:
سیستم های مخابرات بی سیم داخل ساختمان دارای اهمیت فوق العاده ای هستند. علاوه بر مخابرات صحبت که در چنین محیط هایی بسیار مورد احتیاج است، به علت گسترش روزافزون شبکه های اطلاعاتی کامپیوتری و کامپیوترهای همراه قابل حمل متصل به شبکه های محلی یا جهانی اهمیت چنین سیستم هایی هر روز بیش از گذشته احساس می شود. به علاوه وجود چنین شبکه هایی می تواند حتی برای شبکه های کامپیوتری ثابت نیز بسیار مفید واقع شود زیرا نیاز به سیم کشی ندارد. چنین شبکه هایی در قسمت فیزیکی می توانند به صورت رادیویی یا نوری طراحی شوند. مخابرات نوری داخل ساختمان دارای محاسن و معایب مخصوص به خود است. با توجه به پهنای باند بالای نوری، این سیستم ها بالقوه قادر به پشتیبانی از تعداد زیادی کاربران با نرخ ارسال های بسیار بالا هستند. به علاوه چون نور از اجسام عبور نمی کند، چنین سیستم هایی دارای امنیت بالا در برابر استراق سمع هستند. همچنین تداخل خودی و چند کاربره نیز نمی تواند از دیوارها عبور کند و در یک ساختار سلولی مناسب به خوبی محدود می شود. از طرف دیگر همین خاصیت نور باعث ایجاد محدودیت هایی در این سیستم ها نسبت به سیستم های رادیویی می شود. به عنوان مثال موانع لحظه ای که در یک محیط شلوغ وجود دارند می توانند برای لحظاتی باعث قطع کامل ارتباط گردند. به علاوه هر اتاق یا محوطه به تجهیزات مجزای ارتباطی نیاز دارند و با توجه به آنکه پهنای باند نوری در اکثر موارد بسیار وسیع تر از نیاز کاربران است عملا نمی توان از پهنای باند بالای نوری استفاده بهینه نمود. به علاوه در ساختمان های دارای موانع متعدد امکان ایجاد نقاط کور زیاد است. اما مهمترین مشکل سیستم های رادیویی را می توان در پهنای باند نسبتا پایین آن دانست. همان طور که گفتیم مشخصه سیستم های مخابرات داخل ساختمان تعداد کاربران زیاد با نرخ اطلاعات بالا در یک محیط کوچک است. به طوری که سیستم های مخابرات رادیویی سلولی با پهنای باندهای اختصاص یافته فعلی، توانایی پشتیبانی از نیازهای فزاینده مخابرات داخل ساختمان را نخواهد داشت. راه حل معمول، سلول بندی مناسب (سلول های کوچک و تراکم بالا) برای استفاده مجدد از پهنای باند موجود است که خود می تواند باعث پیچیدگی زیاد در لایه های فیزیکی و کنترل شبکه شود.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف
سیستم های مخابرات بی سیم داخل ساختمان دارای اهمیت فوق العاده ای هستند. علاوه بر مخابرات صحبت که در چنین محیط هایی بسیار مورد احتیاج است، به علت گسترش روزافزون شبکه های اطلاعاتی کامپیوتری و کامپیوترهای همراه قابل حمل متصل به شبکه های محلی یا جهانی اهمیت چنین سیستم هایی هر روز بیش از گذشته احساس می شود. به علاوه وجود چنین شبکه هایی می تواند حتی برای شبکه های کامپیوتری ثابت نیز بسیار مفید واقع شود زیرا نیاز به سیم کشی ندارد. چنین شبکه هایی در قسمت فیزیکی می توانند به صورت رادیویی یا نوری طراحی شوند. مخابرات نوری داخل ساختمان دارای محاسن و معایب مخصوص به خود است. با توجه به پهنای باند بالای

 نوری، این سیستم ها بالقوه قادر به پشتیبانی از تعداد زیادی کاربران با نرخ ارسال های بسیار بالا هستند. به علاوه چون نور از اجسام عبور نمی کند، چنین سیستم هایی دارای امنیت بالا در برابر استراق سمع هستند. همچنین تداخل خودی و چند کاربره نیز نمی تواند از دیوارها عبور کند و در یک ساختار سلولی مناسب به خوبی محدود می شود. از طرف دیگر همین خاصیت نور باعث ایجاد محدودیت هایی در این سیستم ها نسبت به سیستم های رادیویی می شود. به عنوان مثال موانع لحظه ای که در یک محیط شلوغ وجود دارند می توانند برای لحظاتی باعث قطع کامل ارتباط گردند. به علاوه هر اتاق یا محوطه به تجهیزات مجزای ارتباطی نیاز دارد و با توجه به آنکه پهنای باند نوری در اکثر موارد بسیار وسیع تر از نیاز کاربران است عملا نمی توان از پهنای باند بالای نوری استفاده بهینه نمود. به علاوه در ساختمان های دارای موانع متعدد امکان ایجاد نقاط کور زیاد است. اما مهمترین مشکل سیستم های رادیویی را می توان در پهنای باند نسبتا پایین آن دنست. همان طور که گفتیم مشخصه سیستم های مخابرات داخل ساختمان تعداد کاربران زیاد با نرخ اطلاعات بالا در یک محیط کوچک است. به طوری که سیستم های مخابرات رادیویی سلولی با پهنای باندهای اختصاص یافته فعلی، توانای پشتیبانی از نیازهای فزاینده مخابرات داخل ساختمان را نخواهد داشت. راه حل معمول، سلول بندی مناسب (سلول های کوچک و تراکم بالا) برای استفاده مجدد از پهنای باند موجود است که خود می تواند باعث پیچیدگی زیاد در لایه های فیزیکی و کنترل شبکه شود. نکته دیگری که می توان در مورد سیستم های رادیویی ذکر کرد این است که این سیستم ها در مقایسه با سیستم های نوری با قوانین بیشتری از نظر استفاده فرکانسی محدود هستند زیرا امواج رادیویی در همه جهات پراکنده می شوند و بر دیگر سیستم ها تاثیر می گذارند و به علاوه به علت شفافیت دیوار نسبت به امواج رادیویی این سیستم ها از محیط خارج ایزوله نیستند. به منظور حل مشکلات سیستم های مخابرات سیار رادیویی در سیستم های جدید پهنای باندهای وسیع تری در نظر گرفته شده است که در این پایان نامه نیز بر روی این سیستم ها تمرکز کرده و عملکرد آنها را مقایسه می کنیم. این سیستم ها را با نام سیستم های باند بسیار وسیع (UWB) می شناسیم. اصطلاح wideband به طور رایج برای سیستم هایی به کار می رود که پهنای باند مدوله شده بسیار بالایی دارند، بنابراین به نرخ ارسال داده بسیار بالایی می توانند دست یابند. اما منظور ما در اینجا از wide band استفاده از سیگنال های طیف گسترده شده ای است که به خودی خود و حتی بدون مدولاسیون داده، پهنای باند فوق العاده زیادی دارند و می توانند به کارایی بسیار بالا در مخابرات داخل ساختمان از جمله تعداد کاربران با نرخ ارسال زیاد دست یابند. به عبارت دیگر مهمترین مشکل سیستم های مخابراتی رادیویی عرفی یعنی پهنای باند در این سیستم ها مرتفع گردیده است. بنا به تعریف هر سیگنالی که پهنای باند 10dB آن حداقل 25% فرکانس مرکزیش باشد سیگنال UWB گفته می شود یا به عبارت دیگر کل پهنای باند آن – محدوده فرکانسی اشغالی بین نقاطی که 10dB پایین تر از نقطه ماکزیمم طیف هستند – بیشتر از 0/5 گیگاهرتز باشد.

مفهوم UWB توسط مارکونی در حدود سال 1927 معرفی شد. در آن زمان فرستنده های Spark Gap  سیگنال های پالسی تداخلی با پهنای باند بسیار زیاد به وجود می آوردند که مخابرات جهانی به دلیل استفاده این فرستنده ها از طیف بسیار وسیع، استفاده از آنها را به نفع فرستنده های باند باریک و رادیویی که در تخصیص باندها به نحو خوبی عمل می کردند، ممنوع کرد. سازمان نظامی آمریکا در دهه 1960 با تصمیم گیری براساس پالس در مخابرات امن خود جرقه ای دوباره به این سیستم ها زد و در نهایت در اوایل دهه 1990 این مفهوم به صورت گسترده ای مطرح شد. همزمان با آن تکنولوژی ساخت آنها نیز پیشرفت قابل ملاحظه ای کرد که در نتیجه آن سیستم های UWB به صورت تجاری درآمدند. همانطور که می دانیم بر طبق قضیه شانون، ظرفیت به صورت خطی با پهنای باند رشد پیدا کرده و در مقابل به صورت لگاریتمی با کاهش سیگنال به نویز افت پیدا می کند. این رابطه بیان می کند که ظرفیت رادیویی با افزایش پهنای باند وسیعتر از افزایش سیگنال به نویز رشد پیدا می کند. بنابراین برای WPANها که تنها به ارسال در مسافت های کوتاه می پردازند و تلفات مسیر کم و تقریبا ثابتی دارند، ظرفیت بالاتر با افزایش پهنای باند اشغالی می تواند به دست آید. بنابراین بسیاری از کمپانی ها مثل Xtereme Spectrum و Time Domain اظهار کردند که باید به آنها برای ارسال دلخواه بر روی یک پهنای باند بسیار وسیع با یک توان تشعشعی که محدوده آن توسط FCC تعیین می گردد اجازه داده شود. این نظریه که سرویس های بی سیم با توان پایین می توانند در کنار سایر سرویس ها کار کنند عاملی برای قبول این خواسته و پذیرش سیستم UWB توسط FCC شد و در فوریه 2002، اولین اجازه شروع به کار این سیستم ها تحت قواعد بخش پانزده FCC با اندکی محدودیت صادر گردید.