بخشی از مقاله
مقدمه
مخابرات بي سيم در سال 1897 با اختراع تلگراف بي سيم توسط مارکني آغاز شد و اکنون پس از گذشت بيش از يک قرن، سومين نسل از سيستم هاي مخابرات بي سيم يعني سيستم هاي مخابرات فردي (PCS) پا به عرصه ظهور گذاشته است، اکنون فناوري هاي مخابرات شيار تا بدانجا پيش رفته است که کاربران اينچنين سيستم هايي با استفاده از ترمينال دستي کوچک (handset) مي توانند با هر کس در هر زمان و هر مکان، انواع اطلاعات (صوت ، تصوير و ديتا)
را مبادله کنند، اين مقاله نگاهي اجمالي اما فني به تاريخ و تکنيک هاي مهم مخابرات سيار دارد. ايجاد امکانات ارتباطي با کمترين محدوديت هاي مکاني و زماني از نيازهاي بشر است که از ديرباز بدان توجه مي شود. در ابتدا، سيستم هاي مخابراتي جهت انتقال صوت و علائم الکتريکي از سيم هاي هادي ارتباط
استفاده مي کردند. با پيشرفت تکنولوژي و به کارگيري امواج الکترومغناطيسي، امکان ايجاد ارتباط بي سيم فراهم شد و قدم اول در غلبه بر مشکل ايجاد ارتباط در مکان هايي که امکان کابل گذاري وجود نداشت، يا مسافت آنها بالا بود و افت سيگنال ها مانع از برقراري ارتباط مي شد، برداشته شد.
روند رو به رشد تکنولوژي و صنعت مخابرات منجر به کاربرد موج برهاي نوري و سيستم هاي نوري شد و بدين وسيله امکان انتقال اطلاعات با پهناي باند بالا در نقاط دور فراهم شد. سيستم هاي مخابراتي متداول از بسترهاي هدايتي سيمي به منظور حمل اطلاعات استفاده مي کنند و اين امر مستلزم آن است که ميان مبدأ و مقصد کابل گذاري صورت گيرد. هزينه بسيار بالاي پياده سازي کابل ها، افت سيگنال در درون آنها بخصوص در مسافت هاي بالا، سخت بودن يا عدم
امکان کابل کشي در برخي نقاط و انعطاف پذيري کم (عدم تحرک و جابه جايي) در ارائه سرويس هاي مختلف از جمله مسائلي است که کاربرد سيستم هاي مخابراتي بي سيم را موجه و در برخي موارد الزامي مي کند . از جمله راه حل هاي پوشش کاربران در شبکه هايي که از ضعف عدم امکانات ايجاد بسترهاي مخابراتي مانند خطوط دوسيمه، رنج مي برند و نياز به پياده سازي سريع لينک هاي مخابراتي با هزينه مناسب دارند، استفاده از شبکه بي سيم است.
• اصول مشترک سيستم هاي راديويي سيار
• در کليه تشکيلاتي که از سرويس هاي راديويي سيار بهره برداري مي کنند، عموماً واحدهاي سيار نياز به برقراري ارتباط راديويي با يک ايستگاه کنترل کننده مرکزي دارند، در اين سيستم ها تعداد زيادي سيار با مرکز ثابت مربوط به خود در تماس هستند و تشکيلات مختلف بايد همزمان و بدون ايجاد تداخل با يکديگر قادر به برقراري تماس مورد نياز باشند. در اين سيستم هاي نياز به آنتن هايي داريم که به صورت همه جهته و در موازات سطح زمين از ايستگاه ثابت، اطلاعات را پخش و جمع آوري نمايند و آنتن هاي سيار هم بايد با راندمان مناسب جهت نصب روي واحد سيار باشند. در محيط هاي شهري امواج راديويي بايد قدرت نفوذ و انتشار از ميان ساختمان هاي مرتفع را داشته باشند. همچنين به علت محدوديت در باندهاي راديويي، بايد بتوان از باندهاي راديويي مشابه در شهرهاي مختلف که در فاصله مناسبي از يکديگر قرار دارند، به صورت مکرر استفاده کرد.
• در اکثر سيستم هاي عملي جهت برقراري ارتباط مناسب با واحدهاي سيار لازم است تا از يک دستگاه راديويي مرتفع جهت ارسال و دريافت پيام ها استفاده شود، اما به دليل عملي نشدن اين مسئله در اغلب اوقات، معمولاً ارتباط بين دفتر مرکزي و ايستگاه راديويي مورد نياز از طريق يک لينک ثانويه که مي تواند ترکيبي از کابل هاي تلفني داخل شهري و يک لينک راديويي ماکروويو باشند، برقرار شده و اين لينک ثانويه پيام هاي مرکز ثابت را جهت پخش به ايستگاه
راديويي VHF انتقال داده و پيام ها از آن نقطه براي واحدهاي سيار پخش خواهد شد. از اشکالات لينک ثانويه اين است که چنانچه به عللي لينک ثانويه قطع شود، شبکه سيار از کار خواهد افتاد. روش ديگر براي ايجاد پوشش راديويي مناسب، استفاده از ايستگاه هاي تکرار کننده است که موجب افزايش برد عملياتي ايستگاه مرکزي خواهد شد. در اين نوع تکرار کننده ها به دليل امکان کار همزمان فرستنده و گيرنده، فرکانس ارسال و دريافت باند از يکديگر حداقل فاصله اي داشته باشند تا ازکاهش حساسيت گيرنده و نوسان جلوگيري به عمل آيد.
• در سيستم هاي سيار، چون زمان دريافت پيام مشخص نيست، معمولاً گيرنده ها آماده دريافت پيام هستند. از طرف ديگر به علت تغييرات دامنه سيگنال دريافتي در سيستم هاي سيار که در محدوده وسيع انجام مي پذيرد گيرنده بايد مجهز به يک مدار کنترل کننده بهره به طور اتوماتيک (AGC) براي تثبيت قدرت سيگنال دريافتي باشند. در نتيجه در زمان هايي که پيامي دريافت نمي شود، به علت وجود نويز در سيستم ، گيرنده هاي FM مجهز به مداري موسوم به (Squelch يا Mute) هستند که وجود کاربر را در سيگنال دريافتي آشکار کرده و خروجي صورتي را تنها در صورتي که وجود کاربر تشخيص داده شود، باز خواهد نمود. وجود اين مدار باعث خواهد شد که در حالت انتظار براي دريافت پيام، گيرنده Mute و نويز مزاحم از گيرنده شنيده نشود.
• استفاده از شبکه هاي سلولي در مخابرات سيار
سيستم مخابرات سيار مورد استفاده در يک منطقه جغرافيايي بايد به گونه اي باشد که از لحاظ مخابراتي تمام منطقه را تحت پوشش قرار بدهد و اصطلاحاً هيچ نقطه کوري از ديد امواج راديويي باقي نماند. از طرف ديگر اختصاص فرکانس هاي کاري مورد استفاده بايد به صورتي باشد که تداخل فرکانسي در سيستم ايجاد نشود. بنابراين هنگام پياده سازي سيستم موبايل در يک منطقه جغرافيايي، منطقه مربوطه را به مناطق کوچکتري به نام سلول تقسيم بندي مي کنند.
آنگاه فرستنده را در سلول قرار مي دهند. در اين صورت سرويس دهي تنها در منطقه اي که سلول بندي شده است ممکن مي شود، شبکه هاي سلولي دو مزيت دارند، يکي از آنها استفاده مجدد از فرکانس کاربر با رعايت فاصله جغرافيايي است. مزيت ديگر شکافتن سلول ها است. بدين معني که در طرح اوليه شبکه سلولي مخابرات سيار، سلول را بزرگ انتخاب مي کنند و در صورت افزايش مشترکان سلول را مي توان به سلول هاي کوچکتري تقسيم کرد و اصطلاحاً سلول را شکافت، و با گذاشتن ايستگاه هاي پايه (BTS) اضافه، تعداد مشترک بيشتري را سرويس دهد.
• نسل هاي مخابرات سيار
تاريخ کامل مخابرات بي سيم به چهار دوره تقسيم مي شود.
1- دوره قبل از همگاني شدن اين سيستم
2- سيستم هاي آنالوگ (نسل اول)
3- سيستم هاي ديجيتال نسل دوم
4- سيستم هاي ديجيتال نسل سوم (PCS)
دوره قبل از همگاني شدن سيستم هاي مخابرات بي سيم از سال هاي 1950 شروع و تا 1960 ادامه يافت. در اين دوره از مخابرات سيار براي کاربردهاي پليسي، نظامي و هواپيمايي استفاده مي شد و تجهيزات ارسال و دريافت، حجيم و گران قيمت بود.
نسل اول در سال هاي 1970 تا 1980 بر پايه تکنولوژي آنالوگ و استفاده از مفهوم سلولي پديد آمد. ايده اساسي در مخابرات سيار سلولي (MCS ) استفاده مجدد از طيف فرکانسي در مناطقي است که به اندازه کافي از هم دورند. استفاده از مخابرات سيار سلولي موجب افزايش ظرفيت سيستم، کاهش هزينه، بهبود کيفيت سرويس و کاهش توان مورد نياز شد، انواع مختلفي از اين سيستم هاي آنالوگ با نام هاي گوناگون NEC، AMPS، NMT، Aurora، TACS و ...
وجود داشت. اما مهمترين و رايج تري شکل سيستم هاي آنالوگ، سيستم AMPS است. سيستم AMPS در سال 1978 راه اندازي شد. اين سيستم در باند فرکانسي 800 تا 900 مگاهرتز کار مي کرد و داراي 666 کانال دو طرفه با پهناي باند 30kHz و مدولاسيون FM آنالوگ بود. با افزايش بيش از حد تقاضا، سيستم هاي آنالوگ نسل اول قادر به تأمين ظرفيت مورد نياز براي برخي مناطق شهري نبودند. از معايب و کمبود هاي AMPS، مسئله ظرفيت اين سيستم است.
همچنين از اشکالاتي که در اين سيستم ها وجود دارد ضعف امنيتي به طوري که به متقلبان مجال استفاده غيرمجاز را مي دهد. اين اشکالات در سيستم هاي ديجيتال نسل بعدي بر طرف شده است. به علاوه سيستم هاي ديجيتال نرخ بيت و سرعت بالاتري دارند و حجم اطلاعاتي بيشتري را مي توان در کانال هاي آن مبادله کرد. با توجه به ظهور سيستم هاي ديجيتال ، سيستم AMPS چندان مورد استفاده نخواهد بود. سيستم هاي نسل دوم در سال هاي 1980 و 1990 با استفاده از تکنولوژي ديجيتال تحقق يافت. GSM اولين استاندارد MCS تمام ديجيتال در دنيا است. اين سيستم در 1992 در اروپا به بهره برداري تجاري رسيد. در اين سيستم موبايل ها از فرکانس هاي 890 تا 915 مگاهرتز و ايستگاه پايه ها از فرکانس هاي 935 تا 960 مگاهرتز براي ارسال سيگنال استفاده مي کنند.
پهناي باند هر کانال راديويي 200 کيلوهرتز است که توسط 8 کاربر استفاده مي شود. به علت تقاضاي روز افزون براي سرويس هاي MCS، تکنولوژي هاي جديد نظير CDMA براي بهبود بهره برداري از طيف فرکانسي پديد آمد. CDMA يکي از پيچيده ترين سيستم هاي بي سيم ديجيتال در دنياي امروز است، CDMA تمامي کاربران را در فرکانس هاي يکسان و زمان هاي يکسان با کدهاي مختلف مجزا مي کند. پهناي باند هر کانال 23/1 مگاهرتز است. سيستم هاي نسل سوم،
سيستم هاي مخابرات فردي (PCS) ناميده مي شوند. PCS سيستمي است که با استفاده از آن کاربر مي تواند در هرزمان و در هر مکان با هر کس به کمک يک مخابرات فردي واحد (PTN) تبادل اطلاعات نمايند. در سال هاي اخير نسل سوم شبکه هاي راديو سلولي شديداً مورد توجه قرارگرفته است. سيستم هاي نسل سوم را گاه با 3G نشان مي دهند. هم اکنون سيستم هايCDMA باند وسيع (W – CDMA) به صورت تجاري به کار گرفته مي شوند و روز به روز کاربرد آنها در مخابرات سيار بيشتر مي شود. از لحاظ تاريخي CDMA به سه دوره تقسيم مي شود :
1- CDMA اوليه که بيشتر در حد تئوري بود، از سال 1949 تا 1978
2- CDMA باند باريک از 1978 تا 1995
3- CDMA باند وسيع از 1995 به بعد.
نسل سوم از اواخر سال 1995 کم کم وارد عرصه مخابرات سيار شد. از مزاياي عمده آن بر سيستم هاي نسل دوم نرخ بيت بالاتر، پشتيباني همزمان صدا و تصوير با توجه به نرخ بيت بالا، قابليت انعطاف پذيري بيشتر، سرويس هاي دسترسي چندگانه همزمان براي يک کاربر و ... است. سيستم هاي راديويي سيار نقش مهمي را در فعاليت هاي بازرگاني، تجاري و امور مراقبتي و حفاظتي عمومي به گونه اي صنعتي و پيشرفته دارا هستند و به همين دليل دانشمندان پيوسته در انديشه بهينه ساختن سيستم هاي مخابرات سيار هستند.
جهان بي سيم : مقدمه اي بر مفاهيم
شبکه هاي بي سيم نقش بسيار مهم در آزادي و زنده بودن ارتباطات مردمي در محل کار، خانه ها و مکان هاي عمومي بازي مي کنند. هدف شبکه ها بي سيم، برقراري ارتباط ساده بين کاربران و منابع اطلاعاتي، بدون استفاده از سيم هاي رابط مي باشد. درک مفاهيم و قوانين شبکه هاي بي سيم براي راه اندازي اين نوع از شبکه ها لازم است. اين فصل به معرفي کامل انواع شبکه هاي بي سيم و نحوه استفاده کاربران از مزاياي مختلف اين شبکه ها خواهد پرداخت.
تعريف شبکه هاي بي سيم
شبکه هايي بي سيم امکان برقراري ارتباط بين کاربران و دستگاه هاي متصل را جهت انتقال داده ها فراهم مي کنند. تفاوت شبکه هاي بي سيم با انواع ديگر شبکه هاي کامپيوتري، در عدم استفاده از سيم هاي رابط براي انتقال اطلاعات است. اين امکان، آزادي حرکت و توانايي گسترش نرم افزارهاي کاربردي را در قسمت هاي مختلف يک ساختمان، شهر و يا هر جايي از جهان فراهم مي سازد. براي مثال، مردم در خانه هاي خودشان در حالي که در کنار خانواده خود
هستند، مي توانند به جستجو در اينترنت بپردازند؛ اين کار را مي توانند در جايي دور از سر و صداي کودکان، و يا در برابر تلويزيون انجام دهند. شبکه هاي بي سيم به کاربران خود اين اجازه را مي دهند که از هر مکاني که ترجيح مي دهند با پست الکترونيکي خود، يا مرورگرهاي اينترنت در ارتباط باشند.
شبکه هاي بي سيم سال هاست که در اطراف ما وجود دارند. در واقع، اولين ارتباط بي سيم را مي توان در ميان آمريکايي هاي بومي مشاهده کرد که با تکان دادن پوست گاوهاي وحشي روي آتش و ايجاد دودهايي با اشکال خاص، اقدام به ارسال پيام مي کردند. همچنين، يکي ديگر از انواع ارتباطات که هنوز هم پا برجاست، استفاده از پالس هاي نوري و يا کدهاي مورس است که در درياها ميان بر کشتي براي رد و بدل کردن اطلاعات استفاده مي شود. البته، ارتباط با
تلفن همراه نيز نوعي ارتباط بي سيم است که امروزه به طور گسترده اي از آن استفاده مي گردد و مردم توسط آن مي توانند با هر گوشه اي ازجهان در ارتباط باشند.
