ما هو الانتشار متعدد المسارات في الاتصالات

يستخدم نظام الاتصالات عدداً كبيراً من مطاريف المستخدم المرتبطة ببعضها البعض أو بخدمات أخرى من خلال واحد أو أكثر من مكررات الأرض أو القمر الصناعي، كما يمكن تشغيل مكررات الأقمار الصناعية المتعددة في وضع اتصال جديد للحصول على مزيد من المكاسب في عزل الإشارة.

ما هو الانتشار متعدد المسارات في الاتصالات

الانتشار متعدد المسارات في الاتصالات “Spread Spectrum”: هو نظام تم تطويره في الأصل للتطبيقات العسكرية لتوفير اتصالات آمنة عن طريق نشر الإشارة عبر نطاق تردد كبير، وفي نظام اتصالات الطيف الممتد يستخدم المستخدمون إشارات تشغل عرض نطاق أكبر بكثير من معدل الرمز.

يوفر مخطط الإشارات بعض المزايا التي تهم في المقام الأول أنظمة الاتصال الآمنة وعلى سبيل المثال احتمالية منخفضة للاعتراض أو متانة التشويش، وفي هذه المشكلة يتم الكشف على قدرة الوصول المتعدد المتأصلة لإرسال الطيف المنتشر أي القدرة على دعم عمليات الإرسال المتزامنة في نفس نطاق التردد.

تكمن الفكرة وراء انتشار الطيف في استخدام عرض نطاق أكبر من الرسالة الأصلية مع الحفاظ على نفس قوة الإشارة، ولا تحتوي إشارة الطيف المنتشر على ذروة يمكن تمييزها بوضوح في الطيف وهذا يجعل التمييز بين الإشارة والضوضاء أكثر صعوبة، وبالتالي يصعب تشويشها أو اعتراضها.

أساسيات الانتشار متعدد المسارات في الاتصالات

في نظام اتصالات متعدد الوصول متعدد الطيف ذي التسلسل المباشر تشغل عدة إشارات غير متزامنة نفس القناة في وقت واحد، كما تستخدم كل إشارة تسلسل توقيع يتم اختياره للحصول على خصائص ارتباط معينة مرغوبة، وبالنسبة لاتصالات الوصول المتعدد فإنّ الهدف الأساسي هو القدرة على فصل إشارات انتشار الطيف في المستقبل، وعلى الرغم من أنّها تشغل نفس عرض النطاق الترددي في نفس الوقت.

كما يتم أخذ هذه المشكلة في الاعتبار في الأقسام التي تلي الأشكال المختلفة لتشكيل الطيف الممتد بالتتابع المباشر، بما في ذلك مفتاح إزاحة الطور الثنائي ومفتاح إزاحة رباعي الأطوار ومفتاح التحول الأدنى، كما يتم التركيز على تحليل أداء النظام بدلاً من اختيار تسلسل التوقيع، والنفاذ المتعدد هو نظام اتصال واسع الانتشار وطريقة لتوفير اتصالات عالية السعة إلى أو من أو بين مجموعة من مستخدمي النظام وباستخدام إشارات اتصال انتشار الطيف بتقسيم الشفرة.

كما يستخدم نظام الاتصال وسائل لتوفير عزل هامشي بين إشارات اتصال المستخدم، كما يتم توفير العزلة الهامشية عن طريق توليد حزم متعددة متزامنة قابلة للتوجيه، باستخدام هوائي متعدد الاتجاهات مع تحسين الاستقطاب واستخدام أجهزة التحكم في الطاقة لضبط طاقة الناتج لإشارات الاتصال التي يولدها المستخدم إما استجابة لمستوى نشاط الإدخال، أو وفقاً للحد الأدنى من الطاقة المسموح بها للحفاظ على ارتباط الاتصال.

كما يمكن لنظام الاتصالات أيضاً أن يستخدم وسيلة لإرسال تسلسل رقاقة دليلية محدد مسبقاً ومتجاور مع إشارات اتصالات الطيف المنتشر بتقسيم الشفرة، كما يتعلق الاختراع الحالي بأنظمة اتصالات الوصول المتعددة، وبشكل أكثر تحديداً بطريقة بجهاز لتوظيف إشارات الطيف المنتشر لتقسيم الشفرة “CDMA” لتوفير خدمات الاتصال لمحطات المستخدم المتنقلة، أو البعيدة باستخدام جهاز مكرر قائم على القمر الصناعي أو أرضي.

كما يتم أيضاً استخدام إشارات طيف انتشار “CDMA” مع هوائيات مكرر صفيف متعدد الأطوار ذات حزمة متعددة وهوائيات متنقلة متعددة الاتجاهات محسنة الاستقطاب، وتبديل نشاط الصوت أو البيانات والتحكم في طاقة طرف المستخدم القابل للتعديل ووصلات اتصال نطاق التردد “L”.

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

مبدأ عمل الانتشار متعدد المسارات في الاتصالات

كانت هناك حاجة طويلة الأمد لتوفير خدمات اتصالات عالية الجودة للعديد من مجموعات مستخدمي الخدمة المصنفة على أنها بعيدة أو متنقلة أو كليهما، كما يشمل هؤلاء المستخدمون أنظمة الهاتف الريفية والشرطة والوكالات الحكومية الأخرى وأنظمة الإرسال والاستدعاء التجارية وخدمات الطوارئ والهاتف البحري.

في الماضي تم تلبية هذه الاحتياجات جزئياً عن طريق الراديو المتنقل الأرضي، ومع ذلك فقد واجهت هذه الخدمات دائماً عدداً أكبر من المستخدمين المحتملين مقارنة بسعة النظام، حيث لا توفر توزيعات التردد أو عرض النطاق الطيفي سعة كافية للتعامل في نفس الوقت مع العدد الإجمالي للمستخدمين المحتملين.

تجد تسلسلات كود الوصول المتعدد الطيف المنتشر استخداماً في عدد من الأنظمة، حيث يتم استخدام تقنيات الطيف المنتشر للاتصالات الرقمية، كما يمكن تصنيف تسلسلات شفرات “انتشار الطيف” هذه إلى فئتين أي شفرات التتابع المباشر وشفرات تأمل التردد، كما تم بناء عدة فئات مفيدة من مجموعات التسلسل والتي تمتلك خصائص ارتباط مثالية أو قريبة من الأمثل بالإضافة إلى امتداد خطي كبير، والمدى الخطي الكبير مرغوب فيه في العديد من التطبيقات، حيث يكون أمن الاتصالات ذا أهمية.

تم اعتماد طيف الانتشار بالتسلسل المباشر للعديد من أنظمة الاتصالات الخلوية “CDMA” الحالية والمستقبلية وكما أنّه يستخدم على نطاق واسع لشبكات وأنظمة الاتصالات العسكرية، وأحد الدوافع لاستخدام الطيف المنتشر بالتسلسل المباشر هو قدرته على مكافحة الخبو الناجم عن الانتشار متعدد المسيرات.

تطور عمل الانتشار متعدد المسارات

يرسل نظام اتصالات الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة إشارة متنقلة وإشارة مرور عبر طيف مشترك، حيث أنّ الإشارة المتنقلة وإشارة المرور لهما رمز مرتبط، كما يتم استقبال الإشارات عبر الطيف المشترك ويتم أخذ عينات من الإشارات المستقبلة، والعينات تتأخر لإنتاج نافذة.

والنافذة بها عينات متباعدة الوقت بالتساوي، كما يتم توزيع كل نموذج إطار مع رمز تجريبي ويتم تحديد وزن كل عينة نافذة كود تجريبية واسعة الانتشار باستخدام خوارزمية تكيفية، كما يتم توزيع كل نموذج إطار مع رمز مرور ويتم ترجيح كل عينة من نافذة كود المرور المنتشرة بالوزن المقابل للأوزان المحددة، كما يتم دمج عينة نافذة كود المرور المنتشرة كبيانات لإشارة المرور.

للحفاظ على نسبة الإشارة إلى الضوضاء المرغوبة عند أدنى مستوى لقدرة الإرسال تستخدم معظم أنظمة “CDMA” شكلاً من أشكال التحكم في القدرة التكيفية، حيث من خلال تقليل قدرة الإرسال إلى الحد الأدنى يتم تقليل التشويش بين الإشارات ضمن نفس النطاق الترددي، ووفقاً لذلك يتم زيادة الحد الأقصى لعدد الإشارات المستقبلة عند نسبة الإشارة إلى الضوضاء المرغوبة ضمن نفس عرض النطاق الترددي.

وعلى الرغم من أنّ التحكم في القدرة التكيفية يقلل من التداخل بين الإشارات في نفس النطاق الترددي لا يزال التداخل موجوداً يحد من قدرة النظام، كما تتمثل إحدى تقنيات زيادة عدد الإشارات التي تستخدم نفس طيف الترددات الراديوية “RF” في استخدام القطاعات، كما تستخدم المحطة الأساسية هوائيات اتجاهية لتقسيم منطقة تشغيل المحطة الأساسية إلى عدد من القطاعات.

ونتيجةً لذلك يتم تقليل التداخل بين الإشارات في مختلف القطاعات، ومع ذلك تتداخل الإشارات ضمن نفس النطاق الترددي داخل نفس القطاع مع بعضها البعض، وبالإضافة إلى ذلك عادة ما تخصص محطات القاعدة القطاعية ترددات مختلفة للقطاعات المجاورة ممّا يقلل من الكفاءة الطيفية لعرض نطاق تردد معين، ووفقاً لذلك هناك حاجة إلى نظام يعمل على تحسين جودة إشارة الإشارات المستقبلة دون زيادة مستويات طاقة المرسل.

• “RF” هي اختصار لـ “radio frequency”.