مقدمه
تاریخچه

از زمانهای قدیم، بشر برای بیان افکار و احتیاجاتش به دیگران روش های مختلفی را ابداع نموده است. در دوران اولیه، که بشر در قبایل کوچک و در مناطق پراکنده جغرافیایی زندگی می کرد، ارتباطات در میان قبیله از طریق صحبت، ایماء و اشاره و سمبل های تصویری برقرار می شد، با گسترش قبایل و پیشرفت، تمدنها در مناطق بزرگ جغرافیایی ضرورت ارتباط راه دور، روزافزون می گردید. تلاش های اولیه در مورد ارتباط راه دور شامل پیشرفت سیگنال های دودی، اشعه نورانی، کبوترهای نامه بر و مبادله نامه به طریق مختلف می شد. با آغاز انقلاب صنعتی، ضرورت استفاده از رو شهای ارتباطات راه دور سریع و دقیق محرز

گردید. سیستمهای ارتباطی با استفاده از سیگنالهای الکتریکی برای انتقال اطلاعات از نقطه ای به نقطه دیگر توسط یک جفت سیم، بعنوان یک راه حل اولیه برای تأمین ارتباطات راه دور سریع و دقیق بکار برده شد. حوزه ارتباطات و نقشه های مخابراتی توجه وسعی را در جنگ جهانی دوم و بعد از آن به خود معطوف نمود. مطالعه سیستمها و نقشه های مخابراتی جنبه های مختلفی را در برمیگیرد. از جنبه های محض ریاضی و آماری، نظریه های مودلاسیون و نقشه کشی تا نظریه های کدینگ و ملاحظات الکتریکی در ساخت قالبهای تابعی برای انجام پردازشهای مختلف سیگنالها.

شاید به جرأت بتوان تاریخجه ارتباطات را همسان با تاریخچه زندگی بشر دانست. اما شروع علمی بررسی تاریخچه ارتباطات الکتریکی را میتوان به سال ۱۸۵۰-۱۸۰۰ میلادی همزمان با آزمایشات ارنست فاراده، آمپر و نهایتاً قانون اهم در ۱۸۲۶ نسبت داد. در سال ۱۸۳۸ تلگراف مورس در سال ۱۸۴۵ قوانین کیرشهف کمک زیادی به شکلگیری این علم داشتند. معادلات ماکسول در مورد تابش الکترومغناطیس در سال ۱۸۶۴ و اختراع تلفن توسط الکساندر گراهام بل در سال ۱۸۷۶ و بعد از آن اختراع میکروفون و ضبط صوت در سال ۱۸۹۷ توسط ادیسون، ازنقاط برجسته در شکوفایی این علم می باشند. در سال ۱۸۹۷ تلگراف بی سیم توسط

مارکونی اختراع شد. در سال ۱۹۰۶ تلفن بین قاره ای بوجود آمد در سال ۱۹۲۰ الی ۱۹۴۰ ، مقالات برجسته در مورد نظریه انتقال سیگنال و اغتشاش ( کارسون ، نایکیس ، هارتلی ) ، آغاز شده است . در سال ۱۹۳۶ ، رادیو و در سال ۱۹۳۸ تلویزیون شروع به کار کرد. در سالهای بین ۱۹۵۰-۱۹۴۰ و همزمان با جنگ جهانی دوم باعث پیشرفت در زمینه های رادار و سیستم های مایکرویوی شد. در همان سالها نظریه های آماری و همچنین نقشه کشی در ساخت ترانزیستور ها و سخت افزارهای مناسب الکتریکی کمک شایانی به این علم نمود.

در سال ۱۹۵۶ با عبور کابل از اقیانوس کمک مهمی به این علم نمود. کاربرد نظام های انتقال داده از راه دور، برنامه ریزی سیستمهای مخابراتی ماهواره ها در سال ۱۹۵۸و ظهور لیزر در سال ۱۹۶۰ اتفاق افتاد.

۱۹۶۰۱۹۷۰ به بعد با بوجود آمدن مدارهای مجتمع، تلویزیون رنگی(۱۹۶۲) تلفن تصویری و حسابگر های جیبی این علم سیر تکامل و ترقی را پیمود تا امروز و در سده جدید با دستاوردهایی چون شبکه های الکتریکی و نقشه های پیشرفته مخابراتی و استفاده از خطوط عملی مخابرات نوری( لیزر، فیبرنوری) استفاده از ریزپردازها و ارتباطات ماهواره ها، بشر بیش از گذشته به اهدافش در زمینه ارتباط و البته ارتباط با پایه های قوی علمی در سطح جهان دست یابد.
برحسب نوع شماههای مدولاسیون بکاررفته و ماهیت خروجی منبع اطلاعات، سیستمهای مخابراتی را می توان به سه گروه تقسیم نمود.

۱- سیستم های مخابراتی آنالوگ، که برای انتقال اطلاعات با استفاده از روشهای مدلاسیون نقشه کشی طراحی می شود.
۲- سیستمهای مخابراتی دیجتال که برای انتقال اطلاعات دیجیتال با استفاده از شماهای مدولاسیون دیجیتال طراحی می شود.
۳- سیستمهای مختلط که برای انتقال سیگنال های پیام آنالوگ نمونه برداری از شماهای مدولاسیون دیجیتال استفاده می شود.

فصل دوم
سیستمهای مخابراتی

طراحی سیستم های مخابراتی
در موقع برنامه ریزی یک سیستم مخابراتی، کار طراح، انتخاب نوع خاص سیستم مخابراتی با توجه به کاربرد موردنظر می باشد. سیستمی که طراح پیشنهاد می کند می بایستی” با شرایط کارآیی” از قبل تعیین شده سازگاری داشته باشد. برای سیگنالهای پیام آنالوگ کارآیی سیستم توسط نسبت متوسط توان سیگنال به توان اغتشاش در مقصد مشخص می شود.

در هنگام طراحی یک سیستم مخابراتی، مهندس یا طراح با” محدودیت های” مختلفی روبرو خواهد بود. این محدودیت ها عبارتند از محدودیت های زمان، پهنای باند، محدودیت های اغتشاش، و محدودیت های تجهیزات و درنهایت هزینه ها.
علاوه براین محدودیت های نظری، محدودیت های اضافی در پیچیدگی و هزینه تجهیزات برای طراحان بسیار مهم است. طراحی می بایستی طرح وشمای ارسال سیگنالی را مطرح کند که بهترین ائتلاف را میان زمان انتقال، توان فرستنده، پهنای وسعت انتقال و پیچیدگی تجهیزات برای رسیدن به یک کارآیی قابل قبول پیشنهاد می کند.

 

عناصر یک سیستم مخابراتی دیجیتال
هدف این سیستم ها انتقال پیامهای( با دنباله های سمبلهای) خروجی یک مبنع به یک مقصد با میزان و دقت حداکثر است. منبع و مقصد در فضا از نظر الکتریکی جدا از یکدیگر بوده و توسط یک نوع کانال مخابراتی به هم مرتبط می شوند.

کانال، سیگنالهای الکتریکی را پذیرفته و خروجی آن به دلیل ماهیت غیرخطی کانال غالباً یک حالت آلوده شده یا اعوجاج یافته سیگنال های وروی خواهد بود. علاوه بر آلودگی، سیگنال حاصل اطلاعات، توسط سیگنال های الکتریکی غیرقابل پیش بینی( ا غتشاش) تولیدشده توسط بشر و عوامل طبیعی خراب می شود. آلودگی و اغتشاش باعث ایجاد خطا در اطلاعات ارسالی شده و میزان حداکثر اطلاعات قابل ارسال از منبع به مقصد را محدود می کنند. غالباً احتمال آشکارسازی غلط یک سمبل پیام در گیرنده و بعنوان کمیتی برای سنجش کارآیی سیستم مخابراتی دیجتال در نظر گرفته می شود.
تجزیه و تحلیل طراحی سیستمهای مخابراتی

یک مهندس سیستمهای مخابراتی می بایستی با دو مسئله فنی درگیر شود. تجزیه و تحلیل سیستمهای مخابراتی و طراحی سیستمهای مخابراتی، تجزیه و تحلیل شامل ارزیابی کارآیی یک سیستم مخابراتی داده شده است، در صورتی که طراحی شامل واردشدن به جزئیات یک سیستم برای دستیابی به انجام رضایت بخش کار معین است اغلب مشخص کردن اینکه کجا تجزیه و تحلیل پایان می پذیرد و کجا طراحی شروع می شود غیرممکن است.
داده ها داده ها
كنترل كنترل

داده ها داده ها
كنترل کنترل
به منظور تجزیه و تحلیل، سیستم های مخابراتی را بعنوان اتصال مجموعه ای از زیرسیستمها که هرکدام پردازش خاصی را برعهده دارند درنظر می گیریم. انتقال اطلاعات توسط مجموعه ای از تبدیلات سیگنال صورت می پذیرد. بنابراین برای تجزیه و تحلیل سیستم احتیاج به بیان ریاضی سیگنال ها خواهیم داشت.
در این روش برخورد با سیستمها، توجه خود را به تجزیه و تحلیل( و طراحی) زیرسیستمها( یا قالبهای تابعی) معطوف می داریم برای هر قالب محدودیت های ورودی و خروجی را لیست می کنیم.

سپس روابطی را که عملکرد قالب و پارامترهایش را به هم مرتبط می کنند را به دست می آوریم و این روابط را برای بهینه سازی کارآئی قالب ها بکار می بریم.

سالن دستگاه امتحان
سیستم سوئیچ دیجیتال ۶۱- NEAX توسط شرکت NEC طراحی و ساخته شده است. این سیستم دارای سخت افزار و نرم افزار Modular می باشد، بدین معنا که وظایف سیستم بین اجزاء مختلف سخت افزاری و نرم افزاری تقسیم شده است. هر جزء عملیاتی یا به عبارتی دیگر هر ماژول در مرکز مسئول انجام یکسری وظائف خاص می باشد و با اجزاء دیگر در صورت نیاز تبادل اطلاعات می کند هر گاه مشکلی در یک جزء عملیاتی رخ دهد، آنگاه بخش نظارت و نگهداری مرکز( پرسنل نگهداری و یا نرم افزار نگهداری اتوماتیک مرکز) به راحتی می تواند با توجه به وظائف مختل شده منشاء اختلال را شناسایی کند و آن قسمت را از سرویس خارج نماید تا اختلال آن قسمت اثر منفی روی اجزاء عملیاتی دیگر نگذارد.

همچنین در زمانی که نیاز به توسعه مرکز باشد، ساختار هاژولار مرکز سبب می شود که این توسعه به راحتی، با افزودن ماژول و یا ماژولهای موردنیاز نرم افزاری و سخت افزاری مرتبط با آن توسعه به سیستم، انجام پذیرد.

نکته دیگر این است که طراحی این سیستم به شکل های مختلف امکان پذیر است و به صورت های مختلف این سیستم می تواند در شبکه بکار گرفته شود.
در ادامه به بررسی اجمالی انواع کاربردهای این سیستم می پردازیم.

انواع مراکز سالن دستگاه
مراکز سالن دستگاه از لحاظ سیگنال به دو دسته تقسیم می شوند: آنالوگ و دیجیتال
مراکز آنالوگ: صرفاً به صورت کلید عمل کرده و سیگنالهای پیوسته آنالوگ را بدون هیچ دخل و تصرفی انتقال می دهند، در این نوع انتقال نرخ مکالمات از طریق نصب کننده کنترل های پالس شمار قابل محاسبه می باشد.

 

مراکز دیجیتال: این مراکز سیگنال را به صورت آنالوگ در یافت و به دیجیتال تبدیل نموده و پس از پردازشهای خاص آنرا بصورت آنالوگ انتقال می دهند.

از جمله فرقهای اساسی مراکز آنالوگ و دیجیتال در این است که در مزکز آنالوگ پردازش خاصی از قبیل سرویس های ویژه، ریز مکالمات، پیامهای خاص و ….بر روی مکالمات نمی توان انجام داد ولی در مراکز دیجیتال این امکانات میسر می باشد.

لازم به ذکر است که در گزارش ارائه شده به دلیل اهمیت و موارد استفاده بیشتر به بحث در مورد مراکز دیجیتال اکتفا شده است.
مراکز دیجیتال از لحاظ چگونگی کنترل و کارکرد و همآهنگی اجزاء به دو دسته تقسیم می شوند.
۱) سیستمهای کنترل مرکزی: در این نوع سیستم همآهنگی اجزاء مرکز از قبیل Fram مشتركين، ترانکها، مدارات سوئیچ…. توسط یک قسمت همآهنگ کننده مجزا برقرار می شود.

۲) سیستمهای کنترل ماژولار: در این نوع سیستم هر جزء از مراکز برای خود دارای یک قسمت همآهنگ کننده می باشد که به توضیح تفضیلی درباره این سیستم می پردازیم.
در هر سالن دستگاه امتحان دیجیتال از نوع ماژولار تعدادی جعبه با نام مصطلح فرم(Fram ) قرار دارد که هر فرم دارای ۱۴ ماژول مشترکین و دو ماژول کنترل می باشد(Los ) لازم به ذکر است که به هر جعبه که دارای تعدادی جزء یکسان باشد ماژول گفته می شود و هر ماژول دارای ۳۲ کارت مخصوص مشترکین می باشد.
کاربردهای مختلف سیستم ماژولار در شبکه

(Ls)Locallswitch : در این ساختار مرکز NEAX مي تواند به مشتركين تلفني اعم آنالوگ، در شکلهای معمولی یا پی درپی وهمچنین به مشترکین دیجیتال ISDN در شکل BASIC RATE ( با دو کانال مکالمه و یک کانال سیگنالیگ) و یا در شکل PERIMARY RATE ( با سي كانال و يك كانال سیگنالینگ) سرویس می دهد. در جوار مشترکین، این مرکز از طریق کانالهای ترانک، با مراکز دیگر نیز می تواند ارتباط برقرار نماید.
(TS)TOLL SWITCH : اين نوع مركز، برای ایجاد ارتباط بین مراکز یک شهر با مزاکز موجود در سایر شهرها و همچنین برای ایجاد ارتباط بین مراکز داخل یک شهر می تواند بکار رود.

(TLS)TOLL AND LOCALL SWITCH : مركزی است که هم به مشترکین دیجیتال و آنالوگ سرویس می دهد و هم به عنوان واسطه ترانزیتی بین مراکز محلی و مراکز شهرهای دیگر عمل می نماید.
(MSC)MOBILE SERVIC CENTER : جهت برقراري ارتباط بین تلفنهای سیار می توان از مرکز ۶۱ NEAX نوع MSC استفاده نمود.
(PHS)PERSONAL HANDY PHONE SYSTEM : اين نوع مراكز نیز به تلفن های سیار سرویس می دهند، تنها فرقشان با مراکز MSC در اين است كه تلفنهاي از نوع PHS در سرعت های پائین می توانند بکار روند(مثلاً جهت عابرین پیاده ) ولی تلفنهای سیاری که از مراکز MSC سرويس مي گیرند در سرعتهای بالا نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند.
(INTS) INTERNATIONAL SWITCH : براي ايجاد ارتباط بین مراکز یک کشور با مراکز بین الملل کشورهای دیگر از مراکز ۶۱ NEAX با ساختار INTS استفاده می شود.
OMS : برای متمرکز کردن حمل انجام عملیات نگهداری و بهره برداری چندین مرکز از نوع ۶۱ NEAX و کاهش تعداد پرسنل نگهداری مراکز، می توان آنها را توسط رابط های مخصوص به یک مرکز نگهداری مادر یا OMC وصل نمود و قسمت اعظم عملیات نگهداری این مراکز را در مرکز OMC انجام داد.
از لحاظ تعداد مراکز موجود در شهرها، هر منطقه جغرافیایی با توجه به مساحت شهری و جمعیت می تواند دارای یک یا چند مرکز باشد که ارتباط بین این مراکز می تواند بصورت مستقیم یا از طریق مراکز ترانزیت(T )( بصورت غيرمستقيم) انجام گیرد.

ارتباط مرکز دیجیتال
ارتباط مستقیم: در مناطقی که دارای تعداد محدودی مرکز می باشند نیازی به مرکز ترانزیت نمی باشد و شرح ارتباط به این دو صورت است که وقتی مشترک مرکز ۱ می خواهد با شماره بطور مثال(******۲) ارتباط برقرار کند، پردازشگر سیستم، مشترک را به مرکز ۲ وصل می نماید برای این منظور علاوه بر پردازشگر، مدارات دیگر به نام ترانک برسر راه قرار دارند که این مدارات خود می توانند به صورت دیجیتال یا آنالوگ باشد.
وظیفه این مدارات همآهنگی و ارسال سیگنال به مرکز مورد نظر می باشد و درواقع هر مرکز NEAX براي ارتباط با سایر مراکز بازای ارتباط با هر مرکز نیاز به یک ترانک جداگانه خواهد داشت.
پردازشگر مرکز ۲ با توجه به مابقی شماره ارسال شده ارتباط را با مقصد مورد نظر برقرار می کند، درواقع عمل اتصال نهایی در قسمت مدارات سوئیچینگ انجام می شود.
تعداد خطوط ارتباط بین مراکز ارتباط مستقیم با تعداد مشترکین ندارد و با توجه به ترافیک واقعی طراحی می شود. معمولاً ملاک برای طراحی خطوط روزهای میانی هفته مثل دوشنبه که ترافیک واقعی بین شهری و بین الملل وجود دارد می باشند. این خطوط با استفاده از سیم های مسی یا فیبرنوری به صورت کابلهای زیرزمینی بین مراکز و از مراکز تا کافو ها قرار گرفته اند.