اقرأ في هذا المقال
- ما هي اتصالات الترحيل الراديوي؟
- أساسيات اتصالات الترحيل الراديوية
- توحيد موقع تتابع الراديو RRS واتصالات الترحيل الراديوية TRS
- مبدأ اتصالات الترحيل الراديوي
في السنوات الأخيرة تم إعداد عدد من الحلول التقنية المبتكرة التي تهدف إلى التحسين الجذري للمعايير التقنية والتشغيلية لوسائل الاتصال اللاسلكي المتنقلة والتروبوسفير، وكذلك حلول في التوحيد العميق للحلول التقنية والتكنولوجية الرئيسية لـ “RRS” و”TRS”.
ما هي اتصالات الترحيل الراديوي؟
اتصالات الترحيل الراديوي: هي الاتصالات اللاسلكية التي يتم إجراؤها بمساعدة شبكة من أجهزة الإرسال والاستقبال الراديوية التي عادة ما تكون متباعدة على فترات محددة بواسطة خط رؤية الهوائيات الخاصة بها، وتستقبل كل محطة ترحيل إشارة من محطة مجاورة وتقوم بتضخيم الإشارة وإعادة إرسالها إلى المحطة التالية.
- “RRS” هي اختصار لـ “Radio Relay System”.
- “TRS” هي اختصار لـ “Telecommunications Relay Services”.
أساسيات اتصالات الترحيل الراديوية:
تُستخدم أنظمة الترحيل الراديوي للإرسال متعدد القنوات لإشارات الهاتف والبرق والتلفاز بأطوال موجية ديسيمتر وسنتيمتر، كما يتيح استخدام الأطوال الموجية للديسيمتر والسنتيمتر إمكانية تشغيل عدد كبير من أجهزة الإرسال الراديوية في وقت واحد باستخدام نطاقات إشارة تصل إلى عدة عشرات من ميجاهرتز، وعلاوةً على ذلك عند هذه الأطوال الموجية يكون مستوى التداخل الراديوي في الغلاف الجوي والصناعي منخفضاً، ومن الممكن استخدام هوائيات عالية الاتجاه.
نظراً لأنّ الانتشار المستقر لموجات الديسيمتر والسنتيمتر لا يحدث إلا ضمن حدود خط البصر، فإنّ الاتصالات عبر مسافات طويلة تجعل من الضروري إنشاء عدد كبير من محطات الترحيل، ومن أجل زيادة المسافة بين المحطات قدر الإمكان يتم تركيب الهوائيات على صواري وأبراج بارتفاع “70 متر” – “100 متر” وكلما أمكن ذلك في مواقع مرتفعة.
وفي المناطق المستوية تكون المسافة بين المحطات عادة “40 كم” – “50 كم” وإنّ استخدام الاتصالات الراديوية التروبوسفيرية في الوصلات الفردية للشبكة يجعل من الممكن زيادة هذه المسافة إلى “250 كم” – “300 كم”، وعادةً ما يتم تثبيت العديد من وحدات الإرسال والاستقبال في كل محطة، كما توجد هذه الوحدات في مبنى معدات مشترك وتستخدم مصدر طاقة مشترك ودعامات هوائي مشتركة وهوائيات مشتركة.
وهذا يوفر للخط مع العديد من خطوط الاتصالات ويزيد من قدرة الإرسال، ومن أجل السماح بالإرسال المتزامن للإشارات على العديد من قنوات الهاتف، يتم استخدام تقسيم التردد والتقسيم الزمني للقنوات كما يوفر تقسيم التردد عدداً أكبر من القنوات لكل قناة ممّا يوفره تقسيم الوقت، على سبيل المثال يصل إلى “2700” مقابل “100”، ومع ذلك فإنّ جهاز تقسيم الوقت أبسط وأكثر إحكاماً.
تنقسم خطوط اتصالات الترحيل اللاسلكي إلى خطوط عالية السعة أي خطوط رئيسية وخطوط متوسطة السعة أي خطوط إقليمية وخطوط ذات عدد صغير من القنوات، والتي تُستخدم للاتصالات على طول طرق السكك الحديدية وخطوط أنابيب الغاز والنفط وخطوط الكهرباء، وهناك أيضاً خطوط بها عدد صغير من القنوات المستخدمة مع محطات الترحيل المتنقلة للأغراض العسكرية.
تم بناء أول خط اتصالات لاسلكي للترحيل في عام 1935م بين نيويورك وفيلادلفيا وضم خمس قنوات ونتيجةً للتقدم المحرز في مجال هندسة الميكروويف، استمر بناء خطوط الترحيل الراديوي بوتيرة متسارعة منذ الخمسينيات من القرن الماضي، وبحلول أوائل السبعينيات أنشأت جميع البلدان المتقدمة شبكات ترحيل لاسلكية معقدة مع عدة آلاف من القنوات الهاتفية في كل خط.
وبحلول منتصف السبعينيات تم تطوير مجموعة من وحدات الترحيل الراديوي الموحدة في الاتحاد السوفياتي للعمل على خطوط على مسافات إجمالية تصل إلى “10000 كم”، وجعلت هذه الوحدات من الممكن توفير ما يصل إلى ثمانية صناديق لكل خط مع سعة كل صندوق يصل إلى “1800 قناة هاتفية”.
توحيد موقع تتابع الراديو RRS واتصالات الترحيل الراديوية TRS:
تم تطوير هيكل مشترك لـ “RRS” و”TRS” يحتوي على مكونات موحدة أساسية لكل من “RRS” و”TRS” حيث ينطبق هذا على بناء عمود الهوائي، ونظام إزالته عن بُعد على مسافة كبيرة من هيكل الأجهزة للمعدات الأساسية والتحكم في الدوارات الداعمة ونظام اتصالات الخدمة.
1- جيل جديد من “RRS”:
تم إنشاء عائلة من معدات الترحيل اللاسلكي صغيرة الحجم حطمت الرقم القياسي “للاستخدام المزدوج”، ويغطي تقريباً جميع نطاقات التردد الرئيسية من “400 ميجاهرتز” إلى “40 جيجاهرتز” ويوفر إمكانية تنظيم العمل المضاد على الهواء مع “RRSs” الأخرى التي اعتمدتها القوات العسكرية والأمنية، بما في ذلك سلسلة “Р-419″ و”ЛР-” و”Р-431″ و”Р-169РРС”، وحلول للعمل المضاد مع سلسلة “RRS Р-414-03″ و”Р-430″ و”Р-416”.
2- المجمع العالمي المتنقل لوسائل الاتصال “CMC”:
لأول مرة تم إنشاء مجمع اتصالات ومراقبة بجهاز واحد ليس له نظائر في روسيا والخارج، وهو يوفر إمكانية تنظيم قنوات متزامنة للترحيل الراديوي، وطبقة التروبوسفير واتصالات الأقمار الصناعية والنفاذ اللاسلكي عريض النطاق واتصالات الألياف الضوئية واتصالات خدمة “VHF”.
في هذه الحالة يوفر الصاري الآلي المثبت على جهاز الأجهزة رفعاً بمقدار “25 متراً” لمجمع المرحلات الراديوية للهوائي إلى “4 اتجاهات” اتصال مستقلة، ويكون وقت نشر الصاري أقل من “10 دقائق”.
- “VHF” هي اختصار لـ “Very high frequency”.
- “CMC” هي اختصار لـ “Computer-mediated communication”.
3- مغذي الألياف البصرية الشامل:
لأول مرة تم إنشاء معدات متعددة القنوات تصل إلى “12 قناة” لنقل إشارات الترحيل اللاسلكي وتدفقات رقمية بحجم جيجابت عبر وحدة تغذية ألياف ضوئية واحدة، بما في ذلك محطات الترحيل الطائر على بالونات مربوطة، وكذلك للإزالة الإقليمية لمحطة هوائي “RRS” أو “TRS” من الأجهزة.
4- مجمع متنقل لدعم المعلومات “MCIS”:
تم تطوير مجمع متنقل متعدد الوظائف لدعم المعلومات للقوات العسكرية والأمنية في البيئة الميدانية وتم تجهيز المجمع باتصالات عبر الأقمار الصناعية ووصول لاسلكي واسع النطاق؛ لجمع المواد الإعلامية في مناطق الطوارئ ومعالجتها السريعة والتحكم في إرسالها إلى مكاتب تحرير وسائل الإعلام وغيرها من الوظائف في البيئة الميدانية.
- “MCIS” هي اختصار لـ “Mobile complex information support”.
مبدأ اتصالات الترحيل الراديوي:
أصبح أمن المعلومات قضية بارزة وهذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص للاتصالات في الشبكة الذكية، حيث بالنسبة لاتصالات النطاق العريض مع المحطات الفرعية أو المستخدمين النهائيين، يمكن أن توفر الاتصالات الراديوية قصيرة ومتوسطة المدى راحة ومرونة كبيرين، ومع ذلك بالمقارنة مع أمن الشبكات للشبكات السلكية فإنّ تحقيق الأمن اللاسلكي أكثر صعوبة.
كما يُعد حصر إشارة الراديو في المساحة المرغوبة أمراً غير ممكن وبالتالي فإنّ تسرب المعلومات اللاسلكية يمثل مشكلة حرجة، وأثبتت تقنيات الأمان القائمة على التشفير والمصادقة فعاليتها ولكن جميعها تحتاج إلى استهلاك موارد لاسلكية إضافية، كما تم اقتراح وفحص تقنية أمان للطبقة المادية مكملة لوسائل الأمان المطبقة في الطبقات العليا، حيث يستفيد من بيئة تعدد المسارات الغنية لتركيز طاقة الراديو على بعض النقاط المكانية المرغوبة مع تحقيق إلغاء في نقاط أخرى.
وما يجعل التركيز المكاني والإلغاء ممكناً هو تحسين شكل موجة الإرسال بناءً على بيئات الانتشار، وعلى وجه الخصوص يُنظر إلى مرحل الراديو في الاتصالات اللاسلكية الخارجية ليس فقط بسبب قدرته على تمديد النطاق، ولكن بسبب وظيفة مرآة الراديو الافتراضية الخاصة به، وإنّ استخدام المرحل الراديوي يجعل بيئة متعددة المسارات ثرية وبالتالي تتحقق من صحة مخطط أمان الطبقة المادية المقترح.
باستخدام مستقبل مرشح متطابق في نقاط الاختبار، فإنّ مشكلة التحسين هي في الواقع البرنامج التربيعي المقيد الرباعي “QCQP” والذي يُعرف بمشكلة “NP-hard”، وبالتالي يتم استخدام برنامج “Semidefinite SDP” كأسلوب استرخاء للحصول على نتائج دون المستوى الأمثل، ويتم التحقق من صحة أمان الطبقة المادية من حيث تمييز كسب القناة عددياً باستخدام نموذج القناة الخارجية “NLOS” الخارجية “IEEE802.15.4a”، مع الأخذ في الاعتبار تسرب المعلومات في أسوأ الحالات في موقع التنصت.
- “QCQP” هي اختصار لـ “Quadratically Constrained Quadratic Programming”.
- “NLOS” هي اختصار لـ “Non-Line-of-Sight”.
