دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
امروزه سیستمهای رادیویی سیار نقش مهمی در فعالیتهای بازرگانی، تجاری، امور مراقبتی و حفاظت عمومی و زندگی روزمره عموم افراد ایفا میکنند. این سیستمها موجب کاهش هزینه، صرفه جویی در انرژی و افزایش راندمان در زمینههای مختلف می شوند.
در ایران، نیز از سال 1992 بهرهبرداری از سیستمهای مخابرات سیار آغاز شده است. سیستم کنونی مخابرات سیار در کشورمان، سیستم GSM ( نسل دوم) میباشد و استفاده از سیستمهای WCDMA (نسل سوم) در آینده از جمله طرحهای شرکت مخابرات کشورمان میباشد. با این حال منبع جامع و مختصری از این سیستمها و استانداردهای مربوط در دسترس نیست.
در مورد سیستمهایی مانند GSM وCDMA و بطور کلی در هر سیستم بیسیم دیگری، شاید مشکلترین قسمت در فهم و یادگیری اولیه سیستم، وجود انبوهی از لغات انحصاری، تخصصی و فنی و اختصارات ویژه این سیستمها است.
در این تحقیق سعی شده که با ترجمه و گردآوری و سازماندهی و تفصیل مطالب پراکندهای که در کتب و مقالات مخابراتی مربوطه آمده است ( که از جدیدترین کتب و مقالات موجودمیباشد)، مجموعهای تهیه شود که علاوه بر تشریح کامل ساختار کلی مهمترین سیستمهای مخابرات سیار موجود، بسیاری از اصطلاحات و اختصارات مربوط به این استانداردها نیز بطور واضح بیان شوند. در اینجا، ساختار نسلهای موبایل ( اول، دوم و سوم) و مقایسه آنها با هم و علل گرایش به سیستمهای نسل سوم مورد بررسی قرار گرفته است و مطالعه آن میتواند برای محققان سودمند و برای مبتدیان راهگشا باشد.
سیستمهای رادیویی سیار نقش مهمی را در فعالیتهای بازرگانی، تجارتی و امور مراقبتی و حفاظتی عمومی بگونهای صنعتی و پیشرفته دارا میباشند. نیاز به این سیستمها و درخواستهای فراوان برای آن توسط بخشهای مختلف لزوم ایجاد مقررات خاص رادیویی و اختصاص بخش معینی از طیف امواج رادیویی را برای این سیستمها در کشورهای مختلف ایجادکرده است. باندهای رادیویی150 و450 [1] مگاهرتز،همچنین باندرادیویی حدود900 مگاهرتز برای سرویسهای رادیوتلفنی سیار سلولی (GSM900) و باندПΙ (175-225 مگاهرتز) برای سیستمهای رادیویی سیار ترانکی اختصاص داده شدهاند. باند 1800 مگاهرتز برای سیستم سلولی دیجیتال DCS1800 و باند1900 مگاهرتز برای PCS1900 آمریکایی استفاده میشود. علاوه براین به نظر میرسدکه به علت افزایش تقاضا درآینده شاهد اختصاص باندهای دیگری برای این سرویسها باشیم[2].
عصر مخابرات بی سیم در سال1897 با اختراع تلگراف بی سیم توسط مارکنی آغاز شد و اکنون پس از گذشت یک قرن سومین نسل از سیستم های مخابرات بی سیم یعنی سیستمهای مخابرات فردی ((PCS[3] پا به عرصه ظهور میگذارد. کاربران چنین سیستمی با استفاده از یک ترمینال دستی کوچک (handset ) خواهند توانست با هرکس، در هر زمان و از هر مکان، انواع اطلاعات (صوت و تصویر و دیتا) را مبادله نمایند0
تاریخ کامل مخابرات بی سیم به چهار دوره زیر قابل تقسیم است :
1ــ دوره قبل از همگانی شدن این سیستم ها
2ــ سیستم های آنالوگ (نسل اول )
3ــ سیستم های دیجیتال نسل دوم
4ــ سیستم های دیجیتال نسل سوم (PCS)
دوره قبل از همگانی شدن سیستمهای مخابرات بی سیم از سالهای 1950 شروع و تا 1960 ادامه یافت. دراین دوره از مخابرات سیار برای کاربردهای پلیسی، نظامی، کشتیرانی، هواپیمایی استفاده میشدوتجهیزات ارسال و دریافت ،حجیم،پرمصرف وگران قیمت بود0
نسل اول در سال های 1970 تا1980 بر پایه تکنولوژی آنالوگ واستفاده از مفهوم سلولی برای مصارف عمومی پدید آمد0 ایده اساسی در مخابرات سیار سلولی[4] (MCS)، استفاده مجدد از طیف فرکانسی در مناطقی است که به اندازه کافی از هم دورند ودر نتیجه میزان تداخل هم کانال[5] ناچیزخواهد بود. استفاده از مخابرات سیارسلولی موجب افزایش چشمگیر ظرفیت سیستم،کاهش هزینه، بهبودکیفیت سرویس وکاهش توان موردنیاز شد0
سیستم AMPS [6] در سال 1978 راه اندازی شد. این سیستم در باندفرکانسی 800 تا900 مگاهرتز کار میکرد و دارای 666 کانال دوطرفه با پهنای باند 30KHZ و مدولاسیون FM آنالوگ بود. با افزایش بیش از حدتقاضا،سیستم های آنالوگ نسل اول قادربه تامین ظرفیت مورد نیازبرای برخی ازمناطق شهری نبودند، درهمین زمان تکنیکهای مخابرات دیجیتال به رشد لازم جهت کاربردهای تجاری رسیدند.
سیستم های نسل دوم درسالهای 1980 و1990 با استفاده از تکنولوژی دیجیتال تحقق یافت. GSM [7]، اولین استاندارد MCS تمام دیجیتال در دنیاست. این سیستم درسال 1992 در اروپا به بهره برداری تجاری رسید وحدوداً دو سال بعد در ایران نصب شد. در این سیستم موبایل ها از فرکانس های 890 تا 915 مگاهرتز و ایستگاه پایهها(BS) [8] از فرکانسهای 935 تا960 مگاهرتز برای ارسال سیگنال استفاده میکنند. پهنای باند هر کانال رادیویی200 کیلوهرتز است که توسط 8 کاربر مورد استفاده قرار میگیرد، بنابراین جمعاً 2000 کانال دو طرفه موجود است0
به علت رشد حیرت آور تقاضا برای سرویسهایMCS، تکنولوژیهای جدیدی نظیرCDMA [9] برای بهبود بهره برداری از طیف فرکانسی پدید آمد. در CDMA جدایی کانالها با استفاده از کدهای متعامد صورت میگیرد. پهنای باند هر کانال 23/1 مگاهرتز بوده و ترمینالهای دستی بکار رفته در آن میتوانند در سیستم AMPS نیز کار کنند.
امروزه سرویس سیستم های ماهواره ای با تامین پوشش در منطقهای که سیستم های زمینی از لحاظ فیزیکی یا اقتصادی قادر به تامین سرویس نیستند (مثلاً پوشش هواپیماها، کشتیها و...) مکمل سیستمهای مخابرات زمینی هستند. در سالهای آینده انواع سیستمهای مخابرات سیار زمینی و ماهوارهای و همچنین شبکه های سیمی با یکدیگر یکپارچه خواهند شد تا بتوانند انواع سرویسهای صوتی، تصویری و دیتا را به صورت مجتمع به کاربران واقع در تمام نقاط دنیا عرضه کنند. این سیستم ها نسل سوم به شمار میآیند و سیستمهای مخابرات فردی (PCS) نامیده میشوند. بنا بر تعریف FCC [10]، PCS سیستمی است که با استفاده از آن کاربر میتواند در هر زمان و در هر مکان با هر کس به کمک یک مخابرات فردی واحد[11] (PTN) تبادل اطلاعات نماید. شکل 1-1 روند تکاملی سیستمهای مخابرات بیسیم را نشان میدهد.
1-1-2- اصول سیستم های رادیویی موبایل
سیستمهای رادیویی موبایل علیرغم تنوع زیاد سرویسها و مطالب فنی، دارای اصول و پارامترهای مشترکی هستند که در این قسمت اشاره مختصری به این نکات خواهیم داشت.
- فرکانسهای بهره برداری و نوع مدولاسیون
در کلیه تشکیلاتی که از سرویسهای رادیویی سیار بهره برداری میکنند، عموماً واحدهای سیار نیاز به برقراری ارتباط رادیویی با یک ایستگاه کنترل کننده مرکزی دارند. در این سیستمها تعداد زیادی سیار با مرکز ثابت مربوط به خود در تماس هستند و معمولاً تشکیلات مختلف میبایستی همزمان و بدون ایجاد تداخل با یکدیگر قادر به برقراری تماس مورد نیاز باشند. در این سیستمها نیاز به آنتنهایی داریم که به صورت همه جهته[1] و در موازات سطح زمین از ایستگاه ثابت، اطلاعات را پخش و یا جمع آوری نمایند و آنتنهای سیار نیز بایستی با راندمان مناسب و ابعاد منطقی[2] جهت نصب روی واحد سیار باشد. در محیطهای شهری امواج رادیویی باید قدرت نفوذ و انتشار از میان ساختمانهای بلند و مرتفع را داشته باشند. همچنین بعلت محدودیت در باندهای رادیویی، باید بتوان از باندهای رادیویی مشابه در شهرهای مختلف که دارای فاصله مناسبی از یکدیگر هستند به صورت مکرر استفاده نمود.
باتوجه به موارد فوق، باندهای رادیوییVHF (150 مگاهرتز) وUHF (450 و900 مگاهرتز) با فرستندههای با قدرت 30 تا 100 وات و با آنتنهایی با گین صفر تا شش dB که بصورت همه جهته کار میکنند، در سیستم های رادیویی سیار جهت انتقال صحبت، فراخوانی[3]، انتقال دیتا و مکالمات تلفنی استفاده میشود. همچنین جهت صرفه جویی در عرض باند، از کانالهای رادیویی با عرض باند 5/ 12، 25 ،30 و یا50 کیلوهرتز استفاده میشود. نوع مدولاسیون در سیستمهای آنالوگ عموماً FMبوده است، ولی امروزه با پیشرفت تکنولوژی از انواع مدولاسیون های دیجیتال استفاده میشود.
حالتهای مختلف عملیاتی و بهره برداری در این سیستمها بصورت زیر میباشند:
- Single Frequency Simplex : دراین سیستم ها ارتباط ثابت به سیار[4] و سیار به ثابت[5] با یک فرکانس و بصورت ترتیبی برقرار میشود (Semi Duplex )
- Simplex Two Frequency : در این سیستم ارتباط ثابت به سیار و سیار به ثابت باز هم بصورت ترتیبی اما از طریق دو فرکانس صورت میگیرد.
Duplex : دراین سیستم ها ارتباط ثابت به سیار و سیار به ثابت به طور همزمان وبااستفاده از دو فرکانس جداگانه برقرار میشود[6].
در سیستمهای Simplex، واحد سیار به صورت PTT [7]عمل میکند. در صورتی که فرکانسهای دریافت و ارسال مشابه باشند. سیستم دارای این حسن است که واحدهای سیار نیز در شرایطی که با توجه به موقعیت زمین و ساختمانها در برد رادیویی یکدیگر هستند، با یکدیگر تماس مستقیم خواهند داشت ودارای این عیب نیزهست که ترافیک کانال بعلت امکان کاربرد فوق زیاد خواهد شد. در صورتیکه فرکانسهای دریافت و ارسال مشابه نباشند، ارتباط واحدهای سیار با ایستگاه مرکزی برقرارخواهد بود. اغلب جهت کاهش تداخل از این نوع سیستم استفاده میشود و معمولاً باندهای ارسال و در یافت با یک فاصله از یکدیگر قرار دارند.
در سیستم های Duplex، فرستنده و گیرنده به طور همزمان قادر به کار کردن هستند و لذا واحدهای سیار نیاز به دوآنتن جداگانه و یا یک دوطرف کننده[8] خواهند داشت. این سیستم در انتقال کانالهای تلفنی ضروری میباشد و تقریباً در کلیه سیستمهای رادیو تلفنی سلولی، نوع ارتباط بصورت Duplex خواهد بود.
در اکثر سیستمهای عملی جهت برقراری ارتباط مناسب با واحدهای سیار لازم است تا از یک ایستگاه رادیویی مرتفع جهت ارسال و دریافت پیامها استفاده نمود. اما معمولاً ایستگاه مرکزی و تشکیلات در موقعیتی قرار دارد که دارای شرایط مناسب رادیویی نمیباشد. لذا در این نوع سیستم ها معمولاً ارتباط ما بین دفتر مرکزی وایستگاه رادیویی مورد نیاز از طریق یک لینک ثانویه که میتواند ترکیبی از کابلهای تلفنی داخل شهری و یک لینک رادیویی ماکروویو باشد، برقرار شده و این لینک ثانویه پیامهای مرکز ثابت را جهت پخش به ایستگاه رادیویی VHF انتقال داده و پیامها از آن نقطه برای واحدهای سیار پخش خواهد شد.
روش دیگر برای ایجاد پوشش رادیویی مناسب، استفاده از ایستگاههای تکرارکننده[9] میباشد که موجب افزایش برد عملیاتی ایستگاه مرکزی خواهد شد. در این نوع تکرارکننده بدلیل امکان کار همزمان بخش فرستنده و گیرنده، فرکانس ارسال و دریافت باید از یکدیگر حداقل فاصله ای داشته باشند تا از کاهش حساسیت گیرنده و نوسان جلوگیری بعمل آید (شکل 1-3 ).
یکی از اشکالات سیستم با لینک ثانویه نیز آنست که چنانچه به عللی لینک ثانویه قطع شود، شبکه سیار از کار خواهد افتاد، ولی سیستم شکل3-1 به علت عدم وابستگی به لینک ثانویه دچار این نوع مشکل نخواهد شد.
در سیستمهای سیار (مانند رادیوهای دستی)، هیچ یک از مراکز ثابت و سیار از زمان دریافت پیام اطلاعی ندارند و لذا در این سیستمها معمولاً گیرنده ها درحالت معمولی روشن بوده و آماده دریافت پیام میباشند. از طرف دیگر به علت تغییرات دامنه سیگنال دریافتی در سیستمهای سیار که در یک محدوده وسیع انجام میپذیرد، گیرنده میبایستی مجهز به یک مدار کنترل کننده بهره بطور اتوماتیک (AGC) برای تثبیت قدرت سیگنال دریافتی باشد. در نتیجه در زمانهایی که پیامی دریافت نمیشود به علت وجود نویز در سیستم، گیرندههایFM مجهز به مداری موسوم به(Mute یاSquelch) هستند که وجودکاریر را درسیگنال دریافتی آشکارکرده وخروجی صوتی را تنها درصورتی که وجود کاریر تشخیص داده شود باز خواهد نمود. بنا براین وجود این مدار باعث خواهد شد تا در حالت انتظار برای دریافت پیام، گیرنده Mute شده و نویز مزاحم از گیرنده شنیده نشود. از وجود همین مدار جهت ایجاد امکانات احضار انتخابی[10] در سیستمهای رادیویی سیار استفاده میشود.
1-1-3- سیرتکاملی روشهای احضارگیرنده سیار
1-1-3-1- سیستمCTCSS1: در سادهترین سیستم احضار انتخابی که به سیستمCTCSS معروف است، فرستنده همواره کاریر را که با یک سیگنال تن که در زیر باند صحبت(300-3400هرتز) قرار دارد مدوله کرده و ارسال میکند. گیرندهها در این سیستم وجود این تن را همراه با کاریر تشخیص داده و با دریافت این تن مدار Mute باز شده، گیرنده پیام دریافتی را پخش خواهد نمود. به عنوان مثال دو ایستگاه A و B را در نظر میگیریم که مجهز به امکاناتCTCSS بوده و تن اختصاص داده شده به ثابت A برابر77هرتز و تن اختصاص داده شده به ثابت B برابر125هرتز باشد. در این صورت هرگاه که بیسیم های ثابت و سیار در شبکه A با یکدیگر صحبت کنند، علیرغم آنکه فرکانس کاریر دو شبکه A وB مساوی هستند، گیرنده های B از حالتMute خارج نخواهند شد.
تن های استانداردشده برای استفاده در سیستمهایCTCSS در باند67- 250 هرتز قرار دارند.یکی از اشکالاتی که در این سیستمها به نظر میرسد آنست که چنانچه شبکه B همزمان با کار شبکهA در صدد گرفتن تماس باشد، در اینصورت صدای او در شبکه A نیز شنیده خواهد شد. لذا در این سیستمها، بیسیمها مجهز به چراغ اشغال کانال(Busy ) خواهند بود وهر اپراتور قبل از ارسال پیام، بایستی از آزاد بودن کانال اطمینان داشته باشد.
1-1-3-2- سیستم احضار انتخابی
در این نوع سیستمها ،مرکز ثابت جهت انتخاب سیار مورد نظر، کد مربوط به آن مرکز را قبل از ارسال پیام پخش کرده و فقط گیرندهای که مجهز به مدار کدبردار با این کد باشد، از حالت Mute خارج شده و آماده دریافت پیام خواهد شد. دو سیستم معروف از این نوع ZVE1 و CCIR نام دارند.
1-1-3-3- سیستم های شماره گیری[11]
با توجه به امکانات احضار انتخابی در شبکه رادیویی سیار و شمارهگیری تلفن در یک شبکه تلفن اختصاصی، میتوان ارتباط مشترکین شبکه سیار با شبکه تلفن را از طریق اپراتوری که در مرکز ثابت شبکه رادیویی قرارگرفته تامین نمود. همچنین با توجه به شناخت نحوه ارسال کد در شبکه سیار و ارسال سیگنالینگ در شبکه تلفن، میتوان تبدیل این دو سیستم کدبندی و سیگنالینگ را به کمک رابط[12] مناسب به صورت اتوماتیک انجام داده و امکان تماس واحد سیار با دستگاه تلفن را فراهم نمود.
تا مدتهای طولانی موضوع ارتباطات تلفنی ازطریق کابلهای تلفنی وانتقال مکالمات صوتی از طریق سیستم های سیار دو مطلب کاملاً جداگانه از یکدیگر بود و بهمین دلیل رشد و توسعه این دو سیستم بدون ارتباط با یکدیگر و با استفاده از استانداردها، مقررات و تکنولوژیهای جداگانه انجام میشد.شامل 215 صفحه فایل WORD قابل ویرایش
