Toki voki aparati

Na polju elektronike, bežične komunikacije su, bez sumnje, jedan od većih ostvarenih inženjerskih uspeha tokom zadnjih 25 godina. Postignuti rezultati na polju bežičnih komunikacija nisu samo važni sa naučne tačke gledišta, gde je stvarno učinjen fenomenalan progres, nego i sa... Detaljnije

Toki voki aparati

Toki Voki

Na polju elektronike, bežične komunikacije su, bez sumnje, jedan od većih ostvarenih inženjerskih uspeha tokom zadnjih 25 godina. Postignuti rezultati na polju bežičnih komunikacija nisu samo važni sa naučne tačke gledišta, gde je stvarno učinjen fenomenalan progres, nego i sa aspekta obima tržišta kao i uticaja bežičnih komunikacija na celokupno naše društvo. 

Kompanije koje su takoreći bile nepoznate pre dvadesetak godina, kakva je recimo Nokia, postale su poznate širom svete, prvenstveno zbog svojih bežičnih proizvoda, a u nekoliko zemalja, kakva je recimo Finska, bežična industrija je danas dominantna po profitu koji ostvaruje u celoj ekonomiji. Radne navike, su izmenili mogućnosti da se sa nekom udaljenom osobom (čovekom) komunicira (razgovara) ’’bilo gde da se ona (on) trenutno nalazi, a takodje ta komunikacija može da se ostvari i u bilo koje vreme ’’. 

U ovom tekstu daćemo jedan kratak pregled bežičnih sistema koji su danas tekuće operativni. Dizajn detalji kod bežičnih sistema konstantno evoluiraju, na taj način što noviji sistemi, takoreči preko noći, zamenjuju stare. Imajući, pre svega, u vidu veoma brzi napredak koji se čini na polju bežičnih komunikacija, mi ćemo se uglavnom fokusirati samo na najpoznatije sisteme, tj. samo na sagledavanju bazičnih principa rada, ali isključivo sa jednog visokog-nivoa koji se odnosi na osnovne koncepte rada ovih sistema. 

Kada se sagledava istorija komunikacija, možemo slobodno reči da su ljudi od davnina bežično komunicirali – zvučnim signalima putem udaranja u bubnjeve (u džunglama) ili optičkim putem formiranjem dimnih zavesa (indijanci u Severnoj Americi). U pravom smislu, pravi početak bežičnih komunikacija je usko vezan sa radovima koji su objavili Maxwell i Herz, naučnici koji su postavili osnove prostiranja elektromagnetnih talasa. 

Tesla je bio prvi koji je demonstrirao prenos informacije pomoću elektromagnetnih talasa, tj. konstruisao je prvi bežični komunikacioni sistem. Marconi, nešto kasnije, je produžio intenzivno da radi na polju bežičnog prenosa i citiran je u svetu kao glavni inovator na polju bežičnih komunikacija, za šta je 1909. godine dobio Nobelovu nagradu. Narednih godina, period izmedju dva svetska rata, poznat je po uvodjenju radio, a kasnije i TV bežičnog prenosa signala, ali je taj prenos karakterističan po tome što se prenos informacije realizuje samo u jednom smeru. Vrlo brzo nakon uvodjenja radio i TV prenosa potrebe za bidirekcionim mobilnim komunikacijama postale su neminovnost. 

Policija i vojska kao vladinih organizacija su prve počele da primenjuju bežične sisteme. Vojne aplikacije su tokom drugog svetskog rata, i nakon tog perioda, sve više uzimale maha. Claude Shannon je 1948. godine u svom radu ‘A mathematical theory of communications‘ ukazao na mogućnosti prenosa informacije bez-grešaka pod ograničenjima koja se odnose na brzinu-prenosa podataka i odnosa signal-šum. Mobilni telefonski sistem prvi put je bio instaliran u USA ( u gradu St. Louis). 

Ovaj sistem je imao odgovarajući interfejs prema javnoj telefonskoj mreži (PSTN) ali se komutacija veza sa drugim korisnicima ostvarivala ručno od strane operatora koji se nalazio u telefonskoj centrali. Sa svega ukupno 6 govornih kanala za ceo grad, saobraćaj kod ovakvog sistema je postao vrlo brzo zagušen. Uočavajući ovaj nedostatak istraživači sa AT&T Bell Laboratorija su našli rešenje koje se sastoji u korišćenju celularnog pristupa. Princip rada je bio sledeći: Jednu geografsku oblast treba podeliti na veći broj ćelija, pri čemu različite ćelije mogu da koriste istu frekvenciju rada. I dan danas ovaj princip predstavlja osnova kod bežičnih komunikacija. Godine 1957. 

SSSR je lansirao prvi satelit, Sputnik, a nešto kasnije su to uradile i USA. Intenzivan razvoj na ovom polju izrodio je satelitske komunikacije, koje predstavljaju značajnu oblast u bežičnim komunikacijama posebno na polju prenosa TV signala preko satelita. 70-tih godina prošlog veka postoji sve naglešeniji interes za korišćenjem celularnih komunikacija. Sa praktične strane, napredak koji je učinjen na polju minijaturizacije prenosivih uredjaja učinio je da njihovo korišćenje postane realnost. U tom periodu, u toj oblasti, kompanije AT&T, Motorola, i NTT (Nippon Telephone and Telegraph) su bile lideri u bežičnim komunikacijama. No ipak, švedska kompanija Ericsson AB je bila prva koja je napravila značajan pomak u primeni tehnologije koja se zasniva na digitalnoj komutaciji. Naime, umesto manuelne komutacije, prvi bežični celularni sistemi su koristili digitalnu komutacionu tehnologiju, ali je radio-prenosna tehnologija (prenos govornog signala) još uvek bila analogna, pa zbog toga ove sisteme nazivamo analogne. 

Tipičan primer je AMPS (Advenced Mobile Phone System) koji je bio u eksploataciji u USA. Ubrzo nakon uvodjenja AMPS-a, interes za korišćenjem mobilnih telefona postao je izuzetno veliki, broj korisnika je postao ogroman pa shodno tome i zagušenost u saobraćaju velika, tako da se kao neminovnost nametnula potreba za nalaženjem nekog boljeg rešenja. Za AMPS kažemo da pripada prvoj generaciji (1G) celularnih sistema. 

Prosečan korisnik obično ne vidi promenu sa analognog na digitalni prenos, ali su te promene za mrežnog operatora velike. Analogne telefone karakteriše loša spektralna efikasnost, pa zbog povećenog interesa za korišćenjem celularnog pristupa, operatori su videli ogroman interes za priključivanje što većeg broja pretplatnika na njihov sistem. Naravno, prvenstveno zbog ograničenog spektra, analogni sistemi nisu bili u stanju da ispune te zahteve pa se javila potreba za sprovodjenje daljih istraživanja. ETSI (European Telecommunications Standars Institute) grupa je radila na razvoju digitalnog celularnog standarda koji je postao obavezan za celu Evropu, a kasnije prihvačen i od strane celog sveta- ovaj standard je nazvan GSM (Global System for Mobile communications). 

GSM sistem je razvijen tokom 80-tih godina prošlog veka, a njegova primena je počela nakon 1990-te godine. U USA sa primenom ovog sistema se nešto kasnilo, ali je i tamo krajem 90-tih godina skoro cela zemlja bila digitalizovana. Negde krajem 2004. godine pokrivenost evropskog tržišta je bila 80%, američkog 50%, japanskog 70%, a na kineskom, koje će uskoro postati najveće tržište, bilo je 300 miliona pretplatnika. Za GSM kažemo da pripada drugoj generaciji (2G) digitalnih sistema. 

Razvoj bežičnih sistema nametnuo je kao neophodnost poštivanja standarda. Uredjaji mogu medjusobno komunicirati samo ako su kompatibilni. To znači da prijemnik može rezumeti neki drugi predajnik ako oba uredjaja poštuju isti standard. Zbog čega su standardi važni? Zbog roaming-a i handoff-a što je ključno za rad celularnih sistema. Krajem 70-tih godina pojavljuju se prvi bežični (cordless) telefoni, prvenstveno namenjeni da zamene ‘normalne‘ telefone u kućama. Prve verzije ovih telefona su koristile analognu tehnologiju. Bazna jedinica bežičnog telefona povezuje se na PSTN na isti način kao i standardni telefon, pa je zbog toga kretanje bežičnog telefona (misli se na korisnik koji drži u ruci telefon) – cordless handset- ograničeno sa aspekta opsega (oblasti) koju pokriva bazna jedinica. Sredinom 80-tih godina razvijena je i druga generacija bežičnih telefona koja se bazira na digitalnom prenosu. Ova tehnologija pruža znatno veći broj usluga u odnosu na analognu. 

Tržište koje je, negde 90-tih godina prošlog veka, bilo jako atraktivno je bilo ono koje bi se zasnovalo na ostvarivanju fiksnog bežičnog pristupa i bežičnoj lokalnoj petlji (Wireless Local Loop- WLL). Osnovna ideja se bazirala na sledećem: Da se bakarne žice od centrale do kućnog telefonskog priključka zamene bežičnim vezama. Predložen je veći broj rešenja, ali nijedno od tih rešenja nije videlo svetlo dana. Početkom 90-tih godina 2G celularni sistemi su poboljšani sa ciljem da podrže prenos digitalnih podataka. Tipičan takav primer je GPRS (General Packet Radio Service), često nazvan sistem 2.5G. Celularni sistemi treće generacije (3G) zasnovani su na široko-pojasnom CDMA (Code Division Multiple Access) standardu razvijen od strane ITU-a. Predvidjen za različite bitske brzine prenosa u opsegu od 144 kbps do 2 Mbps (brzina prenosa je zavisna od mobilnosti i lokalnosti) rad sistema koji rade po 3G standardu nije kompatibilan sa 2G sistemima, tako da pružaoci usluga (service providers) moraju sada investirati u novu infrastrukturu pre nego što obezbede nove servise.