فرکانس های مخابراتی

فرکانس‌های مخابراتی

امواج الکترومغناطیسی، حامل‌های کلیه ارتباطات رادیویی هستند. در مخابرات رادیویی، اصلی‌ترین وجه شناسایی یک موج، فرکانس آن است. بدیهی است با توجه به گسترگی ارتباطات رادیویی و زمینه کاربرد بسیار وسیع آن، به‌ویژه در بخش فضا، لازم است تا فضای فرکانسی بصورت قانون‌مند درآید تا امواج مختلف با هم تداخل پیدا نکنند. به همین خاطر یک سازمان جهانی که زیر نظر سازمان ملل متحد اداره می‌شود این وظیفه را برعهده دارد. با این وجود مساله تداخل فرکانسی امواج رادیویی همیشه به عنوان یک مشکل مطرح بوده است.    فهرست:   1 مقدمه و تعریف   2 فرکانس‌های مخابراتی        2-1 باندهای فرکانسی        2-2 تخصیص فرکانس        2-3 تداخل فرکانسی        2-4 هماهنگی فرکانسی   مقدمه و تعریف امواج رادیویی، بخشی از طیف گسترده امواج الکترومغناطیسی را تشکیل می‌دهند. به دلیل ماهیت حامل بودن اکثر این امواج، در ادبیات علمی بیشتر با عنوان «موج حامل» از آنها یاد می‌شود [1]. موج حامل در اصطلاح، به موجی الکترومغناطیسی با فرکانس،‌ فاز و دامنه مشخص اطلاق می‌شود که توسط یک دستگاه فرستنده برای حمل یک سیگنال مشخص الکتریکی تولید می‌شود [2]. روش‌های مختلفی برای سوار کردن سیگنال بر روی موج حامل وجود دارند. فرکانس یا بسامد عبارت است از تعداد ارتعاشات یک موج الکترومغناطیسی (یا حامل) در واحد ثانیه. این کمیت فیزیکی با واحد هرتز اندازه‌گیری می‌شود. کیلو، مگا و گیگا هرتز همگی ضرایبی برای بیان این واحد هستند. فرکانس‌های ارتباطات فضایی عمدتاً در باندهای مگا و گیگاهرتز هستند. مقدار این کمیت از حاصل‌ضرب طول موج (طول یک دوره تناوب موج، به واحد متر) در سرعت نور (به واحد متر بر ثانیه) به دست می‌آید. در واقع می‌توان گفت طول موج و فرکانس دو بیان از یک کمیت هستند [2]. در ادبیات فناوری فضایی، در موارد مربوط به ارتباطات مخابراتی بیشتر از فرکانس و در امور مربوط به سنجش از دور یا انواع محموله‌های غیرمخابراتی ماهواره‌ها، از طول موج استفاده می‌شود [2]. در اصطلاحات و محاورات مربوط به مخابرات، واژه فرکانس کاربرد بسیار فراوانی دارد. اگر بخواهیم در مثالی خارج از تعاریف دقیق و علمی فیزیک، یک بیان عامیانه برای درک مفهوم آن در مخابرات ارائه دهیم، می‌توان گفت که فرکانس، مشخصه‌ای از یک موج رادیویی است که آن را با سایر امواج رادیویی متمایز می‌سازد. امواج تلفن همراه، رادیو، بی‌سیم، تلویزیون و ...، همگی امواج مخابراتی هستند، اما فرکانس موج حامل آنها با هم تفاوت زیادی دارد. بنابراین، هر کدام گیرنده خاص خود را دارند که فقط فرکانس‌های محدوده خود را دریافت کرده و فراتر از محدوده تعریف شده را فیلتر می‌کنند. هرقدر فرکانس یک موج بیشتر باشد، تولید و دریافت آن نیز به لحاظ فناوری پیچیده‌تر و حساس‌تر خواهد ‌بود.   فرکانس‌های مخابراتی همان‌گونه که اشاره شد، امواج رادیویی برای کاربردهای گوناگون، دارای فرکانس‌های متفاوتی هستند. بنابراین و با توجه به گستره جهانی مخابرات و ارتباطات رادیویی، یک مرجع جهانی باید وظیفه تنظیم و مدیریت وضعیت فرکانس‌های امواج را بر عهده داشته باشد تا از تداخل و اخلال جلوگیری به عمل آید. امروزه، بخش مخابرات رادیوییِ اتحادیه بین‌المللی مخابرات راه دور یا آی‌تی‌یو که یک نهاد زیرنظر سازمان ملل متحد است، این وظیفه جهانی را بر عهده دارد [2]. در کشور ایران نیز سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی که وابسته به وزارت مخابرات و فناوری ارتباطات است، نظارت و ساماندهی فضای فرکانسی را بر عهده دارد و نماینده ایران در سازمان آی‌تی‌یو محسوب می‌شود.   باندهای فرکانسی باند فرکانسی عبارت است از یک محدوده مشخص از فرکانس‌ها. اتحادیه بین‌المللی آی‌تی‌یو، باندهای فرکانسی را مطابق جدول استاندارد ذیل مشخص کرده است [2]:   ارتباطات ماهواره‌ای معمولاً در باند فرکانسی اِس‌اِچ‌اِف و گاهی نیز در باندهای یو‌اِچ‌اِف و ئی‌‌اِچ‌اِف انجام می‌پذیرند [2]. اما بر اساس استانداردهای مختلف رایج، بازه‌های فرکانسی دیگری نیز، به‌ویژه در محدوده فرکانس‌های ماهواره‌ای، نام‌گذاری می‌شوند. به عنوان مثال، [موسسه مهندسان الکترونیک و الکتریک] یا «[آی‌تریپل‌ئی]» باندهای فرکانسی ذیل را بر اساس  استاندارد را در شماره 521 خود تعریف و نام‌گذاری می‌کند: باند پی (P): از 23/0 تا 1 گیگاهرتز باند اِل (L): از 1 تا 2 گیگاهرتز، بیشتر کاربرد در خدمات ماهواره‌ای سیار باند اِس (S): از 2 تا 4 گیگاهرتز، بیشتر کاربرد در ماهواره‌های سنجشی باند سی (C): از 4 تا 8 گیگاهرتز، بیشتر کاربرد در ماهواره‌های ارتباطات تجاری باند اِکس (X): از 8 تا 12 گیگاهرتز، بیشتر کاربرد در ماهواره‌های نظامی (از 8 تا 5/12 گیگاهرتز در ایالات متحده) باند کِی‌یو (Ku): از 12 تا 18 گیگاهرتز، بیشتر کاربرد در ماهواره‌های ارتباطات تجاری (از 5/12 تا 18 گیگاهرتز در ایالات متحده) باند کِی (K): از 18 تا 27 گیگاهرتز، بیشتر کاربرد در ماهواره‌های ارتباطات تجاری (از 18 تا 5/26 گیگاهرتز در ایالات متحده) باند کِی‌اِی (Ka): از 27 تا 40 گیگاهرتز، بیشتر کاربرد در ماهواره‌های ارتباطات تجاری (از 5/26 تا 40 گیگاهرتز در ایالات متحده) باند اُ (O): از 40 تا 50 گیگاهرتز باند وی (V): از 50 تا 75 گیگاهرتز قابل ذکر است که این محدوده‌گذاری چندان بر استاندارد آی‌تی‌یو، منطبق نیست. مثلاً بر خلاف استاندارد ارائه شده از طرف آی‌تی‌یو، آی‌تریپل‌ئی محدوده باند یواِچ‌اِف را از 300 مگاهرتز تا 1 گیگاهرتز ذکر می‌کند. به هر حال، یک استاندارد مشخص جهان‌شمول برای این دسته‌بندی وجود ندارد. در مراجع مختلف باندهای فرکانسی ذیل نیز تعریف شده‌اند: باند آر (R): از 76/1 تا 6/2 گیگاهرتز باند اِچ (H): از 95/3 تا 85/5 گیگاهرتز باند کیو (Q): از 33 تا 50 گیگاهرتز باند یو (U): از 40 تا 60 گیگاهرتز باند دابلیو (W): از 75 تا 110 گیگاهرتز باند مایکرووِیو: از 1 تا 300 گیگاهرتز اما باید توجه داشت که اگرچه تعریف و نامگذاری محدوده‌های متفاوت است، اینکه هر محدوده مشخص فرکانسی (بدون در نظر گرفتن نام آن محدوده) برای چه منظوری و تحت چه ضوابطی مورد استفاده قرارگیرد، فقط برعهده آی‌تی‌یو است و همه کشورهای جهان موظف به رعایت آن هستند.   تخصیص فرکانس [تخصیص فرکانس] عبارت است از مشخص کردن محدوده‌های مختلف فرکانسی برای کاربردهای مختلف. آی‌تی‌یو وظیفه جهانی این امر را بر عهده دارد. آی‌تی‌یو برای این کار جهان را به سه منطقه جداگانه تقسیم می‌کند: منطقه 1: اروپا، آفریقا، شوروی سابق و مغولستان منطقه 2: قاره آمریکا و گرین‌لَند منطقه 3: آسیا، استرالیا و اقیانوس آرام در هر کدام از این سه منطقه، محدوده‌های فرکانسی برای کاربری‌های گوناگون تعیین شده‌اند. باید توجه داشت که این فقط بیان صورت مساله است و تخصیص فرکانس یک عملیات بسیار پیچیده و تخصصی در سطح جهانی است. هزاران نکته خاص و استثنا در برخورد با این مساله به‌وجود می‌آید که باید مدام مورد بررسی قرار گیرند. آی‌تی‌یو در کنفرانس‌ها و نشست‌های سالیانه خود همواره قوانین و مقررات تخصیص فرکانس خود را مورد بررسی و بازبینی قرار می‌دهد [3]. همچنین بخشی در آی‌تی‌یو وجود دارد که به تداخل‌های فرکانسی و همچنین شکایت‌های اعضا در این زمینه رسیدگی می‌کند.   تداخل فرکانسی [تداخل فرکانسی] عبارتست از برهم‌پوشانی ناخواسته و غیرمطلوب دو یا چند سیگنال فرکانس رادیویی در یک گیرنده [2]. در یک سامانه مخابرات ماهواره‌ای،‌ سه راهکار اصلی برای کم‌کردن تداخل فرکانسی وجود دارد: تخصیص فرکانسی استفاده از [پولاریزاسیون‌]های مخالف دور نگه داشتن ماهواره‌ها از یکدیگر در مدار و همچنین رعایت فواصل جغرافیایی مناسب برای ایستگاه‌های زمینی هر گیرنده جدید فضایی (چه در فضا و چه بر روی زمین) باید قبل از عملیاتی شدن مورد تحلیل فرکانسی قرار گیرد تا امکان روبرو شدن آن با این پدیده به حداقل برسد.   هماهنگی فرکانسی [هماهنگی فرکانسی] عبارت است از فرایند اطمینان‌یابی از عملکرد یک ماهواره و ایستگاه زمینی، بدون هرگونه تداخل فرکانسی. هماهنگ‌کننده و ناظر بین‌المللی این مساله بخش مخابرات رادیویی  اتحادیه آی‌تی‌یو است و سازمان‌های ملی مقررات رادیویی در هر کشور (مانند سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی در ایران) اِعمال‌کننده آن در کشورهای مختلف هستند. مثلاً هنگامی‌که قرار است تا یک ایستگاه گیرنده ماهواره‌ای در نقطه‌ای ایجاد شود، اطلاعات فنی مرتبط از قبیل: فرکانس‌های کانال‌ها، موقعیت مداری ماهواره، محل جغرافیایی ایستگاه، دیاگرام قطبی الگوی تشعشع آنتن، توان فرستنده، نوع داده و ...، باید به آژانس ملی مقررات رادیویی ارائه شود. این آژانس وظیفه دارد تا با انجام یک تحلیلِ تداخل فرکانسی، مشخص کند که ایستگاه جدید چقدر با منابع فرکانسی موجود تداخل دارد. به نوعی همین کار هم برای هماهنگی فرکانسی برای تعیین فرکانس‌های ماهواره انجام می‌پذیرد [2]. مراجع [1] - Holiday D., Resnik R., "Fundamentals of Physics", John Wiley & Sons, Third Edition, 1990. [2] - Williamson M., "Cambridge dictionary of Space Technology", Cambridge University Press, First Edition, 2001. [3] - Rycroft M., "The Cambridge Encyclopedia of Space", Cambridge University Press, First Edition, 1990.