تحقیق مقاله سیستم های ماکروویو

سیستم های ماکروویو

ماکروویو امواج رادیویی با طول موج کوتاه است که بخشی از طیف الکترو مغناطیس می باشد. این امواج در تلویزیون، رادار، تلفن همراه،  پزشکی برای دیاترمی و در آشپزخانه برای پخت غذا کار برد دارد. ماکروویو ها مانند نور بوسیله مواد جذب و یا منعکس شده ، فلزات این امواج را منعکس نموده و غیر فلزات مانند شیشه و پلاستیک امواج را از خودعبور میدهند و موادی که در ساختمان آنها آب وجود دارد مانند غذاها و مایعات به آسانی انرژی ماکرو ویو را جذب نموده و آنرا به حرارت تبدیل می کنند. در اجاقهای ماکرو ویو امواج زمانی ساطع می شود که درب آن بسته باشد و در این زمان نشت امواج از کناره های درب و شیشه اجاق کمتر از میزان توصیه شده  استاندارد جهانی میباشد. اما در صورت تعمیر یا آسیب دیدن اجاق ممکن است نشت اشعه وجود داشته باشد و به اعضایی نظیر چشم و بافت بیضه که به گرما حساسند صدمه بزنند. حد تماس شغلی برای پرتو های رادیو فرکانس و ماکرو ویو  فرکانس-ْGHZ 30-300، به میدان الکتریکی و مغناطیسی و جریانهای القایی به بدن در اثر پرتو گیری بستگی داشته و میزان جذب ویژه (SAR) برای تمام بدن بایستی کمتر از  0.4w/kg  باشد.

مخابرات مایکروویو در شبکه‌های LAN دارای استفاده محدودی هستند. اگر چه به دلیل توان بیشتر آنها، این سیستمها در شبکه‌های WAN ترجیح داده می‌شوند، برخی از مزایای این سیستمها عبارتند از:

عرض باند خیلی بالا: در مقایسه با همه تکنولوژی‌های بی‌سیم، سیستمهای ماکروویو دارای بالاترین عرض باند بوده ( به دلیل توان بالای سیستم‌های فرستنده) دستیابی به سرعت 100 مگابیت بر ثانیه و بالاتر در این سیستمها امکان‌پذیر است. سیگنالهای ارسال شده ، مسافت‌های خیلی زیادی را طی می‌کند:
همچنان که قبلاً ذکر شد توان بالای سیگنالها، امکان ارسال آنها به مسافت‌های خیلی دور را فراهم می‌نماید. اطلاعات ارسال شده را می‌توان تا صدها مایل انتقال داد. ارتباط سیگنالها می‌تواند بصورت نقطه به نقطه یا broadcast باشد: همانند سایر انواع مخابرات بی‌سیم، سیگنالها را می‌توان دقیقاً در یک مسیر ارتباطی نقطه‌ به نقطه متمرکز نمود یا آنها را از طریق ارتباطات broadcast، به چندین موقعیت جغرافیایی ارسال نمود.
معایب مخابرات ماکروویو
مخابرات ماکروویو برای اغلب کاربران، بواسطه معایب زیادی که دارند، گزینه مناسبی نیست، به ویژه چند عیب عمده در این گونه سیستمها استفاده از آن را محدود به گروه خاصی از افراد می‌نماید برخی از این معایب عبارتند از:
تجهیزات مربوطه گران هستند: تجهیزات ارسال و دریافت ماکروویو در مقایسه با سایر انواع تجهیزات ارتباطی بی‌سیم گران هستند. یک فرستنده/گیرنده مایکروویو Combo می‌تواند تا 5هزار دلار هزینه داشته باشد. سیستمهای مایکروویو ارزان‌تر نیز وجود دارند اما محدوده تحت پوشش آنها محدود می‌باشد.
نیاز به خط دید مستقیم: به منظور عملکرد صحیح سیستمهای مخابراتی ماکروویو می‌بایست بین فرستنده و گیرنده یک خط دید مستقیم وجود داشته باشد.
تضعیف اتمسفریک: همانند سایر تکنولوژیهای بی‌سیم ( همانند لیزر مادون قرمز)، شرایط جوی(همانند مه، باران و برف) می‌توانند تأثیری منفی روی ارسال مایکروویو اطلاعات داشته باشند. برای مثال یک توفان سهمگین بین فرستنده و گیرنده می‌تواند سبب قطع ارتباط گردد. بعلاوه هر چه فرکانس مایکروویو بالاتر باشد زمینه تضعیف بیشتر می‌گردد.
تأخیر انتشار: یک عیب مهم در سیستمهای ماکروویو ماهواره‌ای، مسئله تأخیر انتشار است، هنگامی که بین دو ایستگاه زمینی، از ماهواره بعنوان ایستگاه تقویت استفاده گردد، تأخیر انتشار معمولاً قابل توجه می‌باشد.
ایمنی: از آنجا که پرتوهای ماکروویو بسیار پرقدرت هستند می‌تواند خطری برای انسان و حیوانات محسوب شود. در مسیری که بین فرستنده و گیرنده قرار گیرند. مثلاً اگر دست خود را روی یک اجاق ماکروویو کم مصرف قرار دهید مطمئناً شما را نمی کشد ولی برای شما ضررخواهد داشت.

LAN مایکروویو باند باریک
عبارت مایکروویو باند باریک، به معنای استفاده از باند فرکانس رادیویی مایکروویو در یک عرض باند نسبتاً باریک ( برای ارسال سیگنال) می‌باشد. تا همین اواخر، همه محصولات LAN مایکروویو باند باریک، از باند مایکروویو دارای مجوز استفاده می‌کردند، اما اخیراًَ حداقل یکی از شرکتهای سازنده یک محصول LAN را که از باند ISM استفاده می‌نماید، عرضه نموده است.
حتماً شما دیش‌های ماهواره را در بالای ساختمانها در سایت‌های بزرگ دیده‌اید. این دیشها اغلب برای برقراری ارتباطات مایکروویو مورد استفاده قرار می‌گیرند. ارتباطات مایکروویو از امواج متمرکز و بسیار پرقدرتی برای ارسال سیگنالهای اطلاعات به مسافتهای خیلی دور بهره‌گیری می‌نمایند.
مخابرات مایکروویو از بخش پایین‌تر فرکانسهای گیگاهرتزی طیف الکترومغناطیسی استفاده می‌کند، این فرکانسها که بالاتر از فرکانسهای رادیویی هستند، عملکرد و خروجی بهتری را نسبت به سایر انواع ارتباطات بی‌سیم ارائه می‌دهند. دو نوع سیستم ارتباطات مایکروویو داده‌ای وجود دارند: سیستم‌های مایکروویو زمینی و سیستم‌های ماهواره‌ای.
سیستم‌های مایکروویو زمینی
سیستم‌های مایکروویو زمینی، عموماً از آنتن‌های سهمی شکلی برای ارسال و دریافت سیگنالها در محدوده پایین‌تر طیف فرکانسی گیگاهرتزی استفاده می‌نمایند. سیگنالها شدیداً متمرکز بوده و مسیر فیزیکی عبور آنها می‌بایست در یک خط مستقیم باشد. برجهای رله، بمنظور تقویت سیگنالها مورد استفاده قرار می‌گیرند. سیستم‌های مایکروویو زمینی عموماً هنگامی مورد استفاده قرار می‌گیرد که هزینه کابل‌کشی، عامل بازدارنده‌ای برای توسعه شبکه باشد.
از آنجائی که این سیستمها از کابل استفاده نمی‌کنند، پیوندهای مایکروویو اغلب برای ارتباط چندین ساختمان به یکدیگر جایی که کابل‌کشی خیلی گران تمام شده یا نصب آن مشکل یا ممنوع باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال اگر یک ساختمان در دو طرف جاده‌ای که امکان عبور کابل از رو یا زیر آن جاده میسر نباشد، واقع گردیده باشد از سیستم‌های مایکروویو زمینی استفاده می‌گردد.
از آنجائی که تجهیزات مایکروویو زمینی اغلب از فرکانسهای دارای مجوز استفاده می‌کنند. هزینه و زمان اضافی می‌بایست برای دریافت مجوز پرداخت گردد.
سیستم‌های مایکروویو زمینی کوچکتر را می‌توان در داخل یک ساختمان نیز مورد استفاده قرار داد. LANهای مایکروویو دارای توان پایینی هستند و از فرستنده‌های کوچکی برای برقراری ارتباط با یکدیگر و با هابهای شبکه استفاده می‌نمایند. سپس هابها را در قالب یک شبکه کامل می‌توان بهم متصل نمود.
سیستم‌های مایکروویو زمینی دارای مشخصه‌های ذیل می‌باشند:
محدوده فرکانسی: اغلب سیستم‌های مایکروویو زمینی، سیگنالها را در طیف گیگاهرتزی پایین ( معمولاً در باند 4 تا 6 گیگاهرتز و 21 تا 23 گیگاهرتز) تولید می‌نمایند.
هزینه: سیستم‌های کوتاه برد، نسبتاً ارزان تمام می‌شوند و تا چند صدمتر را تحت پوشش قرار می‌دهند. سیستم‌های ارتباطی راه دور معمولاً خیلی گران هستند. سیستم‌های زمینی را می‌توان از فراهم‌آوران این تجهیزات اجاره نمود. هرچند هزینه اجاره در یک مدت زمان طولانی می‌تواند گرانتر از خرید یک سیستم تمام شود.

نصب: مشکل نیاز به خط دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده در سیستم‌های مایکروویو، نصب آنها را دچار مشکل می‌کند. آنتن‌ها می‌بایست در امتداد یک خط مستقیم قرار گیرند. همچنین از آنجائی که فرآیند ارسال می‌بایست در یک خط مستقیم انجام گیرد، یافتن سایتهای مناسب برای نصب فرستنده/گیرنده ، یک مشکل قابل توجه به حساب می‌آید. در صورتی که تشکیلات شما دارای یک سایت بلند بین دو آنتن باشد می‌بایست سایت مناسبی را خریداری یا اجاره کنیم.
ظرفیت: با توجه به فرکانس مورد استفاده، ظرفیت می‌تواند تغییر کند اما نرخ داده‌ها در محدوده 1تا100 مگابیت بر ثانیه قرار می‌گیرد.
تضعیف: پدیده تضعیف تحت تأثیر عواملی همچون فرکانس، قدرت سیگنال، اندازه آنتن و شرایط جوی می‌باشد. طبعاً در مسافت‌های کوتاه تضعیف مسئله قابل توجهی نیست اما باران و مه می‌تواند اثری منفی روی ارتباطات ماکروویو فرکانس بالا داشته باشد.

EMI :سیگنالهای مایکروویو در مقابل EMI و استراق ‌سمع آسیب‌پذیر هستند (البته سیگنالهای مایکروویو را بمنظور کاهش استراق سمع)، رمزگذاری می‌نمایند. همچنین سیستم‌های مایکروویو تحت تأثیر شرایط جوی هستند. همانطور که گفتیم فرکانسهای رادیویی مایکروویو برای ارسال سیگنالهای صوتی، تصویری و داده‌ای و اجتناب از بروز تداخل بین سیستمها در یک عرصه جغرافیایی معین، می‌بایست دارای مجوز باشند. در کشور آمریکا، سازمان FCC این مجوزها را صادر می‌نماید. هر محدوده جغرافیایی، دارای شعاع 28 کیلومتر بوده و می‌تواند 5مجوز را در برگیرد که هر مجوز، 2فرکانس را تحت پوشش قرار می‌دهد. شرکت موتورولا دارای 600 مجوز (1200فرکانس) در باند 18گیگاهرتز می‌باشد که همه کلان شهرها با جمعیت 30000 نفر یا بیشتر را تحت پوشش قرار می‌دهد.
تکنیک باند باریک معمولاً از پیکره‌بندی سلولی استفاده می‌نماید. سلولهای مجاور از باندهای فرکانسی غیرهمپوشان در داخل باند 18 گیگاهرتز، استفاده می‌نماید. در آمریکا از آنجایی که شرکت موتورولا این باند فرکانسی را تحت نظارت دارد این تضمین وجود دارد که شبکه LAN مستقل در مکانهای جغرافیایی نزدیک به هم با یکدیگر تداخل نکند. بمنظور ایجاد امنیت در مقابل استراق سمع همه سیگنالهای ارسالی می‌بایست رمزگذاری گردند.
یک مزیت LAN باند باریک دارای مجوز، آن است که برقراری ارتباط عاری از تداخل را تضمین می‌نماید. برخلاف طیف بدون مجوز همانند ISM، محدوده طیفی دارای مجوز، به دارنده آن حق قانونی استفاده انحصاری از یک کانال ارتباط داده‌ای بدون تداخل را می‌دهد. کاربران یک شبکه LAN استفاده‌کننده از باند ISM در معرض خطر بروز تداخل الکترومغناطیسی می‌باشند.
مزایا و معایب شبکه‌های RF

مزایای شبکه‌های RF
سیستم‌های RF استفاده وسیعی در شیکه‌های LAN کنونی دارند:
عدم نیاز به خط دید مستقیم: امواج رادیویی می‌توانند به داخل دیوارها و سایر اجسام جامد نفوذ نمایند. بنابراین بین فرستنده و گیرنده نیازی به خط دید مستقیم نیست.
هزینه پایین: فرستنده‌های رادیویی از اویل قرن بیستم ظهور یافتند: پی از گذشت صدسال، اکنون فرستنده‌های رادیویی با کیفیت بالایی را با هزینه نسبتاً پایین می‌توان تولید نمود.
انعطاف‌پذیری: برخی از سیستم‌های RFLAN، به کامپیوترهای laptop امکان می‌دهند تا با استفاده از کارتهای شبکه بی‌سیم در حال حرکت با یکدیگر و با شبکه LAN میزبان ارتباط برقرار نمایند.
معایب شبکه‌های RF
همانند سایر انواع شبکه‌های بی‌سیم، شبکه‌های RF نیز دارای معایب خاص خود هستند. برخی از این معایب عبارتند از:
مستعد بودن در مقابل استراق سمع اطلاعات: از آنجائی که سیستم‌های RF در همه جهتها پخش می‌شوند، هرکس می‌تواند به آسانی در مسیر سیگنال قرار گرفته، آنرا دریافت نماید. سیستمهای RF از فرآیند رمزگذاری طیف گسترده استفاده می‌کنند کمتر در معرض این مشکل قرار دارند.

تداخل رادیویی: همه تجهیزات مکانیکی مجهز به موتورهای الکتریکی، سیگنالهای RF سرگردان (پارازیت) را تولید می‌کنند. موتورهای بزرگتر، سیگنالهای RF بزرگتری را تولید می‌کنند. این سیگنالهای RF متفرقه ممکن است با سیگنال اصلی اطلاعات تداخل یافته که در صورت بروز این اتفاق، سیگنالهای متفرقه را نویز RF می‌نامند.
گستره محدود: سیستم‌های RF دارای پوشش جغرافیایی شبکه‌های ماهواره‌ای نیستند ( اگرچه آنها می‌توانند نسبت به شبکه‌های مادون قرمز، محدوده وسیعتری را تحت پوشش قرار دهند). بواسطه گستره محدود آنها از این گونه سیستمها عموماً در شبکه‌های برد کوتاه ( مثلاً از یک PC به یک هاب) می‌توان استفاده نمود.
شبکه‌های LAN طیف گسترده
شبکه‌های طیف گسترده
امواج رادیویی طیف گسترده از فرکانسهای رادیویی برای ارسال اطلاعات استفاده می‌کنند، اما به جای یک فرکانس، بطور همزمان از چندین فرکانس رادیویی بهره‌گیری می‌کند. دو تکنیک مدولاسیون برای اجرای این فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرد: مدولاسیون مستقیم فرکانس و تکنیک جهش فرکانس.
مدولاسیون مستقیم فرکانس، معمولترین روش مورد استفاده در این سیستم‌هاست. در این تکنیک، داده‌های اصلی به اجزاء فرعی بنام chip تقسیم گشته و سپس روی فرکانسهای جداگانه‌ای ارسال می‌شود. بمنظور گمراه کردن استراق سمع‌کنندگان اطلاعات از سیگنالهای کاذب و جعلی نیز می‌توان بهره‌گیری نمود. فرستنده و گیرنده هدف هماهنگ گشته بطوری که گیرنده می‌داند کدام سیگنالها معتبر می‌باشد. سپس گیرنده، چیپها را ایزوله نموده، آنها را مجدداً به یکدیگر متصل و اطلاعات کاذب را بدور می‌اندازد.