رفتن به مطلب

انتن های هوشمند


ارسال های توصیه شده

امروزه كوشش هاى پيگيرانه اى در جهت استفاده هرچه بيشتر از امواج به جاى سيم ها در دنياى كامپيوتر در حال انجام است كه برخى از آنها به نتيجه مطلوب رسيده ولى برخى هنوز در مراحل آزمايشى و تحقيقاتى قرار دارند. ارتباطات ماهواره اى از طريق آنتن هاى عادى دريافت و ارسال (send&receive) يكى از نمونه هاى برجسته و بسيار كارا در اين زمينه است كه استفاده موفقيت آميز از آن اكنون معمول گشته است. با اين حال تكنيك هاى پيشرفته ترى نيز در راه هستند كه از آن جمله است به كارگيرى آنتن هاى هوشمند در گستره ارتباطات مخابراتى و به خصوص انتقال داده ها. اما آنتن هوشمند چيست و چه كاربردى دارد و گذشته از آن، آيا به راستى «آنتن» مى تواند «هوشمند»باشد؟

 

براى اينكه نسبت به سيستم آنتن هوشمند يك ديد اوليه پيدا كنيد، چشمانتان را ببنديد و سعى كنيد در حالى كه يكى از دوستانتان در اطراف اتاق حركت مى كند با او صحبت كنيد. درمى يابيد كه مى توانيد محل وى را (يا چند نفر را) بدون ديدنشان در اتاق تشخيص دهيد. مهمترين علت آن عبارت است از آنكه: صداى شخصى را كه صحبت مى كند از طريق دو گوشتان، كه سنسورهاى صداى شما محسوب مى شوند، مى شنويد. صدا در دو زمان مختلف به گوش شما مى رسد. مغز شما كه يك پردازشگر سيگنال حرفه اى است، محاسبات زيادى را انجام مى دهد تا همبستگى اطلاعات را با هم پيدا كرده و محل شخص صحبت كننده را پيدا نمايد. مغز شما همچنين توان سيگنال صداى دريافتى از دو گوش را با هم جمع مى كند. بنابراين صدا را در جهت مربوطه بلندتر از صداهاى ديگر دريافت خواهيد كرد. سيستم هاى آنتن تطبيقى هم همين كار را انجام مى دهند، كه در آن به جاى گوش از آنتن استفاده شده است. ولى فرق اين دو در آن است كه آنتن ها، دستگاه هايى دوطرفه هستند و مى توانند سيگنالى را در همان جهت كه سيگنال اول دريافت كرده اند بفرستند. بنابراين با استفاده از «چند» آنتن مى توان سيگنال را «چند» بار قوى تر دريافت و ارسال كرد.

نكته بعدى اينكه اگر چند نفر با هم صحبت كنند، مغز شما مى تواند تداخل را حذف كرده و در يك زمان خاص روى يك مكالمه خاص تمركز كند. سيستم هاى ارائه تطبيقى پيشرفته هم مى توانند بين سيگنال مورد نظر و سيگنال هاى ناخواسته تفاوت قائل شوند.

اكنون به تعريف آنتن هوشمند نزديك مى شويم: يك سيستم آنتن هوشمند از چند المان با قابليت پردازش سيگنال استفاده مى كند تا تشعشع و يا دريافت را در پاسخ به محيطى كه سيگنال در آن وجود دارد بهينه نمايد.

• نقش آنتن در يك سيستم مخابراتى

آنتن در سيستم هاى مخابراتى بيشتر از تمام بخش هاى ديگر از معرض ديد دور مانده است. آنتن دريچه اى است كه انرژى فركانسى راديويى را از فرستنده به دنياى خارج و از دنياى خارج به گيرنده كوپل مى كند. روشى كه طى آن انرژى به فضاى اطراف توزيع و از آن دريافت مى شود اثرى بسيار جدى روى استفاده موثر از طيف، برقرارى شبكه هاى جديد و كيفيت سرويس ايجاد شده از اين شبكه ها دارد. به طور كلى دو نوع آنتن داريم: آنتن همه جهتى و آنتن يك جهتى.

• آنتن هاى همه جهتى

از روزهاى اولى كه ارتباط بدون سيم شروع شد، از آنتن همه جهتى استفاده مى شد كه اين آنتن در همه جهات سيگنال را به خوبى دريافت و منتشر مى كند. الگوى اين آنتن همه جهتى شبيه به قطرات آب است كه پس از برخورد يك جسم به آب، از سطح آب خارج مى شوند. در اين نوع آنتن به علت اين كه اطلاعاتى از محل قرار گرفتن كاربرها در دست نيست، سيگنال پراكنده مى شود و تنها درصد كوچكى از سيگنال به هر كاربر مى رسد.

با وجود اين محدوديت روش هاى همه جهتى سعى مى كنند اين مشكل را با زياد كردن توان تشعشعى سيگنال هاى ارسال شده رفع نمايند. در صورت وجود چند كاربر (يا چند منبع تداخل) مشكلات زيادى ايجاد مى شود زيرا سيگنال هايى كه به كاربر مورد نظر نرسند براى كاربران ديگر كه به عنوان مثال در سيستم سلولى در سلول مجاور قرار دارند، تداخل ايجاد مى كنند. روش هاى همه جهتى راندمان طيف را كم كرده و استفاده مجدد از فركانس را محدود مى كنند. اين محدوديت ها باعث مى شود كه طراحان شبكه دائماً مجبور به اصلاح شبكه با هزينه هاى گران باشند. در سال هاى اخير محدوديت هاى تكنولوژى در مورد كيفيت، ظرفيت و پوشش سيستم هاى بى سيم باعث ايجاد تغييرات در طراحى و قوانين آنتن در سيستم هاى بى سيم شده است.

• آنتن هاى يك جهتى

يك تك آنتن نيز مى تواند طورى ساخته شود كه در جهات مورد نظر دريافت و ارسال مشخصى داشته باشد. با رشد روزافزون سايت هاى فرستنده، امروزه بسيارى از سايت ها بخش هاى مشخصى را به عنوان سلول براى خود انتخاب مى كنند. يك ناحيه با شعاع ۳۶۰ درجه به ۳ زير ناحيه ۱۲۰ درجه تقسيم و هر يك توسط يك روش انتشارى پوشش داده مى شود.

آنتن هاى هر بخش در يك محدوده مشخص «گين» بيشترى را نسبت به يك آنتن همه جهتى ايجاد مى كنند. منظور از گين بهره خود آنتن است و اين به بهره هاى پردازشى كه در سيستم هاى آنتن هوشمند وجود دارد مربوط نمى شود. با اينكه آنتن هاى قرار داده شده در هر بخش استفاده از كانال را چند برابر مى كنند، ولى كماكان مشكل تداخل بين كانال ها را همانند آنتن هاى همه جهتى دارند.

• سيستم آنتن هوشمند

در حقيقت، آنتن ها هوشمند نيستند بلكه سيستم آنتن ها هوشمند هستند. عموماً هنگامى كه اين سيستم ها در كنار يك ايستگاه پايه قرار مى گيرند، آنتن هوشمند از يك ارائه آنتنى با قابليت پردازش سيگنال ديجيتال براى ارسال و دريافت سيگنال به صورت حساس و تطبيقى استفاده مى كند. به عبارت ديگر، چنين سيستمى مى تواند به صورت اتوماتيك جهت الگو تشعشعى را در پاسخ به محيط سيگنال تغيير دهد. اين مسئله به طرز شگفت انگيزى مشخصه سيستم بى سيم را بهبود مى بخشد.

• علت هوشمندى اين نوع آنتن ها

در مكان هايى كه تعداد كاربر، تداخل و پيچيدگى انتشار زياد مى شود، به سيستم هاى آنتن هوشمند نياز خواهد بود. هوشمندى سيستم ها به امكانات آنها براى پردازش سيگنال ديجيتال برمى گردد. مانند اكثر پيشرفت هاى مدرنى كه در صنايع الكترونيك امروزى صورت گرفته است، فرمت ديجيتال از جهت دقت و انعطاف پذيرى كاركرد چند مزيت دارد. سيستم هاى آنتن هوشمند سيگنال هاى آنالوگ (نظير صوت) را گرفته و به سيگنال هاى ديجيتال تبديل و براى ارسال مدوله مى كنند و در سمت ديگر دوباره آن را به سيگنال آنالوگ تبديل مى نمايند. در سيستم هاى آنتن هوشمند اين قابليت پردازش سيگنال با تكنيك هاى پيشرفته (الگوريتم ها) تركيب شده و براى اداره وضعيت هاى پيچيده استفاده مى شوند.

• اهداف و مزاياى يك سيستم آنتن هوشمند

دو هدف سيستم آنتن هوشمند، افزايش كيفيت سيگنال سيستم هاى راديويى و افزايش ظرفيت از طريق افزايش استفاده مجدد از فركانس صورت مى گيرد. گين سيگنال، ورودى چند آنتن با هم تركيب مى شود تا توان موجود براى برقرارى سطح پوشش مورد نظر بهينه شود.

متمركز كردن انرژى فرستاده شده به سمت سلول، محدوده سرويس دهى و پوشش ايستگاه پايه را افزايش مى دهد. مصرف توان كمتر عمر باترى را بيشتر كرده و تلفن همراه را كوچك تر و سبك تر مى كنند. مقاومت در برابر تداخل و نسبت سيگنال به تداخل را افزايش مى دهند. هزينه كمتر براى تقويت كننده، مصرف توان و قابليت اطمينان بيشترى را ايجاد خواهد كرد.

• كاربرد تكنولوژى آنتن هوشمند

تكنولوژى آنتن هوشمند مى تواند به نحو موثرى عملكرد سيستم بى سيم را بهبود بخشد و از نظر اقتصادى نيز بسيار به صرفه است. اين تكنولوژى كاربران كامپيوترها، سيستم هاى سلولى و شبكه هاى حلقه محلى بى سيم را قادر مى سازد كه كيفيت سيگنال، ظرفيت سيستم و پوشش را بسيار بالا ببرند. كاربران معمولاً در زمان هاى مختلف، به درصدهاى مختلفى از كيفيت، ظرفيت و پوشش نياز دارند. در اصل سيستم هايى كه از نظر ساختار به راحتى قابل تغيير باشند، در دراز مدت بهترين و به صرفه ترين راه حل ها محسوب مى شوند.

سيستم هاى آنتن هوشمند با اندكى تغيير، در تمام استانداردها و پروتكل هاى بى سيم قابل اعمال هستند.

قابليت انعطاف آنتن هوشمند تطبيقى اجازه خلق محصولات و خدمات بسيار سطح بالايى را مى دهد. آنتن هاى تطبيقى هوشمند به هيچ نوع مدولاسيون يا پروتكل برقرارى ارتباط هوايى محدود نيستند. اين سيستم ها با تمام روش هاى مدولاسيون فعلى سازگار هستند. احتمالاً طيف بسيار وسيعى از سيستم هاى ارتباطى بدون سيم از مزاياى پردازش مكانى برخوردار مى شوند، مثلاً سيستم هاى سلولى با قابليت تحرك بالا، سيستم هاى سلولى با قابليت تحرك كم، كاربردهاى حلقه محلى بدون سيم، مخابرات ماهوراه اى و Lan هاى بدون سيم و به ويژه اينترنت بى سيم براى كامپيوترهاى قابل حمل. باور بسيارى براين است كه پردازش مكانى، جاى تمام روش هاى موجود براى سيستم هاى بى سيم را خواهد گرفت.

شبکه محلی بی سیم

یک شبکه محلی بی سیم (Wireless Local Area Network – WLAN) میباشد که به کامپیوترها و ایستگاههای کاری (Workstations) اجازه میدهد که با یکدیگر از طریق بکارگیری پخش رادیویی بعنوان وسیلهء انتقال، ارتباط برقرار نمایند. LAN بی سیم میتواند به یک LAN با سیم موجود بعنوان یک گستره متصل گردد، یا میتواند بعنوان پایهء یک شبکهء جدید شکل گیرد. در حالیکه با محیطهای هم در داخل ساختمان و هم در بیرون ساختمان قابل انطباق میباشد، LAN های بی سیم خصوصا" برای مکانهای داخل ساختمان نظیر ساختمانهای دفتری، مکانهای تولید و ساخت، بیمارستانها و دانشگاهها مناسب میباشند.

شکل زیر، باند فرکانس و اندازهء کانال رادیویی را که در سیستم 802.11b بکار برده شده نشان میدهد. این مثال نشان میدهد که کانال رادیویی پایه در سیستم 802.11b به پهنای 25 مگاهرتز بوده و اینکه فرکانس مرکز کانال رادیویی میتواند به نقاط متفاوت (کانالها) در باند فرکانس بدون مجوز صنعتی، علمی و پزشکی (ISM) 83 مگاهرتز اختصاص یابد. این مثال نشان میدهد که تا 3 کانال رادیویی 802.11b بدون تداخل (بدون اینکه روی هم قرار گیرند) و در یک باند فرکانس ISM مشابه عمل نمایند میتوانند وجود داشته باشند.

 

سیستمهای ماهواره ای

سیستمهای ماهواره ای یک راه منحصر بفرد را جهت متصل نمودن شبکه های ارتباطاتی با بکارگیری وسایل نقلیه فضایی در مدار بالای زمین فراهم مینمایند. ماهواره بسادگی بعنوان یک وسیله نقل و انتقال برای ارتباطات، بسیار شبیه کابلها، فیبرهای نوری یا سیستمهای ریز موج (مایکروویو) که مسیر بین 2 ارتباط برقرار کننده (Communicators) میباشند، عمل می نمایند. شبیه به کابلهایی که ارتباطات راه دور را فراهم می آورند، یک ماهواره شبیه یک تکرار کننده (Repeater) عمل نموده که اطمینان دهد که سیگنال، ارتباطات صوتی یا تصویری که انتقال میدهد هرچه که امکان داشته باشد، نزدیکتر به منبع سیگنال باقی مانده است. تکرارکننده ها در ماهواره ها سیگنال ضعیفی را که دریافت میکنند گرفته و آنرا قبل از اینکه به دریافت کننده عبور دهند، ترمیم می نمایند.

ماهواره ها به دلایلی برای ارتباطات منحصربفرد میباشند. هزینه های راه اندازی برای ارتباطات ماهواره ای بسیار بالا میباشند، هرچند مزایایش بی نهایت خوب میباشد. برای مثال، اگر یک ماهواره در مدار بالای زمین قرار گیرد، قادر خواهد بود که یک اتصال ارتباطاتی را بین هر 2 نقطه در محدودهء دیدش بسادگی از طریق داشتن یک فرستنده/گیرنده در هرکدام از 2 نقطه (بشکل بشقاب ]دیش[ ماهواره ای )، فراهم نماید. منطقهء دید نمونه یک ماهواره در مدار بالای زمین 3/1 (یک سوم) سیاره میباشد. همینطور اتصالات چندگانه ای میتوانند بنا نهاده شوند. بستگی به قابلیت ماهواره، هزاران زوج اتصال در یک زمان بین 2 نقطه میتوانند ایجاد گردند. مزایای این، نسبت به اتصالات کابلی نقطه به نقطه (Point to Point) ایجاد شده، یک فایده قابل توجه یک ماهواره میباشد.

بر اساس تعداد فرستنده / گیرنده های ارتباطات ماهواره ای (Transponders)، یک ماهواره در فضا توسط طراحی اش محدود میشود از این نظر که چند سیگنال را میتوانند گرفته یا ارسال نمایند.

هر چند، یکی از بزرگترین مزایای ارتباطاتی یک ماهواره اینست که تعداد دستگاههای ارتباطاتی در روی زمین که میتوانند سیگنال را دریافت نموده و از آن استفاده نمایند، محدود نیست. این مسئله ماهواره ها را یک سیستم ایده آل برای استفاده های پخش رادیویی می نمایند. حتی یک ماهواره کوچک با فقط چند فرستنده / گیرنده ارتباطات ماهواره ای میتواند یک سرویس قابل توجه ای را فراهم نماید. سیستمهای رادیویی ماهواره ای ساده میباشند. یک سیگنال به یک ماهواره انتقال یافته و ماهواره که بعنوان یک تکرارکننده (Repeater) ساده عمل می نماید سیگنال را مجددا" انتقال میدهد. اگر شنونده ها بر روی زمین دارای یک گیرنده باشند، هیچ محدودیتی در تعداد مشتریانی که می توانند سیگنال را دریافت نمایند، وجود ندارد. برای بیش از 30 سال است که ماهواره ها ارتباطات صوتی و دیتا را در سرتاسر جهان فراهم می آورند، هر چند، هزینهء تجهیزات و خدمات بسیار بالا بوده است.

در سال 1997، هزینهء بالای تجهیزات و خدمات ماهواره ای بطور فاحشی شروع به کاهش نمود. ماهواره های جدید با ظرفیت بالا و فن آوری دیجیتالی به خدمات با هزینهء پایین تر و خدمات پیام رسانی پیشرفته اجازه دادند. ماهواره های اولیه برای انتقال آنالوگ استفاده میشدند. بعد از ساخت و توسعهء ماهواره های دیجیتالی، که ظرفیت بالاتری را ارائه میدادند، چند ماهواره دیگر در مدار قرار داده شدند. که به دنبال آن ماهواره های مدار پایین نسل بعدی ایجاد و در مدارها قرار داده شدند. این طراحی و توسعه های جدید هزینهء تجهیزات ماهواره ای را بسرعت تا 75% کاهش داد.

شکل زیر، انواع گوناگون سیستمهای ارتباطاتی ماهواره ای را نشان میدهد. سیستم ماهواره ای مدار ثابت جغرافیایی (GEO) بطور اولیه و اصلی برای خدمات پخش تلویزیونی بکار برده میشوند، از آنجائیکه ماهواره ها یشان بطور ثابتی در بالای زمین قرار گرفته اند. سیستمهای مدار میان زمینی (MEO) و سیستمهای مدار پایین زمینی (LEO) برای ارتباطات موبایل استفاده میشوند، بخاطر اینکه بسیار نزدیکتر به زمین قرار گرفته اند. هر چند این ماهواره ها بطور پیوسته ای نسبت به سطح زمین در حال حرکت هستند.

 

 

ارتباطات بی سیم نسل چهارم (4G)

" نسل چهارم" که به صورتهای (4G) و یا (4-G) نیز شناخته شده می باشد، جانشین تکنولوژی یا فن آوری دسترسی بصورت بی سیم نسل سوم (3G) است. از این واژه بصورت واحد و به تنهایی استفاده نمی شود ، اما غالبا" چندین ایدهء گوناگون ولی وجوه مشترک را توصیف می نماید. نام رسمی که برای نسل چهارم توسط IEEE (موسسه مهندسین برق و الکترونیک آمریکا) انتخاب شده است (4G) می باشد .

" نسل سوم و بعد از آن – 3G & Beyond " می باشد.

جهت فراهم آوردن کیفیت سرویس و خدمات و نیز نیازهای نرخ ارسال و دریافت دیتا که توسط کاربردهای در حال ورود به بازار تنظیم شده: نظیر پیام رسانی بصورت چند رسانه ای (همراه با صوت و تصویر)، تلویزیونهای متحرک (Mobile TV) یا قابل رویت بر روی تلفنهای همراه، محتویات تلویزیونهای با تعریف بالا (High Definition TV – HDTV) یا دیجیتالی، پخش تصاویر ویدیویی بصورت دیجیتالی (Digital Video Broadcasting – DVB) و در نهایت فراهم نمودن حداقل خدمات نظیر: بکارگیری و ارسال و دریافت صوت و دیتا در هر زمان و در هر مکان، گروههای کاری بر روی نسل چهارم (4G Working Group) موارد زیر را بعنوان اهداف استانداردهای ارتباطات بصورت بی سیم برای نسل چهارم (4G) تعریف کرده اند:

· فراهم آوردن سیستم کارآ و مناسب از نظر طیفی (8 بیت / در ثانیه / در هر هرتز).

· فراهم آوردن ظرفیت بالای شبکه ( حداقل 10 برابر بیشتر از نسل سوم).

· فراهم آوردن نرخ های اسمی ارسال و دریافت دیتا با سرعتهای بالا (100 مگا بیت / در هر ثانیه در موقعیت ساکن (بی حرکت) و 20 مگا بیت در هر ثانیه در سرعت 100مایل / در ساعت).

· جلوگیری از بوجود آمدن تداخل در میان شبکه های نامتجانس ( نا همگن).

· فراهم آوردن اتصال بصورت یکپارچه و نیز رومینگ جهانی در میان شبکه های چند گانه.

· فراهم آوردن کیفیت بالای سرویس و خدمات جهت پشتیبانی چند رسانه ای نسل بعدی ( این خدمات شامل ارسال و دریافت صوت بصورت بلادرنگ (Real-Time)، ارسال و دریافت دیتای با سرعت بالا، ارسال و دریافت محتویات ویدیویی یا تصویری تلویزیون با تعریف بالا (HDTV) بصورت دیجیتالی، فراهم نمودن تصاویر تلویزیونی بر روی صفحه نمایش موبایل و غیره).

· دارا بودن تعامل متقابل با استانداردهای بی سیم موجود.

· تماما" از سیستم پروتکل اینترنت (IP) و شبکهء بسته ای سوئیچ شده (Packet Switched) استفاده می نماید.

بطور خلاصه سیستم نسل چهارم (4G) باید بطور پویا و دینامیک منابع شبکه را بصورت اشتراکی استفاده نموده و از آنها بهره ببرد تا بتواند حداقل احتیاجات تمام کاربرانی را که قادر به استفاده از این نسل می باشند را برآورده سازد.

 

تکامل تدریجی استانداردهای بی سیم

 

نسل اول: بیشتر دستگاهها یی که از این نسل میباشند، در ابتدا از آنها برای کارهای" نظامی/ دفاعی" استفاده می کردند که سپس به سمت کارها و خدمات غیر نظامی هم سوق داده شد . تقریبا" تمام آنها سیستمهای آنالوگ بودند که ارسال و دریافت صوت بعنوان ترافیک اصلی این شبکه در نظر گرفته میشد.

برخی استانداردهای این نسل شامل:

v تلفن های موبایل وابسته به شمال اروپا (Nordic Mobile Telephone – NMT)،

v سیستم تلفن موبایل پیشرفته (Advanced Mobile Phone System – AMPS)،

v ظرفیت بالا (Hicap)،

v دیتای بسته ای دیجیتالی سلولی(Cellular Digital Packet Data) ،

v سیستم انتقال متن متحرک (Mobitex)،

v و Datatac

میباشند.

 

نسل دوم: تمام استانداردهایی که به این نسل تعلق دارند با مرکزیت تجاری بوده و به فرم دیجیتالی می باشند. 2 گروه اصلی از این نسل یکی از اروپا و دیگری از آمریکا رشد نموده و به بازار ارائه شدند. حدود 60% از بازار فعلی توسط استانداردهای اروپایی این نسل (نسل دوم – 2G) تسخیر شده اند.

استانداردهای نسل دوم شامل:

v سیستم جهانی برای ارتباطات موبایل یا متحرک ( تکنولوژی تلفنهای سلولی) –

(Global System for Mobile Communications – GSM)

،

v شبکهء بهینه شدهء دیجیتالی بصورت مجتمع شده

(integrated Digital Enhanced Network – iDEN)،

v سیستم تلفن پیشرفته موبایل

(Digital Advanced Mobile Phone System : D-AMPS)،

v IS-95،

v دیتای سوئیچ شده توسط مدار

(Circuit Switched Data – CSD) ( مانند: اسپیرینت – Sprint)،

v سیستم جمع و جور تلفن شخصی

(Personal Handyphone System – PHS)،

v خدمات کلی بسته ای بصورت رادیویی یا بی سیم

(General Packet Radio Service – GPRS) ، برای تکنولوژی GSM،

v شبکهء گسترده بهینه شدهء دیجیتالی بصورت مجتمع شده

(Wide integrated Digital Enhanced Network WiDEN)، ( مانند: نکس تل – Nextel)،

v دسترسی چند گانه از طریق تقسیم کد 2000 (Code Division Multiple Access – CDMA 2000) -

، ( مانند: 1xRTT/IS-2000)،

v نرخهای پیشرفته یا بهینه شده دیتا برای تکامل تدریجی جهانی

(Enhanced Data Rate for Global Evolution – EDGE)،

v خدمات کلی بسته ای بهینه شده بصورت بی سیم یا رادیویی

(Enhanced General Packet Radio Service – EGPRS)،

می باشند.

 

نسل سوم: جهت فراهم نمودن ارسال و دریافت تقاضاهای در حال رشد ار نظر تعداد مشترکین ( افزایش در ظرفیت شبکه)، نرخهایی که برای ارسال و دریافت دیتا با سرعت بالا و برنامه های کاربردی چند رسانه ای (Multimedia Applications) نیاز میباشند، است که باعث تکامل استانداردهای نسل سوم (3G) گردیده. سیستمها ی دارای این استاندارد اساسا" سیستمهای نسل دوم می باشند که بهینه سازی خطی بر روی آنها (2G) انجام شده.

در حال حاضر، گذر از سیستمهای نسل دوم به نسل سوم در حال رخ دادن میباشند. برخی از استانداردهای نسل سوم شامل:

v دسترسی چندگانه از طریق تقسیم کد بر روی باند پهن

(Wideband Code Division Multiple Access : W-CDMA)،

v سیستم ارتباطات راه دور موبایل (متحرک) جهانی

(Universal Mobile Telecommunications System – UMTS)، ] سیستم جهانی برای ارتباطات متحرک یا موبایل 3 (3GSM) [،

v آزادی دسترسی به حالت چند رسانه ای موبایل یا متحرک

(Freedom Of Mobile Multimedia Access – FOMA) (مانند: NTT DoCoMo)،

v 1xEV-DO/IS-865،

v دسترسی چند گانه از طریق تقسیم همزمان کد و زمان

(Time Division Synchronous Division Multiple Access : TD-SCDMA)،

v شبکه جهانی / دسترسی بدون مجوز موبایل

(Unlicensed Mobile Access – UMA / Global Area Network – GAN)،

v نسل 5/3 – دسترسی از طریق دریافت بسته از ماهواره مخابراتی با سرعت بالا (3.5G – HSDPA) (High Speed Downlink Packet Access)،

v نسل 75/3 – دسترسی از طریق ارسال بسته به ماهواره مخابراتی با سرعت بالا (3.75G – HSUPA) – (High Speed Uplink Packet Access) ،

می باشند.

 

نسل چهارم (4G): بنا به اظهارات گروههای کاری نسل چهارم، زیرسازی و پایانه های تقریبا" تمام استانداردها از نسل دوم (2G) به نسل سوم (3G) در نظر گرفته شده و آنها را اجراء خواهند نمود. این سیستم (4G) همچنین بعنوان یک سکوی باز در جائیکه نوآوری های جدید میتوانند همراه به آنها اضافه و ارائه شوند، عمل می نماید. برخی از استانداردها یی که برای سیستمهای نسل چهارم راهگشا می باشند، عبارتند از:

v تعامل متقابل برای ریز امواج

(Microwaves) – (گروهی که استاندارد " باند پهن بصورت بی سیم IEEE802.16 " را ارتقاء دادند

(Worldwide Interoperability for Microwave Access – WiMax) ،

v باند پهن بی سیم

(Wireless Broadband – WiBro) – پروژهء شراکتی نسل سوم (3GPP) با سیر تکاملی بلند مدت (Long Term Evolution – LTE)،

سیر تکاملی استاندارد بی سیم با در نظر گیری نرخ دریافت و ارسال دیتا در ترکیب زیر نشان داده شده است.

 

اجزاء مهم نسل چهارم (4G)

 

سیستمهای دارای چندین آنتن

جهت برآورده نمودن نیازهای در حال رشد ارسال و دریافت دیتای نسل چهارم (4G)، قرار دادن چندین آنتن در فرستنده و در گیرنده آن وسیلهء نسل چهارم می باشد که این عمل باعث افزایش نرخ یا میزان دریافت و ارسال دیتا یا اطلاعات در آن وسیله خواهد شد.

 

دارای رادیوی تعریف شده بطریقه نرم افزاری (Software Defined Radio – SDR)

SDR یک گونهء معماری بی سیم باز (Open Wireless Architecture – OWA) می باشد. از آنجائیکه نسل چهارم (4G) مجموعه ای از استانداردهای بی سیم را بکار می گیرد، شکل و فرم نهایی وسیله نسل چهارم (4G) تمام استانداردها را بصورت ترکیبی استفاده می نماید که این مسئله با بکارگیری SDR تحقق یافته است.

 

دارای آنتن های هوشمند و قابلیت شکل دهی پرتوها (Beam Forming)

 

دارای قابلیت تلفیق یا تغییر و نیز کد نمودن بصورت توافقی (Adaptive Modulation and Coding)

این قابلیت، تکنیکهای تلفیق و کد نمودن را با در نظر گیری منابع شبکه، احتیاجات کاربر و موقعیتهای فیزیکی کانال، تغییر خواهد داد. ضمنا" تکنیکهای پیوند زنی لایه ها (Cross Layer)، برای نسل چهارم پیشنهاد شده اند.

 

الگوهای دسترسی (Access Schemes)

فرکانس اندک منبع و نیز زیر بنای شبکه، توسط الگوهای دسترسی کانالی مورد استفاده قرار می گیرند. استانداردهای بی سیم موجود در حال حاضر از روش های:

Ø دسترسی چندگانه از طریق تقسیم زمان

(Time Division Multiple Access – TDMA)،

Ø دسترسی چندگانه از طریق تقسیم فرکانس

(Frequency Division Multiple Access – FDMA)،

Ø دسترسی چندگانه از طریق تقسیم کردن کد

(Code Division Multiple Access – CDMA)،

Ø و ترکیبی از روشهای بالا را استفاده می نمایند.

 

اخیرا" روشهای دسترسی دیگری نظیر:

Ø دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانسهای متعامد

(Orthogonal Frequency Division Multiple Access – OFDMA)،

Ø دسترسی چندگانه با تقسیم کد چندین کریر یا اپراتور

(Multi Carrier - Code Division Multiple Access : MC-CDMA)،

اهمیت بیشتری را در استانداردهای 802.16e و 802.20 حاصل نموده اند.

 

IPv6 (یا پروتکل اینترنت نسخهء 6)

عموما" اعتقاد بر این است ، که شبکه های بی سیم نسل چهارم (4G) تعداد بیشتری از وسایل بی سیم را که قابل آدرس دهی و نیز قابل مسیر دهی می باشند ، پشتیبانی خواهند نمود . بنابراین در زمینهء نسل چهارم (4G)، IPv6 یک فن آوری مهم در لایه شبکه (Network Layer) بوده و استانداردی است که میتواند تعداد زیادی از دستگاهها را که قادر به عمل نمودن بصورت بی سیم می باشند را پشتیبانی نماید. علاوه بر قابلیت افزایش تعداد آدرسهای پروتکل اینترنت (Internet Protocol - IP)، IPv6 احتیاج را برای ترجمه آدرس دهی شبکه (Network Address Translation – NAT) که یک تکنیک بوده، در نسل سوم (3G) و دیگر شبکه ها جهت ساختن آدرسهای خصوصی پروتکل اینترنت که در کاربردهای اینترنتی استفاده میشوند را نیز از بین می برد.

در زمینهء نسل چهارم (4G)، IPv6 همچنین تعدادی کاربرد را برای چند اجرایی (Multi-Cast)، داشتن امنیت و توانایی های استفاده بهینه از مسیر (Route) را قادر میسازد. با فضای آدرس دهی موجود و مقادیری از بیت های آدرس دهی در IPv6، چندین الگوی کد دهی جدید و نوآوری شده را میتوان برای دستگاههای نسل چهارم (4G) و کاربردهای آن جهت یاری رسانی به شبکه ها و خدمات نسل چهارم (4G) ایجاد و توسعه داد.

 

شبکه های توری (Mesh Networks)

 

معماری های امکان پذیر شبکه

 

شبکهء ناهمگون (Heterogeneous)

 

شبکهء مشارکتی (Co-Operative Network)

1- تکنولوژی نسل چهارم (4G) بصورت پایدار و محکم ایستاده است، که استاندارد وسایل بی سیم در آینده باشد.

شرکت ژاپنی NTT DoCoMo و سامسونگ (Samsung) در حال تست نمودن ارسال و دریافت دیتا با استفاده از استانداردهای نسل چهارم (4G) با نرخ ارسال و دریافت 100 مگابیت در ثانیه و نیز بصورت غیر ایستا یا ثابت و همینطور 1 گیگا بیت در هر ثانیه در حال ایستا یا ثابت می باشند.

شرکت ژاپنی NTT DoCoMo برنامه ریزی نموده که اولین شبکهء تجاری نسل چهارم (4G) را در سال 2010 به بازار عرضه و سامسونگ نیز برنامه ریزی نموده که این سرویس و خدمات برای نسل چهارم (4G) را تا سال 2010 در جزیره ججو (Jeju Island) در کره جنوبی بصورت تجاری در آورده و به بازار ارائه دهد. علارغم این واقعیت که دستگاههای بی سیم موجود به ندرت از تمام امکانات نسل سوم (3G) استفاده می نمایند، ولی یک گرایش پایه ای و اساسی وجود دارد که اگر یک خط لوله را فراهم نمایید پس از آن خدمات مربوط به آن نیز به دنبالش خواهند آمد.

2- شبکه های فراگیر (Pervasive Networks): در حال حاضر یک مفهوم کاملا" فرضی و غیر شفاف موجود دارد که کاربر می تواند بطور همزمان به چندین فن آوریهای دسترسی بصورت بی سیم دسترسی داشته و از آنها استفاده نماید ، و همچنین او (کاربر) قادر خواهد بود که بین آنها بطور یکپارچه (بدون انقطاع) حرکت نماید (برای شرح بیشتر در مورد این مطلب، مطالب ارائه شده بصورت برگه، با کد IEEE802.21 را مطالعه نمایند). این فن آوریها یا تکنولوژیهای دسترسی میتوانید شامل:

· Wi-Fi (Wireless Fidelity) IEEE 802.11b – شبکه نمودن بصورت بی سیم،

سیستم جهانی ارتباطات راه دور تلفن همراه (Universal Mobile Telecommunication System – UMTS) ،

· نرخهای پیشرفتهء دیتا برای توسعه جهانی (Enhanced Data Rates for Global Evolution – EDGE) ،

· یا هر فن آوری آینده دسترسی

باشند.

مورد دیگری که در این مفهوم شامل شده: رادیو یا بی سیم هوشمند (Smart Radio) نیز می باشد (که به عنوان فن آوری رادیو یا بی سیم شناختی یا ادراکی [Cognitive] نیز شناخته شده است.)، که بصورت کارآ و موثری بکارگیری طیف (منظور طیف رادیویی)، قدرت انتقال (منظور انتقال دیتا) و همینطور بکارگیری پروتکل های مسیر دهی توری (Mesh Routing) را جهت ایجاد یک شبکه فراگیر مدیریت نماید.

 

بطور کلی، در نتیجهء تغییرات انجام گرفته، در طی چارچوب زمانی 10 تا 15 ساله، یک نسل جدید تعریف گردیده است. از اینرو نسل چهارم (4G) به هر موردی که در فاصله زمانی 2010 تا 2015 گسترش یابد، اشاره میکند. البته با این فرض که محدودهء زمانی گسترش نسل سوم (3G) بین سالهای 2000 تا 2009 خواهد بود.

از اینرو شرکتهای فراهم کنندهء ارتباطات راه دور در حال برنامه ریزی میباشند که نسل چهارم (4G) را زودتر آماده و به بازار ارائه دهند (احتمالا" تا سال 2008).

 

بطور نمونه، یک استاندارد جدید به معنای یک میانجی یا (رابط – هوایی) جدید با نرخهای بالاتر ارسال و دریافت دیتا که البته مختصرترین تعریف آن می باشد، است، که برخی تغییرات را در روش دریافت و ارسال دیتا بصورت " انتها به انتها – End to End ": شبکه هایی می باشند که در آنها ابتداء بسته های حاوی دیتا تحویل داده میشوند و سپس سیستم دریافت کننده آگاه میگردد، در اختیار می گذارد.

 

بطور ایده آل، نسل چهارم (4G) برای استفاده کنندگان یا کاربرانش، هم صوت و هم تصویر را با کیفیت بالا در زمان تقاضای کاربر، فراهم مینماید. برنامه کاربردی نسل چهارم (4G) که رقبایش را کنار زده و خود جانشین آنها گردد یا بعبارتی " Killer Application "، هنوز مشخص نشده. در ضمن سرعت ارسال و دریافت تصاویر ویدیویی یکی از بزرگترین تفاوتهای بین نسل چهارم (4G) و نسل سوم (3G) می باشد. نسل چهارم ممکن است از تسهیم سازی تقسیم فرکانس متعامد (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – OFDM) و همچنین دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – OFDMA) جهت بهینه سازی تخصیص منابع شبکه از چندین کاربر استفاده نماید . دستگاهها و وسایل نسل چهارم میتوانند از گیرنده هایی بصورت رادیویی یا بی سیم تعریف شده توسط نرم افزار ( Software Defined Radio) کهبرای استفاده بهتر از پهنای باند موجود و همینطور به استفاده همزمان چندین کانال اجازه می دهند، استفاده نمایید.

علارغم شبکه های نسل سوم (3G)، که شبکه های بسته ای سوئیچ شده و همچنین مدار سوئیچ شده شلوغ و در هم آمیخته می باشند، نسل چهارم (4G) فقط بر پایهء بسته سوئیچ شده (Packet Switched) است. این مسئله به انتقال دیتا با تاخیر کم اجازه می دهد و آن را امکان پذیر میسازد.

 

برطبق مطالعات و بررسی های انجام گرفته توسط شرکت Visant Strategies (که در روزنامهء Wireless Week در اول فوریه 2006 درج شده بود) چندین رقیب در این زمینه وجود خواهند داشت و این شرکت (Visant Strategies) طرح ریزی های زیر را در رابطه با این مسئله به شرح زیر ارائه داده:

§ بکارگیری WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) یا " روش تعامل متقابل برای دسترسی به ریز امواج یا مایکرو ویوها که 2/7 میلیون واحد را تا سال 2010، به خود اختصاص خواهد داد."

§ بکارگیری Flash-OFDM (Flash- Orthogonal Frequency Division Multiplexing) یا " روش تسهیم سازی با تقسیم فرکانس متعامد با استفاده از تکنولوژی مسیردهی رادیویی (Radio Router Technology) " – که 13 میلیون مشترک در سال 2010 را به خود اختصاص خواهد داد.

§ بکارگیری UMTS-FDD (Universal Mobile Telecommunications System – Frequency Division Duplex) یا " روش سیستم ارتباطات راه دور جهانی موبایل (متحرک) – با تقسیم فرکانس مضاعف " – که به میزان 2میلیارد دلار در سال 2010 ارزش گذاری شده .

5-7 آنتن ها

برخلاف سيستمهاي الكترواپتيكال كه براي ارسال ودريافت موج مدوله از انواع ديودها ويا لامپهاي نوري استفاده مي كنند سيستمهاي مايكروويو به اين منظور از آنتن استفاده مي كنند علت اين است كه درسيستمهاي راديويي ويا مايكروويو موج ارسالي و دريافتي ماهيتي راديويي دارد آنتن ها گونه ها و انواع مختلفي دارد ولي همگي براي ارسال امواج الكترومغناطيس در محدوده راديويي و مايكروويو به كار مي روند در اين بخش تنها به آنتن هاي اشاره مي شود كه در طوليابهاي مايكروويو استفاده مي شود .

نخستين تجارب انسان در زمينه ارسال امواج راديوي به دوره دانشمند آلماني يعني هرتز باز مي گردد در ابتدا ازيك سيم ساده متصل به دوپايه عايق بصورت مستقيم و يا مدور (لوب) استفاده مي شد به تجربه معلوم شد كه اين نوع آنتن براي تشعشع موجي مناسب است كه طول موجش دو برابر موثر سيم است به اين آنتنها اصطلاحا آنتن نصف طول موج ويا آنتن هرتز مي گويند چراكه براي تشعشع طول موجي خاص بايد آنتن داراي طولي معادل نصف طول موج داشته باشد .

آنتن داراي خواص يك خازن و خود القا است ولذا داراي يك فركانس تشديد وابسته به مقاومت ظرفيتي (ركتانس كاپاسيتانس) ومقاومت القايي (ركتانس اندر كتانس) است امواج الكترو مغناطيس ارسالي و دريافتي هرچه نزديك به اين فركانس باشد بهره دهي آنتن بهتر ودر نتيجه نسبت سيگنا به نويز آنتن عدد بزرگتري خواهد بود .

نوع خاصي از آنتن هاي نيم موج استفاده از دو بخش ربع طول موج است كه در كل همان نيم طول موج را مي سازد اين نوع آنتن را دي پل مي گويند و شايع ترين نوع آنتن هاي بكار رفته در طوليابهاي مايكروويو است در اغلب موارد گرچه سيستم نيم موج دي پل در اكثر فواصل قابليتي مناسب دارد ولي براي فراهم آوردن بهتري شرايط از رفلكتور سهمي شكل نيز استفاده مي شود رفلكتورهاي سهمي شكل يا پارابوليكي بهره بيشتري نسبت به دي پل هاي ساده دارند همانطور كه درشكل نشان داده شده است هنگام ارسال موج دي پل امواج الكترومغناطيس را بسور رفلكتور گسيل مي كند بشرط آنكه دي پل در محل كانون سهمي قرار داشته باشد اين امواج پس از انعكاس هم فازي خود رااز دست نمي دهند نكته حائذ اهميت اين كه مسير موجهاي ارسال و دريافت بگونه اي تنظيم شده اند كه با يكديگر زاويه 90درجه بسازند تا مسئله تداخل امواج در كمترين مقدار تثبيت شود شكل 5-8 يك آنتن دي پل را نشان مي دهد .

ماركوني براي نخستين بار ايده آنتن ربع طول موج را مطرح كرد او با اتصال يك سر سيم به زمين و تحريك آن در نقطه اتصال زمين به كمك يك سيم پيچ فركانس مورد نظر را انتشار داد زمانيكه آنتن بريك سطح عايق قرار گيرد جبهه موج مانند يك دي پل با طول نصف موج در فضا عمل مي كند نيمه ديگر آنتن ربع موج را مي توان بعنوان انعكاس نظري (مجازي ) بخش بالاي در نظر گرفت كه واقعا وجود خارجي ندارد لذا در انتن هاي ربع موج كه بيشتر در سيستمهاي ناويري راديويي استفاده مي شود نيمي از قدرت مصرفي جهت ارسال موج بكار مي رود .

لینک به دیدگاه
  • 5 ماه بعد...

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...