سیستم ‌های رادیویی ترانک

افزایش رشد سریع جمعیت استفاده‌ کنندگان از ارتباطات رادیویی( بی‌سیم) و تعداد شبکه‌های رادیویی در محل (شهرها)، نیاز به توسعه جغرافیایی برای پوشش رادیویی و استفاده از سرویس‌ها و قابلیت‌های جدید ارسال صوت و دیتا، روی بستر این‌گونه ارتباطات و ناکارا بودن ارتباطات بی‌سیمی‌ مرسوم برای پاسخگویی به این‌گونه نیازهای واقعی خصوصا در شهرهای بزرگ و پرتراکم (از لحاظ تجمع ساختمان‌ها، وسعت شهرها) متخصصین مخابرات را به این مسئله سوق داد که از سیستم‌های سلولار برای پاسخ به نیازهای متقاضیان استفاده نمایند.

1 - مشخصات شبکه‌های رادیویی متداول

معمولا در یک شبکه ارتباطی رادیویی سه نوع بی‌سیم بکار می‌رود که شامل: بی‌سیم دستی، بی‌سیم سیار و بی‌سیم ثابت ( به عنوان مرکزی یا تکرارکننده) می‌باشد. بسته به میزان پیچیدگی، تکنیک به کار رفته در ساختمان بی‌سیم، نیازهای ارتباطی و تعداد فرکانس در دسترس این بی‌سیم‌ها می‌توانند به صورت (سیمپلکس، هاف دوپلکس و یا فول دوپلکس) به کار روند.

در حالت سیمپلکس، فرکانس ارسال و دریافت کانال رادیویی تخصیص داده شده، یکسان می‌باشند (Ft= Fr) و عمل ارسال و دریافت به صورت غیر همزمان انجام می‌شود.

در حالت هاف دوپلکس، فرکانس ارسال و دریافت کانال رادیویی تخصیص داده شده متفاوت هستند (Ft#Fr) و عمل ارسال و دریافت به صورت غیر همزمان انجام می‌شود.

حالت فول دوپلکس همان هاف دوپلکس است که، عمل ارسال و دریافت به صورت همزمان انجام می‌شود. معمولا در شبکه رادیویی سیمپلکس تمام بی‌سیم‌های دستی و سیار با یک یا چند مرکز در ارتباط می‌باشند و مرکز مربوطه پیام‌های لازم را برای مشترکین ارسال می‌نماید. در این حالت ارتباط رادیویی دستی به دستی، سیار به سیار (خودرویی به خودرویی) و دستی به سیار در منطقه محدود، برقرار است، اما ارتباط اصلی، بین مراکز با مشترکین و یا بر عکس می‌باشد.

روشن است که چون یک کانال به تمام مشترکین تخصیص داده می‌شود، کلیه پیام‌های صوتی توسط دیگر مشترکین شنیده می‌شود. با افزایش تعداد مشترکین و تقاضای ارتباط بیشتر، باید کانال‌های زیادتری را بدین منظور تخصیص داد. 

به منظور گسترش حدوده ارتباطی مشترکین با یکدیگر (دستی به دستی، دستی به سیار، سیار به سیار، سیار با دستی) از سیستم تکرارکننده استفاده می‌شود در این سیستم تمام بی‌سیم‌های دستی، سیار و ثابت در یک کانال رادیویی به صورت هاف دوپلکس (به طور مثال فرکانس ارسالTx=f1 و فرکانس دریافت Rx=f2 ) تنظیم می‌شوند و بی‌سیم تکرارکننده در عکس فرکانس ارسال و دریافت آنها (یعنی به ترتیب TX=f1 وRx=f2) عمل می‌نماید. 

معمولا برای گسترش محدوده پوشش، آنتن مربوط به بی‌سیم تکرارکننده را تا حد امکان در ارتفاع بالا و مشرف به ناحیه موردنظر نصب می‌نمایند.

با توجه به توضیحات داده شده مشخص می‌گردد که در سیستم‌های مخابراتی متداول، یک یا چند کانال رادیویی به گروه مشخص، تخصیص داده می‌شود و سایر گروه‌ها نمی‌توانند از آن کانال‌ها استفاده نمایند. بنابراین در شبکه‌های رادیویی مرسوم در مقاطع زمانی مختلف، امکان وجود ترافیک ارتباطی سنگین برای بعضی از گروه‌ها و ترافیک سبک برای بعضی دیگر بسیار محتمل به نظر می‌رسد. مرکز گروه اول در حال ارسال پیام برای یکی از مشترکین (کامیون) است و دیگر مشترکین نمی‌توانند با مرکز و یا با یکدیگر تماس داشته باشند (هر چند که پیام بسیار ا ضطراری داشته باشند).

کانال 2 به گروه 2 تخصیص داده شده، اما هیچ یک از مشترکین از آن استفاده نمی‌کنند و کانال 2 کاملا آزاد است. کانال 3 به گروه سوم اختصاص داده شده و در اشغال یکی از مشترکین (آمبولانس) است و دیگر مشترکین نمی‌توانند ارتباط داشته باشند. به همین ترتیب کانال 4 به گروه چهارم اختصاص داده شده، اما هیچ یک از مشترکین از آن استفاده نمی‌کنند و کانال 4 کاملا آزاد است. با این مثال مشخص می‌شود که، اختصاص دائم یک یا چند کانال رادیویی به گروه مشخص باعث می‌شود که گروه‌های دیگری که نیاز به ارتباط رادیویی دارند نتوانند از آن کانال‌ها استفاده نمایند. 

این مسئله باعث می‌گردد، گروه‌هایی که نیاز به ارتباط رادیویی بیشتری دارند درخواست فرکانس بیشتری نمایند در حالی که گروه‌های دیگر از کانال‌های فرکانسی خود استفاده بهینه نمی‌نمایند، اما باند فرکانسی نظیر تمام منابع و مواهب طبیعی دیگر، محدود می‌باشد و موانع زیادی برای اعطای حتی یک فرکانس به یک گروه ارتباطی وجود دارد.

پس به طور خلاصه می‌توان نتیجه‌گیری نمود:

به هر حال اینکه شبکه‌های رادیویی گروه‌های مختلف در حال افزایش است، باند فرکانسی هر روز بیشتر از روز قبل اشغال می‌گردد و با توجه به محدود بودن باند فرکانسی، باید هر سازمان حداکثر استفاده ممکن را از فرکانس‌های رادیویی خود بنماید و نیازهای ارتباطی را با حداکثر راندمان برآورده کند.

1-1 محدودیت‌های شبکه‌های رادیویی متداول

1- اختصاص دائمی یک و یا چند کانال به یک گروه بدون آنکه برای سایر گروه‌ها قابل استفاده باشد. 

2- امکان طبقه‌بندی مشترکین از نظر اولویت داشتن در ارسال پیام را ندارد. 

3- در صورت اشغال بودن کانال‌ها، مشترکینی که تمایل به ارسال پیام دارند باید مرتباً کانال‌ها را تا هنگام آزاد شدن یکی از آنها را زیر نظر داشته باشند و بدین ترتیب وقت زیادی از مشترکین به هدر می‌رود.

4- عدم وجود یک مدیریت ترافیکی برای کل شبکه رادیویی.

5- امکان ثبت نمودن مشخصات پیام‌های رد و بدل شده وجود ندارد (مشخصاتی نظیر اسامی پیام‌دهندگان و پیام‌گیرندگان، زمان وقوع و خاتمه پیام‌ها، نوع پیام‌ها) و در نتیجه آمار صحیحی از ترافیک ارتباطی روزانه در دسترس نیست. 

6- شبکه‌های رادیویی مرسوم فقط امکان ارتباط صوتی را به مشترکین می‌دهند و در ارائه سرویس‌های ارتباطی جدید نظیر مخابرات دیتا، ارتباط با شبکه تلفن سوئیچینگ عمومی (PSTN) و مرکز تلفن داخلی سازمان‌ها (PABX)، پیام‌های گروهی کنفرانسی و پیجینگ صوتی و حرفی عددی ناتوان می‌باشند.

7- عدم وجود امنیت با ضریب بالا.

8- عدم امکان مدیریت سلسله مراتبی متناسب با رده تشکیلاتی سازمان در امر ارتباطات.

9- شنود مکالمات توسط کلیه اجزا و هم‌شنوایی مشترکین شبکه که این امر به خصوص در سازمان‌های نظامی و انتظامی، مطلوب هیچ یک از طرفین ارتباطی نمی‌باشد. 

2- معرفی سیستم رادیویی ترانک 

رشد تقاضا برای سرویس‌های رادیویی ترانک به طور معمول در حدود 10% در سال است و هیچ علامتی از کم شدن این رشد تقاضا در آینده نزدیک دیده نمی‌شود. این تقاضای رو به رشد مشکلاتی را در جهت بی‌نیاز ساختن مردم با طیف مختص به رادیوترانک به وجود می‌آورد. بنابراین تکنیک‌های جدید، در جستجوی راهی هستند که بتوانند از طیف فرکانسی موجود استفاده بیشتری ببرند. در چنین تکنیکی از ترانکینگ استفاده می‌شود، که اجازه استفاده بیشتر را ازفضای فرکانس فراهم می‌کند. به وسیله ترانکینگ استفاده‌کنندگان از یک دسته کانال به طور مشترک سهم می‌برند، در این روش اتلاف وقت استفاده‌کنندگان کاهش می‌یابد و در نتیجه این کاهش، احتمال دارد که همه کانال‌ها به طور هم‌زمان مورد استفاده باشد.

ترانکینگ یک سیستم عمومی پذیرفته شده است که به طور اتوماتیک کانال‌ها را بر تعداد استفاده‌کنندگان تقسیم می‌کند. برای دستیابی به این مرحله به معنای واقعی تعداد استفاده‌کنندگان باید چند برابر تعداد ترانک‌ها (تعداد فرکانس‌ها) باشد. ترانک وقتی سودمند است که تعداد کانال‌های مورد نیاز بیشتر از تعداد کانال‌های واگذار شده سیستم باشد. در سیستم ترانک کانال‌ها بر حسب نیاز به مکالمات اختصاص می‌یابند و هنگامی که مکالمات تمام شد، کانال‌ها برای اختصاص به دیگر استفاده‌کنندگان به منبع برمی‌گردد. اهمیت این سیستم در اینجا است که هر استفاده کننده به هر کانال آزادی در داخل منبع یا مخزن کانال (سایت) دسترسی دارد.

فلسفه اساسی سیستم ترانک تسهیم اتوماتیک (اختصاص سهم کانال به هر یک از متقاضیان ارتباط) تعداد کمی کانال رادیویی در بین تعداد زیادی مشترک می‌باشد. بکارگیری سیستم‌های رادیویی ترانک، به منظور استفاده هر چه موثرتر از سیستم‌های رادیویی مرسوم می‌باشد. امروزه با توسعه شبکه‌های مخابراتی، ترافیک ارتباط رادیویی نیز افزایش چشم‌گیری یافته و با توجه به محدودیت باند فرکانسی، استفاده بهینه از آن برای ارتباط بیشترین تعداد مشترک، در وسیع‌ترین ناحیه تحت پوشش، یکی از ابعاد مهم ارتباطات مدرن به شمار می‌آید.

سیستم رادیویی ترانک که به تازگی مطرح گردیده، می‌تواند به عنوان یکی از راه‌حل‌های مطمئن برای حل این مشکل به کار گرفته شود. سیستم ترانک سال‌ها است که در شبکه‌های ارتباطی رادیویی مورد استفاده قرار گرفته و از طریق تعداد اندکی کانال رادیویی، ارتباط بین مشترکین زیادی برقرار شده است، به همین ترتیب در سیستم رادیویی ترانک، چندین کانال برای تعداد زیادی از مشترکین اختصاص داده می‌شود و قسمت کنترل مرکزی با تخصیص کانال‌ها به مشترکین متقاضی، شبکه را طوری کنترل می‌نماید که از تمام کانال‌ها به طور مساوی و مداوم استفاده شود و از این طریق بالاترین بهره‌وری ممکن از باند فرکانسی به دست می‌آید. با مثال ساده‌ای عملکرد سیستم ترانک روشن می‌گردد.

همان طور که توضیح داده شد در سیستم‌های مرسوم، تخصیص دائم یک یا چند کانال رادیویی به یک گروه مشخص، موجب می‌‌شود در لحظات زیادی بعضی از مشترکین یک گروه، نیاز به کانال رادیویی داشته باشند و کانال گروه خودشان هم اشغال باشد و نتوانند از کانال رادیویی گروه دیگر که در همان لحظات کاملا آزاد است استفاده نمایند. در سیستم ترانک امکان بکارگیری این چهار کانال برای تمام گروه‌ها وجود دارد. بدین ترتیب در هر لحظه حداکثر استفاده از چهار کانال به عمل می‌آید و امکان بلااستفاده بودن یک کانال و ترافیک زیاد در کانال دیگر وجود ندارد و در نتیجه امکان عدم دسترسی به کانال آزاد وجود ندارد. اگر چه ساختمان داخلی سیستم رادیویی ترانک بسیار پیچیده است اما برای مشترکین این سیستم کار با آن حتی آسان‌تر از کار سیستم‌های متداول می‌باشد.

روش تماس (سناریوی برقراری ارتباط رادیویی) شبیه روش ارتباط از طریق شبکه تلفن سوئیچینگ است. این بدان مفهوم است که مشترک مربوطه، نگران اینکه چگونه و از چه کانالی استفاده می‌کند نیست.

سیستم ترانک دارای کنترل کامل کامپیوتری است که بدون نیاز به اپراتور به راحتی عمل نموده و ارتباطات مورد نیاز متقاضیان را هدایت، کنترل و برقرار می‌نماید. در این سیستم هر مشترک دارای شماره خاصی است که برای ارتباط با او کافی است، مشابه شماره‌گیری تلفن شماره مشترک مربوطه شماره‌گیری گردد و سریعا ارتباط برقرار شود.

سیستم رادیویی ترانک قابلیت اتصال به شبکه تلفن سوئیچینگ شهری (PSTN) را دارد و ارتباط مشترکین سیستم ترانک با مشترکین تلفنی به راحتی امکان‌پذیر است. ارتباط بین هر مشترک رادیویی یا تلفن با مشترک دیگر در سیستم ترانک کاملا خصوصی و محرمانه است و مشترکین دیگر قادر به شنیدن پیام‌ها نمی‌باشند، در حالی که در سیستم‌های رادیویی مرسوم، تمام مشترکین یک کانال، به راحتی پیام‌های رد و بدل شده بین دو مشترک دیگر را می‌توانند بشنوند.

در سیستم ترانک امکان برقراری ارتباط رادیویی مشخص و یا گروهی وجود دارد. معمولا قسمت کنترل‌کننده کامپیوتری سیستم رادیویی ترانک در هنگام برقراری یک ارتباط، این عملیات را انجام می‌دهد. بررسی مجاز بودن درخواست کننده به برقراری یک ارتباط، بررسی حضور طرف موردنظر به منظور برقراری ارتباط، بررسی وجود کانال ارتباطی رادیویی و یا تلفنی لازم، تخصیص یک کانال ارتباطی، نظارت و ارتباط تا اتمام آن. تمام اعمال کنترلی در زمان بسیار ناچیزی توسط کامپیوتر کنترل‌کننده انجام می‌شود. چنانچه مرکز سیستم ترانکینگ درخواست برقراری ارتباط از طرف یکی از مشترکین را دریافت نماید و در همان لحظه، تمامی کانال‌ها اشغال باشند و یا طرف ‌یکی از مشترکین را دریافت نماید و در همان لحظه، تمامی کانال‌‌ها اشغال باشند و یا طرف موردنظر حضور نداشته باشد، مشترک درخواست کننده را بر حسب سطح اولویتی که دارد، در صف خواست پیام، در نوبت قرار می‌دهد و علامت (تن) مخصوصی در ترانک (MPT1327) را به عنوان حالت انتظار تا آزاد شدن یکی از کانال‌ها و برقراری ارتباط برای مشترک درخواست کننده ارسال می‌نماید. (در ترانک دیجیتال تترا یک پیام دیتای کوتاه روی صفحه نمایش بی‌سیم می‌آید.

بدین ترتیب مشترک از تلاش پی در پی برای گرفتن کانال ارتباطی آزاد رهایی می‌یابد و می‌تواند به کارهای دیگری بپردازد. هنگامی که یک مشترک به عنوان عضوی از سیستم ترانک پذیرفته شد، آزادانه می‌تواند تسهیلات و امکانات سیستم، نظیر پیام‌های سیار به سیار، سیار به گروه، دستی به دستی، دستی به سیار، سیار به مرکز (دیسپچر)، سیار به دستی، مرکز به سیار، مرکز به دستی، مرکز به گروه و دستی به مرکز.

همچنین پیام‌های اضطراری و یا اولویت‌دار برحسب طبقه‌بندی مشترک مربوطه، پیام‌های کوتاه حرفی و عددی پیام‌های وضعیتی تغییر آدرس پیام، دسترسی به شبکه تلفن سوئیچینگ عمومی و خصوصی و خلاصه از کلیه امکاناتی که برنامه‌ریزی شده استفاده نماید. 

درسیستم ترانک دو نوع کانال رادیویی، یکی به نام کانال کنترل و دیگری به نام کانال ترافیکی وجود دارد. کانال کنترل تمام اعمال سیگنالینگ کنترل کننده (هماهنگ کننده) بین مرکز (BS) و مشترکین انجام می‌دهد و به صورت یک کانال دیتای فول دوپلکس (دو طرفه هم‌زمان) با ارسال پیوسته است (در سیستم ترانک MPT1327) در ترانک تترا فقط از یک شکاف زمانی (Time Slot) به عنوان کانال کنترل استفاده می‌گردد.

کانال ترافیکی به صورت یک کانال تکرار کننده است که پیام‌های مشترکین را به یکدیگر منتقل می‌نماید. نرم‌افزار سیستم، آن چنان قوی است که عملیات سوئیچینگ پردازش، پیام‌های مشترکین، تهیه و جمع‌آوری اطلاعات مختلف آماری، نمایش پارامترهای مربوط به چگونگی عملیات و وضعیت سیستم، عیب‌یابی و کنترل ارتباطات را به راحتی اداره می‌نماید. طراحی و ترکیب سیستم ترانک به منظور تامین پوشش رادیویی، بستگی به وسعت، بافت شهری و ناهمواری ناحیه موردنظر دارد.

کوچک‌ترین واحد یک سیستم رادیویی ترانک که به منظور گسترش منطقه تحت پوشش، به راحتی می‌توان تعداد سایت‌ها را افزایش داد و سیستم رادیویی ترانک منطقه تحت پوشش وسیع را به کار گرفت. به همین ترتیب می‌توان منطقه تحت پوشش سیستم رادیویی ترانک را حتی به اندازه کشوری گسترش داد . بنابراین می‌توان نتیجه‌گیری نمود که، سیستم رادیویی ترانک دارای قدرت انطباق زیادی می‌باشد و می‌تواند انواع نیازهای مخابراتی را در هر حجم، شبکه‌های کوچک محلی یا چند مشترک تا شبکه‌های گسترده با چندین هزار مشترک را برآورده نماید.

استاندارد سیگنالینگ سیستم‌های رادیویی ترانک

در سیستم‌های رادیویی ترانک برای ارتباط اجزا مختلف آن و برقراری مکالمه بین بی‌سیم‌ها و ساختار شبکه، نیاز به هماهنگی وجود دارد. این هماهنگی توسط سخت‌افزارها و نرم‌افزارها و اینترفیس‌های مختلف تحت قوانین، مقررات و چهارچوب تعاریف خاصی به نام سیگنالینگ اعمال می‌گردد. استاندارد بودن یک سیستم موجب هماهنگی و الگوسازی یکنواخت خواهد شد. کمپانی‌های دنیا نیز تولیدات خود را در قالب یک استاندارد به مشتریان عرضه می‌کنند.‌

استاندارد سیگنالینگ سیستم رادیویی ترانک آنالوگ (MPT 1327) است که تشریح پروتکل سیگنالینگ برای ارتباطات بین ایستگاه مرکزی و بی‌سیم‌های مشترکین و یا بین بی‌سیم‌های مشترکین با یکدیگر می‌باشد و با مدولاسیون‌های مختلف AM, FM, FSK و سرعت (1200 bps) به صورت فول دوپلکس و هاف دوپلکس ساخته شده است. 

(MPT) از ابتدای کلمات سازمان وزارت پست و ارتباطات راه دور گرفته شده است:

(MINISTRY OF POST & TELECOMMUNICATION)

استاندارد (MPT 1327) و استانداردهای دیگر نظیر استاندارد تترا که شبکه‌های ترانک دیجیتال براساس آن ساخته و عرضه می‌گردند شامل اطلاعاتی در زمینه چگونگی فرمت، مدولاسیون، سرعت انتقال دیتا، کد تصحیح سرویس‌های ارتباطی مختلف و سنکرونیزاسیون می‌باشد و همچنین آدرس بندی انواع پیام، مراحل ثبت مشترک و نحوه پردازش پیام‌ها را تشریح می‌نمایند.

استاندارد تترا یک استاندارد اروپایی است که نمونه‌های آن براساس تکنیک کاملا دیجیتال و به روش مدولاسیون ((II/4DQPSK TDMA پیاده‌سازی شده است.

منبع: turbin.blogfa.com