وبلاگ

استفاده از امواج رادیویی برای ارسال اطلاعات از نقطه ای به نقطه دیگر بیش از یک قرن است که مورد بهره برداری قرار گرفته است. با وجود آنکه سیستم های مخابراتی تجاری و نظامی دهه هاست که مورد بهره برداری قرار گرفته اند، دهه گذشته شاهد رشد بی سابقه تقاضا برای تجهیزات مخابراتی بی سیم شخصی بوده است.  این رشد بی سابقه نتیجه پیشرفت هایی است که در طراحی مدارهای الکترونیکی و تکنولوژی مدارهای مجتمع رخ داده است و موجب شده است تا فرستنده ها و گیرنده های مخابراتی را بتوان به اندازه های بسیار کوچک و قابل حمل در آورد و در عین حال قیمت تمام شده آن ها را نیز تا حدّ مناسبی پایین آورد. هم چنین در سال های اخیر با پیشرفت های حاصل در طراحی مدارهای کم مصرف و هم چنین رشد بیشتر در فناوری های کوچک سازی[1] زمینه برای ظهور بیشتر تجهیزات مخابراتی بی سیم همه کاره[2] ای  در بازار فراهم شده است که قادر به اجرا و ارائه برنامه های کاربردی هستند که نیاز به ارسال و دریافت اطلاعات با نرخ بالایی دارند. 
محبوب بودن استفاده از تجهیزات مخابراتی دستی با قابلیت های مختلف اطلاعاتی و چند رسانه ای از یک سو و محدود بودن منابع مخابراتی[3] نظیر پهنای باند، زمان و توان از سوی دیگر، موجب شده است تا نیاز داشته باشیم سیستم های مخابراتی نوینی ارائه نماییم که در آن ها بتوانیم کاربران بیشتری را به طور هم زمان جای داده و سرویس دهی نماییم و در عین حال بتوانیم پهنای باند مناسبی را نیز برای پوشش دادن به نیازهای ارتباطی مختلف آن ها و به صورت به محض درخواست[4] تامین نماییم. بنابراین برای پاسخ گویی به این دو نیاز باید یک سیستم چند کاربره مناسب را طرح ریزی نمود.
به طور کلی برای ایجاد یک سیستم مخابراتی چند کاربره و تخصیص منابع مخابراتی میان
کاربران متعدد، روش های مختلفی از قبیل دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس[5]FDMA ، دسترسی چندگانه با تقسیم زمان[6] TDMA و دسترسی چندگانه با تقسیم کد[7]  CDMA مورد استفاده قرار می گیرند[1]. که در ادامه به معرفی این روش ها خواهیم پرداخت.
1-2-  روش های دسترسی چندگانه
برای تخصیص منابع مخابراتی میان کاربران متعدد روش های مختلفی وجود دارد که هدف آن ها از یک سو سرویس دهی مناسب به همه کاربران تحت پوشش و از سوی دیگر حداقل نمودن اثر تداخلی آن ها بر روی یکدیگر است. 
1-2-1- روش دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس FDMA
ظهور مدولاسیون فرکانس رادیویی در اوایل قرن بیستم باعث شد ارسال های رادیویی بتوانند در یک زمان و مکان یکسان وجود داشته باشند بدون آنکه بر روی یکدیگر ایجاد تداخل نمایند. این امر با استفاده از فرکانس های حامل[8] متفاوت امکان پذیر می شد. این ایده در سیستم های تلفن راه دور با سیم نیز استفاده می شد. دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس، فرکانس حامل متفاوتی به هر کاربر اختصاص می دهد به گونه ای که طیف نهایی حاصل بدون هم پوشانی میان ارسال کننده های مختلف باشد(شکل 1).  
در این روش با استفاده از فیلترینگ میان گذر می توان به هر کدام از کانال ها یا کاربران موجود دست یافت.
از نقطه نظر پیاده سازی، با توجه به عدم وجود فیلتر ایده آل، باید میان کانال های مختلف در حوزه فرکانس فاصله ای را در نظر بگیریم تا بعد از فیلترینگ، سیگنال حاصل تا حدّ امکان از تداخل ناشی از سایر کانال ها تهی باشد. به این فاصله محافظ فرکانسی[9] گفته می شود[1].
 
1-2-2- روش دسترسی چندگانه با تقسیم زمان TDMA

در تسهیم سازی زمانی، زمان به قطعات متعددی تقسیم می گردد و تعدادی از این قطعات زمانی به سیگنال دریافتی هر کانال تخصیص داده می شود. برای جداسازی این سیگنال ها، به سادگی باید سوییچی در اختیار داشت تا در زمان های مناسب روی سیگنال دریافتی سوییچ کند و به این ترتیب سیگنال مطلوب را از میان تمام سیگنال های دریافتی، جدا نماید.

باید توجه نمود که در تکنیک FDMA نیازی به وجود هیچ گونه هماهنگ سازی میان کانال های مختلف نیست و آن ها می توانند در زمان دلخواه خود اقدام به ارسال نمایند. این موضوع در TDMA وجود ندارد زیرا در آن تمامی فرستنده ها و گیرنده ها باید به یک ساعت یکسان دسترسی داشته باشند تا بدانند در چه زمان هایی ارسال یا دریافت انجام دهند.
نکته مهم در مورد سیستم های FDMA و TDMA آن است که در این سیستم ها، کاربران مختلف، در کانال های جدای بدون تداخل فعّالیّت می نمایند. از نقطه نظر فضای سیگنال[10] در مخابرات دیجیتال این تکنیک های دسترسی چندگانه به گونه ای عمل می نمایند که کاربران مختلف نسبت به هم متعامد[11] باشند.
در روش TDMA نیز به دلیل عدم وجود گیرنده های ایده آل (هم زمانی کاملا دقیق و ایده آل) باید محافظ زمانی میان قطعات مختلف زمان های ارسال کاربران مختلف در نظر گرفت تا از تداخل تا جای ممکن جلوگیری به عمل آید (شکل2).  
-2-3- دسترسی چندگانه تصادفی[12]
دسترسی چندگانه تصادفی روشی برای تسهیم سازی کانال به صورت دینامیکی است. هرگاه کاربری پیامی برای ارسال داشته باشد، آن را ارسال می نماید چنان که تنها کاربر موجود در کانال باشد. اگر در عمل نیز کاربر دیگری نیز به صورت هم زمان وجود نداشته باشد، پیام با موفقیت دریافت می گردد. با این حال، در عمل کاربران مختلف به صورت ناهماهنگ عمل نموده و احتمال اینکه پیام در حوزه زمان و فرکانس با دیگر ارسال ها تداخل نماید همیشه وجود دارد. در این مورد، همواره در سیستم های دسترسی چندگانه تصادفی، فرض می شود که باید به ارسال کنندگان اطلاع دهیم که برخوردی[13] در پیام ها صورت گرفته است و پیامشان باید دوباره ارسال گردد. اگر کاربران دوباره به صورت بلافاصله و یا با تاخیری یکسان اقدام به ارسال دوباره ی اطلاعات کنند، این برخورد ها می تواند به صورت مداوم تکرار گردد. برای حلّ این مسئله، کاربران دوره زمانی خاصّی را به صورت تصادفی تا ارسال مجدد منتظر می مانند. تفاوت اصلی میان روش های دسترسی چندگانه مربوط به الگوریتمی است که این زمان های تاخیر را در مواقع بروز برخورد تعیین می نماید.
نخستین سیستم مخابراتی دسترسی چندگانه سیستمی موسوم به اَلوها[14]  بود که در سال 1969 پیشنهاد گردید. برخی از شبکه های اِترنت[15] نیز نسخه ای از اَلوها را به نام دسترسی چندگانه با حسّ حامل[16] (CSMA) مورد استفاده قرار می دهند که در آن کاربران پیش از ارسال خود کانال را بررسی می نمایند تا در صورت وجود ارسالی جاری در آن از فرستادن پیام اجتناب نمایند [2]. در حالت کلّی روش های دسترسی چندگانه برای کانال های با ترافیک بسیار رگباری مناسب هستند که در آن ها ارسال هم زمان چند کاربر بسیار محتمل است. پیشرفت های قابل ملاحظه در این زمینه مربوط به سال های دهه ی هفتاد تا اواسط دهه ی هشتاد میلادی است. روش سرکشی[17] از دیگر روش های این زمینه محسوب می گردد که در آن از ارسال های هم زمان جلوگیری می گردد. در این روش گیرنده از تمامی فرستندگانی که در کانال مخابراتی موجود سهیم هستند، سرکشی به عمل می آورد تا از آمادگی آن ها برای ارسال آگاهی یابد[2].
1-2-4- روش دسترسی چندگانه با تقسیم کد CDMA
روش های تسهیم سازی کانالی که تا اینجا معرفی گردید، مبتنی بر این فلسفه اند که اجازه ندهیم فرستنده ای بیش از یک مقدار تخصیص داده شده از قطعات زمانی یا فرکانسی را اشغال نماید.
همان گونه که شرح دادیم، دریافت سیگنال بدون وجود تداخل بین کانالی[18]  نتیجه ارسال سیگنال های متعامد توسط فرستنده هاست. باید دانست که این مورد می تواند با استفاده از سیگنال هایی که هم در حوزه زمان و هم در حوزه فرکانس هم پوشانی دارند نیز تحقق یابد [31]. می توان سیگنال هایی را یافت که هم در حوزه زمان و هم در حوزه فرکانس هم پوشانی دارند امّا با این حال دگر هم بستگی آن ها یا ضرب داخلی شان که به صورت زیر تعریف می شود، صفر است.
ایده اصلی سیستم های CDMA بر این اصل استوار است و در این سیستم ها به جای تخصیص باندهای فرکانسی منحصر به فرد یا زمان های ارسال خاص به کاربران، به هر کاربر سیگنالی خاص برای ارسال نمودن اطلاعاتش تخصیص می دهیم. البتّه همان طور که در فصل 2 شرح داده خواهد شد، نیازی نیست لزوماً از سیگنال های متعامد بر یکدیگر برای کاربران مختلف استفاده نماییم[14]. 
1-2-5- مقایسه روش های دسترسی چندگانه
با استفاده از (جدول 1) به مقایسه برخی ویژگی های سیستم های دسترسی چندگانه معرفی شده می پردازیم.