پاورپوینت ارتباطات رادیو مایکروویو نقطه به نقطه

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

ارتباطات راديو مايكروويو نقطه به نقطه
مقدمه و تاريخچه
قبل از تولد و گسترش سيستم هاي ارتباطي مبتني بر فن آوري فيبرنوري، ارتباطات ثابت پرظرفيت تحت نفوذ سيستم هاي راديوئي مايكروويو قرار داشت كه از دهه 70-1960 سيستم هاي ماهواره اي تا حدودي در ارتباطات بين كشورها و قاره ها، شبكه هاي مايكروويو را ياري مي نمودند. بعد از توسعه و گسترش سيستم هاي فيبرنوري با نگرش به ويژگي هاي ذاتي سيستم هاي راديوئي ديد مستقيم(Line Of Sight) LOS باز هم همچنان از جايگاه پراهميتي برخوردار مي باشند.
روند تكامل فن آوري ها
كاریر و خط فيزيكي
تا اوايل دهه 1950 در شبكه هاي مخابرات بين شهري از اين فن آوري استفاده مي شد كه داراي ظرفيت هاي محدودي مانند 6، 12 و 24 كانال تلفني بوده و بعد از تاريخ فوق نيز بطور محدود و در حالات خاص مورد بهره برداري قرار مي گرفت.
سيستم مايكروويو آنالوگ
سيستم هاي مايكروويو آنالوگ با ظرفيت تا حدود 1800 كانال در دهه هاي 1950 تا 1980 توليد، نصب و در شبكه هاي راه دور بطور وسيعي استفاده مي شد.
علل تغيير سيستم هاي مخابراتي راه دور كاریر به مايكروويو آنالوگ را مي توان در موارد زير خلاصه نمود:
- پائين بودن كيفيت و نياز به بهبود آن
- تأثيرات عوامل طبيعي و فيزيكي درخرابي اين نوع سيستم و نياز به ضريب اطمينان و ضريب آمادگي بيشتر
- پائين بودن ظرفيت و توسعه نيازها
- عدم امكان پاسخگوئي به سوئيچ هاي توسعه يافته
سيستم مايكروويو ديجيتال PDH
سيستم هاي مايكروويو ديجيتال PDH با ظرفيت تا Mb/s 140 (معادل 1920 كانال تلفني) در دهه هاي 1970 تا 1990 توليد، نصب و در شبكه هاي ارتباطات راه دور بصورت گسترده اي مورد بهره برداري قرار مي گرفت. علل تغيير سيستم هاي مايكروويو آنالوگ به ديجيتال را مي توان در موارد زير خلاصه نمود:
- عدم امكان انتقال ديتا با سرعت بالا
- تغيير سوئيچ ها از EMD به ديجيتال
- كيفيت بهتر كانال ها و كاهش اثرات نويز

اسلاید 2 :

- عدم امكان رفع مشكل همزماني سوئيچ هاي ديجيتال
- نياز به فضاي زياد براي تجهيزات مالتي پلكس آنالوگ
سيستم مايكروويو ديجيتال SDH
از دهه 1980 به بعد سيستم هاي مايكروويو ديجيتال با استفاده از تكنولوژي SDH معرفي گرديد. علل تغيير سيستم هاي انتقال از PDH به SDH را مي توان در موارد زير خلاصه نمود:
- اشباع فركانس در اكثر محيط ها
- پايين بودن ظرفيت هر لينك
- عدم امكان ADD/DROP در ايستگاهها بدون ترمينه كردن سيستم انتقال
- نداشتن مديريت شبكه قوي و يكپارچه در PDH
- عدم امكان تطبيق دو نوع شبكه PDH اروپائي و آمريكائي
امواج مايكروويو
فركانس هاي بين 3000 تا 12000 مگاهرتز براي رابطهاي در خط مستقيم كه در آن پيام رساني از طريق آنتن هايي بر فراز برجهاي بلند ارسال مي شود به كار مي رود. ايستگاههاي تكرار كننده را كه ساختاري برج مانند دارند نيز در فواصل 40 تا 48 كيلومتري ( معمولا بالاي تپه ها ) كار مي گذارند. اين ايستگاهها امواج را مي گيرند تقويت مي كنند و دوباره به مسير خود مي فرستند. بخش مربوط به امواج مايكروويو براي ارتباط مراكز پرجمعيت بسيار مفيد است چون فركانس بالا به معناي آن است كه امكان حمل باند عريضي از طريق مدولاسيون وجود دارد و اين نيز به اين معني است كه هزاران كانال تلفن را مي توان روي يك فركانس مايكروويو فرستاد. باند عريض اين نوع فركانس اجازه مي دهد كه علائم ارسالي تلويزيون سياه و سفيد و تلويزيون رنگي بر روي يك موج حامل منفرد ارسال شوند و چون اين امواج داراي طول موج بسيار كوتاه هستند براي متمركز كردن علائم رسيده مي توان از بازتابنده هاي بسيار كوچك و اجزاي هدايت مستقيم بهره گرفت.
ظرفیتها و سطوح مالتی پلکس
سطوح مالتي پلكس ديجيتال
سطوح مالتي پلكس ديجيتال فن آوري PDH كه با احتساب هر كانال تلفني معادل Kb/S 64 محاسبه مي گردد، در نمودار زیر ارائه شده و بطوريكه ملاحظه مي شود اين سطوح براساس سلسله مراتبي بشرح زير مي باشد:
E1: حدود Mb/s 2 معادل 30 كانال تلفني (64 كيلوبيتي)
4xE1: حدود Mb/s 8 معادل 120 تلفني (64 كيلوبيتي)
8xE1: حدود Mb/s 34 معادل 480 كانال تلفني (64 كيلوبيتي)
64xE1: حدود Mb/s 140 معادل 1920 كانال تلفني (64 كيلوبيتي)

اسلاید 3 :

نمودار ظرفيت هاي استاندارد سيستم هاي ديجيتال

سطوح مالتي پلكس ديجيتال فن آوري SDH با توجه به يكپارچگي سيگنال هاي مختلف از قبيل صوت، تصوير و ديتا و همچنين روش هاي خاص فشرده سازي، ديگر براساس تعداد كانال تلفني معادل مطرح نبوده بلكه صرفاً براساس ظرفيت ديجيتالي آنها و بشرح زير مي باشد:
E1 : معادل 2048 Kb/s
STM-0 : معادل 21 E1
STM-1:معادل 63 E1
STM-4:معادل 4 STM-1 و 63E1 × 4

اسلاید 4 :

ساختار شبكه
يك شبكه ارتباطي مايكروويو از دو يا چند ترمينال كه داراي نيازهاي ارتباطي هستند تشكيل مي گردد. جهت اتصال اين ترمينال ها به يكديگر با توجه به موقعيت آنها و ساختار طبيعي زمين در مسير ما بين آنها لازم است از ايستگاههاي واسط تكرار كننده استفاده نمود.
ايستگاههاي مايكروويو به لحاظ وظايفي كه برعهده دارند و سرويس هائي كه ارائه مي دهند بشرح زير تقسيم بندي مي گردند:
پايانه : به ايستگاهاي انتهائي اطلاق مي گردد كه در آنها كانال هاي صوتي، ديتا و يا تصوير پياده و سوار مي شوند.
تكرار كننده مستقيم: به ايستگاهي اطلاق مي گردد كه در آن امواج از ايستگاه قبلي دريافت و پس از پردازش (بدون پياده و سوار شدن كانال) و تقويت به سمت ديگر ارسال مي گردند.
تكرار كننده از نوع پايانه اي: به ايستگاه تكرار كننده اي اطلاق مي گردد كه در آن تعدادي كانال پياده / سوار مي شوند.
چند راهه: به ايستگاهي اطلاق مي شود كه ضمن انجام عمل تكرار، امواج را در چندين مسير مبادله مي نمايد.
تكرار كننده از نوع مولد: نوع خاصي از ايستگاه تكرار كننده است كه در آن امواج پس از دريافت تا حد Base Band پياده و پس از حذف نويزها مجدداً سيگنال هاي RF و IF توليد و ارسال مي شود. اين نوع تكرار كننده ها عمدتاً در سيستم هاي مايكروويو ديجيتال متداول مي باشند.
تكرار كننده غيرفعال: نوع خاصي از ايستگاه تكرار كننده است كه در آن المان هاي فعال و هيچگونه مدارات الكترونيكي وجود نداشته و امواج پس از دريافت در جهت ديگري هدايت مي شوند.
همانگونه كه قبلاً نيز اشاره شد ارتباطات در باند مايكروويو براساس ديد مستقيم راديوئي (LOS) استوار است. فاصله بين ايستگاههاي مجاور به شدت متغير بوده و تابع پارامترهاي متعددي مي باشد. تجربه و كارآئي يك طراح آن است كه در يك شبكه مفروض تعداد ايستگاههاي واسط را به حداقل كاهش داده و سيستم بهينه را طراحي نمايد.
بعنوان مثال در باند فركانس 6 تا 8 گيگاهرتز فاصله متوسط هاپ هاي راديوئي با توجه به ساختار منطقه بين 30 تا 45 كيلومتر مي باشد. در شبكه هاي واقعي معمولاً با هاپ هاي كوتاهتر يا بلندتر از مقدار متوسط مواجه مي گرديم كه ناشي از ساختار طبيعي زمين مي باشد. ساختار طبيعي زمين بعلت وجود پستي و بلندي هاي فراوان و ايجاد موانع و مسير امواج راديوئي باعث افزايش تعداد ايستگاههاي واسط مي گردد. برخي از مواقع با توجه به استقرار ايستگاههاي تكرار كننده در بلندي ها و استفاده از ارتفاعات طبيعي باعث مي گردد كه بتوان از هاپ هاي طولاني نيز بهره جست. عوامل اصلي كه در طول يك هاپ راديوئي مؤثرند عبارتند از:
ساختار زمين در مسير امواج راديوئي
شرايط آب و هوا و وضعيت اقليمي منطقه

اسلاید 5 :

ظرفيت سيستم
نوع مدولاسيون
كلاس سيستم (Local/Medium/High Grade)
مشخصات فني تجهيزات و عناصر بكار رفته نظير بهره آنتن ها، افت فيدرها و قدرت فرستنده
در هاپ هاي با طول معمولي و يا هاپ هاي كوتاه جهت غلبه بر مسيرهاي داراي مانع، بهره گيري از تكرار كننده هاي غير فعال متداول بوده و داراي مزايائي مي باشد.
انتشار امواج
در اين بخش ملاحظات عملي به صورت كيفي درخصوص طراحي مسير و انتخاب محل ايستگاههاي تكرار كننده عنوان مي گردد نكات مطروحه مبتني برتجربيات ساليان متوالي كارشناسان مخابرات در زمينه ارتباطات راديوئي los درباند مايكروويو بويژه باندهاي زير 10 گيگاهرتز در ايران و جهان مي باشد .
ساختار طبيعي زمين
بطور كلي براي انتخاب مسيرهاي مناسب بلحاظ ساختار زمين مي بايستي نكات زير مورد توجه باشد .
انتخاب مسيرهاي كوهستاني كه نسبت به ساير مسيرها از لحاظ انتشار امواج ارجع مي باشند
پرهيز از مسيرهاي ساحلي ،كم ارتفاع و دشت هاي صاف و وسيع
پرهيز از عبور امواج از بالاي درياها ،درياچه ها و درياچه هاي نمكي خشك
انتخاب مسيرهائي كه درآن بازتات امواج از سطح زمين توسط موانع طبيعي مسدود مي گردد .
آب و هوا
از نظر انتشار امواج ، آب و هواي مناسب براي سيستم هاي راديوئي مايكروويو عبارتند از :
درجه حرارت معتدل
رطوبت كم يا هواي خشك
باد ملايم
باران ملايم در فركانس هاي كمتر از 10 گيگاهرتز
همچنين از آب وهواي با رطوبت زياد و درجه حرارت بالا كه امكان ايجاد وارونگي هوا و تشكيل داكت هاي سطحي را افزايش مي دهند بايد حتي الامكان اجتناب نمود .
شيب مسير امواج
انتخاب ايستگاههاي مخابراتي حتي الامكان بايستي بصورت مرتفع ـ پست انجان پذيرد تا شيب قائم مسير امواج در حد مطلوبي باشد . معمولا معيار مناسب شيب مسير امواج برابر m /Km 5 بوده و مقادير بيشتر از آن مطلوب ومقادير كمتر بويژه درمناطق ساحلي نامطلوب هستند.

اسلاید 6 :

مسير زيگزاك
بعلت آنكه تعداد فركانس هاي كاریر كانال هاي راديوئي درهر باند محدود مي باشد لذا اجبارا بر اساس پلان فركانس خاص متناوبا تكرار مي گردند از طرفي امواج Los بعلل زير :
Over - reach ( رسيدن موج به ايستگاه هاي غير مربوط )
پديده پراش
امكان دارد سيگنال هاي ناخواسته بصورت نويز در كانال هاي راديوئي مشابه بوجود آيد . بنابر اين بهتر است ايستگاهها بصورت زيگزاك انتخاب شوند تا بتوان از افت بهره آنتن در مسير هاي ناخواسته بهره گيري نمود .
طول مسير
طول مسير هر هاپ راديوئي داراي اثرات زير مي باشد .
ازياد طول باعث افزايش احتمال فيدينگ شديد و در نتيجه كاهش كار آئي و حتي قطع شدن سيستم مي گردد.
افزايش طول هر هاپ نهايتا باعث كاهش تعداد كل ايستگاهها گرديده و ضمن كاهش هزينه ها سبب افزايش ضريب اطمينان سيستم كلي خواهد شد .
لذا در انتخاب طول مسيرهاي راديوئي مناسب مشروط به تامين شرايط مربوط به كارآئي و زمان قطع شدن سيستم ،هاپ هاي طولاني ارجح خواهند بود.
حداقل ارتفاع آنتن
بدلايل متعدد لازم است آنتن هاي مايكروويو درارتفاع مناسبي از سطح زمين ايستگاه قرار گيرند هر چند براي اين حداقل ، استاندارد خاصي وجود ندارد ليكن مقدارآن با توجه بموارد زير تعيين مي گردد:
ارتفاع درختان و تاسيسات و مستحدثات فعلي و آتي اطراف دكل
خالي بودن از موانع نزديك
ارتفاع مورد بحث براي ايستگاههاي مايكروويو متفاوت بوده و عملا براي تكرار كننده هاي بين راهي 5 تا 15 متر و براي پايانه هاي واقع در محل تاسيسات و يا مراكز خدماتي و رفاهي و شهرها حدود 10 تا 25 متر مي باشد .
باز بودن اطراف آنتن
اطراف آنتن هاي فرستنده و گيرنده بايد از موانع تخليه گردد و اين بعلت اثرات ميدان نزديك آنتن است.
طول افقی تخلیه و طول قائم تخلیه تابعی از قطر آنتن و فرکانس امواج رادیویی می باشند. در حالت کلی منظور نمودن به ترتیب 25 و20 متر برای باز بودن اطراف آنتن های متداول مایکروویو کفایت می کند.
محور اصلي آنتن
فاصله نزديك يك آنتن از رابطه زير محاسبه مي گردد :
L= 1.5 x D^2 x f
L : طول فاصله نزديك بر حسب متر
D: قطر آنتن بر حسب متر

اسلاید 7 :

f: فركانس كاریر بر حسب گيگاهرتز
شرط لازم براي آنكه درجهت اصلي انتشار ارتباطات بطور سالم انجام پذيرد آنستكه در يك ناحيه استوانه اي بطول 2L و به شعاع2D √ هيچ مانعي وجود نداشته باشد .
نزولات جوي
بطور خلاصه اثرات باران در فركانس هاي زير 8 گيگاهرتز قابل صرفنظر نمودن ما بين 8 تا 10 گيگاهرتز براي بارندگي شديد قابل بررسي و براي فركانس هاي بالاتر از 10 گيگاهرتز قابل توجه مي باشد نكته قابل توجه اينكه هنگام بارندگي اثرات نامطلوب فيدينگ هاي شديد ناشي از ساير عوامل جوي وجود نداشته و كليه امكانات اضافي پيش بيني شده در اين مورد صرف مبارزه با افت هاي ناشي از باران خواهد شد.
تجهيزات راديوئي مايكروويو
سيستم هاي ديجيتال
هر سيستم راديوئي مايكروويو از سه قسمت اساسي زير تشكيل مي يابد :
سيستم ارسال
* بخش پردازش سيگنال
* بخش مدولاتور
* بخش فرستنده
سيستم دريافت
* بخش گيرنده
* بخش دمدولاتور
* بخش پردازش سيگنال
تفاوت اصلي سيستم هاي آنالوگ و ديجيتال در پردازش سيگنال روش هاي مقابله با اثرات نامطلوب فيدينگ و نوع مدولاسيون مي باشد . برخي از تفاوت هاي عمده عبارتند از :
نوع مالتي پلكس كانال هاي صوتي و ديتا
وجود تجهيزات Scrambling در سيستم هاي ديجيتال
مدولاسيون
تجهيزات خاص سيستم هاي ديجيتال نظير Transversal / Adaptive Equalizer و نيز ATPC
قدرت سيگنال ارسالي و دريافت
در يك ارتباط راديوئي عوامل اصلي عبارتند از :
سطح سيگنال دريافتي درگيرنده RSL بر حسب dBm
قدرت خروجي فرستنده PTX بر حسب dBm
حداقل سيگنال قابل قبول درگيرنده PRXبر حسب dBm

اسلاید 8 :

تلفات فضاي آزاد FSL بر حسب dB
تلفات ناشي از موج برها و اتصالات مربوطه در فرستنده LFT و در گيرنده LFR بر حسب dB
تلفات مربوط به مدرات تفكيك درفرستنده LBT و در گيرنده LBR بر حسب dB
بهره آنتن هاي فرستنده GT و گيرنده GR بر حسب dB
تلفات متفرقه LM بر حسب dB
با در نظر گرفتن عوامل تضعيف و بهره دراين ارتباط نمونه سطح سيگنال دريافتي در گيرنده از رابطه زير قابل محاسبه خواهد بود .
RSL=PTX+GT+GR-FSL-LFT-LFR-LBT-LBR-LM
در خصوص آنچه بيان شد ذكر نكات زير شايان توجه است :
1- ميزان تلفات فضاي آزاد از فرمول زير محاسبه ميگردد.
FSL =20 log f + 20 log d + 92.4
f :فركانس موج بر حسب GHz
D:فاصله بين فرستنده و گيرنده بر حسب Km
FSL : تلفات فضاي آزاد بر حسب dB
2- قدرت موثر ارسالي فرستنده كه معمولا درارتباط ماهواره اي مطرح مي باشد با EIRP مشخص شده و از رابطه زير محاسبه مي گردد:
EIRP=PTX+GT-LBT-LFT
3- معمولا درارتباط راديوئي مايكروويو مشخصات محاسباتي فرستنده و گيرنده با بهره سيستم SG بيان مي گردد كه از رابطه زير بدست مي آيد :
SG=PTX - PRX
پارامترهاي اصلی طراحي
از مشخصات اصلي تجهيزات راديوئي كه مورد استفاده درطراحي شبكه ها مي باشند مي توان به موارد زير اشاره نمود :
باند فركانس كه علاوه بر مسائل فني و انتشار امواج متاثر از مقررات بين لمللي ،ملي و سازماني مي باشد اين باندها همانگونه كه بيان شد از ميان مجموعه باندهاي اختصاص يافته به سرويس هاي ثابت قابل انتخاب هستند.
نوع مدولاسيون كه در مراحل اوليه و براي ظرفيت هاي متوسط از انواع 8PSK , 4PSK 4FSK ,2FSK ,16PSK, تشكيل و سپس از انواع 128QAM, 64QAM, 16QAM جهت ظرفيت هاي متوسط وبالا و درشرايط فعلي از مدولاسيون 128 TCM مي توان نام برد ازعوامل موثر درانتخاب نوع مدولاسيون عبارتند از :
* باند فركانس انتخاب و فاصله كانالي
* ظرفيت سيستم

اسلاید 9 :

* ميزان راندمان بهره گيري فركانس ( مشخص كننده نسبت سرعت كانال به پهناي طيف فركانس )
* مقررات بين المللي
ظرفيت سيستم كه بر اساس نيازهاي اوليه و گسترش هاي آتي بوده و معمولا بر اساس ظرفيت هاي استاندارد ویا مضارب صحيحي ازآنها استوار مي باشد.
قدرت فرستنده كه عموما كمتر از dBm 30 ( يعني 1 وات ) وبعضا تا dBm 33 نيز افزايش مي يابد
آستانه دريافت گيرنده كه حداقل سيگنال قابل دريافت در گيرنده را مشخص مي نمايد اين مقدار با افزايش سطح مدولاسيون افزايش مي يابد آستانه دريافت گيرنده ها درمدولاسيون هاي مختلف معمولا حدود -70 dBm تا -90 dBm بوده و عموما براي دو حالت زير ارائه مي گردد كه حدود 2 تا 3 دسيبل تفاوت دارد .
*خطاي بيتي BER=10^-3
* خطاي بيتي BER=10^-6
بهره سيستم كه درواقع مجموعه اثرات فرستنده و گيرنده را شامل مي باشد به عنوان مثال بهره سيستم راديوئي با آستانه دريافت -88 dBm وقدرت فرستند +28 dBm براي BER=10^-6 داراي بهره سيستم معادل SG= 116 dBm خواهد بود.
عدد نويز گيرنده كه مبين كيفيت ادوات الكترونيكي بوده و در محاسبات مربوط به فيدينگ انتخابي و ضرايب قطع سيستم بكار مي رود امروزه گيرنده هاي خوبي با عدد نويز كمتر از 2dB نيز ساخته و ارائه شده اند .
تلفات فيلترهاي فرستنده و گيرنده نيز از مواردي است در محاسبات مربوطه مي بايستي مد نظر واقع شوند و تلاش در جهت كاهش آنها مي باشد .
تلفات سيستم تفكيك كانال هاي راديوئي كه با توجه به استفاده از آنها جهت امكان ارسال / دريافت همزمان چندين كانال RF ( در سيستم هاي n+1) از يك آنتن مطرح مي باشند مقدار اين تلفات كه در مسير ارسال و دريافت منطور مي گردد حدود چندين دسيبل بوده و تابعي از باند فركانس و تعداد كانال هاي راديوئي مي باشد .
خطا درحالت عادي (Bit Error Rate)كه مبين كيفيت سيگنال در شرايط عادي ( به جزء موارد مجاز افت كيفيت ) مي باشد درانتخاب نوع وتجهيزات راديوئي به ويژه براي ارتباطات ديتا كه ميزان خطاي بيتي كمترمورد انتظار است حائز اهميت مي باشد
سيستم كنترل اتوماتيك قدرت فرستنده
مقدمه
سيگنال هاي راديوئي پس از خروج از فرستنده تا دريافت توسط گيرنده متحمل تضعيف هاي گوناگوني مي گردند برخي از منابع تضعيف ماهيت ثابتي دارند كه عمدتا عبارتند از :
تلفات فضاي آزاد FSL

اسلاید 10 :

تلفات حاصل در wave-Guide های فرستنده و گيرنده
تلفات ناشي از مدارات Branching دربخش فرستنده و گيرنده
تضعيف هاي ناشي از آينه هاي مخابراتي ( در صورت موجود )
برخي از منابع تضعيف داراي ماهيت متعير ناشي از عوامل جوي بوده و عبارتند از :
بازتاب امواج از زمين
فيدينگ شديد
براي مقابله با عوامل تضعيف ناچار قدرت فرستنده بايستي از حد معيني بيشتر باشد . از طرفي پخش سيگنال هاي راديوئي قوي درصورتيكه نيازي به آنها نباشد باعث زيان هاي متعددي است .
بعد از انجام مطالعات لازم توسط مراكز تحقيقاتي سازندگان معتبر ،ايده كنترل اتوماتيك قدرت فرستنده هاي مايكروويو بر اساس شرايط انتشار امواج ايجاد و قوت گرفت و نهايتا منجر به ساخت و تكميل تجهيزاتي موسوم به ATPC گرديد در مراحل اوليه اين بخش بعنوان يك جزء مكمل تجهيزات فرستنده / گيرنده مايكروويو وسپس بصورت يك جزء اصلي مورد استفاده قرار گرفت.
نمودار ATPC
گيرنده B پس از دريافت سيگنال ورودي مقدار RSL آن را با مقدار مبنا PRX مقايسه و در صورتيكه مقدار آن از حد معيني تجاوز نمايد يك سيگنال كنترلي از طريق فرستنده خود( فرستنده B )به طرف ايستگاه فرستنده اصلي ( ايستگاه A ) ارسال مي دارد اين سيگنال در ايستگاه A دريافت و پس از پردازش فرمان هاي لازم جهت كاهش قدرت خروجي فرستنده A ارسال مي گردد .
بديهي است ميزان كاهش قدرت فرستده توسط ATPC ثابت نبوده و متناسب با وضعيت انتشار امواج در مسير مورد نظر مي باشد ومعمولا ميزان كاهش حداكثر تا 20 دسيبل مي باشد كه اين مقدار معادل كاهش قدرت خروجي از 1 وات تا حدود 20 ميلي وات مي باشد كه به ترتيب برابر 10 dBm, 30dBm مي باشند .
مزاياي استفاده از ATPC
استفاده از سيستم كنترل اتوماتيك قدرت فرستنده داراي مزاياي متعددي است كه نتيجه نهائي آن امكان طراحي بهتر شبكه هاي مايكروويو وبهره گيري موثر از امكانات موجود مي باشد از جمله مزاياي اصلي آن به موارد زير مي توان اشاره نمود:
كاهش تداخلات راديوئي ناخواسته RFI و امكان طراحي پلان فركانس بهتر
استفاده ازتقويت كننده فرستنده در ناحيه خطي وعدم اعمال فشار به آن و در نتيجه حصول كارآئي بهتر و طول عمر بيشتر
عدم ايجاد گرماي اضافي در اطاق تجهیزات ومصرف كمتر برق
داشتن نقش تضعيف كننده متغير كه در برخي از مسيرهاي راديوئي كوتاه مورد نياز هستند .
امكان تامين توان بيشتر از مقدار نامي در مدت زمان هاي كوتاه فيدينگ شديد بعنوان مثال قدرت فرستنده با خروجي نامي 30 dBm را مي توان در حالت فوق تا 32 dBm افزايش داد بدون آنكه به طول عمر ويا كارآئي آن لطمه اي وارد آيد

اسلاید 11 :

كاهش اثرات Up Fading درگيرنده ها
مشخصات اصلي
مشخصات اصلي سيستم هاي ATPC مورداستفاده در سيستم هاي مايكروويو امروزي بشرح زير مي باشند :
نوع عمل:كاملاً اتوماتيك
دامنه تضعيف:15 تا 20 دسيبل
مراحل تضعيف:1 دسيبل
سرعت عمل:dB/s100
سطح سيگنال دريافتي:dBm 70- ~ 40 –
كاهش مصرف برق PA: 40%
در ضمن در صورت عدم نياز، سيستم فوق (مثلاً براي زمان هاي تعميرات و يا انجام آزمايشات) مي توان به وسيله دكمه اي آن را از مدار خارج نمود.
محاسبه اثرات ATPC
در اين بخش اثرات عملي استفاده از سيستم ATPC كه در طراحي سيستم هاي راديوئي مايكروويو حائز اهميت بوده و باعث كاهش هزينه و نيز افزايش ضريب اطمينان سيستم مي گردد بطور اجمالي بررسي مي گردند. اين اثرات در 4 مورد خاص بشرح زير محدود خواهد شد:
افزايش طول مسيرهاي راديوئي
كاهش ابعاد آنتن
كاهش اثرات منفي مربوط به تداخل فركانس
افزايش كارآئي كلي سيستم
بديهي است مزاياي استفاده از ATPC را مي توان به يكي از موارد فوق و يا تركيبي از آنها اختصاص داد.
* افزايش طول مسيرهاي راديوئي
افت سيگنال در نتيجه پخش در فضاي آزاد از فرمول زير محاسبه مي گردد:
FSL =20 log f + 20 log d + 92.4
ƒ برحسب گيگاهرتز d برحسب كيلومتر و FSL برحسب دسيبل مي باشد. با توجه به اينكه در شرايط معمولي طول مسير امكان پذير بين فرستنده و گيرنده، بعلت پيش بيني هاي لازم براي بدترين شرايط، بيشتر از مقدار واقعي مي باشد لذا در موقع بحراني مي توان از dB 2 قدرت اضافي حاصل از ATPC استفاده نمود. براساس محاسبات زير اين عمل، افزايش طول مسير را به اندازه 26 درصد تضمين مي نمايد: FSL1 =20 log f + 20 log d1+ 92.4 FSL2 =20 log f + 20 log d2 + 92.4
FSL2 – FSL1 =2
2 = 20 log d2 – 20 logd1 → d2 =1.26 d1

اسلاید 12 :

* کاهش ابعاد آنتن
با توجه به استفاده از آنتن هاي پارابوليك در ارتباطات مايكروويو و اينكه بهره آنتن در يك فركانس معين با قطر رفلكتور آن رابطه مستقيم دارد لذا در صورت استفاده از ATPC مي توان قطر آنتن فرستنده و يا گيرنده را به مقدار dB 2 كاهش داد. بعنوان مثال در باند فركانس 7 گيگاهرتز بجاي استفاده از آنتن 12 فوتي مي توان از آنتن 10 فوتي استفاده نمود.
لازم به يادآوريست اين امر علاوه بركاهش قيمت آنتن سبب خواهد شد بارگذاري روي دكل مربوطه نيز كاهش يابد. ضمناً اثرات dB 2 قدرت اضافي در فركانس هاي بالاتر بيشتر است.
* كاهش تداخل فركانس
دريافت امواج ناخواسته در گيرنده سبب افت كيفيت سيگنال اصلي بوده و اثرات منفي در محاسبات مربوط به طراحي خواهد داشت. براي مقابله با اين اثرات منفي قبلاً از افزايش ابعاد آنتن ها و يا قدرت فرستنده هاي اصلي استفاده مي شد كه خود امكان ايجاد تداخل براي ساير سيستم ها را افزايش مي داد.
امروزه با استفاده از تجهيزات ATPC و كاهش قدرت فرستنده در حالات معمولي كه بيش از 99 درصد زمان را تشكيل مي دهد امكان تداخل فركانس كاهش و طراحي پلان فركانس ساده تر مي گردد.
* افزايش كارآئي سيستم
با توجه به مجموعه آنچه بيان شده نهايتاً مزاياي استفاده از سيستم ATPC باعث افزايش كارآئي (پرفورمانس) و كاهش عدم آمادگي سيستم هاي راديوئي مايكروويو مي گردد.
پديده فیدينگ Fading (محو شدن)
اگر امواج زميني و آسماني كه از يك مركز فرستنده منتشر مي شود همزمان به گيرنده راديويي برسند ممكن است در صورت هم فاز بودن باعث زياد شدن صداي بلندگو شوند. اين امواج اگر در فاز مخالف باشند باعث ضعيف شدن يا قطع (محو) صداي بلندگو مي شوند. اين پديده معمولاً در اثر تغييرات جوي يا حركت هواپيماها ممكن است اتفاق بيافتد.
فيدينگ مسيرهاي چندگانه
امواج مايكروويو درمسير بين آنتن هاي فرستنده و گيرنده در مخابرات LOS تحت تأثير عوامل گوناگوني از جمله تغييرات ناشي از مسيرهاي چند گانه قرار مي گيرند. امواج بعلت ثابت بودن ضريب شكست هوا (لايه تروپوسفر) و همچنين بازتاب از زمين از مسيرهاي مختلف به آنتن گيرنده مي رسند. با توجه به اينكه طول مسيرها وهمچنين زاويه برخورد آنها به آنتن متفاوت است لذا دامنه و فاز امواج دريافتي يكسان نبوده و بعضي مواقع كه فاز آنها كاملاً مختلف هستند به شدت يكديگر را تضعيف مي نمايند زيرا گيرنده در هر لحظه جمع برداري امواج را دريافت مي نمايد. در اينحالت در گيرنده سيگنال ها بصورت خيلي ضعيف دريافت گشته و حتي اگر مقدار معيني ضعيف تر باشد ديگر گيرنده بعلت نويزهاي موجود قادر به دريافت و جداسازي آنها نخواهد بود. بنابراين فيدينگ مسيرهاي چندگانه بطور خلاصه ناشي از انتشار امواج در مسيرهاي مختلف بوده و تابعي از طول مسير، فركانس و شرايط جوي مي باشد.
نحوه عمل سيستم هاي ديجيتالي با وجود فيدينگ با نحوه عمل سيستم هاي آنالوگ تفاوت اساسي داشته و بويژه اثرات آن در ظرفيت هاي متوسط و زياد براي سيستم هاي ديجيتالي شديد مي باشد.

اسلاید 13 :

آنتن هاي مايكروويو
آنتن هاي پارابوليك
آنتن هاي پارابوليك بطور گسترده اي در ارتباطات مايكروويو مورد استفاده هستند. عليرغم اينكه اين نوع آنتن ها داراي اقسام مختلف با خواص متعددي هستند لكن همگي از دو بخش اصلي زير تشكيل مي يابند:
بخش تغذيه
صفحه منعكس كننده
بخش منعكس كننده از يك صفحه پارابولوئيد ناشي از دوران يك سهمي حول محور آن تشكيل مي شود. به اين صفحه امواج الكترومغناطيس صادره از بخش تغذيه تابيده مي شود. بخش تغذيه در كانون اين سهمي در فاصله ƒ از رأس آن قرار دارد. با توجه به خواص موج نوري، امواج پس از برخورد به صفحه رفلكتور بطور موازي با محور سهمي منعكس مي شوند.
راندمان يك آنتن پارابوليك تابعي از عوامل مختلف بوده و بصورت زير بيان مي شود:
- راندمان ناشي از عدم يكنواختي امواج تابشی
- راندمان ناشي از عدم يكساني فاز
- راندمان ناشي از پولاريزاسيون امواج
- راندمان ناشي از سر ريز امواج
- راندمان ناشي از بخش تغذيه
بهره آنتن پارابوليك عبارتست از : G(dB) = 20 log (F.D) + 17.8
F : فرکانس بر حسب گیگا هرتز
D : قطر آنتن بر حسب متر
پارامترهاي اصلي آنتن
پارامترهاي اصلي هرآنتن در سه بخش زير قابل ارزيابي هستند:
مشخصات مخابراتي
مشخصات مكانيكي
مشخصات شيميايي
مشخصات مخابراتي كه بمنظور ايجاد صرفاً به عناوين آنها اكتفا مي گردد، عبارتند از :
فركانس كار
بهره آنتن
راندمان تشعشعي
نمودار تشعشعي
پوش تشعشعي RPE

اسلاید 14 :

نسبت امواج ساكن
پولاريزاسيون
نسبت قدرت تشعشعي درجلو و پشت آنتن
در مشخصات مكانيكي عواملي از قبيل ساختار، ابعاد، حفاظ، سطح بادگير و مقاومت درمقابل آن، وزن و صافي سطوح بازتاب مورد توجه مي باشند. در بخش مشخصات شيميائي نيز عواملي نظير جنس، مقاومت در مقابل خوردگي و مقاومت در مقابل تركيبات شيميائي قابل توجه هستند.
طراحي فركانس
براي طراحي پلان فركانس هر شبكه راديوئي ديجيتال موارد عمده زير مي بايستي مورد تجزيه و تحليل و تصميم گيري واقع شوند:
باند فركانس و نوع آرايش انتخابي با توجه به ظرفيت هركانال RF ، مدولاسيون و بهره فركانس مي بايستي بررسي و مشخص شوند.
تركيب سيستم از نظر تعداد كانال هاي RF اصلي و استندباي در سيستم هاي (N+1)
ساختار (توپولوژي) شبكه و تعيين مسير اصلي و شاخه هاي فرعي
پلان انتخابي براساس محاسبات تداخل RFI استوار بوده و ميزان تداخل در هيچ ايستگاهي از حد مجاز آن تجاوز ننمايد. در اين خصوص مي بايستي استفاده از آنتن هاي با كارآئي بالا نظير SHP, UHP, HP جهت جلوگيري از تداخلات راديوئي بويژه در ايستگاههاي چند راهه مورد توجه قرار گيرند.
فاصله كاریر كانال هاي راديوئي مورد استفاده در يك ايستگاه، حتي الامكان زياد باشد.
موضوع استفاده مجدد از فركانس ها با توجه به ضرورت صرفه جويي در مصرف آنها مدنظر واقع شوند.
استفاده مطلوب از پولاريزاسيون هاي مختلف (افقي و عمودي) بعمل آيد.
استفاده فركانس كليه فرستنده هاي هر ايستگاه، در يك نيمه باند و فركانس كليه گيرنده هاي همان ايستگاه در نيمه بعدي باند قرار گيرند.
مقررات و توصيه هاي عنوان شده از طرف ITU در خصوص باند فركانس و آرايش مورد نظر مدنظر واقع شوند.

اسلاید 15 :

سيستم هاي راديوئي نقطه به چند نقطه
كليات
تامين سرويس هاي ارتباطي به عنوان يكي از شاخص هاي پيشرفت در نقاط دوردست از اهدافي بود كه تا دهه هاي گذشته بسهولت قابل تأمين نبود. اينگونه نيازها به همراه نيازهاي صنعتي جهت تأمين ارتباط در مراكز صنعتي پراكنده از قبيل تأسيسات نفتي/ گازي و خطوط انتقال، فشار مضاعفي براي يافتن راه حل هاي مناسب ايجاد نمودند.
اختراع و توسعه سيستم هاي راديوئي در قرن حاضر و برپائي سيستم هاي ماهواره اي از دهه 1960 به بعد و سيستم هاي ماهواره اي سيار در 1979 ، تركيب و ادغام آنها را براي اينگونه موارد مطرح نمودند. يكي از روش هاي مفيد در اين خصوص سيستم هاي راديوئي نقطه به چند نقطه و يا P-MP مي باشد كه در دو دهه اخير ابداع و تكامل يافت. در گزارش حاضر ويژگي هاي اين سيستم و اصول لازم جهت طراحي شبكه هاي راديوئي مبتني بر سيستم هاي P-MP مورد بحث قرار خواهد گرفت.
كاربردها
اين سيستم به تدريج كاربردهاي بسيار فراواني پيدا نموده كه از جمله آنها مي توان بموارد زير اشاره نمود:
* ارتباطات تلفني و تصويري
ارتباطات روستائي
اتصال مراكز تلفن
آلترناتيوي براي شبكه هاي توزيع تلفني همراه با سيستم هاي WLL و DECT
كنفرانس تصويري
سرويس هاي ايمني/ امنيتي
سرويس هاي آموزش و درمان از راه دور
* ارتباطات داده ها
در سيستم هاي مدرن امروزي P- MP ، معمولاً امكان ارتباطات ديتا بطور مطلوبي پيش بيني مي گردد. بوسيله اين سيستم سرويس هاي ديتا تحت پروتكل هيا مختلفي نظير X.25, Frame Relay, TCP/IP PPP قابل عمل مي باشد.
ارتباطات آسنكرون تا ظرفيت 2/19 كيلوبيت در ثانيه و ارتباطات سنكرون تا ظرفيت64 كيلو بيت در ثانيه و يا مضاربي از آن امكان پذير مي باشد.
همچنين مي توان چند كانال كم ظرفيت را با هم تركيب و در يك كانال 64 كيلوبيت در ثانيه قرار دارد. از ديگر امكانات سيستم هاي P-MP مدرن آنستكه بوسيله آن مي توان با استفاده از يك كانال ISDN به ظرفيت (2B+D)144Kb/s سرويس هاي صوت، تصوير و ديتا را روي يك كانال ادغام و ارسال كرد. برخي از كاربردهاي مهم سيستم هاي P-MP براي ارتباطات ديتا عبارتند از :

اسلاید 16 :

تامين سرويس هاي اينترنت
تامين مدارات اختصاصي و عمومي Frame Relay
كانال هاي اختصاصي ديتا
كنفرانس تصويري
دسترسي به منابع اطلاعاتي از نقاط دوردست
ارتباطات LAN با LAN
ارتباطات تلمتري و اسكادا براي مراكز صنعتي
مزاياي سيستم P-PM
سيستم راديوئي نقطه به چند نقطه كه امروزه در ظرفيت هاي مختلف از 1 تا 8 مگابيت در ثانيه ساخته مي شود و بر فن آوري TDM / TDMA استوار است داراي مزاياي ويژه اي بشرح زير مي باشد:
پوشش وسيع جغرافيائي با استفاده از ايستگاههاي تكرار كننده
تامين نيازهاي ارتباطي و متنوع تعداد زياد مشترك در ظرفيت هاي محدود
آلترناتيو اقتصادي براي ارتباط بي سيم در شرايط خاص
نصب و راه اندازي و بهره برداري سريع
قابليت توسعه مرحله به مرحله
برگشت سريع سرمايه گذاري اوليه
هزينه نگهداري و بهره برداري كم
باندهاي فركانسي
باند اوليه كه براي اين سرويس اختصاص يافت و هم اكنون نيز مورد استفاده مي باشد باند 3/1 تا 7/2 گيگاهرتز متشكل از چند باند جزئي مي باشد. در سالهاي اخير بعلت گسترش اينگونه سيستم ها، باندهاي 5/3 گيگاهرتز و 5/10 گيگاهرتز نيز اضافه گرديده است.
سطح سيگنال دريافتی در گيرنده از رابطه زير محاسبه مي گردد:
در رابطه فوق هر يك از پارامترها و واحدهاي مربوطه بشرح زير مي باشد: RSL=PTX+GT+GR-FSL-LFT-LFR-SPT-LM
سطح سيگنال دريافتي در گيرنده ، RSL برحسب dBm
قدرت خروجي فرستنده PTX بر حسب dBm
تلفات فضاي آزاد، FSL برحسب dB
تلفات ناشي از فيدرهاي آنتن فرستنده LFT و گيرنده LFR برحسب dB
تلفات مربوط به تقسيم كننده راديوئي SPT
بهره آنتن هاي فرستنده GT و گيرنده GR برحسب dBi
تلفات متفرقه LM برحسبdB

اسلاید 17 :

حاشيه امنيت
بعد از محاسبه ميزان سيگنال دريافتي RSL و با داشتن حداقل سطح سيگنال قابل قبول در برگيرنده:
FM = RSL – PRX
ر رابطه فوق FM ، فيدمارجين، RSL سطح سيگنال دريافتي و PRX سطح حداقل سيگنال قابل قبول در گيرنده بوده و همگي بر حسب دسيبل هستند.
براي حاشيه امنيت در ارتباطات راديوئي نقطه به چند نقطه معمولاً مقادير كمتري نسبت به سيستم هاي راديوئي مايكروويو قائل هستند و اين امر بعلل زير مي باشد:
ظرفيت كم
ميزان پائين و در حد اغماض فيدينگ انتخابي
طول هاپ هاي كمتر
اصول كار و سرويس ها
تكنولوژي مورد استفاده در سيستم هاي P-PM امروزي كه عمدتاً از نوع ديجيتالي هستند براساس TDM/ TDMA استوار است. بدينوسيله تمام مشتركين اين سيستم، به مركز تلفن اصلي كه در ايستگاه مركزي مستقر است متصل بوده و مشترك آن محسوب مي گردند.
چگونگي دسترسي ترمينال هاي مشتركين به كانال هاي ارتباطي براساس TDMA مي باشد.
Time Division Multiple Access, TDMA
بدين ترتيب فرستنده هر ترمينال فقط در زمان اختصاص داده شده به آن شروع به ارسال پيام خواهد نمود. اين پيام ها از ترمينال هاي مختلف جمع و همگي بطرف ايستگاه اصلي هدايت مي شوند.
نحوه ارسال پيام از ايستگاه مركزي بطرف ترمينال ها بطور پيوسته و براساس مالتي پلكس زماني، يعني:
Time Division Multiplexing, TDM
مي باشد. بعبارت ديگر مجموعه پيام ها درهر ايستگاه ترمينال دريافت لكن فقط بخش ذيربط برداشت مي گردد.
اجزاي سيستم
اجزاي اصلي يك شبكه P-PM عبارتند از :
مركز كنترل
فرستنده/ گيرنده اصلي
ايستگاههاي تكرار كننده
ايستگاههاي ترمينال
بديهي است اين سيستم در مبدأ به مركز تلفن و در انتها به تجهيزات مختلف مشتركين از قبيل تلفن، تلفن عمومي، فاكس، ترمينال هاي كامپيوتري و تجهيزات اسكادا و غيره متصل مي باشد.

اسلاید 18 :

آنتن هاي فرستنده و گيرنده
اصولاً در شبكه هاي راديوئي P-PM سه نوع آنتن زير مورد استفاده مي باشد:
آنتن هاي تمام جهت
آنتن هاي با زاويه افقي 180 و 90 درجه
آنتن هاي جهت دار
با توجه به ساختار شبكه هاي راديوئي P-PM ، آنتن هاي رديف 1 و 2 براي ايستگاه اصلي و تكرار كننده مورد استفاده بوده و آنتن هاي جهت دار در ايستگاه ترمينال مورد استفاده هستند. در برخي از موارد خاص آنتن هاي جهت دار در ايستگاههاي تكرار كننده نيز مورد استفاده قرار مي گيرند.
در هر ترمينال انتهائي فقط يك آنتن جهت دار و در ايستگاه اصلي عمدتاً يك آنتن تمام جهت و بعضاً بعلت ملاحظات طراحي، دو آنتن و در ايستگاهاي تكرار كننده از يك آنتن جهت دار بسمت ايستگاه اصلي/ تكرار كننده قبلي و يك يا دو آنتن جهت پخش براي ايستگاههاي بعدي استفاده مي گردد.
مقايسه سيستم هاي مايكروويو P-P و P-PM
سيستم هاي راديوئي مايكروويو نقطه به نقطه P-P در موارد متعددي با سيستم هاي راديوئي مايكروويو نقطه به چند نقطه P-MP متفاوت هستند كه اهم آنها عبارتند از:
باند فركانس
باندهاي اختصاص يافته به سيستم هاي P-P اصولاً خيلي وسيعتر و گسترده تر از باندهاي P-PM مي باشد. طيف هاي فركانسي P-P در پهناي 2 تا بالاي 40 گيگاهرتز شامل باندهاي فرعي متعدد مي باشند. درحاليكه سيستم هاي P-PM در باند محدود به 3/1 تا 7/2 گيگاهرتز متمركز بوده و اخيراً نيز بعلت گسترش استفاده، طيف 5/3 و 5/10 گيگاهرتز نيز به اين سيستم اختصاص يافته است.
ظرفيت
معمولاً ظرفيت سيستم هاي P-PM در حد Mb/s 2 تا Mb/s 8 (معادل 30 و يا 120 كانال Kb/s 64) مي باشد در حاليكه ظرفيت سيستم هاي راديوئي P-P بمراتب بيشتر بوده و تا سطوح STM-1 معادل Mb/s 155 و حتي مضاربي از آن يعني STM-1 ×n و يا STM-4 متداول مي باشد.
تكنولوژي دسترسي
اصولاً واگذاري كانال ها در سيستم هاي P-PM برحسب درخواست و با استفاده از تكنولوِژي TDMA مي باشد. اين امر ضريب بهره هر يك از كانال هاي اين سيستم را افزايش مي دهد، بطوري كه با ترافيك متداول هر مشترك مي توان بوسيله اين سيستم با ظرفيت Mb/s 4 متجاوز از 1000 مشترك را سرويس داد. در حاليكه كانال هاي سيستم P-P بصورت اختصاصي بوده و موضوع دسترسي از جمله تكنولوژي هاي FDMA, TDMA ، CDMA مطرح نمي باشد.

اسلاید 19 :

طول هاپ هاي راديوئي
در سيستم هاي مايكروويو P-P بعلت استفاده از آنتن هاي جهت دار در هر دو طرف يك ارتباط، فواصل طولاني حتي بيش از 100 كيلومتر (مقدار متوسط 40 كيلومتر) قابل حصول است. در حاليكه در هاپ هاي راديوئي P-PM بعلت اينكه معمولاً يك طرف آنتن همه جهته و در طرف دوم نيز آنتن جهت دار مورد استفاده محدود به حداكثر dB 35 مي باشد لذا طول هاپ در شاخه هاي فرعي معمولاً كمتر از 30 كيلومتر و در مسيرهاي اصلي كمتر از 50 كيلومتر است.
نوع آنتن ها
نوع آنتن هاي مصرفي در سيستم هاي p-p معمولاً آنتن هاي پارابوليك با بهره زياد و پهناي اشعه خيلي كم (كمتراز 1 درجه) بوده و علاوه بر آن دلايل متعدد از حفاظ استفاده مي نمايند. همچنين جهت تأمين مشخصات فني بهتر و نيز جلوگيري از تداخل فركانس، اين آنتن ها علاوه بر ساختار استاندارد داراي انواع:
High Performance, HP
Utra High Performance, UHP
Super High Performance, SHP
آنتن هاي مصرفي در سيستم هاي P-PM از انواع تمام جهت، با نمودار تشعشعي 180 و 90 ونيز آنتن هاي جهت دار تشكيل مي يابند كه به نسبت آنتن هاي P-P از بهره كمتري (حداكثر تا dB 35) برخوردار هستند.