أساسيات نظام الاتصالات المتنقلة IS95 cdmaOne

كان نظام “IS-95/cdmaOne” نظاماً ثورياً للاتصالات المتنقلة، حيث فتح الطريق لأنظمة “3G” الأخرى القائمة على “CDMA”، حيث أتاح اكتساب مستويات أعلى من كفاءة الطيف مع السماح أيضاً بإدخال العديد من التحسينات الأخرى، كما تطورت “IS-95” نفسها إلى مجموعة متنوعة من مخططات “cdma2000” بما في ذلك “1x” و”1x ev-do”، كما انتقل إلى نظام “4G” المعروف باسم “UMB”.

ما هو نظام IS95 / cdmaOne؟

نظام “IS95 / cdmaOne”: هو أول نظام اتصالات متنقلة يستخدم نظام الوصول المتعدد بتقسيم الكود “CDMA”، وقد استخدمت الأنظمة السابقة الوصول المتعدد بتقسيم التردد “FDMA” أو الوصول المتعدد بتقسيم الوقت “TDMA“، وهو نظام “2G” وجميع أنظمة “3G” اللاحقة التي تستخدم “CDMA” كنظام وصول خاص بهم، والتي تضمن الوصول المتعدد عند إرسال الصوت والبيانات بين الهواتف المحمولة والمواقع الخلوية، كما يعمل في نطاقات التردد “800 ميجاهرتز” و”1900 ميجاهرتز”.

• “CDMA” هي اختصار لـ “Code Division Multiple Access”.

• “UMB” هي اختصار لـ “Ultra Mobile Broadband”.

• “TDMA” هي اختصار لـ “Time Division Multiple Access”.

• “FDMA” هي اختصار لـ “Frequency Division Multiple Access”.

• “IS” هي اختصار لـ “Interim Standard”.

تطور نظام IS95 / cdmaOne:

جاءت فكرة اعتماد شكل التعديل المعروف باسم طيف الانتشار المتسلسل المباشر “DSSS” لنظام الوصول المتعدد للاتصالات المتنقلة من شركة “Qualcomm” في الثمانينيات، حيث كان “DSSS” يُعتمد بشكل أساسي على أنظمة الاتصالات العسكرية أو السرية، وكما كان من الصعب القدرة على معرفة عمليات الإرسال والتشويش والتنصت.

تضمّن النظام ضرب البيانات المطلوبة مع تدفق بيانات آخر بمعدل بيانات أعلى بكثير، يُعرف باسم كود الانتشار، وقد عمل ذلك على توسيع النطاق الترددي المطلوب للإرسال ونشره عبر نطاق تردد واسع وعندما تم استخدام كود الانتشار الأصلي في إعادة بناء البيانات، سيتم إعادة تكوين المعلومات الأصلية ومن خلال وجود رموز انتشار مختلفة، يمكن إنشاء نظام وصول متعدد للاستخدام في نظام الهاتف المحمول.

من أجل إثبات أنّ النظام الجديد لديه المقدرة على التطبيق، تم إنشاء اتحاد وانضم إلى شركة “Qualcomm” مشغلي الشبكات الأمريكيين؛ لتطوير أول نظام وصول متعدد بتقسيم الكود “CDMA“، تم إنشاء المعيار المتطور باسم “IS-95A” في عام 1995م بواسطة اتحاد صناعة الاتصالات الخلوية “CTIA” ورابطة صناعة الاتصالات “TIA”، ومع نجاح نظام “IS95” الأولي، تم العمل في القيام بتحسينات وتم ترقية المعيار إلى “IS95B”، حيث عمل التحسن الرئيسي على زيادة معدل البيانات بمقدار “115 كيلو بايت في الثانية”، حيث بدأ نقل حركة البيانات.

تم تعديل نظام “CDMA” الأساسي لاحقاً وتطور إلى نظام “3G” يتضمن معدلات بيانات أعلى بكثير وإدخال تحسينات جديدة، كما أطلق على ترحيل “3G” لـ “IS95” باسم “cdma2000″، وكان متوفراً في مجموعة متنوعة من الإصدارات بما في ذلك “cdma2000 1x” و”cdma2000 1x ev-do” أي بيانات التطور فقط أو البيانات المحسنة، وإصدار بيانات التطور والصوت “cdma2000 1x ev-dv”.

• “DSSS” هي اختصار لـ “Direct Sequence Spread Spectrum”.

• “CTIA” هي اختصار لـ “Cellular Telecommunications Industry Association”.

• “TIA” هي اختصار لـ “Telecommunications Industry Association”.

استخدام نظام الوصول المتعدد بتقسيم الكود داخل IS-95:

يتفاوت نظام “CDMA” المستخدم في “IS-95” بشكل كبير عن الأنظمة المستخدمة في الاتصالات، ومع ذلك فهو يوفر عدداً من المزايا، ونتيجةً لذلك فقد تم اعتماده على نطاق واسع في العديد من التقنيات الخلوية، حيث تتمثل ميزة استخدام “CDMA” عبر “FDMA” و”TDMA” في أنّه يوفر دعم عدد أكبر من المستخدمين، ومن الصعب تحديد التحسن في الكفاءة؛ لأنّه يعتمد على العديد من العوامل بما في ذلك حجم الخلايا ومستوى التداخل بين الخلايا.

على عكس الأنظمة الخلوية التقليدية التي تعتمد فيها الخلايا المجاورة على مجموعات مختلفة من القنوات، فإنّ نظام “CDMA” يعيد استخدام نفس القنوات، حيث تعرض الإشارات من الخلايا الأخرى كتداخل، لكن النظام يمتلك القدرة على استخراج الإشارة المطلوبة باستخدام الشفرة الصحيحة في عملية إزالة التشكيل واستخراج الإشارة، وغالباً ما يتم استخدام أكثر من قناة واحدة في كل خلية، وهذا يوفر سعة إضافية نظراً لوجود حد لمقدار حركة المرور التي يمكن دعمها على كل قناة.

عملية التسليم في نظام IS-95:

يعود سبب إنتاج عمليات إرسال الوصلة الصاعدة والهابطة لنظام “IS-95” بطريقة مختلفة إلى صعوبة مزامنة أجهزة الهاتف المحمول، حيث يكون كل جهاز على مسافة مختلفة من المحطة الأساسية وتكون المهلة الزمنية مختلفة، ونتيجةً لذلك فإنّ المزامنة غير ممكنة، ولكي تحافظ رموز والش “Walsh” على تعامدها وتعمل بشكل صحيح، يجب مزامنتها بشكل صحيح، حيث لا تتطلب رموز “PN” مزامنة ويمكن استخدامها بنجاح أكبر في ظل هذه الظروف.

تُعد إحدى مزايا “CDMA” في أنّ عملية التسليم يمكن أن يكون أسهل وأكثر موثوقية، حيث عادةً عند التسليم من محطة أي محطة قاعدة في خلية واحدة إلى المحطة الأساسية في التالية، من الضروري أن يقوم النظام بالترتيب لاستخدام قناة جديدة، كما يقوم الهاتف المحمول بعد ذلك بتغيير القناة وبهدف أن يتمكن من استقبال الإشارة على القناة الجديدة بشكل مناسب.

حيث يكون هناك درجة من المخاطرة وأحياناً لا تتم عملية التسليم بسلاسة، وباستخدام “CDMA”، من الممكن استخدام ما يسمى بـ “soft hand over”، وبما أنّ الإرسال من المحطات الأساسية في الخلايا المجاورة يمكن أن يعتمد على نفس التردد، فإنّ الهاتف المحمول يمكن أن يستقبل إشارات من محطتين قاعدتين في وقت واحد.

لا يستقبل الهاتف المحمول الإشارة من المحطة الأساسية الثانية، ولكن من الممكن ترتيبها لاستقبال إشارات من المحطتين وهذا يظهر أنّه مفيد جداً أثناء التسليم، وخلال فترة التسليم تبعث المحطتان القاعدتان نفس الإشارة؛ لجعل الهاتف المحمول يقوم على استقبال الإشارة عبر طريقين في نفس الوقت، ممّا يعني أنّه خلال مرحلة التسليم هذه، يجب ألّا يفقد الهاتف المحمول الإشارة، وبعد ذلك عندما ينتقل الهاتف المحمول إلى الخلية الثانية وتكون الإشارة ثابتة، يمكنه الاعتماد على محطة واحدة فقط ويكتمل التسليم.

يقلل هذا الأسلوب بشكل كبير من مخاطر فقد الاتصال أثناء التسليم، كما أنّه يقلل من مخاطر حدوث انقطاع قصير في الصوت خلال هذه الفترة، وكما يتطلب الهاتف المحمول جهازي فك ترميز لمراقبة وفك تشفير الإشارتين ممّا يزيد من تعقيد الهاتف المحمول، أمّا على جانب الشبكة فهذا يعني أنّه يتم استخدام قناتين بدلاً من واحدة وهذا يقلل من السعة الإجمالية، حيث يُقدر بأنّه قد يصل إلى “40%” وهذا يعتمد على سرعة التسليم ودرجة التداخل في الخلايا.

كما أنّ الرقم المعطى هو أسوأ سيناريو ولكن على الرغم من ذلك، فإنّ المزايا تفوق الانخفاض في السعة وزيادة تعقيد المحمول، وتم اعتماد “IS-95” في العديد من مناطق العالم، حيث يتميز “IS 95” بميزة أنّه يتضمن مسار انتقال تطوري إلى “3G” مع “CDMA2000″؛ لإعطاء معدلات بيانات أعلى مطلوبة لتدفق الفيديو ونقل البيانات مع الاحتفاظ بالتوافق مع الشبكات الحالية.

• “PN” هي اختصار لـ “Pseudo Noise”.