شبکه های مخابراتی

آنچه از گذشته عملکرد شبکه‌های مخابراتی قدیمی شامل شبکه‌های خطی یا رادیویی ، آنالوگ یا دیجیتال حاصل می‌شود، عدم جامعیت اینگونه شبکه‌ها را در ارائه امکانات مطلوب و ظرفیت مورد نیاز و همچنین صرف هزینه‌های اقتصادی بسیار بالا در مقایسه با توزیع جغرافیایی و جمعیتی است، لذا طرح و توسعه چنین شبکه‌هایی با حجم ارسال اطلاعات محدود و تعداد مسیرهای غیر منطقی ارسال (بخصوص از جنبه تعمیر و نگهداری و تأمین پرسنل و قطعاتی یدکی) ، غیر اقتصادی است.

از سوی دیگر در حال حاضر به علت قدیمی بودن معیارها و مبانی فنی طرحهای مزبور و عدم تطبیق آنها با پیشرفتهای سریع در فن آوری مخابرات (بخصوص در زمینه روج پردازش اطلاعات) و افزایش چشمگیر ظرفیت و حجم بالای مبادله اطلاعات در کوتاهترین زمان ممکن از یک طرف و حداقل سازی هزینه‌های طرح و ساخت و نگهداری ، تأمین پرسنل و قطعات یدکی از طرف دیگر ، طراحان را بر آن داشت که به فکر جایگزینی ، توسعه و تغییر در چگونگی طرح و اجرای شبکه‌های مخابراتی بیفتند.

بطوری که مناسبترین شبکه‌های ارتباطی بر اساس عوامل مختلفی همچون ظرفیت ، کیفیت انتقال ، فاصله گسترش ، نوع محیط و ناحیه فعالیت ، سرعت و ارزش طرح و ساخت ، نصب و راه اندازی ، تعمیر و نگهداری طراحی و مورد استفاده گیرند. این مقاله متداولترین شبکه‌های مخابراتی (شامل شبکه‌های خطی وشبکه‌های رادیویی) را معرفی و بررسی می‌نماید.

شبکه‌های خطی

اینگونه شبکه‌ها ابتدایی‌ترن شکل شبکه‌های مخابراتی هستند که عموما برای ایجاد شبکه‌های مخابراتی در مناطق ویژه روستایی و مناطق دور افتاده که ارتباطات محدود و کیفیت کم مورد نظر است استفاده می‌شوند. در پیاده سازی این نوع شبکه‌های مخابراتی از دکلهای چوبی ، فلزی و یا بتونی و کابلهای مخابراتی و نگهدارنده‌های آن و سایر تجهیزات جانبی استفاده می‌شود.

یکی از مواد تشکیل دهنده کابلها مس است که قیمت آن گران می‌باشد، لذا از مصرف کابل در این نوع شبکه‌ها از جنبه صرف هزینه‌های اقتصادی ایجاد محدودیت می‌نماید. از طرف دیگر ، شبکه‌های خطی نیاز به محیط انتقال مناسب اعم از خطوط دو سیمه ، چهار سیمه و کابلهای کواکسیال دارند. این نوع خطوط انتقال باید همچون یک لوله عمل کنند، بدین معنی که هر آنچه به آنها وارد می‌شود بدون کوچکترین تغییری از آنها خارج می‌گردد، اما در فواصل طولانی ، شبکه‌های خطی متأثر از شرایط بد آب و هوایی و همچنین به دلیل داشتن خواص ذاتی ، متأثر از نویز و تداخل می‌شوند، که موجب تضعیف و انحراف در سیگنال مورد نظر می‌گردد.

برای اجتناب از این موارد و به منظور کنترل و یا رفع چنین پدیده‌های ناخواسته‌ای ، در مسیر شبکه‌های مخابراتی از تکرار کننده‌ها استفاده می‌شود که استفاده از آنها از جهاتی موجب بهبود در عدم تأثیرپذیری از عوامل خارجی می‌گردد و از سوی دیگر سبب کاهش نسبت سیگنال به نویز و صرف هزینه‌های اقتصادی می‌شود، که در نهایت مقبولیت ارتباط از طرف مشترکان را باعث می‌شود. با توجه به موارد فوق ، شبکه‌های خطی در تأمین ارتباطات به تنهایی و در توسعه و تکمیل سایر شبکه‌های ارتباطی به صورت تلفیقی استفاده می‌شوند.

شبکه‌های فیبر نوری

یکی دیگر از انواع شبکه‌های خطی ، شبکه‌های فیبر نوری می‌باشد که به دلیل سهولت در نصب و نگهداری ، برای ایجاد شبکه‌های ارتباطی بسیار سودمند و مفید هستند؛ البته به دلیل هزینه‌های بسیار بالای نصب و راه اندازی اولیه ، امکان فراگیر شدن آن در مدت زمان کوتاه برای کلیه مشترکان دهکده جهانی ارتباطات مقدور نیست. با این وجود ، برخی از کشورها با آینده نگری ، سرمایه گذاری در زمینه طرح و پیاده سازی شبکه‌های فیبر نوری را در دستور کار خود قرار داده‌اند. کمترین میزان تضعیف ، تأثیر پذیری از شرایط محیط خارجی ، نویز و تلفات بر واحد طول و همچنین گستردگی در کارایی ، شبکه‌های فیبر نوری را قابل اعتماد کرده است، بطوری که در آینده نزدیک استفاده همه جانبه از این نوع شبکه‌ها را شاهد خواهیم بود.

شبکه‌های رادیویی

شبکه‌های رادیویی VHF

قبل از جنگ جهانی دوم پدیده‌های غیر قابل توصیفی در مورد شبکه‌ها و ارتباطات رادیویی در فرکانسهای VHF و پایین‌تر از آن بدست آمد. در اواخر سال 1930 کشور انگلستان موفق به تعریف و توصیف پدیده‌های فوق شد و بدین ترتیب با تکمیل ساختمان سیستمهای رادیویی ، کاربرد شبکه‌های رادیویی به جهانیان ارائه شد. هر چند شبکه های قدیمی و متداول آن زمان نیازمندیهای اولیه در برخی از موارد را برآورده می‌ساخت، اما در مورد تأمین ارتباطات دریایی و هوایی ، به علت استفاده از سیم و یا خطوط انتقال ، مثمر ثمر واقع نمی‌شدند.

از طرفی نیاز به ارسال اطلاعات در مسیرهای طولانی ، استفاده از ارتباطات رادیویی به صورت عملی را سبب شد و بدین لحاظ شبکه‌های رادیویی VHF به دلیل ارزانی در قیمت ، سادگی در نصب و ظرفیت محدود به منظور تأمین ارتباطات در مناطق کم جمعیت بویژه در مناطق روستایی یا استفاده‌های خاص ، موارد استفاده بسیاری پیدا نمودند. علاوه بر اینها ، هزینه‌های اقتصادی بسیار کم برای طرح و ساخت ، تعمیر و نگهداری ، تأمین قطعات یدکی و پرسنل و همچنین قابلیت تلفیق این نوع شبکه با انواع دیگر شبکه‌های رادیویی ، استفاده از آنها را در ایجاد شبکه‌های ارتباطی امروزی ، اصلی تفکیک ناپذیر نموده است.

شبکه های مایکروویو

شبکه‌های خط دید مستقیم

L.O.S اینگونه شبکه‌ها از فرکانسهای رادیویی و فضای آزاد برای انتقال سیگنالهای مخابراتی استفاده می‌کنند. در طراحی این نوع شبکه‌ها در حالت منفرد (یعنی جهت تأمین ارتباط بین دو سایت مفروض) سعی طراحان در افزایش حداکثر مسافت بین دو سایت و کاهش توان ارسالی تا حد ممکن و کاهش هزینه‌های ساخت و تولید بوده است. البته در عمل به علت محدویت فرکانس رادیویی و محدودیت شرایط اقلیمی با توجه به فناوری طرح و ساخت اینگونه شبکه‌ها ، محدودیت مسافت امری اجتناب ناپذیر شده است. بطوری که در پیاده سازی و اجرای اینگونه شبکه‌ها به منظور افزایش مسافت، نیاز به تکرار کننده‌ها مشهود است.

استفاده از تکرار کننده‌ها علاوه بر تحمیل هزینه‌های اقتصادی باعث کاهش نسبت سیگنال به نویز می‌شود که این مساله در شبکه‌های مخابراتی بی سیم ممکن است سبب تضعیف و در نهایت ایجاد خطا در سیگنال و یا حذف سیگنال ارسالی گردد. به طوری که در انواعی از این شبکه‌های مخابراتی ، از سیستمهایی نظیر باز سازنده‌ها و پردازشگرهای تصحیح خطایی سیگنال به منظور تصحیح خطا و یا کاهش تأثیر خطا و در نهایت حذف سیگنالهای خطا استفاده می‌شود، بدین جهت که احتمال و ایجاد گسترش خطا تا نهایت درجه کاهش و یا به حد صفر برسد.

از مزایایی این نوع شبکه‌ها در مقایسه با شبکه‌های مذکور قبلی ، ظرفیت بیشتر ، سادگی در طرح و ساخت ، سرعت در نصب و راه اندازی و کاربرد ویژه در نواحی غیر هموار و دارای شرایط جوی خاص می‌باشد. همچنین اینگونه شبکه‌ها امکان تلفیق با شبکه‌های چند مسیره (لانه زنبوری) را دارند.، با بهره مندی از این روش ، محدودیت ظرفیت که مشتمل بر محدودیت دسترسی (محدودیت در تعداد مشترکان و استفاده کنندگان) و محدودیت در انتقال اطلاعات می‌باشد تا میزان قابل توجهی مرتفع می‌شود. لذا به همین دلیل است که در تأمین شبکه‌های مخابراتی بین شهری در کشور ما ، از اینگونه شبکه‌ها استفاده می‌گردد.

شبکه‌های تروپو (T.S)

این شبکه‌ها نوعی ایجاد ارتباط بین دو نقطه از سطح زمین را که بر اثر منعکس شدن دسته‌ای از انرژی متمرکز شده از طبقه متلاطم و تروپوسفر حاصل می‌شود تأمین می‌کنند. تجارب حاصل از ارتباطات تروپو را می‌توان مربوط به سال 1933 دانست که به کمک فرستنده های رادیویی 500 مگا هرتزی انتشار امواج ماورای محدوده L.O.S حاصل شد. جنگ دوم جهانی موجب توسعه سریع شبکه های مایکروویوی گردید، بطوری که پس از ساخت این شبکه‌ها در این جنگ ، شبکه‌های پخش رادیوی ّFM و تلویزیون مشغول انجام آزمایشهایی برای دریافت سیگنال از فواصل دورتر از L.O.S شدند.
در سال 1952شرکت تلفن بل شروع به تحقیقاتی در زمینه سیستم عملی ماورای سیستم L.O.S نمود. در سال 1955 صنایع الکترونیکی و نیروی هوایی آمریکا ، بطور مشترک پروژه‌ای را در زمینه شبکه‌های ارتباطی آغاز نمودند که به نام شبکه پل والت (Polevalt) نامیده می‌شد. همین امر موجب گردید که نیروی هوایی آمریکا موفق به تهیه سیستمی شود که تنها به بخشی از ایستگاههای مورد نیاز جهت عملیات L.O.S احتیاج باشد.
این شبکه ، ارتباطی به منظور اعلام خطر اولیه در مدار شمالی مورد استفاده واقع می‌شد و از آنجائی که این شبکه مورد تأکید مقامات ذیصلاح قرار گرفت، بعدها گسترش یافت و امروزه شبکه ارتباطات تروپو به عنوان فیلتر استاندارد فضایی بین شبکه ارتباطی L.O.S و شبکه‌های ارتباطی ماهواره‌ای شده است. از مزایای شبکه‌های روپو ، ظرفیت قابل توجه انتقال سیگنال و ارسال سیگنال به فاصله‌های بسیار دور و قابلیت تلفیق آن با انواع دیگر شبکه‌های ارتباطی است.

معایب

معایب اینگونه شبکه‌ها تأثیر پذیری سریع آنها از شرایط آب و هوای و تغییر پذیر کیفیت ارتباط با زمان بطور تداوم می‌باشد؛ چرا که با تغییر زمان در طی شبانه روز ، تا حدودی لایه تروپوسفر یک جو که واسطه انتقال اطلاعات دو نقطه فرضی است، تغییر عرض می‌دهد و بدین ترتیب محاسبات تعیین زاویه تابش تغییر می‌نماید و در نتیجه زاویه بازتابش سیگنال به نقطه ثانوی نیز دستخوش تغییر می‌شود. لذا اینگونه شبکه‌ها به علت نداشتن قابلیت ، تأمین مقبولیت کیفیت در کلیه زمانها ، بیشتر در شبکه‌های ویژه و در کاربریهای خاص (همچون شبکه های نظامی) استفاده می‌شوند.

شبکه‌های ماهواره‌ای (S.N) رشد فزآینده مخابرات و تبدیل آن به یک وسیله ضروری جهت تأمین ارتباطات و تراکم ترافیک فوق العاده زیاد در شبکه‌های مخابراتی که به عدم اتلاف وقت در ارسال و دریافت نیاز داشت و همچنین لزوم انتقال اطلاعات بطور همزمان که حتی در بعضی از موارد اجتناب از تأخیر را عملا غیر ممکن می‌ساخت و نیز ضعف و محدودیت شبکه‌ها و سیستمهای مخابراتی و مشکلاتی نظیر نبودن شبکه‌های ارتباطی در دو سوی اقیانوسها و در برخی از موارد نیز هزینه بالای تأمین ارتباط بین دو نقطه بسیار دور از هم ، امکان تأمین را امری محال می‌نمود. این مسأله دانشمندان و طراحان شبکه‌های مخابراتی را بدین سو رهنمون ساخت که شبکه مخابراتی ویژه‌ای با حداقل محدودیت برای پوشش حداکثر موقعیت جغرافیایی ارائه دهند تا ضمن برخورداری از مخابراتی پویا با گستره جهانی ، مرزهای جغرافیایی را در نوردد و دهکده جهانی ارتباطات را پایه گذاری نماید.
برای نیل بدین هدف ، طرح شبکه های مخابرات ماهواره ای ارائه شد. ماهواره‌ها پوشش 100 درصد جغرافیایی را تأمین می‌نمایند و سرعت پوشش مناطق روستایی و صعب العبور را در کمترین زمان امکان پذیر می‌سازند و این شبکه‌ها چه از نظر اقتصادی و چه از نظر کیفیت ، برتری کاملی نبت به شبکه‌های زمینی دارند. به عنوان مثال با توجه به اینکه اندونزی کشوری با بیش از 13 هزار جزیره است که در برخی از موارد بعضی از جزایر آن تا 700 کیلومتر از یکدیگر فاصله دارند، بنابراین تنها از فضا می‌توان آن را یکپارچه دید.
افزایش روز افزون تعداد ماهواره‌های مخابراتی و نیز انواع سرویسهای استفاده کننده آن ، مسأله محدودیتهای طیف فرکانسی و ظرفیت ثابت مدار فضایی را مطرح کرده است؛ بدین معنی که با گذشت زمان ، کسب توافق جهت کاربرد فرکانسها و موقعیتهای مداری مطلوب برای ماهواره‌های جدید ، بدون برنامه ریزی برای آینده مشکلتر شده است. به همین منظور سازمان جهانی مخابرات در سال 1979 میلادی تصمیم گرفت که برای تضمین عملی دسترسی برابر به مدار ثابت فضایی و فرکانسهای مختص سرویسهای فضایی برای همه کشورها ، ضوابط و قوانین جدی و اجتناب ناپذیری اجرا کند.

مزایای مهم شبکه‌های ماهواره‌ای

مزیتهای تکنیکی و اقتصادی شبکه‌های ماهواره‌ای اهمیت این سرویس جدید در شبکه‌های مخابراتی روشن می‌سازد که در اینجا به سه مورد بارز آن اشاره می‌شود:

کیفیت صدایی که از ماهواره پخش می‌شود، در حد دیسکهای فشرده مغناطیسی است. در حال حاضر بالاترین درجه کیفیت در پخش صدا را داراست.
با یک فرستنده ماهواره‌ای در حدود چند صد وات ، می‌توان پوشش کامل رادیویی در منطقه جغرافیایی وسیعی را تأمین نمود.
امکان فشرده سازی صدا و تصویر ، استفاده بهینه از طیف فرکانسی به همراه توان ارسالی و امکان ارائه صدا و تصویر با کیفیت به مراتب بهتر.

به هر حال با تمامی مزایا و کاربردهای گسترده شبکه‌های رادیویی ، نکته حائز اهمیت این معایبی پرهیز ناپذیر ، نظیر تأثیر پذیری کیفیت ارتباط از شرایط بد آب و هوایی باشند؛ چرا که محیط انتقال آنها بطور ذاتی از شرایط جوی تأثیر پذیرند.