پروژه مخابرات

پروژه مخابرات (Telecommunication Project)

موضوع پیشنهادی: بررسی سیستم‌های مخابرات دیجیتال و نقش مدولاسیون در انتقال داده

1. مقدمه

مخابرات یکی از ستون‌های اصلی فناوری اطلاعات و ارتباطات است و وظیفه دارد اطلاعات را از یک نقطه به نقطه دیگر با کمترین خطا، بیشترین سرعت و بالاترین کیفیت منتقل کند. در دنیای امروزی، شبکه‌های تلفن همراه، اینترنت، وای‌فای، ارتباطات ماهواره‌ای و رادیویی، همگی بر پایه اصول مخابرات بنا شده‌اند. هدف این پروژه، بررسی ساختار سیستم مخابرات دیجیتال و نقش مدولاسیون در کارایی آن است.

---

2. اجزای اصلی یک سیستم مخابراتی

یک سیستم مخابراتی استاندارد معمولاً شامل بخش‌های زیر است:

2-1. منبع اطلاعات (Source)

منبع می‌تواند متن، صدا، تصویر، ویدئو یا داده دیجیتال باشد.

2-2. فرستنده (Transmitter)

فرستنده وظیفه تبدیل اطلاعات به سیگنال قابل ارسال را دارد. این مرحله شامل:

• کدگذاری منبع

• فشرده‌سازی

• مدولاسیون

• تقویت سیگنال

2-3. کانال ارتباطی (Channel)

کانال مسیر فیزیکی ارسال اطلاعات است، مانند:

• کابل مسی

• فیبر نوری

• امواج رادیویی

• ماهواره

2-4. نویز (Noise)

هرگونه عامل مزاحم که به سیگنال آسیب می‌زند؛ مثل:

• تداخل الکترومغناطیسی

• نویز حرارتی

• فیدینگ (کاهش توان سیگنال)

2-5. گیرنده (Receiver)

وظیفه دارد سیگنال را دریافت، دمدوله و رمزگشایی کند و آن را به اطلاعات اصلی تبدیل کند.

---

3. مدولاسیون (Modulation)

مدولاسیون یکی از مهم‌ترین مباحث مخابرات است. مدولاسیون یعنی اعمال اطلاعات بر یک سیگنال حامل (Carrier) برای انتقال بهتر.

انواع مدولاسیون آنالوگ

• AM (مدولاسیون دامنه)

• FM (مدولاسیون فرکانس)

• PM (مدولاسیون فاز)

انواع مدولاسیون دیجیتال

• ASK (شیفت دامنه)

• FSK (شیفت فرکانس)

• PSK (شیفت فاز)

• QAM (ترکیبی از دامنه و فاز)

اهمیت مدولاسیون

• افزایش برد

• افزایش مقاومت در برابر نویز

• امکان چندکاربره شدن کانال

• انتقال اطلاعات در پهنای باند محدود

---

4. سیستم‌های مخابرات دیجیتال

سیستم‌های دیجیتال به دلیل مزایای فراوان جایگزین سیستم‌های آنالوگ شده‌اند.

مزایا:

• کیفیت بالاتر

• نویز کمتر

• رمزگذاری بهتر

• امکان تصحیح خطا (Error Correction)

• امنیت بیشتر

مثال‌ها:

• مخابرات 4G/5G

• ارتباطات وای‌فای (Wi-Fi)

• بلوتوث

• فیبر نوری

---

5. کاربردهای مخابرات در دنیای واقعی

• ارتباطات موبایل

• اینترنت پرسرعت

• GPS

• پهپادها

• مخابرات نظامی

• شبکه‌های ماهواره‌ای

• اینترنت اشیا (IoT)

---

6. نتیجه‌گیری

مخابرات نقش حیاتی در زندگی روزمره و زیرساخت‌های جهانی دارد. با پیشرفت‌هایی مانند 5G، اینترنت اشیا و ارتباطات نوری، آینده مخابرات به سمت سرعت بیشتر، تأخیر کمتر و هوشمندسازی گسترده حرکت می‌کند. درک مفاهیم پایه مانند مدولاسیون و ساختار سیستم‌های دیجیتال برای دانشجویان و مهندسان مخابرات ضروری است.

7. کدگذاری کانال (Channel Coding)

کدگذاری کانال یکی از مهم‌ترین بخش‌های سیستم مخابرات دیجیتال است. هدف آن کاهش خطاهای ایجادشده در کانال و افزایش قابلیت اطمینان انتقال داده است.

انواع کدگذاری کانال

7-1. کدهای بلوکی (Block Codes)

اطلاعات به بلوک‌های مشخص تقسیم و سپس بیت‌های افزونه (Redundant Bits) به آن‌ها اضافه می‌شود.
مثال‌ها:

• کد همیگ (Hamming)

• کد خطی بلوکی

• کد رید-سالومون (Reed-Solomon)

7-2. کدهای کانولوشنی (Convolutional Codes)

بیت‌ها به صورت پیوسته پردازش شده و خروجی تولید می‌کنند.
در ارتباطات ماهواره‌ای و 3G استفاده می‌شود.

7-3. کدهای توربو (Turbo Codes)

یکی از قوی‌ترین روش‌های تصحیح خطا در شبکه‌های 3G و 4G.

7-4. کدهای LDPC (Low Density Parity Check)

در سیستم‌های 5G بسیار رایج است و عملکرد بسیار نزدیک به ظرفیت کانال دارد.

---

8. آنتن و انتشار امواج (Antennas & Propagation)

8-1. آنتن چیست؟

آنتن وسیله‌ای است که سیگنال الکتریکی را به موج الکترومغناطیسی تبدیل می‌کند و برعکس.

8-2. انواع آنتن‌ها

• آنتن دوقطبی (Dipole)

• آنتن یاگی (Yagi)

• آنتن سهموی (Parabolic) — مناسب ماهواره

• آنتن مایکرواستریپ (Patch Antenna) — در موبایل و وای‌فای

• آنتن‌های آرایه فازی (Phased Array) — در 5G و رادار

8-3. مدل‌های انتشار امواج

• انتشار خط مستقیم (LOS)

• انتشار انعکاسی

• انتشار شکست (Diffraction)

• انتشار پراکندگی (Scattering)

8-4. عوامل تضعیف سیگنال

• فاصله

• موانع (ساختمان، درخت، باران)

• چندمسیره شدن (Multipath)

• فیدینگ (Fading)

---

9. فناوری OFDM و نقش آن در 4G/5G

یکی از مهم‌ترین تکنیک‌های مدرن مخابراتی OFDM است.

9-1. OFDM چیست؟

Orthogonal Frequency Division Multiplexing
روشی است که سیگنال را به تعداد زیادی زیرحامل (Subcarriers) تقسیم می‌کند.

9-2. مزایای OFDM

• مقاومت بسیار بالا در برابر چندمسیره شدن (Multipath)

• بازده بالا در پهنای باند

• کاهش تداخل فرکانسی

• سادگی اکولایزرها

• استفاده در: Wi-Fi، LTE، DVB، 5G

9-3. چرا در 5G مهم است؟

5G سرعتی تا چند گیگابیت بر ثانیه دارد، که بدون OFDM ممکن نبود.

---

10. مخابرات 5G

10-1. مشخصات کلیدی 5G

• سرعت تا 20Gbps

• تأخیر بسیار کم (1 میلی‌ثانیه)

• ارتباط انبوه دستگاه‌ها (IoT)

• استفاده از فرکانس‌های میلی‌متری

10-2. تکنولوژی‌های اصلی 5G

• MIMO گسترده (Massive MIMO)

• Beamforming

• NR (New Radio)

• کدهای LDPC و Polar Codes

• ارتباطات Ultra-Reliable Low Latency (URLLC)

10-3. کاربردهای 5G

• خودروهای خودران

• پزشکی از راه دور

• شهر هوشمند

• واقعیت افزوده و مجازی

• رباتیک صنعتی

---

11. ارتباطات نوری (Optical Communication)

11-1. فیبر نوری چیست؟

مسیری شیشه‌ای/پلاستیکی که نور را با تلفات بسیار کم هدایت می‌کند.

11-2. مزایا:

• سرعت بسیار بالا

• امنیت زیاد

• تداخل الکترومغناطیسی صفر

• ظرفیت انتقال عظیم (Tbps)

11-3. کاربردها:

• اینترنت جهانی

• زیرساخت مخابرات کشورها

• دیتاسنترها

• شبکه‌های زیرآبی بین قاره‌ای

---

12. مخابرات ماهواره‌ای (Satellite Communication)

ماهواره‌ها امکان ارتباط بین نقاط دور دنیا را فراهم می‌کنند.

انواع ماهواره‌ها

• GEO (ثابت، ۳۶هزار کیلومتر)

• MEO (متوسط، GPS)

• LEO (پایین، استارلینک)

کاربردها

• اینترنت فضایی

• پخش تلویزیونی

• موقعیت‌یابی

• مخابرات اضطراری

13. جمع‌بندی نهایی پروژه

مخابرات علمی گسترده و زیربنای تمام فناوری‌های ارتباطی امروزی است. از ارتباطات موبایلی 5G گرفته تا فیبر نوری، ماهواره، اینترنت اشیا و شبکه‌های وای‌فای — همگی بر اساس اصولی شکل گرفته‌اند که در این پروژه به آنها پرداخته شد.

دانش مفاهیم بنیادی مانند مدولاسیون، کدگذاری، کانال، آنتن، انتشار امواج و تکنیک‌های مدرن مانند OFDM، MIMO و مخابرات نوری، برای طراحی و تحلیل سیستم‌های ارتباطی ضروری است.

14. بودجه لینک (Link Budget Analysis)

تحلیل بودجه لینک برای محاسبه توان لازم، برد شبکه و کیفیت ارتباط استفاده می‌شود.

14-1. اجزای بودجه لینک

1. توان فرستنده (Tx Power)

2. بهره آنتن فرستنده (Tx Antenna Gain)

3. افت مسیر (Path Loss)

4. نویز کانال

5. بهره آنتن گیرنده (Rx Antenna Gain)

6. حساسیت گیرنده (Receiver Sensitivity)

7. SNR (نسبت سیگنال به نویز)

14-2. فرمول افت مسیر (Free Space Path Loss)

$$FSPL=20\log (d)+20\log (f)+32.44$$

14-3. کاربردهای Link Budget

• طراحی شبکه موبایل

• طراحی لینک‌های Wi-Fi و Microwave

• تعیین فاصله آنتن‌ها

• محاسبه پوشش رادیویی

---

15. تداخل (Interference) در سیستم‌های مخابراتی

15-1. انواع تداخل

• تداخل هم‌کانالی (CCI)
  هنگام استفاده چند کاربر از یک فرکانس

• تداخل بین کانالی (ICI)
  بین کانال‌های نزدیک رخ می‌دهد

• تداخل ناشی از Multipath
  باعث محوشدگی (Fading) می‌شود

• تداخل الکترومغناطیسی
  ناشی از دستگاه‌های دیگر

15-2. روش‌های کاهش تداخل

• استفاده از OFDM

• فیلترهای تطبیقی

• آنتن‌های آرایه فازی

• تکنیک Frequency Reuse در موبایل

• بهینه‌سازی توان فرستنده

---

16. سیستم‌های موبایل از 1G تا 5G

16-1. نسل اول (1G)

• آنالوگ

• فقط صوت

• امنیت پایین

16-2. نسل دوم (2G)

• دیجیتال

• پیامک (SMS)

• سرعت ۹ kbps

16-3. نسل سوم (3G)

• اینترنت با سرعت ۲ Mbps

• تماس تصویری

16-4. نسل چهارم (4G LTE)

• سرعت تا 100 Mbps

• OFDM + MIMO

• عصر استریم و شبکه‌های اجتماعی

16-5. نسل پنجم (5G)

• سرعت گیگابیتی

• تأخیر کم

• اینترنت اشیا

• ارتباط گسترده ماشین‌ها (mMTC)

---

17. اینترنت اشیا (IoT) و مخابرات

17-1. IoT چیست؟

اتصال هوشمند اشیاء مختلف به شبکه و جمع‌آوری داده.

17-2. پروتکل‌های IoT

• LoRaWAN – برد بالا، مصرف پایین

• NB-IoT – تحت شبکه موبایل

• ZigBee – کوتاه‌برد

• Bluetooth LE

17-3. کاربردها

• خانه هوشمند

• کشاورزی دقیق

• پایش سلامت

• شهر هوشمند

---

18. امنیت در مخابرات

18-1. تهدیدهای امنیتی

• شنود (Eavesdropping)

• حمله Replay

• حمله DoS

• جعل هویت

18-2. روش‌های ایمن‌سازی

• رمزنگاری (AES, RSA)

• احراز هویت دو مرحله‌ای

• استفاده از Coding + Encryption

• فرکانس پرش (FHSS)

---

19. رادیو شناختی (Cognitive Radio)

نسل جدید رادیوها که محیط فرکانسی را تحلیل کرده و خود را تطبیق می‌دهند.

ویژگی‌ها

• تشخیص باند آزاد

• استفاده پویا از طیف

• کاهش تداخل

• افزایش راندمان طیف

کاربردها

• شبکه‌های 5G

• نظامی

• شبکه‌های اضطراری

---

20. رادار و کاربردهای مخابراتی آن

20-1. رادار چگونه کار می‌کند؟

• ارسال موج

• برخورد به هدف

• برگشت سیگنال

• تحلیل بازتاب

20-2. انواع رادارها

• رادار پالسی

• رادار موج پیوسته

• رادار Doppler

• رادار آرایه فازی

20-3. کاربردها

• هواشناسی

• مرزبانی

• خودروهای خودران

• کنترل ترافیک هوایی

---

21. شبکه‌های 6G (پیش‌بینی آینده نزدیک)

ویژگی‌ها

• سرعت تا 1 ترابیت بر ثانیه

• ادغام هوش مصنوعی در شبکه

• ارتباطات تراهرتزی

• هولوگرام و Telepresence

• شبکه‌های کاملاً خودران

مفاهیم کلیدی 6G

• IRS (Reconfigurable Intelligent Surfaces)

• AI-Networking

• Low-Orbit Satellites Integration

---

22. جمع‌بندی نهایی (نسخه تکمیلی و حرفه‌ای)

این پروژه یک نگاه کامل و جامع به دنیای مخابرات ارائه داد؛ از مفاهیم پایه مانند مدولاسیون و کدگذاری، تا تکنیک‌های مدرن OFDM، 5G، ارتباطات نوری، IoT، رادار، امنیت، Link Budget، و حتی نسل آینده یعنی 6G.

امروزه مخابرات قلب تپنده‌ی فناوری جهانی است و توسعه آن مسیر آینده بشر را مشخص می‌کند — از شبکه‌های هوشمند گرفته تا شهرهای هوشمند، خودروهای خودران و ارتباطات ماهواره‌ای.

23. مخابرات کوانتومی (Quantum Communication)

مخابرات کوانتومی یکی از پیشرفته‌ترین حوزه‌های علمی امروز است که امنیت در سطحی بسیار بالا ارائه می‌دهد.

23-1. مفهوم کلی

در این روش از خواص ذرات کوانتومی مثل فوتون‌ها برای انتقال اطلاعات استفاده می‌شود.

23-2. ویژگی‌های کلیدی

• امنیت مطلق: هرگونه شنود باعث تغییر حالت کوانتومی و قابل شناسایی است.

• QKD (Quantum Key Distribution): توزیع کلید رمزنگاری با امنیت 100٪

• سرعت بالا در آینده نزدیک

23-3. کاربردها

• بانکداری و مالی

• امنیت نظامی

• حفاظت از اطلاعات دولتی

• آینده اینترنت امن

---

24. ارتباطات زیرآبی (Underwater Communication)

این ارتباطات در اقیانوس‌ها، برای زیردریایی‌ها و ربات‌های زیرآبی استفاده می‌شود.

24-1. چالش‌ها

• تلفات زیاد

• سرعت بسیار پایین

• تأخیر زیاد

• محدودیت موج‌های رادیویی

24-2. روش‌های ارتباط زیرآبی

• صوتی (Acoustic) → برد بالا، سرعت پایین

• نوری (Optical) → برد کم، سرعت بالا

• رادیویی (RF) → فقط فاصله‌های بسیار کم

24-3. کاربردها

• مانیتورینگ اقیانوس

• ربات‌های کاوشگر

• سیستم‌های نظامی

• کشتی‌ها و زیردریایی‌ها

---

25. مخابرات فضایی و اعماق فضا (Deep Space Communication)

25-1. ویژگی‌ها

• فاصله بسیار زیاد (میلیون‌ها کیلومتر)

• تأخیر بالا (دقایق یا ساعات)

• نیاز به آنتن‌های بسیار بزرگ

• استفاده از فرکانس‌های X-band و Ka-band

25-2. چالش‌های مهم

• توان بسیار پایین سیگنال دریافتی

• نویز کیهانی

• نیاز به رمزنگاری قوی

• محدودیت پهنای باند

25-3. کاربردها

• ارتباط با مریخ‌نوردها

• ماهواره‌های علمی

• مأموریت‌های ناسا و ESA

• ارتباطات بین سیاره‌ای

---

26. شبکه‌های حسگر بی‌سیم (Wireless Sensor Networks – WSN)

شبکه‌ای شامل تعداد زیادی حسگر کوچک که داده‌ها را جمع‌آوری و منتقل می‌کنند.

26-1. ویژگی‌ها

• مصرف انرژی بسیار کم

• خودسازمانده (Self-organizing)

• چندهاپی (Multi-hop)

26-2. کاربردها

• صنعت

• کشاورزی

• نظامی

• محیط‌زیست

• خانه‌های هوشمند

---

27. مخابرات رادیویی نرم‌افزاری (Software Defined Radio – SDR)

در SDR قسمت‌های سخت‌افزاری رادیو مثل مدولاتور و دمدولاتور، به‌صورت نرم‌افزاری پیاده‌سازی می‌شود.

27-1. مزایا

• انعطاف‌پذیری زیاد

• پشتیبانی از چند استاندارد

• کاهش هزینه توسعه

• به‌روزرسانی از راه دور

27-2. کاربردها

• رادیوی نظامی

• شبکه‌های 5G

• تحقیقات دانشگاهی

• سیستم‌های فضایی و رادار

---

28. تکنیک Beamforming و نقش آن در 5G

28-1. Beamforming چیست؟

روشی که انرژی امواج را در یک مسیر خاص متمرکز می‌کند و باعث افزایش کیفیت ارتباط می‌شود.

28-2. مزایا

• افزایش برد

• کاهش تداخل

• افزایش سرعت

• مناسب mmWave

28-3. انواع Beamforming

• آنالوگ

• دیجیتال

• هیبریدی

---

29. شبکه‌های MIMO و Massive MIMO

29-1. MIMO چیست؟

استفاده از چند آنتن در گیرنده و فرستنده برای افزایش ظرفیت.

29-2. مزایا

• افزایش سرعت

• کاهش خطا

• بهبود کیفیت سیگنال

29-3. Massive MIMO در 5G

• استفاده از ده‌ها یا صدها آنتن

• افزایش ظرفیت چندین برابر

• ترکیب با Beamforming

---

30. تکنیک Spread Spectrum (طیف گسترده)

این تکنیک‌ها سیگنال را در طیف وسیعی پخش می‌کنند تا امنیت و مقاومت در برابر نویز افزایش یابد.

انواع

• FHSS (پرش فرکانسی)

• DSSS (طیف گسترده با توالی مستقیم)

کاربردها

• GPS

• Wi-Fi

• نظامی

• 4G/5G

---

31. مخابرات امن و رمزنگاری در شبکه‌ها

31-1. الگوریتم‌های مهم

• AES

• RSA

• ECC

• SHA

31-2. روش‌های احراز هویت

• SIM در شبکه‌های موبایل

• HSS در LTE/5G

• توکن و گواهی دیجیتال

---

32. منابع فرکانسی و مدیریت طیف

32-1. چرا طیف مهم است؟

طیف یک منابع محدود است و کشورهای مختلف باید آن را مدیریت کنند.

32-2. سازمان‌ها

• ITU

• FCC

• وزارت ارتباطات کشورها

32-3. باندهای مهم

• UHF

• SHF

• موج میلی‌متری (mmWave)

• تراهرتز در آینده 6G

---

33. نتیجه‌گیری نهایی نسخه کامل و پیشرفته

این پروژه اکنون شامل پوشش کامل مباحث مخابراتی از پایه تا پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های روز است:

• سیستم‌های آنالوگ و دیجیتال

• مدولاسیون و کدگذاری

• آنتن و انتشار

• Link Budget

• OFDM, MIMO, 5G

• رادار، IoT، امنیت

• مخابرات کوانتومی

• 6G و آینده ارتباطات

• مخابرات زیرآبی و فضایی

• SDR و Beamforming

این پروژه در همین حالت هم یک پروژه کامل 20 تا 30 صفحه‌ای محسوب می‌شود.

34. معماری شبکه 4G LTE

شبکه LTE شامل اجزای مختلفی است که با هم یک شبکه پرسرعت سلولی را تشکیل می‌دهند.

---

34-1. اجزای اصلی معماری LTE

1. UE (User Equipment)

گوشی موبایل یا مودم.

2. eNodeB

آنتن/فرستنده 4G
وظایف:

• مدیریت رادیویی

• زمان‌بندی کاربران

• مدولاسیون و کدگذاری

3. EPC (Evolved Packet Core)

قلب شبکه LTE که شامل:

a. MME (Mobility Management Entity)

• مدیریت اتصال

• کنترل احراز هویت

• سوئیچینگ بین سلول‌ها

b. HSS (Home Subscriber Server)

• دیتابیس مشترکین

• اطلاعات سیم‌کارت

• کلیدهای امنیتی

c. SGW (Serving Gateway)

• مسیریابی داده‌ها

• مدیریت تحرک

d. PGW (Packet Gateway)

• اتصال به اینترنت

• NAT

• مدیریت QoS

---

34-2. ویژگی‌های اصلی LTE

• OFDMA در Downlink

• SC-FDMA در Uplink

• نسبت طیف‌بری مناسب

• سرعت بالا (100Mbps DL / 50Mbps UL)

---

35. معماری شبکه 5G – (5G NR Architecture)

5G معماری بسیار مدرن‌تری نسبت به 4G دارد و تقریباً همه چیز به صورت Cloud و نرم‌افزاری انجام می‌شود.

---

35-1. اجزای اصلی شبکه 5G

1. gNodeB

آنتن 5G
نسخه پیشرفته eNodeB با پشتیبانی از:

• Massive MIMO

• Beamforming

• OFDM پیشرفته

2. 5GC (5G Core)

کاملاً Cloud native.

اجزای مهم 5G Core:

a. AMF (Access and Mobility Management Function)

جایگزین MME

• مدیریت اتصال

• Mobility

• Authentication

b. SMF (Session Management Function)

پرداختن به جلسات داده
مدیریت IP و QoS

c. UPF (User Plane Function)

جایگزین SGW/PGW

• پردازش دیتا

• ارسال به اینترنت

d. NRF (Network Repository Function)

• رجیستری سرویس‌ها

• معماری Service-Based

e. AUSF (Authentication Server)

جایگزین AAA در 4G
بر پایه امنیت پیشرفته

---

35-2. تفاوت 4G و 5G

---

36. ارتباطات میلی‌متری (mmWave Communication) پروژه مخابرات

36-1. فرکانس‌های میلی‌متری

بین 30GHz تا 300GHz

36-2. مزایا

• پهنای باند بسیار بالا

• سرعت فوق‌العاده زیاد

• مناسب 5G، 6G، ماهواره‌های LEO

36-3. چالش‌ها

• نفوذ کم

• برد کم

• حساسیت به موانع

• تضعیف شدید در باران

36-4. راه‌حل‌ها

• Beamforming

• تکرارکننده‌ها (Repeaters)

• سلول‌های کوچک (Small Cells)

---

37. Small Cells در 5G

37-1. انواع Small Cell

• Femtocell

• Picocell

• Microcell

37-2. مزایا

• افزایش ظرفیت

• پوشش بهتر در محیط‌های شلوغ

• کاهش تداخل

• افزایش سرعت کاربران

37-3. کاربرد

• مراکز خرید

• استادیوم‌ها

• شهرهای هوشمند

• کارخانه‌های هوشمند

---

38. MEC – Edge Computing در شبکه‌های 5G

38-1. MEC چیست؟

انتقال محاسبات از Cloud به لبه شبکه (Edge)
نزدیک‌ترین نقطه به کاربر.

38-2. مزایا پروژه مخابرات

• کاهش تأخیر تا کمتر از 10ms

• بهبود VR/AR

• پشتیبانی از خودروهای خودران

• پردازش لحظه‌ای داده‌ها

38-3. کاربردهای اصلی پروژه مخابرات

• IoT صنعتی

• شهر هوشمند

• AI در شبکه

• گیمینگ ابری (Cloud Gaming)

---

39. شبکه‌های Mesh و Ad-hoc

39-1. تعریف پروژه مخابرات

شبکه‌هایی که در آن هر گره هم فرستنده و هم گیرنده است.

39-2. انواع Mesh

• Static

• Mobile Ad-hoc (MANET)

• Vehicular Ad-hoc (VANET)

39-3. کاربردها

• نظامی

• ارتباطات اضطراری

• IoT

• شبکه‌های شهری وایرلس

---

40. پروتکل‌های لایه‌های مختلف شبکه‌های مخابراتی و پروژه مخابرات

لایه فیزیکی (Physical Layer)

• OFDM

• QPSK

• 16QAM

• 64QAM

• Beamforming

لایه MAC

• تخصیص منابع

• زمان‌بندی کاربران

• کنترل توان

لایه شبکه (Network Layer) پروژه مخابرات

• IPv4 / IPv6

• Mobile IP

• Routing Protocols

لایه انتقال

• UDP

• TCP

• QUIC (نسل جدید)

---

41. فناوری Massive Machine-Type Communication (mMTC)

یکی از سه ستون 5G.

ویژگی‌ها پروژه مخابرات

• پشتیبانی از یک میلیون دستگاه در یک کیلومتر مربع

• مصرف انرژی بسیار پایین

• استفاده در IoT گسترده

---

42. فناوری URLLC در 5G

URLLC = Ultra-Reliable Low-Latency Communication

ویژگی‌ها و پروژه مخابرات

• تأخیر 1 میلی‌ثانیه

• قابلیت اطمینان 99.999%

• مناسب کنترل لحظه‌ای

کاربردها در پروژه مخابرات

• جراحی از راه دور

• خودروهای خودران

• کارخانه‌های هوشمند

• رباتیک صنعتی

---

43. ارتباطات LEO و شبکه استارلینک پروژه مخابرات

43-1. ماهواره‌های LEO

در ارتفاع 500 تا 2000 کیلومتر

مزایا در پروژه مخابرات

• تأخیر کم

• سرعت بالا

• مناسب اینترنت جهانی

شرکت‌ها در پروژه مخابرات

• SpaceX Starlink

• OneWeb

• Kuiper Project

---

44. استانداردهای مهم مخابرات و پروژه مخابرات

4G – LTE Release 8 تا Release 12

5G – Release 15, 16, 17

Release 18 = 5G-Advanced
Release 19 و 20 → پیش‌نیاز 6G

---

45. جمع‌بندی این بخش پروژه مخابرات

تا اینجا پروژه شما شامل:

• 45 بخش کامل و دانشگاهی و پروژه مخابرات

• پوشش تمامی مباحث پایه تا فوق‌تخصصی

• شامل LTE، 5G، mmWave، رادار، SDR، IoT، امنیت، 6G، ارتباطات فضایی و …

این پروژه الان به‌صورت یک گزارش رسمی 40–50 صفحه‌ای قابل ارائه است.

6. کاربردهای نوین مخابرات در دنیای امروز و پروژه مخابرات 

۱. مخابرات نسل پنجم (5G) پروژه مخابرات
فناوری 5G با سرعت بسیار بالا (تا چند گیگابیت بر ثانیه) و تأخیر بسیار کم، امکان توسعه فناوری‌های زیر را فراهم کرده است:

• خودروهای خودران

• جراحی رباتیک از راه دور

• واقعیت مجازی و افزوده پروژه مخابرات

• اینترنت اشیا (IoT) در سطح انبوه

• خدمات ابری پیشرفته پروژه مخابرات

۲. اینترنت اشیا (IoT) پروژه مخابرات
در IoT میلیون‌ها دستگاه بدون نیاز به دخالت انسان با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.
کاربردها:

• خانه هوشمند

• کشاورزی هوشمند

• سیستم‌های هوشمند شهری (Smart City)

• مدیریت انرژی و آب

۳. ماهواره‌های مخابراتی و پروژه مخابرات
ماهواره‌ها بخش مهمی از سیستم‌های مخابراتی هستند که برای پوشش وسیع در مناطق دورافتاده استفاده می‌شوند.

• سیستم‌های GPS

• شبکه‌های تلویزیونی و رادیویی

• اینترنت ماهواره‌ای مثل Starlink

۴. مخابرات نوری (فیبر نوری) پروژه مخابرات
فیبر نوری به دلیل سرعت بسیار بالا، تلفات کم و امنیت زیاد، جایگزین سیم‌های مسی شده است.
مزایا:

• انتقال داده تا صدها کیلومتر بدون تقویت‌کننده

• مقاومت در برابر نویز

• پهنای باند بسیار زیاد

---

7. چالش‌های موجود در حوزه مخابرات و پروژه مخابرات

۱. امنیت اطلاعات و حریم خصوصی پروژه مخابرات
با افزایش تعداد دستگاه‌های متصل به شبکه، حملات سایبری نیز بیشتر شده‌اند.
چالش‌ها:

• جلوگیری از هک شبکه

• جلوگیری از شنود

• حفظ حریم خصوصی کاربران

۲. مدیریت فرکانس‌ها پروژه مخابرات
طیف فرکانسی محدود است و دستگاه‌ها باید به صورت استاندارد و سازمان‌یافته از آن استفاده کنند.

۳. هزینه‌های بالای توسعه زیرساخت پروژه مخابرات
احداث شبکه‌های 5G، فیبر نوری و ماهواره‌ای هزینه‌بر است.

---

8. نتیجه‌گیری پروژه مخابرات

مخابرات یکی از مهم‌ترین حوزه‌های فناورانه جهان است که توسعه آن باعث ایجاد تحول‌های اساسی در زندگی بشر شده است. از ارتباطات تلفنی ساده تا اینترنت پرسرعت نسل پنجم و ماهواره‌های پیشرفته، همه و همه باعث شده‌اند جهان به یک دهکده جهانی تبدیل شود.
پیشرفت‌های آینده مخابرات با فناوری‌هایی مثل 6G، هوش مصنوعی در شبکه‌ها، و سیستم‌های خودکار، ارتباطات را سریع‌تر، هوشمندتر و امن‌تر خواهند کرد.

9. معرفی انواع شبکه‌های مخابراتی

۱. شبکه مخابرات سلولی پروژه مخابرات
این شبکه‌ها شامل BTSها (دکل‌های مخابراتی)، مراکز سوئیچینگ و تجهیزات کنترل هستند و برای تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند.
نسل‌های شبکه سلولی:

• 1G – آنالوگ

• 2G – دیجیتال ابتدایی، SMS

• 3G – اینترنت موبایل متوسط

• 4G – اینترنت پرسرعت، استریم

• 5G – سرعت گیگابیتی، تأخیر کم

• 6G – در حال تحقیق، سرعت تراهرتزی، کاربردهای هوش مصنوعی

۲. شبکه‌های بی‌سیم (Wireless)
شامل انواع ارتباطات بدون سیم در برد کوتاه:

• Wi-Fi

• Bluetooth

• NFC

• ZigBee و LoRa برای IoT
  این شبکه‌ها در خانه‌ها، شرکت‌ها و پروژه‌های هوشمند کاربرد دارند.

۳. شبکه‌های ماهواره‌ای

این شبکه‌ها سیگنال‌ها را از طریق ماهواره‌های زمین‌آهنگ یا مدار پایین منتقل می‌کنند.
مزایا:

• پوشش وسیع

• مناسب مناطق کوهستانی و دورافتاده
  معایب:

• تأخیر بالا (در ماهواره‌های GEO)

• هزینه زیاد

۴. شبکه‌های نوری و کابلی
فیبر نوری و کابل‌های مسی پرکاربردترین ابزارها در زیرساخت مخابرات ثابت (ADSL و FTTH) هستند.

---

10. تجهیزات اصلی سیستم‌های مخابراتی

۱. آنتن‌ها
آنتن‌ها انرژی الکترومغناطیسی را از شکل موج به شکل امواج رادیویی و بالعکس تبدیل می‌کنند.
انواع آنتن:

• همه‌جهته (Omni)

• جهت‌دار (Yagi، پچ)

• دیش ماهواره‌ای

• آنتن‌های MIMO در 4G و 5G

۲. روترها و سوییچ‌ها پروژه مخابرات
وظیفه هدایت دیتا در شبکه‌ها را دارند.
روتر: مدیریت مسیر داده
سوییچ: اتصال دستگاه‌ها در شبکه داخلی

۳. مودم‌ها پروژه مخابرات
سیگنال دیجیتال را به آنالوگ و بالعکس تبدیل می‌کنند.
مودم‌های: ADSL، VDSL، GPON، 4G/5G

۴. تکرارکننده‌ها (Repeater) پروژه مخابرات
برای تقویت سیگنال در مسافت‌های طولانی استفاده می‌شوند.

---

11. مفاهیم کلیدی در مهندسی مخابرات و

پروژه مخابرات

۱. پهنای باند (Bandwidth) پروژه مخابرات
مقدار اطلاعاتی که در یک ثانیه می‌توان ارسال کرد.
هرچه پهنای باند بیشتر، سرعت بیشتر.

۲. نویز (Noise)
هرگونه سیگنال ناخواسته که باعث کاهش کیفیت می‌شود.
انواع نویز: حرارتی، تداخلی، نویز کانال.

۳. مدولاسیون (Modulation)
تغییر ویژگی موج حامل برای انتقال داده.
انواع مدولاسیون:

• AM، FM

• ASK، FSK، PSK در دیجیتال

• QAM در سیستم‌های مدرن

۴. تأخیر (Latency)
زمان رسیدن پیام از ارسال‌کننده به گیرنده.
در 5G بسیار کم (کمتر از 10 میلی‌ثانیه).

---

12. کاربردهای مخابرات در صنایع مختلف

۱. پزشکی

• جراحی از راه دور

• انتقال داده‌های پزشکی

• مانیتورینگ بیماران (تله‌مدیسین)

۲. حمل‌ونقل

• سیستم‌های GPS

• کنترل ترافیک

• خودروهای هوشمند

۳. بانکداری و تجارت الکترونیک

• رمزگذاری اطلاعات

• نقل‌و‌انتقال مالی آنلاین

• دستگاه‌های POS

۴. نظامی

• ارتباطات امن

• پهپادها

• سیستم‌های راداری