اتصالات الحزم عالية السرعة HSPA

مكّن “3G UMTS” الاتصالات المتنقلة من الانتقال من الأنظمة التي تركز على الصوت إلى الأنظمة التي تركز على البيانات، ومع ذلك فإنّ السرعات التي يمكن دعمها ليست كافية في أي مكان لتمكين تصفح الإنترنت وتنزيل الفيديو، وللتغلب على هذا عمل “3G UMTS” على ترقيته مع وصول عالي السرعة للحزم “HSPA” لتوفير قفزة كبيرة في الأداء وجعله مناسباً لتغطية متطلباته.

ما هو HSPA؟

الوصول عالي السرعة للحزم “HSPA”: هي تقنية اتصالات متنقلة عريضة النطاق من الجيل الثالث “3G” وهي عبارة عن بروتوكولين محددين يستخدمان جنباً إلى جنب أي الوصول عالي السرعة لحزم الوصلة الهابطة “HSDPA” والوصول عالي السرعة لحزم الوصلة الصاعدة “HSUPA”، حيث توفر شبكات “HSPA” سعة نقل تصل إلى “14.4 ميغابايت في الثانية” كحد أقصى لكل خلية.

في البداية تمت معالجة الوصلة الهابطة باستخدام الوصول عالي السرعة لحزم الوصلة الهابطة، وبعد ذلك تم تزويد ترقيات إلى الوصلة عالية السرعة لحزم الوصلة الصاعدة، حيث تمت إضافة ترقيات أخرى مع إمكانيات الناقل المزدوج و”MIMO” لرفع سرعات البيانات بشكل كبير فوق تلك المتوفرة لـ “3G”، كما يوفر النظام تحسيناً على النظام الخلوي الأساسي “3G WCDMA / UMTS“، ممّا يوفر معدلات نقل بيانات تزيد بشكل كبير، بالإضافة إلى مستويات عالية من الكفاءة الطيفية.

• “UMTS” هي اختصار لـ “Universal Mobile Telecommunications System”.

• “HSPA”هي اختصار لـ “High speed packet access”.

• “HSDPA”هي اختصار لـ “high speed downlink packet access”.

• “HSUPA”هي اختصار لـ “high speed uplink packet access”.

• “MIMO”هي اختصار لـ “Multiple-Input Multiple-Output”.

• “WCDMA” هي اختصار لـ “Wideband Code Division Multiple Access”.

فوائد 3G HSPA:

كان النظام الخلوي “UMTS” كما هو محدد في معيار “3GPP Release 99” موجهاً بشكل أكبر نحو تشغيل الدائرة المحولة ولم يكن مناسباً لتشغيل الحزم، بالإضافة إلى ذلك طلب المستخدمون سرعات أكبر ممّا يمكن توفيره مع شبكات “UMTS” الأصلية، وبناءً عليه تم دمج التغييرات المطلوبة لـ “HSPA” في العديد من شبكات “UMTS”؛ لتمكينها من العمل بشكل أكبر بالطريقة المطلوبة للتطبيقات الحالية.

• “3GPP” هي اختصار لـ “3rd Generation Partnership Project”.

1- استخدام التشكيل ذو الترتيب الأعلى:

يستخدم “16QAM” في الوصلة الهابطة بدلاً من “QPSK”؛ لتمكين إرسال البيانات بمعدل أعلى، حيث يوفر هذا أقصى معدلات بيانات تصل إلى “14 ميجابت في الثانية” في الوصلة الهابطة، كما لا يزال “QPSK” مستخدماً في الوصلة الصاعدة، حيث يتم تحقيق سرعة بيانات تصل إلى “5.8 ميجابت في الثانية”، ومعدلات البيانات المقتبسة هي لمعدلات البيانات الخام ولا تشمل التخفيضات في بيانات الحمولة الفعلية الناتجة عن النفقات العامة للبروتوكول.

• “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation”.

• “QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature Phase Shift Keying”.

2- الفاصل الزمني الأقصر للإرسال “TTI”:

يؤدي استخدام “TTI” الأقصر إلى تقليل وقت الإنتقال ذهاباً وإياباً، ويتيح تحسينات في التكيف مع التغيرات السريعة في القناة ويوفر تقليلاً في زمن الوصول.

• “TTI” هي اختصار لـ “Transmission Time Interval”.

3- استخدام نقل القنوات المشتركة:

يتيح تقاسم الموارد تحقيق مستويات أعلى من الكفاءة ويتكامل مع بروتوكول الإنترنت ومفاهيم حزم البيانات.

4- استخدام تعديل الارتباط:

من خلال تكييف الارتباط، يمكن زيادة استخدام القناة إلى الحد الأقصى.

5- جدولة العقدة B السريعة:

إنّ استخدام الجدولة السريعة مع التشفير والتشكيل التكيفيي أي الوصلة الهابطة، يمكّن النظام من الاستجابة لقنوات الراديو المتغيرة وظروف التداخل واستيعاب حركة البيانات التي تميل إلى أن تكون “متدفقة” بطبيعتها، كما يتيح “Hybrid ARQ” لشبكة “3G HSPA” تقليل أوقات إعادة الإرسال ويضيف متانة للنظام من خلال السماح بدمج عمليات إعادة الإرسال بسهولة.

• “Hybrid ARQ” هي اختصار لـ “Hybrid Automatic repeat request”.

مكونات 3G UMTS HSPA:

1- الوصول عالي السرعة لحزم الوصلة الهابطة “HSDPA”:

يوفر “HSDPA” دعم حزم البيانات وتقليل التأخير ومعدل بيانات خام أي عبر الهواء ويبلغ “14 ميجابت في الثانية”، كما أنّه يوفر حوالي ثلاثة أضعاف سعة تقنية “3G UMTS” المحددة في الإصدار “99” من معيار “3GPP UMTS”.

2- الوصول إلى حزم الصاعدة عالي السرعة “HSUPA”:

يوفر “HSUPA” دعماً محسناً لحزمة الارتباط الصاعد وتقليل التأخير ومعدل بيانات خام يبلغ “5.74 ميجابت في الثانية”، حيث ينتج عنه زيادة في السعة تبلغ ضعف ما توفره خدمات الإصدار 99.

معايير UMTS HSPA:

تُعد التكنولوجيا عالية السرعة الجديدة جزءاً من تطور “3G UMTS”، حيث يوفر تسهيلات إضافية تمت إضافتها إلى معيار “3GPP UMTS” الأساسي، كما تم تقديم الترقيات والتسهيلات الإضافية في الإصدارات المتتالية من معيار “3GPP”.

• الإصدار 4: تم توفير هذا الإصدار من معيار “3GPP” للاستخدام الفعال لـ “IP“، وهو مرفق كان مطلوباً لأنّ الإصدار “99” الأصلي ركز على تقنية تبديل الدائرة، وبناءً على ذلك كان هذا عامل تمكين رئيسي لـ “3G HSDPA”.

• الإصدار 5: تضمن هذا الإصدار جوهر “HSDPA” نفسه، حيث وفرت دعم حزم الوصلة الهابطة وتقليل التأخيرات ومعدل بيانات خام بما في ذلك الحمولة والبروتوكولات وتصحيح الأخطاء، ويبلغ “14 ميجابت في الثانية”، وأعطت زيادة إجمالية تبلغ حوالي ثلاثة عن معيار “3GPP UMTS” الإصدار 99.

• الإصدار 6: تضمن هذا جوهر “HSUPA” مع ارتباط صاعد محسّن مع دعم حزم بيانات محسّن وقد أدى ذلك إلى تقليل التأخير ومعدل بيانات أولية للوصلة الصاعدة يبلغ “5.74 ميجابت في الثانية”، كما أدى إلى زيادة السعة بنحو ضعف تلك التي يوفرها الإصدار “99 UMTS” القياسي كما تم تضمين هذا الإصدار في “MBMS”، خدمات البث المتعدد الوسائط المتعددة التي توفر خدمات بث محسنة مثل التلفاز المحمول.

• الإصدار 7: يحتوي هذا الإصدار من معيار “3GPP” على تفعيل “MIMO” للوصلة الهابطة بالإضافة إلى دعم تحسين الترتيب الأعلى حتى “64-QAM” في الوصلة الصاعدة و”16-QAM” في الوصلة الهابطة، كما إنّه يسمح فقط إمّا بالتعديل ذي الترتيب الأعلى أو “MIMO”، وكما أدخلت تحسينات على البروتوكول للسماح بدعم اتصال الحزمة المستمر “CPC”.

• الإصدار 8: حدث هذا الإصدار من المعيار خلال عام 2008م، وهو يحدد عملية الناقل المزدوج بالإضافة إلى السماح بالتشغيل المتزامن لخطط التعديل عالية الترتيب و”MIMO”، حيث تم تحسين زمن الانتقال لإبقائه متوافقاً مع متطلبات العديد من التطبيقات الجديدة المستخدمة.

• الإصدار 9: حدث خلال عام 2009م وكان مرافق لـ “HPSA” بما في ذلك “2x2MIMO” في الوصلة الصاعدة وعرض نطاق “10 ميجا هرتز” في الوصلة الهابطة، قد تكون ناقلات الوصلة الصاعدة من نطاقات مختلفة.

• الإصدار 10: يستخدم “HSPA” ما يصل إلى “4 موجات حاملة” أي عرض نطاق “20 ميجا هيرتز” والذي قد يكون من نطاقين منفصلين، بالإضافة إلى “2×2 MIMO” في الوصلة الهابطة وتوفر معدلات بيانات تصل إلى “168 ميجابت في الثانية”، حيث يعادلعرض النطاق الترددي للإصدار 8 من “LTE” عند استخدام تكوينات عرض النطاق الترددي والهوائيات المماثلة.

• الإصدار 11: حدث الإصدار في عام 2011م، وقد وفر تسهيلات لعرض النطاق الترددي “40 ميجاهيرتز” في الوصلة الصاعدة إلى جانب ما يصل إلى “4×4 MIMO”، حيث تمت ترقية الوصلة الهابطة لاستيعاب تعديل “64-QAM” و”MIMO”.

• الإصدار 12: إصدار “3GPP” هذا صمم في 2013م.

ملاحظة:“CPC” هي اختصار لـ “Continuous Packet Connectivity” و”LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution” و”MBMS” هي اختصار لـ Multimedia Broadcast/Multicast Service
“”.

يوفر “3G HSPA” تحسناً كبيراً في أداء نظام اتصالات المحمول “3G UMTS”، وتتنافس أعلى معدلات البيانات لـ “HSPA” بشكل جيد مع تقنية “4G LTE“، كما تم استخدام البنية التحتية للجيل الثالث ومكَّن العديد من المشغلين من زيادة استخدام استثماراتهم إلى أقصى حد قبل الاضطرار إلى إضافة القدرة على الجيل الرابع.