الاتصالات اللاسلكية Wireless communications

يمكن أن تكون أنظمة الاتصالات سلكية أو لاسلكية ويمكن أن تكون الوسيلة المستخدمة للاتصال موجهة أو غير موجهة، حيث في الاتصال السلكي يكون الوسيط عبارة عن مسار مادي مثل الكابلات المحورية المشتركة وكابلات الزوج الملتوية ووصلات الألياف الضوئية، وما إلى ذلك والتي توجه الإشارة للانتشار من نقطة إلى أخرى.

ما هي الاتصالات اللاسلكية Wireless communications؟

الاتصالات اللاسلكية “Wireless communications”: هي المجالات التكنولوجية الأسرع نمواً والأكثر حيوية في مجال الاتصالات، وهي وسيلة لنقل المعلومات من نقطة إلى أخرى، دون استخدام أي اتصال مثل الأسلاك أو الكابلات أو أي وسيط فيزيائي.

بشكل عام، في نظام الاتصال يتم إرسال المعلومات من المرسل إلى المستقبل التي يتم وضعها على مسافة محدودة، وبمساعدة الاتصال اللاسلكي يمكن وضع جهاز الإرسال والاستقبال في أي مكان بين بضعة أمتار، مثل جهاز التحكم عن بعد في التلفاز إلى بضعة آلاف من الكيلومترات أي اتصالات الأقمار الصناعية.

كما أنّ الاتصالات اللاسلكية هي جزء أساسي من حياتنا، وبعض أنظمة الاتصالات اللاسلكية شائعة الاستخدام في حياتنا اليومية، هي: الهواتف المحمولة وأجهزة استقبال “GPS” وأجهزة التحكم عن بعد وصوت “Bluetooth” و”Wi-Fi”، كما يسمى هذا النوع من الوسيط بالوسيط الإرشادي، ومن ناحية أخرى لا يتطلب الاتصال اللاسلكي أي وسيط مادي، ولكنّه ينشر الإشارة عبر الفضاء، ونظراً لأنّ المساحة تسمح فقط بنقل الإشارة دون أي توجيه، يُطلق على الوسيط المستخدم في الاتصال اللاسلكي اسم “Unguided Medium”.

وعلى الرغم من عدم وجود كابلات مستخدمة في الاتصال اللاسلكي، يتم إرسال واستقبال الإشارات باستخدام الهوائيات، والهوائيات هي أجهزة كهربائية تقوم بتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات راديو على شكل موجات كهرومغناطيسية “EM” والعكس صحيح، وتنتشر هذه الموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء، وبالتالي يتكون كل من المرسل والمستقبل من هوائي.

• “EM” هي اختصار لـ “Electromagnetic waves”.

• “GPS” هي اختصار لـ “Global Positioning System”.

الهدف من الاتصالات اللاسلكية:

عندما يتمكن الاتصال السلكي من القيام بمعظم المهام التي يمكن أن يقوم بها الاتصال اللاسلكي فتكون الفائدة الأساسية والمهمة للاتصال اللاسلكي هي التنقل، وبصرف النظر عن التنقل، يوفر الاتصال اللاسلكي أيضاً المرونة وسهولة الاستخدام، ممّا يزيد من شعبيته يوماً بعد يوم، كما يمكن إجراء الاتصالات اللاسلكية، مثل الهاتف المحمول في أي مكان وزمان بأداء إنتاجي عالٍ بشكل ملحوظ.

نقطة أخرى مهمة هي البنية التحتية، حيث يُعد إعداد وتركيب البنية التحتية لأنظمة الاتصالات السلكية مهمة مكلفة وتستغرق وقتاً طويلاً، كما يمكن تركيب البنية التحتية للاتصالات اللاسلكية بسهولة وبتكلفة منخفضة، وفي حالات الطوارئ والمواقع البعيدة، حيث يصعب إعداد الاتصال السلكي، يُعد الاتصال اللاسلكي خياراً قابلاً للتطبيق.

مزايا الاتصالات اللاسلكية:

أولاً: الكلفة:

يتم التخلص من تكلفة تركيب الأسلاك والكابلات والبنية التحتية الأخرى في الاتصالات اللاسلكية وبالتالي خفض التكلفة الإجمالية للنظام مقارنة بنظام الاتصالات السلكية، كما يًعد تركيب شبكة سلكية في المبنى، وحفر الأرض لتمديد الكابلات وتشغيل تلك الأسلاك عبر الشوارع مهمة صعبة للغاية ومكلفة وتستغرق وقتاً طويلاً.

وفي المباني التاريخية، لا يعد حفر الثقوب للكابلات أفضل فكرة لأنها تدمر سلامة المبنى وأهميته، وأيضاً في المباني القديمة التي لا توجد بها خطوط مخصصة للاتصال، يكون الاتصال اللاسلكي، مثل “Wi-Fi” أو شبكة “LAN” اللاسلكية هو الخيار الوحيد.

“LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.

ثانياً: إمكانية التنقل:

يُعد التنقل الميزة الرئيسية لنظام الاتصال اللاسلكي، حيث إنّه يوفر حرية التنقل أثناء الاتصال بالشبكة.

ثالثاً: سهولة التركيب:

يُعد إعداد وتركيب معدات شبكة الاتصالات اللاسلكية والبنية التحتية أمراً سهلاً للغاية، حيث لا داعي للقلق بشأن متاعب الكابلات، وأيضاً الوقت المطلوب لإعداد نظام لاسلكي، مثل شبكة “Wi-Fi” على سبيل المثال، يكون أقل جداً عند مقارنته بإعداد شبكة كابلية كاملة.

رابعاً: الموثوقية:

نظراً لعدم وجود كابلات وأسلاك متضمنة في الاتصال اللاسلكي، فلا توجد فرصة لفشل الاتصال بسبب تلف هذه الكابلات، والذي قد يكون ناتجاً عن الظروف البيئية وتوصيل الكابلات والتناقص الطبيعي للموصلات المعدنية.

خامساً: الحماية من الكوارث:

في حالة وقوع حوادث بسبب حريق أو فيضانات أو كوارث أخرى، يمكن أن يكون فقدان البنية التحتية للاتصالات في نظام الاتصالات اللاسلكية ضئيلاً للغاية.

عيوب الاتصالات اللاسلكية:

أولاً: التشوش:

تستخدم أنظمة الاتصالات اللاسلكية المساحة المفتوحة كوسيلة لإرسال الإشارات، ونتيجةً لذلك هناك احتمال كبير أن تتداخل إشارات الراديو من نظام أو شبكة اتصالات لاسلكية مع إشارات أخرى، وأفضل مثال على ذلك هو “Bluetooth” و”Wi-Fi” و”WLAN“، كما تُستخدم كلتا التقنيتين تردد “2.4 جيجاهرتز” للاتصال وعندما يكون كلا الجهازين نشطين في نفس الوقت، فهناك فرصة للتداخل.

• “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.

ثانياً: الحماية:

أحد الاهتمامات الرئيسية للاتصالات اللاسلكية هو أمان البيانات، ونظراً لأنّ الإشارات تنتقل في مكان مفتوح، فمن الممكن أن يتمكن المتسلل من اعتراض الإشارات ونسخ المعلومات الحساسة.

ثالثاً: مخاوف صحية:

قد يكون التعرض المستمر لأي نوع من الإشعاع خطيراً، وعلى الرغم من عدم تحديد مستويات طاقة التردد اللاسلكي التي يمكن أن تسبب الضرر بدقة، يُنصح بتجنب إشعاع التردد اللاسلكي إلى أقصى حد.

العناصر الأساسية لنظام الاتصالات اللاسلكية:

يمكن تقسيم نظام الاتصال اللاسلكي النموذجي إلى ثلاثة عناصر، وهي المرسل والقناة والمستقبل توضح الصورة التالية مخطط كتلة نظام الاتصالات اللاسلكية.

أولاً: مسار النقل:

يتكون مسار الإرسال النموذجي لنظام الاتصال اللاسلكي من التشفير والتشكيل والمضاعفة، كما يتم تمرير الإشارة من المصدر من خلال جهاز تشفير المصدر، والذي يحول الإشارة إلى شكل مناسب لتطبيق تقنيات معالجة الإشارة، وتتم إزالة المعلومات الزائدة عن الحاجة من الإشارة في هذه العملية من أجل تعظيم الاستفادة من الموارد، ويتم بعد ذلك تشفير هذه الإشارة باستخدام معيار التشفير، بحيث يتم تأمين الإشارة والمعلومات ولا يسمح بأي وصول غير مصرح به.

تشفير القناة هو تقنية يتم تطبيقها على الإشارة لتقليل الانحطاط مثل الضوضاء والتداخل، وأثناء هذه العملية يتم إدخال كمية صغيرة من التكرار للإشارة بحيث تصبح قوية ضد الضوضاء، ثم يتم تعديل الإشارة باستخدام تقنية تعديل مناسبة، مثل “PSK” و”FSK” و”QPSK“، بحيث يمكن إرسال الإشارة بسهولة باستخدام الهوائي.

يتم بعد ذلك مضاعفة الإشارة المشكّلة مع إشارات أخرى باستخدام تقنيات تعدد إرسال مختلفة مثل مضاعفة تقسيم الوقت “TDM” أو تعدد الإرسال بتقسيم التردد “FDM” لمشاركة عرض النطاق الترددي القيّم.

• “FSK” هي اختصار لـ “Frequency shift keying”.

• “PSK” هي اختصار لـ “Phase shift keying”.

• “FDM” هي اختصار لـ “Frequency Division Multiplexing”.

• “TDM” هي اختصار لـ “Time division multiplexing”.

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

ثانياً: القناة:

تشير القناة في الاتصال اللاسلكي إلى وسيط إرسال الإشارة، أي المساحة المفتوحة، ولا يمكن التنبؤ بالقناة اللاسلكية، وهي أيضاً شديدة التباين وعشوائية بطبيعتها، كما قد تكون القناة عرضة للتداخل والتشويه والضوضاء والتشتت وما إلى ذلك، والنتيجة هي أنّ الإشارة المستقبلة قد تمتلئ بالأخطاء.

ثالثاً: مسار الاستقبال:

تتمثل مهمة جهاز الاستقبال في جمع الإشارة من القناة وإعادة إنتاجها كإشارة مصدر، كما يتألف مسار استقبال نظام الاتصال اللاسلكي من إزالة تعدد الإرسال وإزالة التشكيل وفك تشفير القناة وفك تشفير المصدر، ويتضح من مكونات مسار الاستقبال أن مهمة المستقبل هي فقط معكوس مهمة المرسل.

يتم استقبال الإشارة من القناة بواسطة “Demultiplexes” ويتم فصلها عن الإشارات الأخرى، كما يتم إزالة تشكيل الإشارات الفردية باستخدام تقنيات إزالة التشكيل المناسبة، ويتم استعادة إشارة الرسالة الأصلية، وتتم إزالة البتات الزائدة من الرسالة باستخدام “Channel Decoder”، ونظراً لأنّ الرسالة مشفرة فإنّ فك تشفير الإشارة يزيل الأمان ويحوله إلى تسلسل بسيط من البتات، كما تُعطى هذه الإشارة إلى مفكك الشفرة المصدر لاستعادة الرسالة أو الإشارة الأصلية المرسلة.