مخابرات بی‌سیم

واژه بی‎سیم پس از اختراع تلگراف بی‎سیم و در مقابل «مخابرات باسیم» (Wired Communiation) ابداع شد. بی سیم‎ها انواع گوناگون دارند و در کاربردهای مختلف رسانه‎ای، صنعتی، نظامی، تفریحی، و در باندهای فرکانسی و توان‎های ارسال و دریافت متفاوت در کاربردهایی‎ مانند تلفن سلولی، سامانه موقعیت‎یاب جهانی، دستگاه‎های کنترل از راه دور، صفحه کلید بی‎سیم و تلویزیون ماهواره‎ای مورد استفاده قرار دارند.

ارتباط بی‎سیم یا مخابرات بی‎سیم (به انگلیسی: Wireless Communication) به انتقال اطلاعات بدون رابط سیم و بوسیله امواج الکترومغناطیسی گفته می‎شود. فاصله‎ای که اطلاعات انتقال داد می‎شود می‎تواند کوتاه یا بلند باشد.


تاریخچه
قدیمی‎ترین ارتباط بی‎سیم به دوران ماقبل دنیای مدرن باز می‎گردد که از دود، آتش، پرچم، و غیره برای انتقال پیام در فواصل دور استفاده می‎شدنظریه ریاضی امواج الکترومغناطیسی توسط ماکسول در سال ۱۸۷۳ میلادی پیشنهاد شد. هاینریش هرتز در سال ۱۸۸۷ میلادی وجود این امواج را نشان داد. مخابرات بی‎سیم رادیویی حدود سال ۱۸۹۷ میلادی توسط گولیلمو مارکونی ابداع شد. مارکونی موفق به ارسال تلگراف بی‎سیم برای حرف S در فاصله حدود سه کیلومتری شد. تلگراف بی‎سیم برای اولین بار توسط ارتش انگلستان در آفریقای جنوبی در سال ۱۹۰۰ در جنگ بوئر دوم مورد استفاده قرار گرفت. در این جنگ نیروی دریایی انگلیس از دستگاه مارکونی برای مکالمه میان کشتی‎هایش در خلیج دلاگوا استفاده کرد. (بیشتر)


گسترش ارتباطات بی سیم
مخابرات بی‎سیم به عنوان رشته‎ای علمی از دهه ۱۹۶۰ میلادی مورد مطالعه بوده، اما از اواسط دهه ۹۰ میلادی تحقیقات روی آن شدت یافته‎است. این متأثر از دلایل متعددی بوده‎است.

افزایش تقاضاهای مردمی برای ارتباطات بی‎سیم اولین دلیل می‎باشد. تا انتهای دهه اول قرن بیست و یکم تقاضاها عمدتاً به سیستم‎های تلفن همراه مربوط می‎شده‎است چنانچه در سال ۲۰۰۲ میلادی تعداد تلفن‎های همراه در سطح جهان از تعداد تلفن‎های با خط ثابت فراتر رفت. در سال ۲۰۰۵ میلادی میلادی حدود دو بیلیون کاربر تلفن همراه در دنیا وجود داشته‎است. در ماه نوامبر ۲۰۰۷ این تعداد تلفن‎های همراه به ۳٫۳ بیلیون رسید. اما انتظار می‎رود که در آینده کاربردهای انتقال بی‎سیم داده (اطلاعات) از اهمیت بیشتری برخوردار شود.

دلیل دوم توجه به سامانه‎های بی‎سیم پیشرفت چشمگیر در تکنولوژی VLSI بوده که امکان پیاده سازی الگوریتم‎های پردازش سیگنال‎های پیچیده را در ابعاد کم و با توان مصرفی کم فراهم کرده‎است.

نهایتاً دلیل سوم موفقیت استانداردهای مخابرات بی‎سیم دیجیتال نسل دوم و خصوصاً استاندارد دسترسی چندگانه تقسیم کدی (CDMA) بوده‎است. اما از آنجایی که سامانه‎های نسل دوم شبکه تلفن همراه اساسا برای انتقال صوت طراحی شده بودند و ویژگی‎های اصلی آنها مانند نرخ مخابره و تاخیر زمانی قابل قبولشان برای کاربردهای صوتی تنظیم شده بود، نسل سوم شبکه تلفن همراه ظهور و توسعه یافته‎اند.

در حال حاضر محققین در حال تحقیق و توسعه نسل چهارم شبکه تلفن همراه هستند که نرخ انتقال را تا ۱۰ تا ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه برای هر کاربر فراهم می‎کند (شبکه‎های امروزی نسل سوم امکان انتقال داده تا سرعت ۲ مگابیت بر ثانیه را در برخی از نقاط جهان فراهم کرده‎اند). انتظار می‎رود که نسل چهارم تلفن‎های همراه کاربردهای زیادی در تجارت همراه داشته باشد.

ساختار مخابرات بی سیم
- مدولاسیون
- آنتن
- کانال بی‎سیم

بر خلاف مخابرات باسیم که هر جفت فرستنده و گیرنده بوسیله رابط ‎های مجزا و ایزوله از هم به هم متصل شده‎اند، در مخابرات بی سیم کاربران در هوا مخابره کرده و تداخل زیادی بین آنها وجود دارد. این تداخل متشکل از تداخلی است که بین فرستنده‎هایی که با یک گیرنده خاص در ارتباط هستند، تداخلی که بین یک فرستنده خاص و چند گیرنده اش وجود دارد، و تداخلی که بین جفت‎های مختلف از فرستنده و گیرنده وجود دارد.

امواج رادیویی فرکانس پایین هنگام حرکت معمولا سطح زمین را دنبال می‎کنند، ولی امواج با فرکانس بالاتر (مثلا حدود ۳۰۰ مگاهرتز) در خطوط مستقیم منتشر می‎شوند. فرکانس کاری مخابرات بی‎سیم در فضای باز فرکانس‎های زیر ۳۰ گیگاهرتز است، زیرا امواج با فرکانس بالاتر تضعیف قابل ملاحظه‎ای در جو داشته و بعلاوه تولید امواج با این فرکانس، تقویت، مدولاسیون و آشکارسازی آنها از لحاظ عملی مشکل می‎باشد. در فرکانس‎های بالاتر از ۱۰۰۰ گیگاهرتز وارد مخابرات نوری می‎شویم که در حال حاضر تنها از طریق فیبرهای نوری (و نه در فضای باز) انجام می‎پذیرد.

تفاوت‎های عمده مخابرات بی‎سیم با مخابرات باسیم وجود محو شدگی و تداخل است. این دو موضوع پژوهشگران را با چالش‎هایی روبرو کرده که در مخابرات با سیم وجود نداشته و بخش عمده‎ای از مطالعات به آنها اختصاص داده شده‎است. پدیده محو شدن به تغییرات زمانی کیفیت کانال گفته می‎شود. محو شدگی بدلیل بر هم کنش سیگنال‎هایی که از چند مسیر مختلف در هوا از فرستنده به گیرنده میرسند (محو شدگی چند مسیری)، و همچنین بدلیل از دست رفتن یک مسیر بین فرستنده و گیرنده بدلیل ضعیف شدن آن مسیر و یا قرار گرفتن یک مانع در مسیر (سایه کردن موانع) است.

امواج
گستره فرکانسی بصورت دلبخواهی به باندهای مختلفی تقسیم بندی شده‎است. بخش‎های مختلف طیف به کاربران مختلف مانند رادیو و تلویزیون و تلفن بی‎سیم و غیره اختصاص داده‎است. معروفترین دسته بندی گستره فرکانسی، دسته بندی اتحادیه بین‎المللی مخابرات راه دور (ITU) می‎باشد.

امنیت ارتباطات بی سیم
ماهیت باز سامانه‎های بی‎سیم امکان استراق سمع را به آسانی فراهم می‎کند. هر گیرنده‎ای که در فرکانس مربوطه تنظیم شود توانایی دریافت سیگنال را داشته و بعلاوه امکان فهمیدن اینکه چه کسی سیگنال را استراق سمع می‎کند وجود ندارد. گاهی‎ صرف وجود سیگنال می‎تواند اطلاعات خصوصی افراد را فاش کند. مثلا استفاده از تلفن همراه ممکن است موقعیت شخص و حرکات او را تا حدی آشکار کند. امروزه استفاده از سامانه‎های وای-فای رواج یافته و در صورتی که اطلاعات رمزگذاری نشوند و یا از روش‎های رمزگذاری قدیمی مانند معادل امنیت سیمی (WEP) استفاده شود، امکان سرقت اطلاعات وجود دارد.

جدید ترین مقالات سایت