Communications: September 2007 Archives

به محض اينكه ابرها جلوي خورشيد را مي گيرند، با سيستم هاي ارتباطي ليزري تداخل ايجاد مي كنند. اما محققين Penn State با بكارگيري تركيبي از روش هاي محاسباتي در تلاش براي شكافتن راهي از درون ابرها مي باشند.

پروفسور محسن كاوه راد مي گويد: "ارتباطات در حوزه ي فركانس راديوئي در حالت كلي قابل اطمينان و قابل فهم هستند، اما نمي توانند جوابگوي مطالبات پديدار شده براي سرعت داده ي بالاتر باشند مگر اينكه نسبت بيشتري از طيف راديوئي را استفاده كنند."

اين استاد رشته مهندسي برق در W. L. Weiss مي افزايد: "ارتباطات نوري فضاي آزاد سرعت داده ي بسيار بالائي ارائه مي دهد اما اغلب هنگام لطف و مرحمت محيط كار مي كند."

نور ليزر بكار رفته در سيستم هاي ارتباطي مي تواند حجم انبوهي از اطلاعات را با خود حمل كند اما گرد و غبار، آلودگي، بخار آب و گازهاي درون ابرهاي متراكم پف كرده، نور ليزر را پراكنده كرده و انعكاس هائي را بوجود مي آورند. اتلاف قسمتي از نور به علت پراكندگي، كم اهميت تر از آن بخش هائي از پرتو ااست كه دچار انحراف مي شوند و با اينحال به نقطه ي هدف مي رسند، چرا كه در اينصورت، قسمت هاي مختلف پرتو در زمان هاي متفاوتي به نقطه ي پايان مي رسند.

مدير مركز تحقيق تكنولوژي اطلاعات و ارتباطات Penn State همچنين افزود: "تمامي فوتون هاي پروتوي ليزري با سرعت نور حركت مي كنند اما عبور از مسيرهاي متفاوت موجب مي شود تا در زمان هاي مختلفي برسند. نيروي هوائي، كه اين پروژه را از طريق آژانس پروژه هاي تحقيقاتي پيشرفته ي دفاعي تامين مالي كرده است، از ما مي خواهد كه سرعتي نزديك به 3 گيگابايت در ثانيه در فاصله اي حدود 6 تا 8 مايل از طريق جو به آنها تحويل دهيم."

كه 6 تا 8 مايل براي ايجاد اوورلپ (همپوشاني) در رسيدن داده هاي شامل صدها رمز و رقم كفايت مي كند و موجب ايجاد انعكاس خواهد شد. اطلاعات مي رسد، اما سپس دوباره خواهد رسيد زيرا سيگنال درون پرتو پخش شده است. در واقع، پيغام بطور مرتب تشديد مي شود.

كاوه راد و سانگوو لي، فارغ التحصيل مهندسي برق، راه حل خود در مورد مشكل اكو (انعكاس) را در كنفرانس اخير ارتباطات نظامي IEEE در واشنگتن دي سي ارائه دادند.

كاوه راد در اينباره مي گويد: "در گذشته، سيستم هاي ارتباطات ليزري طوري طراحي مي شدند كه وابسته به پردازش سيگنال نوري و دستگاه هاي اپتيكي بودند. ما روش هاي پردازش سيگنال ديجيتال state of the art و يك سيستم ارتباطات ليزري بي سيم را به يكديگر ملحق كرديم تا يك ارتباط اپتيكي قابل اطمينان و با ظرفيت بالا از درون ابرها بدست آوريم."

اين محققين روشي را به نام ارتباطات نوري فضاي آزاد ايجاد كرده اند كه نه تنها مي تواند ارتباطات هوا به هوا را بهبود بخشد، بلكه در مورد ارتباطات زمين به هوا نيز چنين است. از آنجا كه روش آنها سيگنال هائي با كيفيت فيبر نوري در اختيار مي گذارد، راه حلي براي توسعه سيستم هاي فيبر نوري به مناطق روستائي ،بدون نياز به كابل گذاري، نيز مي باشد و امكان دارد سرانجام اينترنت را در يك حالت سه بعدي گسترش داده و به مسافرين هواپيما ها امكان بهره مندي از يك سيگنال پايدار و تميز را بدهد.

با استفاده از نوعي شبيه سازي رايانه اي با نام مدل كانال هوائي كه توسط بخش CICTR شركت Penn State طراحي شده است، محققين ابتدا سيگنال را پردازش مي كنند تا overlapping داده و تعداد آنها را كاهش دهند. سپس سيستم سيگنال باقيمانده را پردازش كرده، قسمت هاي مورد نياز را براي ساخت كامل آن انتخاب مي نمايد و اكوهاي باقيمانده را حذف مي كند. اين فرايند براي كاهش overlap و سپس فيلتر سيگنال بايد پايدار باشد تا در نتيجه يك پيغام با كيفيت بالا و كاليبر فيبر نوري به مقصد برسد. حال چه فرستنده يا گيرند و يا هر دو در حركت باشند روش همين است.

محسن كاوه راد مي افزايد: "ما اين سيستم را با استفاده از ابرهاي متراكم، ابرهاي پف كرده ي غليظ، مدل كرديم چرا كه آنها بيشترين حالت پراكندگي و بزرگترين اكو هاي را ايجاد مي كنند. مدل ما همچنين توسط پيمانكاران نظامي در حال استفاده مي باشد تا ارتباطات را از درون دود و گاز ها بررسي كنند كه در اين زمينه نيز نتايج خوبي داده است."

رايانه حدود نيم مايل فاصله ي داراي ابرهاي متراكم را مدلسازي كرد. در حالي كه اين محققين تصديق مي كنند كه به آساني مي توانند سيگنال را پردازش كرده و تمام اكو ها را حذف كنند، برخي ملاحظات مي تواند اسن سيستم را از ساير جهات تنزل دهد از جمله فاصله و زمان.

اين سيستم به لحاظ تجاري از تجهيزات در دسترس و تكنيك هاي پردازش سيگنال ديجيتال ثابت شده اي بهره مي برد.

همچنانكه ايالات متحده و كانادا اولين قدم هاي خود را به سوي تاسيس يك رصدخانه اقيانوسي كابل كشي شده بر مي دارند، يك محقق دانشگاه ميسوري رولا در تلاش براي بهبود سرعت ارتباطات زير آبي بي سيم مي باشد.

به گفته دكتر رزا ژنگ، استاديار دانشكده مهندسي برق و كامپيوتر UMR، همان امواج اكوستيكي كه دلفين ها و وال ها براي ارتباط استفاده مي كنند در حالي كه هزاران مايل از يكديگر فاصله دارند، مي تواند توسط انسان ها براي ارسال اطلاعات بصورت بي سيم استفاده شود. تمركز تحقيق اين دانشمند بر روي ارتباطات درون آب هاي كم عمق مي باشد كه براي ديده باني محيطي و ديگر موارد مورد نياز است. ارتباطات آب هاي كم عمق با چالش هاي افزوده اي مواجه است چرا كه سيگنال ها بوسيله امواج و پژواك كنار صفحات زيرين و فوقاني اقيانوس تحت تاثير قرار مي گيرند.

خانم رزا ژنگ اضافه كرد: "نكته ي شگفت انگيز در مورد سيگنال هاي اكوستيك اين است كه هر چه فركانس پائين تر باشد، فاصله بيشتري را مي تواند طي كند. نقطه ي چالش انگيز اينجاست كه امواج اكوستيك پهناي باند بسيار محدودي دارند. هدف ما اين است كه به يك سطح اطمينان بالا و نيز سعت انتقال داده بالا دست يابيم."

سرعت انتقال داده در سيستم هاي كنوني ارتباطات زير دريايي، معمولا محدود به چند كيلوبيت بر ثانيه مي باشد، كه بسيا پائينتر از سرعت مگابيت بر ثانيه اي است كه توسط ارتباطات بي سيم RF (فركانس هاي راديوئي) ارائه مي شود. اين استاد دانشگاه، قصد دارد تا از تكنولوژي چند-ورودي، چند-خروجي (MIMO) - تكنيكي كه چند مسير و آنتن را اهرم مي كند - به منظور افزايش سرعت انتقال داده تا چندصد كيلوبيت بر ثانيه استفاده كند.

ژنگ همچنين افزود: "تكنولوژي MIMO چند چالش براي ما بوجود خواهد آورد چرا كه شما سيگنال ها را در يك زمان و بوسيله يك باند فركانسي ارسال مي كنيد. به لحاظ تئوري اثبات مي شود كه اينكار امكان پذير است اما ما هنوز در تلاش هستيم تا ببينيم چگونه مي توان آن سيگنال ها را در دريافت كننده از يكديگر جدا كرد."

ژنگ و دانشگاه ميسوري كلمبيا، براي سرمايه گذاري بر روي اين طرح يك مقرري 270 هزار دلاري به مدت سه سال از طرف Naval Research دريافت كرده اند.