الوصول المتعدد بتقسيم الكود البصري OCDMA

نظراً لأنّ تقنيات الوصول المتعددة التي يمكن استخدامها لتوفير الوصول إلى العديد من المستخدمين لنقل البيانات إلى نفس القناة في وقت واحد دون أي جدولة أو تأخير في الإرسال، فقد كان الوصول المتعدد لقسم الكود البصري “OCDMA” أمراً مهماً على مدار العقود القليلة الماضية، كما يشترك جميع المستخدمين في كل عرض النطاق الترددي في وقت واحد والوصول إلى الشبكة بشكل غير متزامن.

ما هو الوصول المتعدد بتقسيم الكود البصري OCDMA

الوصول المتعدد بتقسيم الكود البصري “OCDMA”: هو نهج طيف منتشر للإرسال الرقمي في المجال البصري، ولتوفير الوصول إلى العديد من المستخدمين في وقت واحد تم تحليل العديد من تقنيات الترميز لزيادة المستخدمين المحتملين وتحسين الأداء لأنظمة “OCDMA”.

• “OCDMA” هي اختصار لـ “optical code division multiple access”.

أساسيات الوصول المتعدد بتقسيم الكود البصري OCDMA

تتطلب شبكات الجيل الخامس المستقبلية “5G” نطاقاً ترددياً عالياً وزمن انتقال منخفض ومزامنة دقيقة وموثوقية عالية لأنّها تستخدم تقنيات 5G الرئيسية، أي النطاق العريض المتنقل المحسّن الذي يوفر معدل بيانات قصوى يبلغ “10 جيجابت في الثانية”، واتصالات ضخمة من نوع الجهاز “mMTCs” التي تنقل البيانات بين أجهزة إنترنت الأشياء “IoT”، والاتصالات فائقة الإمكانية منخفضة الكمون مع الموثوقية والكمون في نطاق ملي ثانية.

تمثل هذه المتطلبات تحديات عديدة في أنظمة الاتصالات، كما تعد تقنيات الاتصال البصري أيضاً مرشحات واعدة للتغلب على مثل هذه التحديات؛ لأنّها يمكن أن توفر نطاقاً ترددياً عالياً وزمن انتقال صغيراً والاتصالات الضوئية لها تأخير زمني بسيط؛ لأنّ الضوء يوفر إرسالاً عالي السرعة يحسن تأخير الانتشار والألياف الضوئية لها توهين منخفض يقلل من الحاجة إلى تكرار إشارات الإرسال ومعالجتها.

علاوةً على ذلك تتطلب جميع تطبيقات إنترنت الأشياء الحالية بما في ذلك الصحة الإلكترونية والتطبيب عن بُعد وأنظمة المراقبة والمركبات المستقلة ومنصات الواقع الافتراضي نطاقاً ترددياً عالياً، لذلك حظيت الاتصالات الضوئية اللاسلكية “WOC” باهتمام بحثي كبير بالمقارنة مع تقنيات الاتصالات اللاسلكية التقليدية، يمكن أن تقاوم أنظمة “WOC” بشكل كبير تداخل الموجات الكهرومغناطيسية “EMI”.

ستلعب تقنية شبكة اتصالات الوصول المتعدد بتقسيم الكود البصري “OCDMA” دوراً مهماً في الشبكات البصرية المستقبلي، مثل الوصول البصري وشبكات المناطق الحضرية، كما يمكن أيضاَ تطبيق تقنية “OCDMA” لتنفيذ تعدد إرسال الإشارات الضوئية وتبديل الملصقات على الشبكات الأساسية.

• “WOC” هي اختصار لـ “Wireless Optical Communication”.

• “EMI” هي اختصار لـ “Electromagnetic interference”.

• “IoT” هي اختصار لـ “Internet of Things”.

تطبيقات الوصول المتعدد بتقسيم الكود البصري OCDMA

تتشابه الأسس النظرية للوصول المتعدد لتقسيم الكود “CDMA” في تطبيقات الميكروويف والتطبيقات الضوئية، كما أنّ مزايا هذا الشكل من اتصالات الوصول المتعددة متشابهة أيضاً وتشمل المزايا القدرة على دعم الاتصالات المتزامنة وغير المتزامنة والمتزامنة وتحمل التداخل متعدد المسارات.

كما تختلف التطبيقات البصرية لـ “CDMA” من حيث أنّها تتطلب موجات ضوئية موجهة، وعلى سبيل المثال كابل ليفي، ويتم فرض التشفير على الكثافة بدلاً من ذلك على اتساع الموجة الضوئية، ولا تكون الرموز المختلفة متعامدة بشكل صارم ويستخدم جهاز الاستقبال مباشرة كشف.

يؤدي هذا إلى ظهور مصطلح “CDMA البصري”، وعادةً ما تتطلب رموز “CDMA” الزائفة المتعامدة هذه نطاقات ترددي عريضة لتمثيل البيانات المشفرة، لذلك يعتبر “CDMA” البصري أحياناً غير فعال لعرض النطاق وهناك فئتان من أكواد “CDMA” الضوئية اللتان تتمتعان بكفاءة كافية لعرض النطاق لتطبيقات الاتصالات اللاسلكية هما:

• “CDMA” الطيفي غير المتماسك.

• المصفوفة الضوئية “CDMA”.

بالإضافة إلى ذلك قد تحتاج تطبيقات الاتصالات اللاسلكية إلى دعم معدلات بيانات مختلفة للخدمات المختلفة، وهاتان الفئتان من “CDMA” البصري كلاهما متسامح للغاية مع تغيرات معدل البيانات، وإنّ الهيكل المناسب للتطبيقات مثل شبكة المنطقة المحلية “LAN” هو عبارة عن نجمة وشجرة لتوزيع بيانات الوسائط المتعددة.

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

• “LAN” هي اختصار لـ “local area network”.

مبدأ عمل الوصول المتعدد بتقسيم الكود البصري OCDMA

تم تطوير أنظمة النقل القائمة على المستخدمين المتعددين في الماضي باستخدام تقنيات وصول متعددة متعددة لاتصالات الألياف البصرية، ومن بين هذه الأنظمة متعددة المستخدمين يتم استخدام الإرسال باستخدام الوصول المتعدد لقسم الكود البصري على نطاق واسع، كما تقدم العديد من الأنظمة كلمات الترميز التي يتم إرسالها في وقت واحد عبر الألياف للمستخدمين النشطين.

ومع ذلك فإنّ كل تقنية لها مزاياها وعيوبها، كما يتم فحص مخططات الترميز البصري المتعامد واستخدامها في واجهة المستخدم الرسومية الجديدة المطورة باستخدام أنواع أكواد التطابق التربيعي، وعلاوةً على ذلك في جهاز الاستقبال تم تطوير تقنية الكشف عن الثنائي الضوئي الفردي “SPD” والطرح وتقنية الطرح المعدلة باستخدام “FBGs” لأول مرة، كما تم تحديد نظام اكتشاف “SPD” المستند إلى “FBGs” كمخطط كشف أفضل مقارنة بخطة الكشف “AND” و”AND” المعدلة المستخدمة في الكشف المتوازن المستخدم حاليًا على نطاق واسع.

يُعتبر “SPD” المصمم على أساس “FBGs” وسيلة فعالة لاكتشاف الإشارات المستقبلة وإلغاء إشارات التداخل بين العديد من المستخدمين، كما يوفر أيضاً انخفاضاً في تكلفة جهاز الاستقبال وتقليل ضوضاء اللقطة نظراً لاستخدام ثنائي ضوئي واحد فقط، كما يتم فحص مبررات النظام المطور باستخدام معدل بيانات مرتفع وعدد نشط من المستخدمين، ولقد ثبت أنّ النظام المصمم لديه عرض تقديمي أفضل في استيعاب عدد نشط من المستخدمين بمعدل بيانات مرتفع يبلغ جيجابت في الثانية.

سيساعد النظام الذي تم تطويره في هذا العمل بشكل كامل في تصميم وتنفيذ تشفير السعة الطيفية أي نظام الوصول المتعدد لتقسيم الكود البصري لنقل البيانات داخل شبكة المنطقة المحلية، كما سيساعد أيضاً في التعرف على العدد المناسب من مستخدمي الشبكة ويمكن تسليم المعدل المرتفع المتوقع.

إنّ الحاجة الملحة للمشتركين إلى السرعة الهائلة للتنزيل على الإنترنت تحفز الباحثين على اكتشاف تقنيات جديدة، مثل نظام الترميز الطيفي للترميز البصري لقسم الوصول إلى الكود البصري “SAC-OPDMA”، كما يستخدم “SAC-OCDMA” على نطاق واسع في الشبكات غير المتزامنة، وهناك نموذج مخصص للتحقيق في “3Gb / s” ذات النطاق العريض “SAC-OCDMA” لخمسة عشر مستخدماً استناداً إلى رموز “MD” و”WH”.

نظراً لأنّ هذه الرموز لها العديد من المزايا المهمة مثل الارتباط المتبادل الصفري فهي تدعم النظام القدرة على إزالة تداخل الوصول المتعدد “MAI”، ومن أجل زيادة عدد المستخدمين الذين يتشاركون نفس النطاق الترددي يكون ذلك ميسور التكلفة أو ممكنًا دون استخدام طريقة تضخيم أو تشتيت ألياف تعويض كما تم تصميم النظام ومحاكاته باستخدام “Opti-System”.

وتوضح النتائج تنفيذ مسافة الإرسال البالغة “50 كم”، حيث تصل معلومات المستخدمين إلى الوجهة عند “BER” أقل من القيمة الدنيا 10-9 لـ “SAC-OCDMA” استناداً إلى رمز “MD”، وعلاوة على ذلك يتناقص معدل الخطأ في البتات “BER” لنظام “SAC-OCDMA” مع زيادة قوة القدرة المرسلة، حيث يكون الحد الأدنى الذي تم الحصول عليه لمعدل “BER” لرمز “MD” هو “10 × 34″، بينما يكون “10 × 10” لكود “WH”.

• “FBG” هي اختصار لـ “Fiber Bragg Gratings”.

• “MD” هي اختصار لـ “Multi Diagonal”.

• “WH” هي اختصار لـ “Walsh Hadamard”.

• “SAC-OCDMA” هي اختصار لـ “Spectral Amplitude Coding-Optical Code Division Multiple Access”.

• “BER” هي اختصار لـ “bit error rate”.

• “MAI” هي اختصار لـ “Multiple Access Interference “.

• “SPD” هي اختصار لـ “serial presence detect”.