سيستم هاي ارتباطي lte در قطارهاي فوق سريع شهري
تقريباً يک دهه است که شانگهاي، يکي از نام‌آشناترين شهرهاي چين، به يکي از پيشرفته‌ترين سيستم‌هاي حمل‌ونقل دنيا، يعني قطارهاي رانش مغناطيسي يا Maglev مجهز شده‌است. چندي پيش قطار شهري شانگهاي که با حداکثر سرعت عملياتي 431 کيلومتر درساعت يکي از سريع‌ترين قطارهاي دنيا محسوب مي‌شود، به نسل جديدسيستم‌هاي ارتباطي يعني LTE تجهيز شد تا به‌اين ترتيب، کاربران بتوانند هنگام حرکت قطار نيز از ارتباط صوتي و ديتاي تقريباً پايداري برخوردار شوند.
SMT
سال‌ها است که سيستم‌هاي حمل‌ونقل ريلي دنيا از فناوري‌هاي مختلفي براي جابه‌جايي ترن‌هاي خود استفاده مي‌کنند. اما استفاده از رانش مغناطيسي يا Magnetic Levitation راهبردي است که تا پيش از راه‌اندازي اين قطارها در شانگهاي در سطح تجاري و گسترده مورد استفاده قرار نگرفته بود. در اين ترن‌ها (موسوم به Maglev که نامشان از ترکيب دو واژه Magnetic و Levitation به وجود آمده)يک ميدان مغناطيسي و به تبع آن اندک فاصله‌اي بين ريل (اگر بتوان آن‌را ريل تلقي کرد) و سطح زيرين ترن ايجاد مي‌شود و به‌دليل عدم وجود تماس بين دو سطح مذکور و درنتيجه حل مشکل اصطکاک ترن مي‌تواند به سرعت‌هاي بسيار بيشتري دست يابد. دولت چين ساخت اين خطوط را در مارس 2001 آغاز کرد و حرکت آزمايشي اين قطار که SMT (سرنامShanghai Maglev Train) نام دارد در 31 دسامبر 2002 انجام شد. SMT نخستين ترن Maglev در جهان بود که در سطح تجاري به بهره‌برداري مي‌رسيد. در سال 2003 يک ترن پنج‌واگني SMT طي يک حرکت آزمايشي توانست به سرعت 501 کيلومتر در ساعت دست يابد. گفتني است اين ترن عنوان سريع‌ترين قطار Maglev جهان را که به صورت عملياتي به بهره‌برداري رسيده بود به نام خود کرد.
شكل1 - مسافت 31 کيلومتري مبدأ تا مقصد را تقريباً در 7 دقيقه و 20 ثانيه مي‌پيمايد. هرچند حداکثر سرعت اين قطار 431 کيلومتر در ساعت است، اما در مواقع عادي معمولاً با متوسط سرعت 251 کيلومتر در ساعت حرکت مي‌کند.
در نيمه نخست سال جاري ميلادي قابليت جديدي به مجموعه قابليت‌هاي قطار Maglev شانگهاي اضافه شد: ارتباط بي‌سيم باند پهن.براي اجراي طرح استفاده از ارتباط باندپهن بي‌سيم در چنين قطارهايي چالش‌هايي نيز وجود داشت که يکي از آن‌ها بروز پديده‌اي موسوم به اثر داپلر هنگام حرکت قطار بود. باتوجه به آنچه که درباره سرعت قطار SMT گفته شد، چنين سرعتي به‌طرزي فزاينده بر شدت اثر داپلر مي‌افزود. اثر داپلر را به‌طور خلاصه ميتوان چنين بازگو کرد: به‌عنوان مثال، وقتي يک وسيله سيار در جهتي خاص در حرکت است و در همين حال امواجي از جمله امواج صوتي يا راديويي را از خود ساطع مي‌کند، فرکانس امواج در جهتي که آن وسيله به‌آن سو در حرکت است، افزايش يافته و در جهت عکس حرکت آن کاهش مي‌يابد. اين اختلاف فرکانس در زمان حرکت قطار به‌ويژه در سرعت‌هاي بالا مي‌تواند باعث بروز مشکلات مختلفي شود که ميتوان برخي از آن‌ها را چنين برشمرد: کاهش بازده تماس‌ها و نيز کاهش تعداد تماس‌هاي موفق، افزايش قطعي‌هاي تماس و درنتيجه شكايت‌هاي مسافران از عدم پايداري اين خدمات. شرکت چيني هوواي انجام پروژه باند پهن بي‌سيم در قطار شهري SMT را عهده‌دار شد. هوواي براي اجرايي‌کردن اين پروژه تلاش‌هاي خود را از سال 2003 آغاز کرده‌بود. فناوري برگزيده براي اجراي اين پروژه، LTE (سرنام Long Term Evolution) استانداردي سازگار با شبکه‌هاي GSM کنوني بود.
شكل 2- خطوط Maglev شانگهاي
اين شرکت براي فائق آمدن بر مشکلاتي همچون اثر داپلر، بروز ايراد در فرآيند انتقال ارتباط از کانالي به کانال ديگر که به آن Handover گفته مي‌شود و نيز قطع متناوب تماس‌ها در اثر سرعت بسيار بالاي ترن، راه‌حل‌هاي مختلفي را بررسي کرد. منظور از فرآيند Handover انتقال تماس صوتي يا ديتاي جاري از يک کانال ارتباطي به کانالي ديگر در محدوده شبکه اصلي است. باتوجه به حرکت و جابه‌جايي پياپي قطار با سرعت بالا اهميت اين موضوع بيش از پيش خود را نشان مي‌دهد.
يکي از راه‌حل‌ها براي غلبه بر مشکلات گفته‌شده، استفاده از قابليت کنترل خودکار فرکانس (AFC) و راهبردهايي براي افزايش بازده ايستگاه دريافت‌کننده سيگنال بود. دومين راه‌حل استفاده نوآورانه از فناوري سلولي موسوم به Multi-RPU بود که مي‌توانست نياز به تعداد انتقال‌هاي کانال به کانال را کاهش داده و به مقابله با مشکلات مربوط به پوشش‌دهي ارتباط بپردازد. سومين راه‌حل نيز افزايش دامنه اين انتقالات بود که باعث مي‌شد نرخ موفقيتشان افزايش پيدا کند. تلاش‌هاي هوواي نتيجه داد و اين شرکت سرانجام در سال جاري ميلادي به معرفي دستاورد خود پرداخت؛ دستاوردي مبني بر خدمات ارتباطي بي‌سيم با پايداري قابل‌قبول در ترن در حال حرکت. در مرحله آزمايش ارتباط بي‌سيم، زماني که قطار به حرکت درمي‌آيد، سرعت متوسط ارتباط بي‌سيم تقريباً 46 مگابيت‌درثانيه است. حتي زماني که قطار به حداکثر سرعت خود مي‌رسد نيز تنها قطعي‌هاي بسيار اندکي روي مي‌دهد.
http://pnu-club.com/imported/2010/11/377.jpg
شكل 3- روي نمايشگر درون قطار SMT
به‌طور معمول تماس داخل ترن تنها زماني قطع مي‌شود که يک ترن ديگر از کنار آن رد مي‌شود. زماني که قطار با حداکثر سرعت خود حرکت مي‌کند، متوسط سرعت اتصال به شبکه ارتباطي 36 مگابيت درثانيه است. همچنين طبق اعلام هوواي با راه‌اندازي اين پروژه درصد موفقيت فرآيند Handover به 5/99 درصد رسيده‌است. گفتني است، هوواي پژوهش‌هاي خود را درخصوص فناوري‌هاي GSM-R (استفاده از استاندارد GSM در خطوط ريلي) در سال 2001 آغاز کرده‌بود و به‌اين ترتيب، نخستين آزمايش‌ها دراين‌باره در سطح جهان در سال 2006 و با اجرا در خطوط قطار شهري شانگهاي به انجام رسيد. اين امر راه را براي قدم‌هاي بعدي هوواي هموارتر و اين شرکت را به يکي از معدود عرضه‌کنندگان راهبردهاي GSM-R در جهان تبديل کرد.
زيرساخت رانش مغناطيسي
در بخش زيرساخت‌هاي رانش مغناطيسي، از کابل‌هايي در مجموع به طول 1000 کيلومتر استفاده شده که اين کابل‌ها ميدان مغناطيسي مورد نياز را براي جدا کردن ترن از ريل ايجاد مي‌کنند. کابل‌ها محصول شرکت فرانسوي Nexans هستند و از عمده‌ترين قسمت‌هاي اين زيرساخت محسوب مي‌شوند، زيرا حرکت، کنترل و بازايستادن قطار نتيجه کاهش يا افزايش فرکانس در آن‌ها است. باتوجه به زمان‌بندي دولت چين، اين کابل‌ها در قالب 340 قرقره شش‌تني طي مدت نه ماه به اين کشور تحويل داده شدند. فناوري استفاده شده در رانش مغناطيسي اين قطارها نيز مبتني بر فناوري Transrapid آلمان است و از اين‌رو اين بخش از فناوري SMT محصول دو سال طراحي و ساخت متخصصان دو کشور به‌شمار مي‌رود.
رقابت با LTE
LTE يکي از مجموعه فناوري‌هاي پيشرفته‌اي محسوب مي‌شود که ميتوان آن‌ها را بخشي از فناوري آتي نسل چهارم شبکه‌هاي ارتباطي سلولي به‌شمار آورد. ضمن آن‌که مزاياي متعدد اين فناوري، از جمله سرعت و پهناي باند بالايي که عرضه مي‌دارد آن‌را به يکي از رقباي صنعتي واي‌مکس تبديل کرده‌است.
بااين‌که واي‌مکس طي چند سال اخير توجه طيف گسترده‌اي از مشتريان را به خود جلب کرده‌است، اما برخي از کارشناسان اين عرصه پيش‌بيني مي‌کنند که LTE در درازمدت بتواند سهم بيشتري از بازار ارتباطات بي‌سيم را به خود اختصاص دهد. يکي از امتيازاتي که اين پيش‌بيني را قوت مي‌بخشد؛ سازگاري LTE با فناوري و زيرساخت‌هاي رايج شبکه‌هاي GSM يا همان استاندارد کنوني ارتباطات موبايل است که بيشترين سهم را در ميان کريرهاي مخابراتي دنيا از آن خود کرده‌است.
به‌عنوان‌مثال باوجوداين که Sprint Nextel و Clearwire در ايالات متحده طرح واي‌مکس گسترده‌اي را براي پوشش‌دهي شهروندان اين کشور به‌اجرا درآورده‌اند، اما در سوي ديگر Verizon Wireless و AT&T بزرگ‌ترين کريرهاي بي‌سيم اين کشور از برنامه‌هاي خود براي توسعه LTE سخن مي‌گويند
