تقسیم بندی باند فرکانس رادیوئی

مختصری از امواج رادیویی و تقسیم بندی باند ها و فرکانس ها

امروزه و در عصر پيشرفت تكنولوژي، كاربرد و استفاده از طيف‌هاي فركانسي و امواج راديويي در حال گسترش روزافزون است. مهم‌ترين مزیت اين فناوري كاهش حجم اتصالات و وسايل رابط همچون سيم‌ها و كابل‌ها هستند كه در نتيجه موجب كاهش چشم‌گير هزينه‌ها مي‌گردند. به طوري كه روابط بدون سيم جايگزين مطمئن آنها مي‌شوند.

ارتباطات به وسيله امواج راديويي، برپايه قوانين فيزيك و انرژي امواج الكترومغناطيسي استوار است. بدين منظور برخي مفاهيم اوليه مربوط به اين موضوع را به اجمال از نظر مي‌گذرانيم.

* همه ما تاكنون عباراتي نظير UHF, VHF, AM, FM و ... را شنيده‌ايم. فضاي اطراف ما آكنده از امواج راديويي است كه در تمام جهات در حال انتشار و عبور و مرور مي‌باشند. اصولا يك موج راديويي يك موج الكترومغناطيسي مي‌باشد كه معمولا توسط آنتن منتشر مي‌گردد. امواج راديويي داراي فركانس‌هاي مختلفي هستند، كه برحسب كاربري مطابق با استانداردهايي تقسيم‌بندي شده‌اند. در آمريكا FCC كميته ملي ارتباطات مسئوليت مديريت و تصميم‌گيري در مورد تخصيص طيف‌هاي فركانسي و صدور مجوز و يا تعيين استانداردها را برعهده دارد.

امواج راديويي در هوا با سرعتي نزديك به سرعت نور انتقال مي‌يابند. اين امر يكي از مهم‌ترين مزاياي اين فناوري مي‌باشد كه نقش بسزايي در تسريع ارتباط به عهده دارد.

واحد اندازه ‌گيري فركانس راديويي hertz "هرتز" يا "سيكل بر ثانيه" است و براي فركانس‌هاي بزرگ‌تر، جهت خواندن و نوشتن از عباراتي مانند KHz "كيلوهرتز"، MHz "مگا هرتز" و ... استفاده مي‌شود. در جدول  تقسيم بندي فركانس‌ها برحسب واحد آمده است.

امواج راديويي داراي فركانس‌ها و باندهاي مختلفي هستنتد، به وسيله يك گيرنده مخصوص راديويي شما مي‌توانيد، امواج مربوط به همان گيرنده را دريافت نماييد. براي مثال زماني كه شما مشغول گوش دادن به يك ايستگاه راديويي هستيد، گوينده فركانس 91.5 MHz و باند FM را اعلام مي‌كند. راديوي FM شما تنها مي‌تواند گستره فركانسي تخصيص يافته مربوط به خود را دريافت نمايد.

Wavelength يا طول موج يك سيگنال الكترومغناطيسي با فركانس يا بسامد آن رابطه معكوس دارد، بدين معني كه بالاترين فركانس كوتاه ‌ترين طول موج را دارا مي‌باشد . در كل سيگنال‌هاي با طول موج‌هاي بلند تر مسافت بيشتري را مي‌پيمايند و از قابليت نفوذ بهتري در ميان اجسام در برابر سيگنال‌هاي داراي طول موج كوتاه برخوردارند.

جدول باندهای فرکانسی

 دردسته بندی امواجی که قبلا ذکر شد هر گروه کاربردهای خاص خود را دارد در زیر برخی از آنها آمده است :

۱-متحرک هوانوردی

۲-ناوبری رادیویی

۳- آماتور

۴-آماتور ماهواره ای

۵-پخش همگانی صدا

۶- متحرک خشکی

۷-متحرک دریایی

۸- هواشناسی ماهواره ای

۹-تعیین موقعیت رادیویی و ماهواره ای

۱۰-تحقیقات فضایی

۱۱-پخش تصاویر تلویزیونی

و غیره... که خود نیز دارای دسته بندی هستند.

يک موج راديويي يک موج الکترومغناطيسي است که ميتواند بوسيله يک آنتن انتشار يابدوهمانطور که ميدانيد امواج راديويي فرکانسهاي متفاوتی دارند  يکي از  سوالهاي ابتدايي شما ممکن است اين باشد که چرا برخي از امواج و فرکانسهايي که حتي بر روي يک باند مشترک منتشر مي شوندمثلا باند "F M" چرا بوسيله راديوهاي گيرنده خانگي قابل دريافت نمي باشند؟
پاسخ اين است که گيرنده خانگي شما فقط ميتواند باندهاوفرکانسهايي را که کارخانه سازنده از پيش براي آن تعيين کرده و مثلا براي موج  FM    بين   megahertz   88 تا   megahertz   108 می باشد را دريافت نمايد.

                  - در زير بخشي از كاربردهاي اين امواج با ذكر محدوده فركانسي آمده است:

راديوهاي AM از 535 کیلو هرتز تا 1.7MHz

راديوهاي موج كوتاه: 509 MHz تا 26.1 MHz

راديوهاي باند شهري: 26.96MHz  تا 27.41MHz

راديوهايFM از 88 تا 108MHz

و برخي تقسيمات جزئي‌تر عبارتند از:

سيستم‌هاي دزدگير، دربازكن بدون سيم پاركينگ و ... : در حدود 40MHz

تلفن‌هاي بدون سيم متداول: در حدود 40 MHz الي 50 MHz

هواپيماهاي مدل كنترلي: در حدود72MHz

ماشين‌هاي اسباب‌بازي راديو كنترلي: درحدود 75MHz

گردنبند رديابي حيوانات: 215MHz الي 220MHz

تلفن‌هاي سلولي (مانند موبايل):824MHz الي 849MHz

تلفن‌هاي جديد بدون سيم: در حدود 900MHz

سيستم‌هاي موقعيت‌ياب ماهواره‌اي: 1.227 MHz الي 1.577 MHz

تعداد ديگري از دسته بندي هاي فرکانسي را مشاهده مينماييد:-

AM radio: 535 kilohertz to 1.7 megahertz 
Short wave radio: bands from 5.9 megahertz to 26.1 megahertz
Citizens Band (CB) radio: 26.96 megahertz to 27.41 megahertz
Television stations: 54-88 megahertz for channels 2-6
FM radio: 88 megahertz to 108 megahertz
Television stations: 174-220 megahertz for channels 7-13
Garage do Garage door openers, alarm systems, etc.: around 40 megahertz
Standard cordless phones: Bands from 40 to 50 megahertz
Baby monitors: 49 megahertz
Radio controlled airplanes: around 72 megahertz, which is different from...
Radio controlled cars: around 75 megahertz
Wildlife tracking collars: 215 to 220 megahertz
MIR space station: 145 megahertz and 437 megahertz
Cell phones: 824 to 849 megahertz
New 900 MHz cordless phones: Obviously around 900 megahertz!
Air Traffic Control radar: 960 to 1,215 megahertz
Global Positioning System: 1,227 and 1,575 megahertz
Deep space radio communications: 2290 megahertz to 2300 megahertz

Global Positioning System: 1,227 and 1,575 megahertz
New 900 MHz cordless phones: Obviously around 900 megahertz!

Air Traffic Control radar: 960 to 1,215 megahertz
Deep space radio communications: 2290 megahertz to 2300 megahertz

 فركانس‌هاي مخابراتي

همان‌گونه كه اشاره شد، امواج راديويي براي كاربردهاي گوناگون، داراي فركانس‌هاي متفاوتي هستند. بنابراين و با توجه به گستره جهاني مخابرات و ارتباطات راديويي، يك مرجع جهاني بايد وظيفه تنظيم و مديريت وضعيت فركانس‌هاي امواج را بر عهده داشته باشد تا از تداخل و اخلال جلوگيري به عمل آيد. امروزه، بخش مخابرات راديوييِ اتحاديه بين‌المللي مخابرات راه دور يا آي‌تي‌يو كه يك نهاد زيرنظر سازمان ملل متحد است، اين وظيفه جهاني را بر عهده دارد [2].

باندهاي فركانسي

باند فركانسي عبارت است از يك محدوده مشخص از فركانس‌ها. اتحاديه بين‌المللي آي‌تي‌يو، باندهاي فركانسي را مطابق جدول استاندارد ذيل مشخص كرده است [2]:

ارتباطات ماهواره‌اي معمولاً در باند فرکانسي اِس‌اِچ‌اِف و گاهي نيز در باندهاي يو‌اِچ‌اِف و ئي‌‌اِچ‌اِف انجام مي‌پذيرند [2]. اما بر اساس استانداردهاي مختلف رايج، بازه‌هاي فركانسي ديگري نيز، به‌ويژه در محدوده فركانس‌هاي ماهواره‌اي، نام‌گذاري مي‌شوند. به عنوان مثال، [موسسه مهندسان الكترونيك و الكتريك] يا «[آي‌تريپل‌ئي]» باندهاي فركانسي ذيل را بر اساس  استاندارد را در شماره 521 خود تعريف و نام‌گذاري مي‌كند:

1. باند پي (P): از 0/23 تا 1 گيگاهرتز
2. باند اِل (L): از 1 تا 2 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در خدمات ماهواره‌اي سيار
3. باند اِس (S): از 2 تا 4 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي سنجشي
4. باند سي (C): از 4 تا 8 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي ارتباطات تجاري
5. باند اِكس (X): از 8 تا 12 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي نظامي (از 8 تا 5/12 گيگاهرتز در ايالات متحده)
6. باند كِي‌يو (Ku): از 12 تا 18 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي ارتباطات تجاري (از 5/12 تا 18 گيگاهرتز در امریکا)
7. باند كِي (K): از 18 تا 27 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي ارتباطات تجاري (از 18 تا 5/26 گيگاهرتز در ايالات متحده)
8. باند كِي‌اِي (Ka): از 27 تا 40 گيگاهرتز، بيشتر کاربرد در ماهواره‌هاي ارتباطات تجاري (از 5/26 تا 40 گيگاهرتز در امریکا)
9. باند اُ (O): از 40 تا 50 گيگاهرتز
10. باند وي (V): از 50 تا 75 گيگاهرتز

قابل ذكر است كه اين محدوده‌گذاري چندان بر استاندارد آي‌تي‌يو، منطبق نيست. مثلاً بر خلاف استاندارد ارائه شده از طرف آي‌تي‌يو، آي‌تريپل‌ئي محدوده باند يواِچ‌اِف را از 300 مگاهرتز تا 1 گيگاهرتز ذكر مي‌كند. به هر حال، يك استاندارد مشخص جهان‌شمول براي اين دسته‌بندي وجود ندارد. در مراجع مختلف باندهاي فركانسي ذيل نيز تعريف شده‌اند:

• باند آر (R): از 1/76 تا 2/6 گيگاهرتز
• باند اِچ (H): از3/59 تا 5/85 گيگاهرتز
• باند كيو (Q): از 33 تا 50 گيگاهرتز
• باند يو (U): از 40 تا 60 گيگاهرتز
• باند دابليو (W): از 75 تا 110 گيگاهرتز
• باند مايكرووِيو: از 1 تا 300 گيگاهرتز

اما بايد توجه داشت كه اگرچه تعريف و نامگذاري محدوده‌هاي متفاوت است، اينكه هر محدوده مشخص فركانسي (بدون در نظر گرفتن نام آن محدوده) براي چه منظوري و تحت چه ضوابطي مورد استفاده قرارگيرد، فقط برعهده آي‌تي‌يو است و همه كشورهاي جهان موظف به رعايت آن هستند.

تخصيص فركانس

[تخصيص فركانس] عبارت است از مشخص كردن محدوده‌هاي مختلف فركانسي براي كاربردهاي مختلف. آي‌تي‌يو وظيفه جهاني اين امر را بر عهده دارد. آي‌تي‌يو براي اين كار جهان را به سه منطقه جداگانه تقسيم مي‌كند:

• منطقه 1: اروپا، آفريقا، شوروي سابق و مغولستان
• منطقه 2: قاره آمريكا و گرين‌لَند
• منطقه 3: آسيا، استراليا و اقيانوس آرام

در هر كدام از اين سه منطقه، محدوده‌هاي فركانسي براي كاربري‌هاي گوناگون تعيين شده‌اند. بايد توجه داشت كه اين فقط بيان صورت مساله است و تخصيص فركانس يك عمليات بسيار پيچيده و تخصصي در سطح جهاني است. هزاران نكته خاص و استثنا در برخورد با اين مساله به‌وجود مي‌آيد كه بايد مدام مورد بررسي قرار گيرند. آي‌تي‌يو در كنفرانس‌ها و نشست‌هاي ساليانه خود همواره قوانين و مقررات تخصيص فركانس خود را مورد بررسي و بازبيني قرار مي‌دهد [3]. همچنين بخشي در آي‌تي‌يو وجود دارد كه به تداخل‌هاي فركانسي و همچنين شكايت‌هاي اعضا در اين زمينه رسيدگي مي‌کند

تداخل فركانسي

[تداخل فركانسي] عبارتست از برهم‌پوشاني ناخواسته و غيرمطلوب دو يا چند سيگنال فركانس راديويي در يك گيرنده [2]. در يك سامانه مخابرات ماهواره‌اي،‌ سه راهكار اصلي براي كم‌كردن تداخل فركانسي وجود دارد:

• تخصيص فركانسي
• استفاده از [پولاريزاسيون‌]هاي مخالف
• دور نگه داشتن ماهواره‌ها از يكديگر در مدار و همچنين رعايت فواصل جغرافيايي مناسب براي ايستگاه‌هاي زميني

هر گيرنده جديد فضايي (چه در فضا و چه بر روي زمين) بايد قبل از عملياتي شدن مورد تحليل فركانسي قرار گيرد تا امكان روبرو شدن آن با اين پديده به حداقل برسد.

هماهنگي فركانسي

[هماهنگي فركانسي] عبارت است از فرايند اطمينان‌يابي از عملكرد يك ماهواره و ايستگاه زميني، بدون هرگونه تداخل فركانسي. هماهنگ‌كننده و ناظر بين‌المللي اين مساله بخش مخابرات راديويي  اتحاديه آي‌تي‌يو است و سازمان‌هاي ملي مقررات راديويي در هر كشور (مانند سازمان تنظيم مقررات و ارتباطات راديويي در ايران) اِعمال‌كننده آن در كشورهاي مختلف هستند.

مثلاً هنگامي‌كه قرار است تا يك ايستگاه گيرنده ماهواره‌اي در نقطه‌اي ايجاد شود، اطلاعات فني مرتبط از قبيل: فركانس‌هاي كانال‌ها، موقعيت مداري ماهواره، محل جغرافيايي ايستگاه، دياگرام قطبي الگوي تشعشع آنتن، توان فرستنده، نوع داده و ...، بايد به آژانس ملي مقررات راديويي ارائه شود. اين آژانس وظيفه دارد تا با انجام يك تحليلِ تداخل فركانسي، مشخص كند كه ايستگاه جديد چقدر با منابع فركانسي موجود تداخل دارد. به نوعي همين كار هم براي هماهنگي فركانسي براي تعيين فركانس‌هاي ماهواره انجام مي‌پذيرد [2].