پاورپوینت ارتباطات راديو مايكروويو نقطه به نقطه (pptx) 21 اسلاید
دسته بندی : پاورپوینت
نوع فایل : PowerPoint (.pptx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد اسلاید: 21 اسلاید
قسمتی از متن PowerPoint (.pptx) :
بنام خدا
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
- 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)
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
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
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.
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
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
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