معرفی امواج رادیویی

[am in 25041]

امروزه و در عصر پیشرفت تکنولوژی، کاربرد و استفاده از طیف‌های فرکانسی و امواج رادیویی در حال گسترش روزافزون است. مهم‌ترین مزیت این فناوری کاهش حجم اتصالات و وسایل رابط همچون سیم‌ها و کابل‌ها هستند که در نتیجه موجب کاهش چشم‌گیر هزینه‌ها می‌گردند. به طوری که روابط بدون سیم جایگزین مطمئن آنها می‌شوند.

ارتباطات به وسیله امواج رادیویی، برپایه قوانین فیزیک و انرژی امواج الکترومغناطیسی استوار است. بدین منظور برخی مفاهیم اولیه مربوط به این موضوع را به اجمال از نظر می‌گذرانیم.

 

• همه ما تاکنون عباراتی نظیر UHF, VHF, AM, FM و ... را شنیده‌ایم. فضای اطراف ما آکنده از امواج رادیویی است که در تمام جهات در حال انتشار و عبور و مرور می‌باشند. اصولا یک موج رادیویی یک موج الکترومغناطیسی می‌باشد که معمولا توسط آنتن منتشر می‌گردد. امواج رادیویی دارای فرکانس‌های مختلفی هستند، که برحسب کاربری مطابق با استانداردهایی تقسیم‌بندی شده‌اند. در آمریکا FCC کمیته ملی ارتباطات مسئولیت مدیریت و تصمیم‌گیری در مورد تخصیص طیف‌های فرکانسی و صدور مجوز و یا تعیین استانداردها را برعهده دارد.
  

امواج رادیویی در هوا با سرعتی نزدیک به سرعت نور انتقال می‌یابند. این امر یکی از مهم‌ترین مزایای این فناوری می‌باشد که نقش بسزایی در تسریع ارتباط به عهده دارد.

واحد اندازه ‌گیری فرکانس رادیویی hertz "هرتز" یا "سیکل بر ثانیه" است و برای فرکانس‌های بزرگ‌تر، جهت خواندن و نوشتن از عباراتی مانند khz "کیلوهرتز"، mhz "مگا هرتز" و ... استفاده می‌شود. در جدول تقسیم بندی فرکانس‌ها برحسب واحد آمده است.

امواج رادیویی دارای فرکانس‌ها و باندهای مختلفی هستنتد، به وسیله یک گیرنده مخصوص رادیویی شما می‌توانید، امواج مربوط به همان گیرنده را دریافت نمایید. برای مثال زمانی که شما مشغول گوش دادن به یک ایستگاه رادیویی هستید، گوینده فرکانس 91.5mhz و باند FM را اعلام می‌کند. رادیوی FM شما تنها می‌تواند گستره فرکانسی تخصیص یافته مربوط به خود را دریافت نماید.

Wavelength یا طول موج یک سیگنال الکترومغناطیسی با فرکانس یا بسامد آن رابطه معکوس دارد، بدین معنی که بالاترین فرکانس کوتاه ‌ترین طول موج را دارا می‌باشد. در کل سیگنال‌های با طول موج‌های بلند تر مسافت بیشتری را می‌پیمایند و از قابلیت نفوذ بهتری در میان اجسام در برابر سیگنال‌های دارای طول موج کوتاه برخوردارند.

در زیر بخشی از کاربردهای این امواج با ذکر محدوده فرکانسی آمده است:

 

• رادیوهای AM : 535 khz تا 1.7 mhz
  
• رادیوهای موج کوتاه: 509 mhz تا 26.1 mhz
  
• رادیوهای باند شهری: 26.96 mhz تا 27.41 mhz
  
• رادیوهای FM : 88 mhz الی108 mhz
  

و برخی تقسیمات جزئی‌تر عبارتند از:

 

• سیستم‌های دزدگیر، دربازکن بدون سیم پارکینگ و ... : در حدود 40 mhz
  
• تلفن‌های بدون سیم متداول: در حدود 40 mhz الی 50 mhz
  
• هواپیماهای مدل کنترلی: در حدود 72 mhz
  
• ماشین‌های اسباب‌بازی رادیو کنترلی: درحدود 75 mhz
  
• گردنبند ردیابی حیوانات: 215 mhz الی 220 mhz
  
• تلفن‌های سلولی (مانند موبایل): 824 mhz الی 849 mhz
  
• تلفن‌های جدید بدون سیم: در حدود 900 mhz
  
• سیستم‌های موقعیت‌یاب ماهواره‌ای: 1.227 mhz الی 1.577 mhz
  

دردسته بندی امواجی که قبلا ذکر شد هر گروه کاربردهای خاص خود را دارد در زیر برخی از آنها آمده است :

 

1. متحرک هوانوردی
   

ناوبری رادیویی

 

1. آماتور
   
2. آماتور ماهواره ای
   
3. پخش همگانی صدا
   
4. متحرک خشکی
   
5. متحرک دریایی
   
6. هواشناسی ماهواره ای
   
7. تعیین موقعیت رادیویی و ماهواره ای
   
8. تحقیقات فضایی
   
9. پخش تصاویر تلویزیونی
   
10. و غیره... که خود نیز دارای دسته بندی هستند.
    

یک موج رادیویی یک موج الکترومغناطیسی است که میتواند بوسیله یک آنتن انتشار یابدوهمانطور که میدانید امواج رادیویی فرکانسهای متفاوتی دارند یکی از سوالهای ابتدایی شما ممکن است این باشد که چرا برخی از امواج و فرکانسهایی که حتی بر روی یک باند مشترک منتشر می شوندمثلا باند "FM" چرا بوسیله رادیوهای گیرنده خانگی قابل دریافت نمی باشند؟

پاسخ این است که گیرنده خانگی شما فقط میتواند باندهاوفرکانسهایی را که کارخانه سازنده از پیش برای آن تعیین کرده و مثلا برای موج FM بین 88 megahertz تا 108 megahertz می باشد را دریافت نماید.

تعداد دیگری از دسته بندیهای فرکانسی را مشاهده مینمایید:

 

• AM radio: 535 kilohertz to 1.7 megahertz
  
• Short wave radio: bands from 5.9 megahertz to 26.1 megahertz
  
• Citizens Band (CB) radio: 26.96 megahertz to 27.41 megahertz
  
• Television stations: 54-88 megahertz for channels 2-6
  
• FM radio: 88 megahertz to 108 megahertz
  
• Television stations: 174-220 megahertz for channels 7-13
  
• Garage door openers, alarm systems, etc.: around 40 megahertz
  
• Standard cordless phones: Bands from 40 to 50 megahertz
  
• Baby monitors: 49 megahertz
  
• Radio controlled airplanes: around 72 megahertz, which is different from...
  
• Radio controlled cars: around 75 megahertz
  
• Wildlife tracking collars: 215 to 220 megahertz
  
• MIR space station: 145 megahertz and 437 megahertz
  
• Cell phones: 824 to 849 megahertz
  
• New 900 MHz cordless phones: Obviously around 900 megahertz!
  
• Air Traffic Control radar: 960 to 1,215 megahertz
  
• Global Positioning System: 1,227 and 1,575 megahertz
  
• Deep space radio communications: 2290 megahertz to 2300 megahertz
  

[am in 25041]

شبكه GSM يك سيستم ارتباطي سلولي ديجيتال است كه با ايده سلولي كردن منطقه جغرافيايي و استفاده مجدد فركانس و پوشش دادن منطقه جغرافيايي به وسيله سلول ها شروع به كار كرد . شبكه سلولي سيار را به علت اين كه مشتركين تلفن هاي متحرك معمولا در خشكي از آن استفاده مي كنند ، شبكه عمومی زمینی سیار (PLMN) مي نامند .

تكنيك استفاده مجدد از فركانس با در نظر گرفتن كمترين تداخل فركانسي در GSM به علت كمبود فركانس و پهناي باند به كار گرفته مي شود . معماري شبكه GSM در شكل زير ديده مي شود :

 

 

 

 

شبكه GSM به چهار قسمت اصلي تقسيم مي شود كه عبارتند از :

 

• MS واحد سيار
  
• BSS زير سيستم ايستگاه ثابت
  
• NSS زير سيستم سوئيچينگ و شبكه
  
• OSS زير سيستم نگهداري و پشتيباني
  

[am in 25041]

شبکه گذاری بی سیم WiFi یک فن آوری جدید نمیباشد، اما اخیرا" آن یک مسیر اصلی گردیده. مزایای شبکه های بی سیم چه چیزهایی میباشند و آیا شما باید بکار گیری آنرا در نظر گیرید؟

ظهور و ورود وسایل محاسباتی قابل حمل یکی از گردانندگان اصلی برای پذیرش شبکه گزاری بی سیم میباشند. امروزه، حدود 50% از لپ تاپهای جدید با توانایی کارکردن بصورت بی سیم به بازار ارائه میشوند. تمام محصولات جدید لپ تاپهای اپل (Apple) هم با امکانات بی سیم و هم بلوتوث ساخته شده در درونشان به بازار عرضه میشوند. بسیاری از لپ تاپهای با سیستم عامل ویندوز مایکروسافت بطور مشابه با توانایی کار کردن بصورت بی سیم میباشند.

یک اتحاد قدرتمند از فروشندگان با یکدیگر در سال 1999 متحد شدند که یک پیوند WiFi را شکل دهند. شما میتوانید اطمینان حاصل نمایید که هر وسیله که توسط اتحاد WiFi تایید شده بطور رضایت بخشی با دیگر وسایل تایید شده بطور متقابل تعامل داشته باشند. واژه و اصطلاح WiFi در بکارگیری عادی خراب شده و بطور کلی به معنای شبکه های بی سیم در نظر گرفته میشود، و نه فقط دستگاههای تایید شده توسط اتحاد WiFi.

[am in 25041]

نیروی کاری امروزه که با دستیارهای شخصی دیجیتالی (PDA ها)، لپ تاپ ها و دیگر وسایل متحرک (موبایل) تجهیز شده اند، تقاضای دسترسی به شبکهء شما را از هر کجا که باشند، بدون دردسر یک شبکه ثابت، می نمایند. WiFi به کار و تجارت شما اجازه میدهد که یک شبکه را سریعتر و با هزینه پایین تر و با انعطاف پذیری بیشتر نسبت به سیستم با سیم ، بکار گیریید. سودمندی WiFi نیز افزایش می یابد، از آنجائیکه کارمندان می توانند مدت زیادتری به یک شبکه متصل بوده، و قادر خواهند بود که با همکارانشان در زمان و مکانی که نیاز باشد کار نمایند.

شبکه های WiFi نسبت به شبکه های باسیم روان تر میباشند. یک شبکه دیگر بیش از این یک چیز ثابت نمی باشد، شبکه ها می توانند در یک بعداظهر ایجاد یا از هم باز شوند بجای اینکه روزها یا هفته ها نیاز به ایجاد یک شبکهء کابلی ساختار یافته باشد.

[am in 25041]

کارتهای بی سیم در 2 حالت عمل می نمایند، زیر بنایی (Infrastructure) و ویژه (Ad-hoc). بیشتر سیستمهای کاری و تجاری از فن آوری بی سیم در حالت زیربنایی استفاده می نمایند. این بدین معناست که وسایل با یک نقطه دسترسی (Access Point) ارتباط برقرار می نمایند. بطور نمونه، نقطه دسترسی دارای یک اتصال به شبکه باسیم شرکت نیز میباشد، و به دسترسی کاربران اجازه میدهد که به سرورها و فایلها درست مثل اینکه آنها بطور فیزیکی به شبکه محلی (LAN) متصل میباشند، ارتباط برقرار نمایند.

اتصالات ویژه، اتصال مستقیم بین کارتهای بی سیم می باشند. این نوع اتصال در میان کاربران خانگی متداولتر است، اما اگر توسط کاربران کاری- تجاری استفاده شوند، احتیاج به مدیریت جدی و نیز مشکلات امنیتی دارند.

[am in 25041]

شما بسادگی می توانید به یک شبکه WiFi در هرنقطه در درون محدودهء یک نقطه دسترسی به شبکه متصل شوید. این برای کارمندان شما همانند یک هدیه میباشد، اما متاسفانه، چندین دردسر را برای بخش فناوری اطلاعات (IT) به همراه می آورد.

[am in 25041]

زمانیکه که اجزاء یک شبکه بی سیم را به یکدیگر متصل میشوند، مسئله امنیت مایهء دل نگرانی هرکسی میباشد. نقاط دسترسی با بکارگیری تنظیمات با پیش فرض کارخانه، اصلا" ایمن نمیباشند.

حال اگر امنیت به این میزان مهم است، آیا این به این معنا میباشد که ما نباید WiFi را بکار گیریم؟ خیر این بدین معنا نمیباشد. اما مواقعی هستندکه شما باید زمانی که این مرحله را برنامه ریزی می کنید، این مسائل را در نظر داشته باشید.

زمانیکه راجع به امنیت صحبت می کنیم چیزی بنام داشتن یک سیستم کاملا" ایمن وجود ندارد. همه چیز تا اندازه ای نا امن میباشند. حساسیت اطلاعاتی که پردازش می نمایید، میزان امنیتی که شما نیاز دارید را دیکته میکند.

اگر شما به سطوح بسیار بالای امنیتی نیاز دارید پس نمی توانید به میزان امنیت ساخته شده در درون فقط خود شبکه WiFi اکتفا نمایید.

از طرف دیگر، بیشتر شرکتهای با اندازه کوچک تا متوسط به سطوح خیلی بالای امنیتی نیاز ندارند. که در این حالت شما می توانید از اندازه های امنیتی استاندارد WiFi استفاده نمایید.

اگر هم اکنون دارای یک شبکه بی سیم میباشید ممکن است این مسئله را در نظر بگیرید که آیا شبکه تان ایمن است یا خیر؟ چهار مورد وجود دارند که شما می توانید انجام دهید که اطمینان حاصل نمایید که شبکه تان امن میباشد.

 

1. اطمینان حاصل نمایید که نقطه یا نقاط دسترسی SSID تان (شناسایی تنظیم کننده خدمات) را پخش نمی نماید (که بطور اساسی یک شناسایی کننده برای شبکه شما میباشد).
   
2. اطمینان حاصل نمایید که نقطه یا نقاط دسترسی تان ترافیک بی سیم را با بکارگیری WEP رمز سازی می نماید.
   
3. یک سیستم "شناسایی بدون اجازه وارد شدن افراد غیر مجاز به شبکه بی سیم تان" را خریداری نمایید. تعداد زیادی از این محصولات که آماده و قابل دسترس میباشند، طراحی شده اند که بشما کمک نمایند که امنیت شبکهء WiFi تان و همینطور اینکه چه افرادی از آن استفاده می نمایند را دیده بانی نمایید.
   
4. اگر نیاز به امنیت خیلی بالا دارید، می توانید یا اطمینان حاصل نمایید که افرادیکه با شبکه شما کار می نمایند بطور مناسب و کارآیی آموزش دیده و یا از یک مشاور بی سیم استفاده نمایید. شما نیاز خواهید داشت که نقاط دسترسی غیر استاندارد و اختصاصی از شرکتهایی مثل سیسکو (Cisco) خریداری نمایید (اگرچه حتی بعضی استانداردهای اختصاصی از شرکتهایی مثل (Cisco) مشکل خودشان را دارند). متاسفانه این بطور قابل ملاحظه ای هزینه شبکه بی سیم شما را افزایش خواهد داد.
   

[am in 25041]

اگر مطلبی را از این مقاله فرا گرفته اید، آن مطب باید این باشد که: فقط خود نقاط دسترسی تان را تعویض یا سوئیچ ننمایید، و آدرس پروتکل اینترنتتان (IP تان)را نیز پیکره بندی کرده و سپس فرض نمایید که همه چیز مطلوب است بلکه باید خصوصیات امنیتی بر روی نقاط دسترسی تان (Access Points) را تعویض یا سوئیچ نمایید. جون در غیر اینصورت ممکن است شبکه بی سیم شما کار کند ولی ایمن نیست.

WiFi بطور گمراه کننده ای جهت استفاده راحت میباشد، و این نکته را همیشه در ذهنتان داشته باشید که نگهبان شبکه تان را فقط به خاطر چند دقیقه صرف وقت جهت پیکره بندی نقاط دسترسی تان غیرفعال یا از بین نبرید.

[am in 25041]

برای محاسبه فاصله تحت پوشش امواج فرمولهای بسیار ساده ای وجود دارند که باعث میشن یک دید کلی نسبت به این موضوع داشته باشیم .اما از اونجایی که اینها فقط تئوری هستن و به صورت ایده ال محاسبه میشن همیشه باید تجربیات رو هم با اونها بیامیزیم تا بتونیم پیش بینی نسبتا درستی انجام بدیم.

برای محاسبه وجود سیگنال موثر در فاصله مورد نظر در ابتدا باید EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) رو محاسبه کنیم.

برای محاسبه EIRP نیاز به کمی اطلاعات در باره تجهیزات مورد استفاده داریم.

1- Transmitter output power

این عدد مربوط به قدرت خروجی دستگاه فرستنده است.واحد مورد استفاده برای اندازه گیری این کمیت dBm میباشد.

dBm به دسی بل میلی وات اشاره میکند. برای تبدیل توان خروجی از mW به dBm بر میگردیم به دوران شیرین مدرسه :

برای انجام این تبدیل باید توان خروجی (P) را به میلی وات محاسبه کرده و در فرمول زیر قرار دهیم تا عدد مورد نظر به dBm به دست آید:

dBm= 10*logP

به عنوان مثال خروجی یک سنائو 2611 - 200 میلی وات است.داریم :

10*log(200) : log(200) = 2.3 --> 200mW = 23dBm

2- Loss in a coaxial cable

اگر آنتن به وسیله یک کابل به فرستنده متصل شده باشد باید افتی را که توسط کابل ایجاد می شود بدانیم.این افت بستگی به نوع کابل مورد استفاده دارد.موارد زیر افت را در کابلهای مختلف به ازای هر متر در فر*کا*نس 2.45 گیگاهرتز نشان میدهد:

RG58 = 1dB

RG213 = 0.6 dB

RG174 = 0.9 dB

LMR400 = 0.22 dB

(علاوه بر افتی که کابل ایجاد میکند کانکتور ها هم در ایجاد افت سهیم هستند)

3- Antenna gain

اين عدد معمولا به صورت dBi داده میشود.dBi به isotropic decibels اشاره دارد.در این مورد Gain آنتن مورد نظر نسبت به یک آنتن ایده ال که انرژی را در همه جهات و با یک قدرت تابش میکند محاسبه میشود.در بعضی موارد Gain آنتن به صورت dBd داده می شود که برای تبدیل آن به dBi باید 2.14 به عدد داده شده اضافه شود.dBd در مقایسه آنتن با یک آنتن دو قطبی (dipole) به دست می آید.

'نکته1 : هر چه Gain یک آنتن بیشتر باشد تابش انرژی توسط آنتن متمرکزتر صورت میگیرد.

'نکته2 :Gain یک آنتن چه برای ارسال و چه برای دریافت امواج مساوی است.

حالا اعداد اولیه رو برای محاسبه EIRP داریم.به عنوان مثال یک دستگاه داریم که توان خروجی اون 200 میلی وات است.کابل رابط مورد استفاده برای اتصال آنتن به فرستنده دارای افت 1dB میباشد و یک آنتن داریم که Gain آن 15dBi بیان شده است.

EIRP = Transmitter output power - Loss in a coaxial cable + Antenna gain

EIRP = 23dBm(200mW) - 1 dB + 15 dBi = 37 dB

37 دسی بل توان تابشی موثر تجهیزاتی است که از آن برای تابش امواج استفاده کردیم.این میزان را همانطور که مشاهده فرمودید میتوان با استفاده از یک فرستنده 23 دسی بل ، یک کابل با افت 1 و یک آنتن با Gain 15dBi به دست آورد.به همین صورت میشود به این توان تابشی با یک فرستنده 27 دسی بل و یک آنتن با Gain 11dBi (البته اگر وجود داشته باشد) دست یافت.

خب حالا که EIRP رو محاسبه کردیم باید ببینیم که چه میزان از امواج تابشی در طرف تجهیزات گیرنده باقی موندن.این مقدار شدیدا به فاصله ارتباط داره.(البته اگه باز هم حالت ایده ال رو در نظر بگیریم و دید مستقیم در ارتفاع مناسب داشته باشیم)

برای محاسبه افتی که به خاطر فاصله (Free space loss) در 2.4 گیگاهرتز به وجود میاد از فرمول زیر استفاده میکنیم:

Free space loss = 104.2 + 20log D

که در این فرمول D همان فاصله به مایل میباشد.مثلا اگر فاصله مورد نظر 4 مایل باشد افت محاسبه شده 116.2 دسی بل میباشد.

با این حساب اگر توان تابشی موثر فرستنده 37 دسی بل و فاصله 4 مایل(6.4 کیلومتر) باشد قدرت سیگنال در فاصله 4 مایلی این طور محاسبه می شود :

37dB - 116.2dB = -79.2dB

این عدد قدرت سیگنالی است که به تجهیزات گیرنده میرسد.تجهیزات گیرنده نیز دارای مشخصاتی هستند.یکی از آنها Gain آنتن گیرنده می باشد.همانطور که قبلا نیز اشاره شد Gain یک آنتن در هنگام ارسال و یا دریافت تفاوتی نمیکند.مشخصه دیگر افتی است که کابل رابط آنتن سمت گیرنده ایجاد میکند و در آخر حساسیت دستگاه گیرنده که تعیین می کند لینک وایرلس عمل خواهد کرد یا خیر.

به مساله بر میگردیم.فرض میکنیم در سمت گیرنده نیز از همان نوع آنتن و کابل سمت فرستنده استفاده شده است.بنابر این Gain آنتن 15dBi و افت کابل 1 دسی بل می باشد.حساسیت دستگاه گیرنده نیز به نوع دستگاه بستگی دارد.مثلا senao 2611 برای ارتباط 11Mbps به حداقل 83- دی بی و برای ارتباط 1Mbps به حداقل 93- دی بی نیاز دارد.

قدرت سیگنال در فاصله مورد نظر 79.2- دی بی بود.Gain آنتن 15 ، افت کابل 1 و حساسیت گیرنده 83- دی بی است.داریم :

SOM = -79.2 + 15 - 1 + 83 = 17.8

عدد به دست آمده از محاسبات 17.8 میباشد که نشان دهنده این است که اگر سازندگان آنتن و کابل و تجهیزات وایرلس دروغ نگفته باشند و در راه اندازی این لینک 4 مایلی خداوند و ملائکه مثل همیشه ما را یاری نموده باشند این لینک بدون هیچ مشکلی باید با سرعت 11 مگابیت بر ثانیه کار کند.

این عملیات و محاسبات همگی بر پایه تئوری می باشند و همانطور که در ابتدا عرض کردم همیشه باید عوامل موثر محیطی را نیز در نظر گرفت که در موارد بسیاری فاصله تحت پوشش راتا 30% کاهش میدهند.