آشنایی با ارتباطات بی سیم – Wireless Communication ( بخش اول )

در این مقاله ، مقدماتی از مفاهیم ارتباطات مخابراتی بی سیم ارائه گردیده و تقسیم بندی های اصلی آن مورد بررسی قرار خواهد گرفت . در انتها به نمونه خاصی از کاربردهای این صنعت ارتباطی در شرکت کاوا ارتباطات هوشمند اشاره خواهیم نمود .

در حالت کلی هدف از ارتباطات بی سیم یا رادیویی ، ارسال و دریافت اطلاعات به کمک جریانی از انر‍ژی امواج الکترومغناطیس از طریق انتشار مولفه های شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی میان یک یا چند نقطه می باشد .

سیستم های بی سیم اغلب زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که به هر علت امکان ایجاد ارتباطات کابلی میان نقاط وجود نداشته باشد . برقراری ارتباط با سیستم های متحرک و هم چنین مناطق دور افتاده و صعب العبور جغرافیایی را می توان اصلی ترین ماموریت سیستم های ارتباطی بی سیم در نظر گرفت. این تعریف خاص به روشنی ثابت می کند که نیاز جهان به رادیو و آنتن هرگز از میان نرفته و مقوله ارتباطات بی سیم علی رغم پیشرفت لحظه ای ارتباطات کابلی ، هرگز کهنه و منسوخ نخواهد شد!

محیط فیزیکی انتقال اطلاعات در این نوع از ارتباطات مخابراتی ، فضای آزاد یا خلاء بوده و اطلاعات می توانند با سرعت سیر امواج الکترومغناطیس در فضای آزاد ( معادل سرعت سیر نور ) میان نقاط ابتدا و انتهای کانال منتقل شوند . طول یک لینک ارتباطی بی سیم بسته به نوع تکنولوژی مورد استفاده و شرایط محیطی می تواند میان چند متر تا چندین میلیون کیلومتر متغیر باشد.

این شاخه از علم ارتباطات که در اصطلاح Unguided Communication ( ارتباطات هدایت نشده ) نامیده می شود در نقطه مقابل ارتباطات خط انتقالی نظیر کابل مسی ، فیبر نوری ، مایکرواستریپی ، موجبری و غیره که اصطلاحاً Guided Communication

( ارتباطات هدایت شده ) نامیده می شود ، قرار می گیرد.

سیستم های رادیویی دارای تنوع بسیار فراوانی بوده و به شکل های مختلفی دسته بندی می شوند. در هر کدام از این گروه های اصلی ، تکنولوژی ارسال و دریافت و همین طور تجهیزات اکتیو و پسیو مورد استفاده کاملاً متفاوت می باشد.

برخی از مهم ترین معیارهای تقسیم بندی سیستم های بی سیم به شرح زیر می باشد :

ماهیت سیگنال ها و سیستم ها :

اطلاعات در سیستم های بی سیم در حالت کلی به یکی از دو فرم آنالوگ یا دیجیتال بوده ، به همین علت در عمل با دو گروه عمده سیستم های ارتباطی بی سیم سر و کار خواهیم داشت :

در سیستم های رادیویی آنالوگ ، اطلاعات به صورت سیگنال های الکتریکی ولتاژ و جریان در آمده و توسط یک فرستنده آنالوگ ارسال و توسط یک گیرنده آنالوگ دریافت می شوند . در سیستم های رادیویی دیجیتال اطلاعات به صورت رشته های باینری ۰ و ۱ در آمده و این بیت های اطلاعاتی با کمک فرستنده های دیجیتال آماده انتشار در فضای آزاد ( لینک ارتباطی ) می گردند . در طرف دیگر این لینک ، اطلاعات توسط گیرنده های دیجیتال آشکارسازی و بازیافت می گردند.

نخستین ادوات پخش زنده رادیویی و تلویزیونی و هم چنین نسل نخست سیستم های تلفن همراه نمونه هایی از سیستم های رادیویی آنالوگ و ماهواره های پخش تصاویر ویدئویی و تجهیزات بی سیم استفاده شده در شبکه های WLAN امروزی ، نمونه هایی از سیستم های بی سیم دیجیتال می باشند.

باند فرکانسی :

سیستم های رادیویی در محدوده بسیار بسیار وسیعی از طیف الکترومغناطیس قادر به برقراری ارتباط می باشند. این فرکانسها از محدوده چند ده هرتز در باند ELF تا سطوح اگزا هرتز متغیر بوده و به دسته های گوناگون با اسامی مختلف تقسیم بندی می شوند . ماهیت سیگنال های الکتریکی در این محدوده وسیع طیف فرکانسی متغیر بوده و بسته به سطح کلی فرکانس از فرمی به فرم دیگر در نوسان است. لازم به تکرار است که تجهیزات و تکنولو‍ژی های استفاده شده در این محدوده وسیع کاملاً متفاوت می باشد .

ارتباطات دریایی و زیر دریایی نمونه هایی از مخابرات بی سیم در فرکانس های بسیار پایین و دریافت و تحلیل امواج کیهانی توسط رادیو تلسکوپ ها و ادوات کیهان شناسی ، نمونه هایی از ارتباطات رادیویی در فرکانس های بسیار بالا می باشند .

سطح توان :

سیستم های رادیویی در سطوح مختلف توان از محدوده پیکو وات تا کیلو وات قادر به فعالیت بوده و سطح توان ارسالی و دریافتی بسته به نوع کاربرد کاملاً متفاوت است . بدیهی است که جهت طراحی سیستم های رادیویی در سطوح متفاوت توان ، تکنولوژی های کاملاً متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرد که پرداختن به جزئیات آن خارج از حیطه این مقاله است.

ارتباطات در شبکه های WLAN یا شبکه های ارتباط سلولی را می توان نمونه هایی از سیستم های مخابراتی کم توان دانست و تجهیزات مورد استفاده در سیستم های جنگ الکترونیک از قبیل رادارهای پر قدرت را می توان در گروه سیستم های رادیویی پر توان تقسیم بندی نمود .

تعداد نقاط فرستنده و گیرنده :

سیستم های بی سیم بر اساس تعداد نقاط فرستنده و گیرنده ، به چند دسته کلی تقسیم بندی می شوند:

ارتباط یک نقطه با یک نقطه : در این حالت لینک ارتباطی تنها میان دو نقطه برقرار می گردد ( Point To Point ) . بی سیمهای آنالوگ قدیمی نمونه بارز این سیستم های ارتباطی می باشند.

ارتباط یک نقطه با چند نقطه : در این حالت در یک سمت لینک ارتباطی تنها یک نقطه و سمت دیگر چندین نقطه قرار می گیرد ( Point To Multi Point ) . سیستم های پخش رادیویی و تلویزیونی با یک فرستنده و تعداد فراونی گیرنده و هم چنین Access Point ها در شبکه های WLAN با قابلیت سرویس دهی به تعدادی کلاینت نمونه بارز این سیستم های ارتباطی می باشند .

ارتباط چند نقطه با چند نقطه : در این حالت یک سیگنال به کمک آرایه ای از آنتن ها برای مقصد ارسال می گردد. در سمت دیگر لینک نیز آرایه ای مشابه اقدام به دریافت و آشکار سازی سیگنال می نماید. این تکنیک که اصطلاحاً دایورسیتی فضایی یا

( MIMO ( Multi In Multi Out نامیده می شود جهت افزایش ظرفیت کانال مورد استفاده قرار می گیرد.

جهت لینک ارتباطی :

در این حالت سیستم های ارتباطی بی سیم بر اساس جهت عبور اطلاعات بین نقاط ابتدا و انتهای لینک به صورت زیر تقسیم بندی می شوند :

سیستم های یک طرفه ( One Way Communication ) :

در این حالت در یکی از دو سمت لینک ، سیستم یا سیستم های فرستنده ( Transmitter ) قرار گرفته و در سمت دیگر سیستم یا سیستم های گیرنده ( Receiver ) واقع می شوند . سیستم های پخش رادیویی و تلویزیونی ( Broadcasting ) همگی از جمله این سیستم ها به حساب می آیند .

سیستم های دو طرفه Half Duplex :

در این حالت ، هر دو سمت لینک قادر به ارسال و دریافت اطلاعات می باشند منتها عمل ارسال و دریافت به صورت همزمان صورت نگرفته و با توالی زمانی انجام می شود . به چنین سیستمهایی که قادر به انجام دادن هر دو عمل ارسال و دریافت می باشند در اصطلاح Transceiver می گویند . بی سیم های صوتی آنالوگ اغلب جزء این دسته از سیستم های ارتباطی رادیویی به حساب می آیند .

سیستم های دو طرفه Full Duplex :

در این حالت ، هر دو سمت لینک قادر به ارسال و دریافت توام اطلاعات می باشند. به عبارت دیگر عمل ارسال و دریافت بر روی یک لینک به صورت همزمان بین نقاط صورت می گیرد . عملکرد سیستم های تلفن بی سیم آنالوگ و دیجیتال ، شبکه های مخابرات سلولی و همچنین ارتباطات در شبکه های WLAN همگی بر اساس ارتباطات رادیویی Full Duplex می باشد .

محیط ارتباطی :

سیستم های بی سیم بسته به محیطی که لینک رادیویی در آن برقرار می گردد به دو دسته کلی Indoor ( داخل ساختمانی ) و Outdoor ( فضای باز ) تقسیم بندی می شوند . محیط های Outdoor خود بر اساس نوع عوارض زمین ، وجود اجسام و موانع فیزیکی داخل لینک رادیویی ، وجود یا عدم وجود دید مستقیم میان دو سمت لینک ( LOS vs NLOS ) و شرایط آب و هوایی به انواع گوناگون تقسیم بندی می شوند . ارتباطات در شبکه های WLAN نمونه ای از ارتباطات رادیویی Indoor و پخش رادیویی تلویزیونی نمونه هایی از ارتباطات رادیویی Outdoor به شمار می آیند .

جایگاه ارتباطات بی سیم در شرکت کاوا ارتباطات هوشمند :

شرکت کاوا ارتباطات هوشمند ، با شعار یکپارچه سازی ارتباطات مخابراتی همگرا ( تصویر ، صدا و دیتا ) و جهت گیری به سمت تحقق و پیاده سازی عملی مخابرات یکپارچه ، از کلیه تکنولوژی های مرتبط با این منظور جهت نیل به اهداف بلند مدت خود نهایت استفاده را می نماید . در راستای همین اهداف کلی ، شرکت کاوا ارتباطات هوشمند از میان انواع مختلف محصولات بی سیم ، تمرکز خود را عمدتاً بر روی لینکهای ارتباطی نقطه به نقطه ( PTP ) در بستر شبکه های IP جهت انتقال تصویر ، صدا و دیتا به فرم دیجیتال معطوف نموده است . به چنین سیستمهایی در اصطلاح Ethernet Wireless Bridge یا پل ارتباطی بی سیم اترنت گفته می شود .

امروزه انواع متنوعی از پل های ارتباطی بی سیم با برندها و مدل های گوناگون در بازار موجود است که از میان آن ها شرکت کاوا ارتباطات هوشمند با توجه به تنوع محصولات ، کیفیت بالا و قیمت متناسب با عملکرد محصول ، دو برند اصلی Motorola و UBNT را جهت ارائه سولوشن های فنی متنوع و قابل اعتماد به مشتریان خویش برگزیده است .

محصولات این دو برند دارای انواع گوناگون و بسیار اختصاصی بوده که در نتیجه برای هرگونه نیاز مشتری ، قادر به ارائه راهکاری منحصر به فرد خواهند بود .

در مجموعه مقالات بعدی ، ضمن تشریح برخی از مفاهیم کلیدی در شبکه های مخابراتی بی سیم ، زمینه را برای ورود به مبحث IP Based Wireless Communication هموار نموده و رادیوهای PTP موجود در شرکت کاوا ارتباطات هوشمند را با جزئیات بیشتری مورد بررسی و تحلیل قرار خواهیم داد .

نویسنده : علی قراچورلو