اجرای ایستگاه‌های مخابرات و شبکه بین شهری

ایستگاه پایه فرستنده/گیرنده (به انگلیسی: Base Transceiver Station) با کوته‌نوشت BTS، به مجموعه‌ای از تجهیزات مخابرات گفته می‌شود که در مخابرات بی‌سیم، ارتباط مشترک با شبکه را فراهم می‌کند. این شبکه شامل سامانهٔ جهانی ارتباطات سیار (جی‌اس‌ام)، دسترسی چندگانه تقسیم کدی (CDMA)، وای-فای، وای‌مکس و سایر شبکه‌های گسترده می‌شود.

حتما شما هم دکل‌های آنتن‌داری را در خیابان و پشت بام ساختمان‌های بلند دیده‌اید و فقط می‌دانید که برای استفاده از گوشی‌های موبایل به این دکل‌ها و برج‌های بلند نیاز داریم.اما شده با خودتان فکر کنید این آنتن‌های بلند و دکل‌های موبایل چگونه کار می‌کنند؟

وقتی می‌خواهیم با موبایل تماس بگیریم یا پیامک بفرستیم و در حالی‌که از دیتای موبایل استفاده می‌کنیم؛ دقیقا چه اتفاقی در شبکه موبایل می‌افتد و این آنتن‌هایی که روی دکل‌ها نصب و به سامانه‌های BTS وصل می‌شوند؛ چه وظایفی برعهده دارند؟

چرا برخی بزرگ‌تر و بلندتر و برخی دیگر جمع‌وجورتر هستند؟

چرا هر چه تعداد BTS در یک شهر بیشتر باشد و اپراتورهای موبایل بتوانند آنتن بیشتری نصب کنند؛ شبکه موبایل با کیفیت و سرعت بهتری خواهیم داشت؟

آنتن های BTS مجموعه ای از تجهیزات مخابراتی هستند که در مخابرات بی سیم، ارتباط مشترک با شبکه را فراهم می‌کند. این نوع از آنتن ها در مناطقی که سیگنال های مخابراتی ضعیف تر است، نصب می‌شوند. آنتن های BTS به بهبود کیفیت سیگنال های مخابراتی کمک می‌کنند. برد مفید هر کدام از این نوع آنتن ها 20 کیلومتر است. اما در مناطق مسطح برد آنتن های BTS تا 35 کیلومتر هم می‌رسد. حتی با ایجاد شرایط خاصی می‌توان برد آنتن را تا 60 کیلومتر افزایش داد.

آنتن BTS  

کلمه BTS مخفف عبارت  Base Tranceiver Station است که معنای آن ایستگاه گیرنده و فرستنده پایه است. آنتن های BTS آنتن هایی هستند که در زیرساخت های مخابراتی استفاده می‌شوند. از این نوع آنتن ها برای تسهیل ارتباطات مخابراتی استفاده می‌گردد. این آنتن ها از تکنولوژی هایی مانند GSM ،‌WiFi ، WLL WAN ، CDMA،  و WiMAX پشتیبانی می‌کنند. آنتن های BTS‌ برای بهتر شدن ارتباطات وصل می‌شوند. سه سکتور در آنتن های BTS تعبیه شده است که هر با زاویه 120 درجه در کنار هم قرار گرفته اند. برد مفید این آنتن ها حدود 20 کیلومتر است. البته برد مفید در شرایط متنوع، متفاوت است. برای مثال در سطح شهر و در مناطقی با ساختمان های بلند، برد این آنتن ها تا 5 کیلومتر می‌رسد. در نقطه مقابل هم هنگامی که این آنتن ها در شرایط مسطح قرار گرفته باشند می‌توانند تا 35 کیلومتر نیز برد داشته باشند.

شبكه سلولی در آنتن‌های BTS

آنتن‌های BTS در شبكه تلفن همراه كه از نوع شبكه سلولی cell است، وظیفه تشكیل نقاط اتصال سلول‌های 6 ضلعی این شبكه را دارند و عموما 2 نوع ارتباط برقرار می‌كنند، اول ارتباط با سایر آنتن‌ها و دوم ارتباط با وسایل واقع در دامنه تحت پوشش.

بی‌تی‌اس‌ها اغلب دارای ۳ سكتور هستند كه هر كدام حدود ۱۲۰ درجه را پوشش می‌دهند كه جمعا ۳۶۰ درجه می‌شود، اما هر سكتور یا قسمت می‌تواند مستقل نیز نصب شود تا محل‌های خاصی را پوشش دهد. بی‌تی‌اس حدود ۳۰ كیلومتر برد دارد كه برد مفید آن را در فضای باز و بدون هیچ‌گونه ساختمان یا مانعی ۲۰ كیلومتر تخمین می‌زنند و در فضای شهر با وجود ساختمان‌های بلند و متعدد، برد مفید را بین ۲ تا ۵ كیلومتر در نظر می‌گیرند. اگر در فضای باز و خارج از شهر باشید، بسته به قدرت سیگنال دریافتی از بی‌تی‌اس می‌توانید مكالمه داشته باشید به عبارتی دیگر در صورت داشتن شارژ كافی براحتی می‌توانید از فاصله ۱۵ كیلومتری سایت مكالمه كنید. در این مقطع میزان تشعشع و قدرت فرستنده و گیرنده اهمیت پیدا می‌كند.

قدرت خروجی بی‌تی‌اس به صورت manual یا دستی و قدرت خروجی گوشی به صورت خودكار تنظیم می‌شود تا مصرف باتری به حداقل برسد.

اجزای تشکیل دهنده BTS

BTS ها از سلول هایی تشکیل شده اند که در هر کدام از این سلولها سه سکتور وجود دارد .اندازه سلولهای آنتن های BTS بستگی به فاصله این آنتن ها دارد .سلولهای بزرگتر مربوط به آنتن های نزدیک به هم و سلولهای کوچک مربوط به آنتن هایی است که فاصله زیادی از هم دارند .چهار TRX در هر کدام از این سکتورها فعال می شود که به ازای هر کدام از این TRX ها ارتباط همزمان بین هشت مشترک برقرار می شود .

TRX مخفف کلمه Transceiver است و در آنتن های BTS به عنوان فرستنده و گیرنده عمل می کند .هر آنتن BTS حداکثر از توانایی ارتباط رسانی بین 96 مشترک برخوردار است.یک BTS براساس ظرفیت‌ و کاربرد از انواع تجهیزات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری تشکیل شده است.

هر BTS یک سیستم فرستنده/گیرنده (TRX)، یک سیستم تقویت‌کننده توان سیگنال (PA)، آنتن، مالتی‌پلکسر، سیستم‌های ترکیب‌کننده چند موج رادیویی، واحد کنترل، سیستم نظارت و توسعه، واحد گیرنده باند پایه و حتی سیستم‌های رمزنگاری و رمزگشایی به شرح ذیل دارد.

– فرستنده و گیرنده (TRX)

این بخش، ارسال و دریافت سیگنال‌ها را انجام می‌دهد. همچنین این بخش با کنترلر مادر بی‌تی‌اس در ارتباط است.

– تقویت‌کننده قدرت (PA)

سیگنال‌های دریافتی از DRX را برای فرستادن به آنتن تقویت می‌کند.

– ترکیب‌کننده(multiplexer)

سیگنال‌های حاصل از چند فرستنده را ترکیب می‌کند تا بتوان آن‌ها را از طریق یک آنتن ارسال کرد. امکان کاهش تعداد آنتن را فراهم می‌کند.

– تسهیم‌کننده(Branching Filter)

برای جدا کردن ارسال و دریافت سیگنال از آنتن استفاده می‌شود. ارسال و دریافت سیگنال را از طریق یک آنتن انجام می‌دهد.

– آنتن(Antenna)

آنتن ساختاری است که در بالاترین نقطه نصب می‌شود و بی‌تی‌اس در زیر آن قرار دارد.

– سامانه نظارت 

اعلام وضعیت کارکرد قسمت‌های مختلف بی‌تی‌اس را به منظور عملیات تعمیر و نگه داری، جمع‌آوری می‌کند.

– واحد کنترل

کنترل و مدیریت واحدهای مختلف BTS از جمله بخش نرم‌افزاری، پیکربندی نقطه‌ای، تغییرات وضعیت و ارتقاء نرم‌افزاری و غیره را انجام می‌دهد.

– واحد گیرنده باند پایه (BBxx)

تغییر بسامد، پردازش سیگنال.

شبکه های برتر

ایستگاه‌های BTS مهم‌ترین اجزای شبکه‌های موبایل GSM هستند. آنتن‌های نصب شده روی این دکل‌ها از طریق امواج رادیویی مایکروویو با شبکه در ارتباط هستند و سعی می‌کنند یک منطقه مانند شهر را زیر پوشش کامل یک شبکه موبایل ببرند.بنابراین؛ وقتی ما در حال مکالمه با گوشی موبایل هستیم؛ پیامک می‌زنیم و از اینترنت موبایل استفاده می‌کنیم؛ از طریق یک ایستگاه BTS به شبکه موبایل سراسری متصل شدیم.

هرچه‌قدر تعداد آنتن‌ها و ایستگاه‌های BTS در یک منطقه بیشتر باشد؛ پوشش‌دهی شبکه موبایل بهتر و سریع‌تر خواهد بود. به همین دلیل، اپراتورهای موبایل دایما در حال گسترش و نصب ایستگاه‌های جدید هستند.

این نکته را هم باید اشاره کنیم که دکل‌های موبایل تنها بخشی از یک ایستگاه مخابراتی موبایل هستند و اجزای بسیار دیگری هم برای راه‌اندازی یک شبکه موبایل مورد نیاز است.

BTS زیرمجموعه یک ناحیه BSS (مخفف Base Station Subsystem) قرار دارد. ناحیه BSS از BTS و BSC (مخفف Base Station Controller ) تشکیل می‌شود.

ارسال و دریافت سیگنال‌ها و امواج رادیویی، پردازش سیگنال‌ها و پرش‌های فرکانسی، رمزنگاری و رمزگشایی اطلاعات روی مسیرهای رادیویی، مدیریت لینک‌ها و خطوط، مدیریت کیفیت ارتباطات و خطوط و تطبیق نرخ بیت و اجرای کدگذاری‌ها برعهده ایستگاه‌های BTS است.

انواع ایستگاه های BTS

ایستگاه‌های BTS ثابت می‌توانند روی زمین صاف و مسطح نصب شده باشند؛ روی سطح دیوار نصب شوند؛ پشت‌بام ساختمان‌ها و برج‌ها مستقر شوند یا اینکه یک سایت کامل مخابراتی باشند.

ایستگاه‌های BTS متحرک و درون ساختمانی هم ساخته شده و استفاده می‌شود. در مواقع بحرانی مانند مناطق زلزله‌زده که زیرساخت‌های مخابراتی از بین رفته است؛ ایستگاه‌های BTS متحرک که CIAB و COLT نام دارند؛ سریعا برپا و مستقر می‌شوند تا شبکه موبایل به طور اضطراری در دسترس باشد.

احتمالا در نمایشگاه‌ها، مراکز پرجمعیت و شلوغ کامیون‌هایی با آنتن‌های بلند نصب شده در پشت آن‌ها مشاهده کردید. این ایستگاه‌های BTS متحرک می‌توانند مشکل موقتی شبکه موبایل در یک منطقه را سریعا رفع و پوشش‌دهی بهتری برای اتصال کاربران به شبکه موبایل فراهم کنند.

در مکان‌هایی که امکان نصب یک سایت و ایستگاه BTS روی زمین نیست و برای توسعه سریع شبکه از BTS پشت بام استفاده می‌شود.

یک دسته‌بندی دیگر ایستگاه‌های مخابراتی شامل ماکرو سایت، میکرو سایت و پیکو سایت است.

ماکرو سایت‌ها برای پوشش‌دهی بخش جغرافیایی وسیعی از کاربران استفاده می‌شوند. دکل‌های این نوع ایستگاه‌ها از ۲۰ متر تا ۶۵ متر ارتفاع دارند و در داخل شهرها می‌توانند تا چند صد متر را زیر پوشش شبکه موبایل ببرند.

ایستگاه‌های میکرو سایت برای پوشش‌دهی کمتر ولی ظرفیت ترافیکی بیشتر استفاده می‌شوند.میکرو سایت‌ها معمولا بردی کمتر از ۱۰۰ متر دارند و در نقاط کور رادیویی برای بهبود و تقویت شبکه موبایل نیز استفاده می‌شوند.

پیکو سایت‌ها در داخل ساختمان‌ها و محل‌های سرپوشیده نصب شده و برای تامین بیشترین کیفیت دسترسی و همچنین رهاسازی بار ترافیکی ماکرو سایت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

شبکه شهری یا Metropolitan Area Network (MAN)، شبکه‌ای گسترده‌تر از LAN است که در سطح یک شهر یا منطقه بزرگتر عمل می‌کند. Man که یکی از انواع شبکه است، امکان اتصال دستگاه‌ها و شبکه‌های مختلف را در یک منطقه شهری فراهم می‌آورد و برای ارائه خدمات مخابراتی، اینترنتی و پخش تلویزیونی در یک محدوده وسیع به کار می‌رود. اگر به دنبال راه اندازی یا توسعه شبکه شهری در منطقه خود هستید، آتیه فناوران گئومات می‌تواند به شما کمک کند تا با بهره‌گیری از آخرین تکنولوژی‌ها، شبکه‌ای قدرتمند و کارآمد بسازید.

شبکه شهری man چیست؟

شبکه شهری MAN، یک زیرساخت ارتباطی پیشرفته است که دامنه جغرافیایی میان LAN (Local Area Network) و WAN (Wide Area Network) را پوشش می‌دهد. این نوع شبکه به عنوان یک پل ارتباطی برای شهرها عمل می‌کند و ارتباطات بین شبکه‌های مختلف را مدیریت می‌کند.

یکی از ویژگی‌های برجسته MAN، پهنای باند بالا است. این شبکه‌ها به منظور انتقال حجم بالای داده‌ها و ارتباطات پیچیده در دامنه شهری بهبود یافته‌اند. این امر موجب ارائه خدمات اینترنت پرسرعت، ارتباطات ویدئویی بی‌درنگ و سایر خدمات پیشرفته می‌شود.

همچنین، MAN به عنوان یک شبکه محلی توزیع شده در شهرها عمل می‌کند که از طریق اتصال به شبکه گسترده امکان دسترسی به مناطق دورافتاده را نیز فراهم می‌سازد. این قابلیت موجب کارآیی بیشتر در ارتباطات شهری و اتصال به سیستم‌های جهانی می‌شود.

در مجموع، شبکه شهری MAN با ارائه ارتباطات پیشرفته، پهنای باند بالا و اتصال به سطوح بالاتر شبکه، یک راهکار اساسی برای ارتباطات شهری مدرن و افزایش کارایی شبکه‌هاست.

برقراری ارتباط در یک شهر از طریق man

تاریخچه پیدایش شبکه های شهری

شبکه‌های شهری به عنوان یکی از مهمترین ارکان فناوری اطلاعات و ارتباطات، داستان پیچیده‌ای از تحول و تطور را در زمینه ارتباطات شهری رقم زده‌اند. این تحولات، از دهه ۱۹۷۰ با ظهور اولین نسل از شبکه‌های شهری (MAN) آغاز شد.

در دهه ۱۹۷۰، با توسعه فناوری‌های ارتباطی، نیاز به اتصال مناطق مختلف یک شهر به یکدیگر احساس شد. این نیاز موجب پیدایش اولین شبکه‌های شهری شد که از تکنولوژی‌های کابلی برای ارتباط درون شهری استفاده می‌کردند.

در دهه‌های بعد، با پیشرفت فناوری ارتباطات بی‌سیم و توسعه اینترنت، شبکه‌های شهری به شکل جدیدی ظهور کردند. این تحول به ایجاد شهرهای هوشمند و ارائه خدمات بهینه برای شهروندان منجر شد.

امروزه، با گسترش اینترنت اشیاء و استفاده از سنسورها در شهرها، شبکه‌های شهری به ابعاد جدیدی گسترش یافته‌اند. این شبکه‌ها از اطلاعات به دست آمده از حوادث راهبردی برای مدیریت ترافیک، مصرف انرژی، و خدمات شهری بهره می‌برند.

در نهایت، تاریخچه شبکه‌های شهری نشان از ارتقاء پیوندهای ارتباطاتی و ارتقاء کیفیت زندگی در شهرها دارد که با پیشرفت فناوری به یک نقطه بالاتر رسیده است.

چگونگی عملکرد شبکه منطقه شهری

شبکه منطقه شهری (MAN) یک پیچیدگی فناوری است که در دل شهرها عمل می‌کند و ارتباطات متقابل میان انواع مختلف دستگاه‌ها و سرویس‌ها را فراهم می‌آورد. عملکرد یک شبکه MAN بر اساس چند معیار اصلی تحت‌تاثیر قرار می‌گیرد.

ابتدا، پهنای باند بالا یکی از ویژگی‌های اساسی عملکرد MAN است. این ویژگی این امکان را فراهم می‌کند، که حجم زیادی از داده‌ها به سرعت و با کیفیت مناسب انتقال پیدا کند، که از آن به منظور ارتباطات پیچیده و هوشمند شهری استفاده می‌شود.

در دومین مرحله، قابلیت اتصال به اینترنت اشیاء (IoT) در شبکه شهری مهم است. این امکان به شهرها این قابلیت را می‌دهد که از داده‌های جمع‌آوری شده از سنسورها و دستگاه‌های مختلف برای بهبود خدمات شهری، مانند مدیریت ترافیک یا حفاظت از محیط زیست، بهره‌مند شوند.

در نهایت، امنیت اطلاعات یکی دیگر از اصول مهم در عملکرد شبکه MAN است. با توجه به حساسیت اطلاعات شهری، امکانات امنیتی مطلوب و تحت‌تاثیر قرارگیری اطلاعات بسیار حائز اهمیت است.

به این ترتیب، عملکرد شبکه MAN با توجه به پهنای باند بالا، اتصال به اینترنت اشیاء، و توجه به امنیت، تبدیل به یک زیرساخت ارتباطات هوشمند و کارآمد در قلب شهرها می‌شود.

اتصال شبکه های محلی در یک شهر

کاربردهای شبکه MAN

شبکه شهری یا MAN با امکانات ویژه‌ای که ارائه می‌دهد، در کاربردهای متنوعی در دامنه شهری به کار می‌رود. یکی از کاربردهای اصلی MAN در مدیریت ترافیک شهری است. این شبکه با ارائه اطلاعات فوری و دقیق از وضعیت ترافیک، به سیستم‌های مدیریت ترافیک شهری کمک می‌کند تا تدابیر مناسبی برای کنترل و بهینه‌سازی جریان وسایل نقلیه اتخاذ کنند.

در زمینه مدیریت انرژی نیز، MAN نقش مؤثری دارد. با استفاده از این شبکه، سیستم‌های هوشمند می‌توانند مصرف انرژی را بر اساس نیاز و شرایط فعلی بهینه‌سازی کنند، که این امر منجر به افزایش کارایی انرژی و کاهش هزینه‌ها می‌شود.

همچنین، در زمینه ارتباطات شهری، MAN امکان ارائه خدمات اینترنت پرسرعت، تلفن‌های هوشمند، و اتصال به شبکه‌های مخابراتی را به شهروندان فراهم می‌کند. این امکانات به شهروندان امکان ارتباط سریع و قابل اعتماد با دیگران و دنیای دیجیتال را می‌آورد.

به طور خلاصه، کاربردهای شبکه MAN در شهرها بسیار گسترده و متنوع هستند، از مدیریت ترافیک گرفته تا بهینه‌سازی مصرف انرژی و ارائه خدمات ارتباطاتی پیشرفته. این شبکه به عنوان یک ابزار اساسی در ساختار شهرهای هوشمند و پیشرفته جای می‌گیرد.

ارتباط شبکه ها با یکدیگر

مزایای شبکه شهری

شبکه شهری به عنوان یک پل ارتباطی پیشرفته در دامنه شهری، مزایای فراوانی برای شهرها و ارتباطات آن‌ها فراهم می‌کند. یکی از مهم‌ترین مزایا، پهنای باند بالاست که این امکان را فراهم می‌کند که حجم زیادی از داده‌ها به سرعت و با کیفیت بالا منتقل شود. این ویژگی امکان ارائه خدمات پیچیده و پیشرفته مانند اینترنت پرسرعت، تلفن‌هوشمند و دیگر خدمات ارتباطاتی را فراهم می‌آورد.

یکی از مزایای دیگر MAN، قابلیت اتصال به اینترنت اشیاء (IoT) و استفاده از سنسورها و دستگاه‌های هوشمند در سطح شهری است. این امکان شهرها را به یک بستر هوشمند تبدیل می‌کند که می‌تواند اطلاعات حیاتی در زمینه‌هایی مانند مدیریت ترافیک، مصرف انرژی، و ایمنی عمومی را بهینه‌سازی کند.

با توجه به این که MAN یک شبکه موثر در مدیریت ترافیک شهری نیز می‌باشد، این موضوع مزیت دیگری است. این شبکه به سیستم‌های مدیریت ترافیک این امکان را می‌دهد که از داده‌های به‌روز و دقیق برای کنترل و بهبود جریان وسایل نقلیه استفاده کنند.

به طور خلاصه، مزایای شبکه MAN شهرها را به دنیای ارتباطات پیشرفته و هوشمند می‌کشاند و نقش مهمی در ساختار شهرهای هوشمند و مدرن ایفا می‌کند.

معایب شبکه شهری (چالش‌ها و موانع در ارتباطات شهری)

شبکه شهری به عنوان یک زیرساخت حیاتی در ارتباطات شهری نقش بسیار مهمی دارد، اما همچنان با معایبی نیز روبه‌رو است. یکی از چالش‌های اصلی MAN، هزینه بالای پیاده‌سازی و نگهداری آن است. احداث و نگهداری زیرساخت‌های فیزیکی شبکه MAN نیازمند منابع مالی زیادی است که ممکن است برخی شهرها با مشکلات مالی مواجه شوند.

در مورد امنیت نیز، MAN ممکن است به چالش‌هایی برخورد کند. با توجه به حساسیت اطلاعات شهری که از طریق این شبکه منتقل می‌شود، امنیت اطلاعات یک مسئله حیاتی است و هر نقطه ضعف در امنیت می‌تواند به تهدیدهای جدی منجر شود.

همچنین، چالش‌های مربوط به تداخل‌های فرکانسی و اشکال‌زدایی نیز از معایب MAN به حساب می‌آید. زیرا این شبکه‌ها در یک محیط شهری، پر از دستگاه‌ها و سیگنال‌های مختلف عمل می‌کنند، احتمال تداخل و مشکلات انتقال داده وجود دارد.

در مجموع، معایب شبکه MAN، در کنار مزایا، نشان از چالش‌ها و موانعی دارد که برای موفقیت این نوع از شبکه‌ها در محیط شهری، نیاز به راهکارها و استراتژی‌های جدید دارد.

تفاوت شبکه lan و شبکه man

تفاوت‌ بین شبکه MAN و LAN

شبکه منطقه شهری (MAN) و شبکه محلی (LAN) دو دسته از شبکه‌های ارتباطات هستند که در محیط‌ها و مقیاس‌های مختلف برای انتقال اطلاعات به کار می‌روند. این دو نوع شبکه تفاوت‌های زیادی در ویژگی‌ها و کاربردهای خود دارند.

یکی از اصلی‌ترین تفاوت‌ها، محدوده جغرافیایی استفاده از این دو نوع شبکه است. LAN معمولاً در محدوده محل یا ساختمان خاصی انتقال اطلاعات را فراهم می‌کند، در حالی که MAN برای پوشش منطقه شهری یا منطقه جغرافیایی بزرگتر ایجاد می‌شود.

در ارتباط با اندازه و مقیاس، LAN به عنوان یک شبکه محلی، معمولاً در محدوده کوچکتری در یک سازمان یا شرکت وجود دارد و به منظور ارتباط بین دستگاه‌های محلی یا دستگاه‌های مشابه استفاده می‌شود. به عبارت دیگر، LAN به صورت محلی درون یک سازمان مشغول فعالیت است. در مقابل، MAN به عنوان یک شبکه شهری، برای پوشش مناطق شهری یا منطقه‌های جغرافیایی بزرگتر استفاده می‌شود و ارتباطات بین سازمان‌ها، دستگاه‌ها و کاربران در یک منطقه شهری را فراهم می‌کند.

در نهایت، تفاوت‌های دیگری نیز در زیرساخت فیزیکی، سرعت انتقال داده و امکانات امنیتی بین این دو نوع شبکه وجود دارد که به اشکال مختلف بر تجربه کاربران و نیازهای محیط‌های متفاوت تأثیر می‌گذارد.

منبع: partomojvira

          geomatco