارد الراديو بين الخلايا مهمة لتنسيق تخصيص الموارد بين مواقع الخلايا المختلفة والحد من التداخل بين الخلايا. هناك وسائل مختلفة لتنسيق التداخل بين الخلايا (ICIC) محددة بالفعل في المعيار. ^[21] الجدولة المنسقة أو MIMO متعدد المواقع أو تشكيل الحزمة متعدد المواقع هي أمثلة أخرى لإدارة موارد الراديو بين الخلايا والتي قد يتم توحيدها في المستقبل.

تستخدم أبراج الهاتف الخلوي غالبًا إشارة اتجاهية لتحسين الاستقبال في المناطق ذات حركة المرور الكثيفة. في الولايات المتحدة ، تحدد لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) إشارات أبراج الهاتف الخلوي متعددة الاتجاهات بـ 100 واط من الطاقة. إذا كان البرج يحتوي على هوائيات اتجاهية، تسمح لجنة الاتصالات الفيدرالية لمشغل الهاتف الخلوي بإصدار ما يصل إلى 500 واط من الطاقة المشعة الفعالة (ERP). ^[22]

على الرغم من أن أبراج الهاتف الخلوي الأصلية كانت تنتج إشارة متساوية متعددة الاتجاهات، وكانت في مراكز الخلايا وكانت متعددة الاتجاهات، إلا أنه يمكن إعادة رسم خريطة الهاتف الخلوي بأبراج الهاتف الخلوي الموجودة في زوايا السداسيات حيث تتقارب ثلاث خلايا. ^[23] يحتوي كل برج على ثلاث مجموعات من الهوائيات الاتجاهية الموجهة في ثلاثة اتجاهات مختلفة بزاوية 120 درجة لكل خلية (بإجمالي 360 درجة) والاستقبال/الإرسال في ثلاث خلايا مختلفة بترددات مختلفة. يوفر هذا الحد الأدنى من ثلاث قنوات وثلاثة أبراج لكل خلية ويزيد بشكل كبير من فرص استقبال إشارة قابلة للاستخدام من اتجاه واحد على الأقل.

الأرقام الموجودة في الرسم التوضيحي هي أرقام قنوات تتكرر كل ثلاث خلايا. يمكن تقسيم الخلايا الكبيرة إلى خلايا أصغر للمناطق ذات الحجم الكبير. ^[24]

تستخدم شركات الهاتف المحمول أيضًا هذه الإشارة الاتجاهية لتحسين الاستقبال على طول الطرق السريعة وداخل المباني مثل الملاعب والساحات. ^[22]

عمليًا، كل نظام خلوي لديه نوع ما من آلية البث. ويمكن استخدام هذه الآلية بشكل مباشر لتوزيع المعلومات على عدة هواتف محمولة. بشكل عام، على سبيل المثال في أنظمة الهاتف المحمول ، يكون الاستخدام الأكثر أهمية لمعلومات البث هو إعداد قنوات للاتصال الفردي بين جهاز الإرسال والاستقبال المحمول ومحطة القاعدة. وهذا ما يسمى بالنداء . الإجراءات الثلاثة المختلفة للنداء التي يتم تبنيها بشكل عام هي النداء المتسلسل والمتوازي والنداء الانتقائي.

تختلف تفاصيل عملية النداء إلى حد ما من شبكة إلى أخرى، ولكننا عادةً ما نعرف عددًا محدودًا من الخلايا حيث يوجد الهاتف (تسمى هذه المجموعة من الخلايا منطقة الموقع في نظام GSM أو UMTS ، أو منطقة التوجيه إذا كانت جلسة حزمة بيانات متضمنة؛ في LTE ، يتم تجميع الخلايا في مناطق التتبع). يحدث النداء عن طريق إرسال رسالة البث إلى كل هذه الخلايا. يمكن استخدام رسائل النداء لنقل المعلومات. يحدث هذا في أجهزة النداء ، في أنظمة CDMA لإرسال رسائل SMS ، وفي نظام UMTS حيث يسمح بزمن انتقال منخفض للرابط الهابط في الاتصالات القائمة على الحزم.

في LTE/4G، يتم بدء إجراء النداء بواسطة MME عندما تكون هناك حاجة إلى تسليم حزم البيانات إلى UE.

أنواع الترقيم التي يدعمها MME هي:

• أساسي.
• SGs_CS وSGs_PS.
• QCI_1 إلى QCI_9.

في نظام التاكسي البدائي، عندما يبتعد التاكسي عن البرج الأول ويقترب من البرج الثاني، يقوم سائق التاكسي بالتبديل يدويًا من تردد إلى آخر حسب الحاجة. إذا انقطع الاتصال بسبب فقدان الإشارة، يطلب سائق التاكسي من مشغل المحطة الأساسية تكرار الرسالة على تردد مختلف.

في نظام خلوي، مع تحرك أجهزة الإرسال والاستقبال المتنقلة الموزعة من خلية إلى أخرى أثناء اتصال مستمر، يتم التبديل من تردد خلية إلى تردد خلية مختلف إلكترونيًا دون انقطاع ودون مشغل محطة أساسية أو تبديل يدوي. يُطلق على هذا التسليم أو التسليم. عادةً، يتم تحديد قناة جديدة تلقائيًا للوحدة المتنقلة على المحطة الأساسية الجديدة التي ستخدمها. ثم تقوم الوحدة المتنقلة بالتبديل تلقائيًا من القناة الحالية إلى القناة الجديدة ويستمر الاتصال.

تختلف التفاصيل الدقيقة لانتقال النظام المحمول من محطة أساسية إلى أخرى بشكل كبير من نظام إلى آخر (انظر المثال أدناه لمعرفة كيفية إدارة شبكة الهاتف المحمول لعملية التسليم).

المثال الأكثر شيوعًا لشبكة الهاتف الخلوي هو شبكة الهاتف المحمول (الهاتف الخلوي). الهاتف المحمول هو هاتف محمول يستقبل أو يجري مكالمات من خلال موقع خلوي (محطة أساسية) أو برج إرسال. تُستخدم الموجات الراديوية لنقل الإشارات من وإلى الهاتف الخلوي.

تستخدم شبكات الهاتف المحمول الحديثة الخلايا لأن الترددات الراديوية تشكل موردًا محدودًا ومشتركًا. وتغير مواقع الخلايا والهواتف الترددات تحت سيطرة الكمبيوتر وتستخدم أجهزة إرسال منخفضة الطاقة بحيث يمكن استخدام العدد المحدود عادةً من الترددات الراديوية في وقت واحد من قبل العديد من المتصلين مع تداخل أقل.

تستخدم شركات تشغيل الهاتف المحمول شبكة الهاتف الخلوي لتحقيق التغطية والقدرة لمشتركيها. يتم تقسيم المناطق الجغرافية الكبيرة إلى خلايا أصغر لتجنب فقدان الإشارة في خط الرؤية ودعم عدد كبير من الهواتف النشطة في تلك المنطقة. جميع مواقع الهاتف الخلوي متصلة بمبادلات الهاتف (أو المفاتيح)، والتي تتصل بدورها بشبكة الهاتف العامة .

في المدن، قد يكون لكل موقع خلوي مدى يصل إلى حوالي 1 ⁄ 2 ميل (0.80 كم)، بينما في المناطق الريفية، قد يصل المدى إلى 5 أميال (8.0 كم). من الممكن أن يتلقى المستخدم في المناطق المفتوحة الصافية إشارات من موقع خلوي على بعد 25 ميلاً (40 كم). في المناطق الريفية ذات التغطية ذات النطاق المنخفض والأبراج العالية، قد تصل خدمة الصوت والرسائل الأساسية إلى 50 ميلاً (80 كم)، مع وجود قيود على النطاق الترددي وعدد المكالمات المتزامنة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

نظرًا لأن جميع الهواتف المحمولة تقريبًا تستخدم تقنية الهاتف الخلوي ، بما في ذلك GSM و CDMA و AMPS (التناظرية)، فإن مصطلح "الهاتف الخلوي" يُستخدم في بعض المناطق، ولا سيما الولايات المتحدة، بالتبادل مع "الهاتف المحمول". ومع ذلك، فإن الهواتف الفضائية هي هواتف محمولة لا تتواصل مباشرة مع برج خلوي أرضي ولكن قد تفعل ذلك بشكل غير مباشر عن طريق القمر الصناعي.

يوجد عدد من التقنيات الخلوية الرقمية المختلفة، بما في ذلك: النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (GSM)، وخدمة الراديو العامة للحزم (GPRS)، و cdmaOne ، وCDMA2000 ، و Evolution-Data Optimized (EV-DO)، ومعدلات البيانات المحسنة لتطور GSM (EDGE)، ونظام الاتصالات المتنقلة العالمي (UMTS)، والاتصالات اللاسلكية المحسنة الرقمية (DECT)، و AMPS الرقمية (IS-136/TDMA)، والشبكة الرقمية المحسنة المتكاملة (iDEN). وقد اتبع الانتقال من المعيار التناظري الحالي إلى المعيار الرقمي مسارًا مختلفًا تمامًا في أوروبا والولايات المتحدة . ^[25] ونتيجة لذلك، ظهرت معايير رقمية متعددة في الولايات المتحدة، بينما تقاربت أوروبا والعديد من البلدان نحو معيار GSM .

تتكون النظرة البسيطة لشبكة الهاتف المحمول اللاسلكية مما يلي:

• شبكة من محطات الراديو الأساسية تشكل نظامًا فرعيًا للمحطة الأساسية .
• شبكة التبديل الدائرية الأساسية للتعامل مع المكالمات الصوتية والرسائل النصية
• شبكة تبديل الحزم للتعامل مع البيانات المحمولة
• شبكة الهاتف العمومية المحولة لربط المشتركين بشبكة الهاتف الأوسع

تشكل هذه الشبكة الأساس لشبكة نظام GSM . وهناك العديد من الوظائف التي تؤديها هذه الشبكة لضمان حصول العملاء على الخدمة المطلوبة بما في ذلك إدارة التنقل والتسجيل وإعداد المكالمات والتسليم .

يتصل أي هاتف بالشبكة عبر محطة قاعدة راديو (RBS ) في زاوية الخلية المقابلة والتي تتصل بدورها بمركز التحويل المحمول (MSC). يوفر مركز التحويل المحمول (MSC) اتصالاً بشبكة الهاتف العامة (PSTN). يُطلق على الرابط من الهاتف إلى محطة القاعدة الراديوية (RBS) اسم الارتباط الصاعد بينما يُطلق على الرابط الآخر اسم الارتباط الهابط .

تستخدم القنوات الراديوية وسيلة الإرسال بفعالية من خلال استخدام مخططات الإرسال المتعدد والوصول التالية: الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA)، والوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA)، والوصول المتعدد بتقسيم الشفرة (CDMA)، والوصول المتعدد بتقسيم المكان (SDMA).

يتم تصنيف الخلايا الصغيرة، التي لها منطقة تغطية أصغر من المحطات الأساسية، على النحو التالي:

• الخلية الصغيرة -> أقل من 2 كيلومتر،
• Picocell -> أقل من 200 متر،
• Femtocell -> حوالي 10 أمتار،
• Attocell -> 1-4 أمتار

عندما ينتقل مستخدم الهاتف من منطقة خلوية إلى أخرى أثناء إجراء مكالمة، ستبحث المحطة المتنقلة عن قناة جديدة للاتصال بها حتى لا تنقطع المكالمة. بمجرد العثور على قناة جديدة، ستأمر الشبكة الوحدة المتنقلة بالتبديل إلى القناة الجديدة وفي نفس الوقت تحويل المكالمة إلى القناة الجديدة.

مع تقنية CDMA ، تتشارك أجهزة CDMA المتعددة في قناة راديو محددة. ويتم فصل الإشارات باستخدام رمز شبه ضوضاء (رمز PN) خاص بكل هاتف. ومع انتقال المستخدم من خلية إلى أخرى، يقوم الهاتف بإعداد روابط راديو مع مواقع خلايا متعددة (أو قطاعات من نفس الموقع) في وقت واحد. وهذا ما يُعرف باسم "التسليم الناعم" لأنه على عكس تقنية الهاتف الخلوي التقليدية ، لا توجد نقطة محددة واحدة حيث يتحول الهاتف إلى الخلية الجديدة.

في عمليات التسليم بين الترددات IS-95 والأنظمة التناظرية القديمة مثل NMT، سيكون من المستحيل عادةً اختبار القناة المستهدفة مباشرةً أثناء الاتصال. في هذه الحالة، يجب استخدام تقنيات أخرى مثل إشارات التوجيه في IS-95. وهذا يعني أنه يوجد دائمًا انقطاع قصير في الاتصال أثناء البحث عن القناة الجديدة يتبعه خطر العودة غير المتوقعة إلى القناة القديمة.

إذا لم يكن هناك اتصال مستمر أو كان من الممكن مقاطعة الاتصال، فمن الممكن للوحدة المتنقلة أن تنتقل تلقائيًا من خلية إلى أخرى ثم تقوم بإخطار المحطة الأساسية بالإشارة الأقوى.

إن تأثير التردد على تغطية الهاتف الخلوي يعني أن الترددات المختلفة تخدم بشكل أفضل الاستخدامات المختلفة. فالترددات المنخفضة، مثل 450 ميجا هرتز NMT، تخدم بشكل جيد للغاية تغطية المناطق الريفية. أما GSM 900 (900 ميجا هرتز) فهو مناسب لتغطية المناطق الحضرية الخفيفة. ويبدأ GSM 1800 (1.8 جيجا هرتز) في التقييد بالجدران الهيكلية. أما UMTS ، عند 2.1 جيجا هرتز، فهو مشابه تمامًا في التغطية لـ GSM 1800.

إن الترددات الأعلى تشكل عيبًا عندما يتعلق الأمر بالتغطية، ولكنها ميزة واضحة عندما يتعلق الأمر بالسعة. حيث أصبح من الممكن استخدام الخلايا الصغيرة التي تغطي طابقًا واحدًا من المبنى، ويمكن استخدام نفس التردد للخلايا المجاورة عمليًا.

قد تختلف منطقة خدمة الخلية أيضًا بسبب التداخل من أنظمة الإرسال، سواء داخل الخلية أو حولها. وهذا صحيح بشكل خاص في الأنظمة القائمة على CDMA. يتطلب المستقبل نسبة إشارة إلى ضوضاء معينة ، ويجب ألا يرسل المرسل بقوة إرسال عالية جدًا حتى لا يتسبب في حدوث تداخل مع أجهزة إرسال أخرى. عندما يبتعد المستقبل عن المرسل، تقل الطاقة المستقبلة، وبالتالي تزيد خوارزمية التحكم في الطاقة في المرسل من الطاقة التي يرسلها لاستعادة مستوى الطاقة المستقبلة. عندما يرتفع التداخل (الضوضاء) فوق الطاقة المستقبلة من المرسل، ولا يمكن زيادة طاقة المرسل بعد الآن، تصبح الإشارة فاسدة وغير صالحة للاستخدام في النهاية. في الأنظمة القائمة على CDMA، يكون تأثير التداخل من أجهزة إرسال محمولة أخرى في نفس الخلية على منطقة التغطية ملحوظًا للغاية وله اسم خاص، تنفس الخلية .

يمكن للمرء أن يرى أمثلة على تغطية الهاتف المحمول من خلال دراسة بعض خرائط التغطية التي يوفرها المشغلون الحقيقيون على مواقعهم على شبكة الإنترنت أو من خلال النظر إلى الخرائط التي تم جمعها بشكل مستقل مثل Opensignal أو CellMapper. في بعض الحالات، قد تحدد هذه الخرائط موقع المرسل؛ وفي حالات أخرى، يمكن حسابها من خلال تحديد نقطة التغطية الأقوى.

تُستخدم أجهزة إعادة الإرسال الخلوية لتوسيع نطاق تغطية الخلايا إلى مناطق أكبر. وتتراوح هذه الأجهزة من أجهزة إعادة الإرسال ذات النطاق العريض للاستخدام الاستهلاكي في المنازل والمكاتب إلى أجهزة إعادة الإرسال الذكية أو الرقمية للاحتياجات الصناعية.

يوضح الجدول التالي اعتماد منطقة تغطية خلية واحدة على تردد شبكة CDMA2000 : ^[26]

التردد (ميجا هرتز)	نصف قطر الخلية (كم)	مساحة الخلية (كم 2 )	عدد الخلايا النسبي
450	48.9	7521	1
950	26.9	2269	3.3
1800	14.0	618	12.2
2100	12.0	449	16.2

القوائم والمعلومات الفنية:

• التقنيات المحمولة
  • شبكات الجيل الثاني (الشبكات الرقمية الأولى، 1G و 0G كانت تناظرية):
    • جي إس إم
      • البيانات المبدلة بالدوائر (CSD)
      • جي بي آر إس
      • الحافة (IMT-SC)
      • الحافة المتطورة
    • مكبرات الصوت الرقمية
      • حزمة البيانات الرقمية الخلوية (CDPD)
    • سي دي ام ايه وان (IS-95)
      • البيانات المبدلة بالدوائر (CSD)
    • نظام الهاتف الشخصي (PHS)
    • الهاتف الخلوي الرقمي الشخصي
  • شبكات الجيل الثالث :
    • يو ام تي اس
      • W-CDMA (واجهة هوائية)
      • TD-CDMA (واجهة هوائية)
      • TD-SCDMA (واجهة هوائية)
        • HSPA
        • شبكة HSDPA
        • HSPA+
    • سي دي ام ايه 2000
      • OFDMA (واجهة هوائية)
        • إيفدو
          • سفيدو
  • شبكات الجيل الرابع :
    • تكنولوجيا المعلومات والاتصالات المتقدمة
    • LTE (TD-LTE)
      • LTE المتقدم
      • LTE المتقدم الاحترافي
    • واي ماكس
      • WiMAX-Advanced (WirelessMAN-Advanced)
    • النطاق العريض المتنقل فائق السرعة (لم يتم تسويقه أبدًا)
    • تم إيقاف تشغيل MBWA (IEEE 802.20، Mobile Broadband Wireless Access، HC-SDMA، iBurst)
  • شبكات الجيل الخامس :
    • 5G NR
      • 5G-المتقدمة

بدءًا من EVDO، يمكن أيضًا استخدام التقنيات التالية لتحسين الأداء:

• MIMO و SDMA وتشكيل الحزمة

• الترددات الخلوية
  • نطاقات تردد CDMA
  • نطاقات تردد GSM
  • نطاقات تردد UMTS
  • نطاقات تردد LTE
  • نطاقات التردد 5G NR
• الشبكات المنتشرة حسب التكنولوجيا
  • قائمة شبكات UMTS
  • قائمة شبكات CDMA2000
  • قائمة شبكات LTE
  • قائمة شبكات WiMAX المنتشرة
  • قائمة شبكات 5G NR
• الشبكات المنتشرة حسب البلد (بما في ذلك التكنولوجيا والترددات)
  • قائمة مشغلي شبكات الهاتف المحمول في أوروبا
  • قائمة مشغلي شبكات الهاتف المحمول في الأمريكتين
  • قائمة مشغلي شبكات الهاتف المحمول في منطقة آسيا والمحيط الهادئ
  • قائمة مشغلي شبكات الهاتف المحمول في الشرق الأوسط وأفريقيا
  • قائمة مشغلي شبكات الهاتف المحمول (ملخص)
• رمز الدولة للهاتف المحمول - الرمز والتردد والتكنولوجيا لكل مشغل في كل دولة
• مقارنة معايير الهاتف المحمول
• قائمة ماركات الهواتف المحمولة حسب البلد (الشركات المصنعة)

معدات:

• مكرر خلوي
• جهاز توجيه خلوي
• راديو محمول احترافي (PMR)
• افتح BTS
• رأس الراديو عن بعد
• وحدة النطاق الأساسي
• شبكة الوصول اللاسلكي
• مواقع الهاتف المحمول

آخر:

• تنوع الهوائي
• حركة المرور الخلوية
• MIMO (مدخلات متعددة ومخرجات متعددة)
• الحوسبة المتنقلة
• إشعاعات الهاتف المحمول والصحة
• محاكاة الشبكة
• خدمة الاتصالات الشخصية
• إدارة الموارد الراديوية (RRM)
• التوجيه في الشبكات الخلوية
• قوة الإشارة
• العنوان 47 من قانون اللوائح الفيدرالية

• P. Key, D. Smith. Teletraffic Engineering in a competitive world. Elsevier Science BV, Amsterdam Netherlands, 1999. ISBN 978-0444502681 . الفصل الأول (الجلسة العامة) والفصل الثالث (المحمول). 
• وليام سي واي لي، أنظمة الاتصالات الخلوية المتنقلة (1989)، ماكجرو هيل. ISBN 978-0-071-00790-0 . 

• راسيتي، روبرت سي. (يوليو 1995). "تكنولوجيا الخلايا". جامعة نوفا ساوث إيسترن. مؤرشف من الأصل في 15 يوليو 2013. تم الاسترجاع في 2 أبريل 2012 .
• تاريخ الشبكات الخلوية
• ما هي شبكات الهاتف الخلوي؟ مميزات وتطورات التحول من 1G إلى 6G
• التفاصيل الفنية مع تدفق المكالمات حول إجراء الاتصال عبر LTE.