طراحی و پیاده سازی سیستم های توزیع سیگنال در مقیاس بزرگ، فراتر از یک کابل کشی ساده است و به دانش دقیق مهندسی مخابرات و الکترونیک نیاز دارد. در پروژه های ساختمانی با تعداد واحدهای بالا، چالش های متعددی نظیر افت شدید سیگنال در طول مسیرهای طولانی، تداخل فرکانسی و نیاز به پایداری سیستم در برابر نوسانات وجود دارد.
طراحی آنتن مرکزی برج باید به گونه ای انجام شود که سیگنال با کیفیتی یکسان به دورترین واحد در پایین ترین طبقه و نزدیک ترین واحد به پشت بام برسد. این فرآیند مستلزم محاسبات دقیق تراز سیگنال (Link Budget) و انتخاب هوشمندانه تجهیزات اکتیو و پسیو است.
در برج های مدرن، سیستم های MATV و SMATV نه تنها وظیفه پخش شبکه های داخلی را بر عهده دارند، بلکه باید بستر لازم برای انتقال تصاویر دوربین های مداربسته و شبکه های ماهواره ای را نیز فراهم کنند. طراحی آنتن مرکزی برج در واقع ایجاد یک زیرساخت مخابراتی محلی است که باید برای چندین دهه بدون نقص کار کند و قابلیت توسعه در آینده را داشته باشد.
در ساختمان های کم واحد، خطا در محاسبات معمولا با کمی افزایش بهره آمپلی فایر جبران می شود، اما در طراحی آنتن مرکزی برج، کوچکترین اشتباه در انتخاب نوع کابل یا چیدمان اسپلیترها می تواند منجر به نابودی کامل سیگنال در بخش های وسیعی از مجتمع شود. مقیاس پروژه در برج ها، پارامترهای جدیدی را وارد محاسبات می کند که در ساختمان های کوچک نادیده گرفته می شوند.
برای آشنایی با مشکلات رایج آنتن های مرکزی و راه حل های آن ، این مطلب را مطالعه کنید.
در یک مجتمع بالای 20 واحد، طول کابل کشی ها گاهی به چندین کیلومتر می رسد. این حجم از کابل به معنای انباشت افت سیگنال در فرکانس های بالا (UHF و ماهواره) است. طراحی آنتن مرکزی برج باید این واقعیت را بپذیرد که سیگنال خروجی از آنتن هوایی یا دیش، پس از عبور از 100 متر کابل کواکسیال معمولی، بیش از 20 دسی بل افت می کند.
بنابراین، استراتژی تقویت سیگنال در این پروژه ها به صورت چند مرحله ای و توزیع شده تعریف می شود تا نسبت سیگنال به نویز (SNR) در محدوده استاندارد باقی بماند.
توزیع سیگنال در برج ها معمولا از طریق رایزرهای مخابراتی انجام می شود. بر خلاف ساختمان های کوچک که کابل ها به صورت مستقیم از پشت بام به واحدها می روند، در طراحی آنتن مرکزی برج از سیستم های ستون فقرات (Backbone) استفاده می شود.
سیگنال ابتدا وارد یک شریان اصلی شده و در هر طبقه توسط تجهیزات واسطه تقسیم می گردد. این پیچیدگی باعث می شود که عیب یابی در سیستم های پرواحد بدون داشتن نقشه های دقیق مهندسی غیرممکن باشد.
در طراحی آنتن مرکزی برج، افت سیگنال به دو دسته افت عبوری و افت انشعابی تقسیم می شود. در پروژه های بزرگ، تعداد اتصالات و کانکتورها به قدری زیاد است که حتی افت 0.5 دسی بل در هر اتصال، در مجموع می تواند باعث از دست رفتن شفافیت تصویر شود.
حساسیت در اینجا به قدری بالاست که حتی کیفیت شیلدینگ کابل ها برای جلوگیری از ورود پارازیت های محیطی (مانند امواج موبایل و 4G) باید با دقت بالایی انتخاب شود.
یک طراح حرفه ای پیش از شروع عملیات اجرایی، باید نقشه راه دقیقی را ترسیم کند. طراحی آنتن مرکزی برج با بازدید میدانی و بررسی نقشه های معماری آغاز می شود تا بهترین مسیر برای عبور کابل ها و جانمایی تجهیزات مشخص گردد.
جزئیات بیشتر در مقاله طراحی شبکه توزیع آنتن مرکزی در ساختمان های بزرگ چگونه انجام می شود؟ ارائه شده است.
اولین گام در طراحی آنتن مرکزی برج، تعیین دقیق تعداد پریزهای آنتن در هر واحد است. در برج های لوکس، ممکن است هر واحد دارای 3 تا 5 خروجی آنتن باشد. مجموع این خروجی ها در کل مجتمع، ظرفیت نهایی سیستم را تعیین می کند.
طراح باید بر اساس بدترین حالت (Maximum Load) محاسبات را انجام دهد تا در زمان استفاده همزمان ساکنان، افت کیفیت رخ ندهد.
طراحی آنتن مرکزی برج نباید محدود به نیازهای امروز باشد. اضافه شدن شبکه های جدید، تغییر استاندارد پخش به 4K و یا نیاز به انتقال سیگنال های IP بر روی بستر کواکسیال از مواردی است که باید در طراحی زیرساخت لحاظ شود. در نظر گرفتن فضای خالی در رایزرها و انتخاب آمپلی فایرهایی با پهنای باند گسترده، از جمله این پیش بینی هاست.
انتخاب مسیر رایزر در طراحی آنتن مرکزی برج حیاتی است. رایزر آنتن باید تا حد امکان از کابل های برق فشار قوی فاصله داشته باشد تا دچار نویز القایی نشود. طراح باید مشخص کند که تجهیزات توزیع در کدام طبقات نصب شوند تا طول کابل های فرعی (Drop Cables) از حد مجاز (معمولا 30 متر) فراتر نرود.
معماری شبکه تعیین می کند که سیگنال چگونه از مرکز به واحدها می رسد. در طراحی آنتن مرکزی برج، سه ساختار اصلی وجود دارد که بسته به فیزیک ساختمان انتخاب می شوند.
در این روش که برای برج های مرتفع با تعداد طبقات زیاد مناسب است، سیگنال از پشت بام وارد رایزر شده و در هر طبقه یک مولتی سوییچ یا تپ آف قرار می گیرد که بخشی از سیگنال را به واحدها داده و مابقی را به طبقه پایین منتقل می کند.
طراحی آنتن مرکزی برج به روش آبشاری (Cascade) نیاز به آمپلی فایرهای خطی در میان مسیر دارد تا افت عبوری سوییچ ها را جبران کند.
اگر مجتمع دارای چندین بلوک یا چندین رایزر مجزا باشد، طراحی آنتن مرکزی برج به صورت ترکیبی انجام می شود. ابتدا سیگنال توسط یک اسپلیتر مرکزی به چند شاخه اصلی تقسیم شده و هر شاخه به یک رایزر اختصاص می یابد. این روش مدیریت سیستم را آسان تر کرده و در صورت بروز خرابی در یک بخش، سایر بخش ها به کار خود ادامه می دهند.
در برج های بسیار بلند (بالای 40 طبقه)، طراحی آنتن مرکزی برج به صورت ناحیه ای (Zoning) انجام می شود. ساختمان به بلوک های عمودی (مثلا طبقات 1 تا 20 و 21 تا 40) تقسیم شده و برای هر ناحیه تقویت کننده های مجزایی در نظر گرفته می شود. این کار باعث می شود که کیفیت سیگنال در طبقات پایین تفاوت فاحشی با طبقات بالا نداشته باشد.
در این جدول انواع معماری های توضیع را معرفی کرده و کاربرد ها، مزایا و معایب هر یک از آن ها را بیان نموده ایم تا دید واضح تری از این تجهیزات داشته باشید:
| نوع معماری | مناسب برای | مزایا | معایب |
| آبشاری (Cascade) | برج های تک رایزر | صرفه جویی در مصرف کابل | وابستگی طبقات پایین به بالا |
| ستاره ای (Star) | مجتمع های پهن و کم ارتفاع | پایداری بالای هر واحد | مصرف کابل بسیار زیاد |
| ترکیبی (Hybrid) | برج های چند بلوکه | انعطاف پذیری و مدیریت آسان | نیاز به محاسبات پیچیده |
| ناحیه ای (Zoning) | برج های بسیار مرتفع | تعادل عالی سیگنال در کل بنا | هزینه تجهیزات بالاتر |
در طراحی آنتن مرکزی برج، استفاده از تجهیزات خانگی و معمولی یک خطای بزرگ است. تجهیزات باید دارای تاییدیه های صنعتی و قابلیت کارکرد مداوم در شرایط حرارتی مختلف باشند.
در سیستم های ماهواره مرکزی برج، مولتی سوییچ ها قلب سیستم هستند. در طراحی آنتن مرکزی برج باید از سوییچ هایی استفاده کرد که دارای “ایزولاسیون” بالا بین پورت ها باشند تا از تداخل فرکانسی جلوگیری شود. همچنین سوییچ های دارای آمپلی فایر داخلی برای جبران افت شاخه ها ترجیح داده می شوند.
آمپلی فایرهای مورد استفاده در طراحی آنتن مرکزی برج باید قابلیت تنظیم بهره (Gain) و شیب (Slope) را داشته باشند. تنظیم “اسلوپ” برای جبران افت بیشتر در فرکانس های بالاتر نسبت به فرکانس های پایین در طول کابل های بلند ضروری است.
تفاوت تپ آف (Tap-off) با اسپلیتر در این است که تپ آف مقدار مشخصی از سیگنال را برای واحد برداشته و مسیر اصلی را با افت بسیار کمی برای طبقات بعدی باز می گذارد. در طراحی آنتن مرکزی برج، استفاده از تپ آف در رایزرها الزامی است تا تعادل سیگنال حفظ شود.
در این بخش انواع آمپلی فایر را معرفی کرده و بر اساس تعداد واحد دسته بندی می کنیم. نوع توزیع کننده و کابل پیشنهادی در هر یک از این تجهیزات را نیز معرفی کرده و مورد بررسی قرار می دهیم:
| تعداد واحد | نوع آمپلی فایر | نوع توزیع کننده | کابل پیشنهادی |
| 20 تا 50 واحد | مولتی باند 30-40 dB | اسپلیتر با کیفیت بالا | RG6 کرمان یا صادراتی |
| 50 تا 120 واحد | آمپلی فایر لانچ (Launch) | مولتی سوییچ آبشاری | RG11 برای مسیر اصلی |
| بالای 120 واحد | سیستم های فیبر نوری یا تنه اصلی RG11 | تپ آف های حرفه ای | فیبر نوری یا RG11 فویل دار |
حیاتی ترین بخش در طراحی آنتن مرکزی برج، غلبه بر فیزیک کابل و افت انرژی است. سیگنال ماهواره و تلویزیون در عبور از کابل کواکسیال دچار تضعیف می شوند.
هر متر کابل کواکسیال بسته به کیفیتش، مقدار مشخصی افت ایجاد می کند. در طراحی آنتن مرکزی برج، طراح باید بداند که در فرکانس 2000 مگاهرتز (ماهواره)، افت کابل تقریبا دو برابر فرکانس های تلویزیونی است. این یعنی اگر در پشت بام سیگنال عالی باشد، در طبقه منفی 2 بدون تقویت مجدد، هیچ سیگنالی دریافت نخواهد شد.
هر جا که کابل قطع شده و به یک قطعه (مانند سوییچ یا پریز) وصل می شود، مقداری افت به سیستم تحمیل می گردد. در طراحی آنتن مرکزی برج، باید از کانکتورهای فشاری (Compression) به جای کانکتورهای پیچی استفاده کرد تا افت برگشتی (Return Loss) به حداقل برسد.
برای جبران این تلفات، در طراحی آنتن مرکزی برج از “آمپلی فایرهای خط” (Line Amplifier) در میانه رایزر استفاده می شود. این تقویت کننده ها سیگنال ضعیف شده را دوباره به سطح استاندارد (حدود 70 تا 80 دسی بل میکروولت) می رسانند.
نکته مهم این است که نباید در تقویت سیگنال زیاده روی کرد، زیرا سیگنال بیش از حد قوی نیز باعث ایجاد نویز و درهم ریختگی تصویر (اشباع تیونر) می شود.
محل استقرار تجهیزات در طراحی آنتن مرکزی برج باید به گونه ای باشد که علاوه بر امنیت، دسترسی برای سرویس های دوره ای نیز میسر باشد.
بهترین مکان برای نصب رک مرکزی در طراحی آنتن مرکزی برج، معمولا در طبقات فوقانی (نزدیک به آنتن ها) یا در اتاق مانیتورینگ ساختمان است. رک باید در محلی نصب شود که از رطوبت، گرد و غبار و لرزش های شدید دور باشد. استفاده از رک های دیواری با عمق مناسب پیشنهاد می شود.
تجهیزات اکتیو مانند آمپلی فایرها در حین کار تولید گرما می کنند. در طراحی آنتن مرکزی برج، اگر رک فاقد فن تهویه باشد، افزایش دما منجر به افت کارایی و سوختن سوییچ ها می شود. همچنین فضای کافی در اطراف رک برای حضور تکنسین و تست کابل ها باید در نظر گرفته شود.
همانطور که در مباحث حفاظتی ذکر شد، طراحی آنتن مرکزی برج بدون سیستم ارتینگ ناقص است. بدنه رک، شیلد کابل ها و دکل ها همگی باید به چاه ارت ساختمان متصل شوند تا از آسیب های صاعقه و نوسانات الکتریسیته ساکن جلوگیری شود.
روش اجرای استاندارد را در ارتینگ آنتن مرکزی و ماهواره چگونه اجرا می شود؟ ببینید.
طراحی آنتن مرکزی برج یک تخصص مهندسی است که دقت در جزئیات، رمز موفقیت آن محسوب می شود. از محاسبه افت دسی بل در هر متر کابل تا انتخاب معماری توزیع متناسب با سازه، همگی زنجیره ای را تشکیل می دهند که خروجی آن رضایت ساکنان از کیفیت تصاویر است.
در مجتمع های پرواحد، استفاده از رویکردهای سنتی و تجربی دیگر کارساز نیست و طراحان باید با تکیه بر استانداردهای بین المللی و استفاده از تجهیزات صنعتی، زیرساختی پایدار ایجاد کنند. فراموش نکنید که طراحی آنتن مرکزی برج باید به گونه ای باشد که علاوه بر پوشش نیازهای فعلی، بستری آماده برای تکنولوژی های ارتباطی آینده ساختمان فراهم آورد.
۱. در طراحی آنتن مرکزی برج چه زمانی باید از کابل RG11 استفاده کرد؟
زمانی که طول کابل کشی بین دو نقطه بیش از 50 متر باشد، کابل RG6 به دلیل افت زیاد دیگر پاسخگو نیست. در طراحی آنتن مرکزی برج، معمولا برای شریان های اصلی رایزر که از پشت بام تا طبقات پایین کشیده می شوند، از کابل RG11 استفاده می شود که قطر بیشتری دارد و افت آن بسیار کمتر از کابل های معمولی است.
۲. آیا می توان از آنتن مرکزی برای انتقال تصاویر دوربین های مداربسته برج استفاده کرد؟
بله، یکی از مزایای طراحی آنتن مرکزی برج، قابلیت اضافه کردن مدولاتور است. با استفاده از مدولاتورهای HDMI به DVB-T، می توان خروجی دستگاه DVR دوربین ها را به یک فرکانس تلویزیونی تبدیل کرد تا تمامی واحدها بتوانند روی تلویزیون خود، تصاویر لابی یا محوطه را مشاهده کنند.
۳. حداکثر تعداد واحدی که می توان با یک دیش مرکزی سرویس داد چقدر است؟
از نظر تئوری محدودیتی وجود ندارد. در طراحی آنتن مرکزی برج با استفاده از مولتی سوییچ های آبشاری و آمپلی فایرهای قدرتمند، می توان حتی به بیش از 1000 واحد نیز سرویس داد. در پروژه های بسیار بزرگ، سیگنال به جای کابل کواکسیال بر روی فیبر نوری منتقل می شود (Optical LNB) تا افت به صفر برسد.
۴. چرا در برخی طبقات برج، تصویر بعضی شبکه ها شطرنجی می شود؟
این مشکل معمولا ناشی از عدم تعادل در طراحی آنتن مرکزی برج است. اگر سیگنال ورودی به سوییچ آن طبقه ضعیف باشد یا اتصال کانکتورها شل شده باشد، فرکانس های بالاتر که حساس تر هستند دچار خطا می شوند. همچنین تداخل امواج LTE موبایل در صورت استفاده از کابل های بدون شیلد مناسب، باعث شطرنجی شدن تصویر می شود.
۵. هزینه نگهداری سیستم آنتن مرکزی برج بر عهده کیست؟
در طراحی آنتن مرکزی برج، سیستم به عنوان یک مشاع ساختمانی در نظر گرفته می شود. بنابراین هزینه های برق مصرفی و تعمیرات دوره ای آن از محل شارژ ساختمان تامین می گردد. طراحی اصولی و استفاده از قطعات باکیفیت، هزینه های نگهداری را به حداقل می رساند.
