برامج الاتصالات المتنقلة في تقنية 4G LTE

يتم استخدام برنامج متعدد النقاط المنسقة (4G LTE CoMP)، لتوفير أداء محسّن لا سيما عند أطراف الخلايا من خلال الاستفادة من قدرة أكثر من محطة أساسية واحدة لتمكين الاتصالات المتنقلة، كما تُعد اتصالات (D2D) وضعاً مخصصاً بشكل أساسي لخدمات الطوارئ والتطبيقات المماثلة الأخرى التي تسمح لجهازين (LTE) بالاتصال مباشرةً مع بعضهما البعض دون الحاجة إلى محطة أساسية.

ما هو LTE CoMP؟

تقنية متعدد النقاط المنسقة (CoMP): هي تقنية جديدة تعتمد على شبكة (MIMO)، تم إجراؤها في برلين في 2009م، حيث تعمل على زيادة معدلات نقل البيانات والمساعدة في ضمان جودة الخدمة المتسقة والإنتاجية على شبكات (LTE) اللاسلكية عريضة النطاق وكذلك على شبكات (3G)، ومن خلال التنسيق والجمع بين الإشارات من هوائيات متعددة، فإنّها تتيح لمستخدمي الهواتف المحمولة الاستمتاع بأداء وجودة متسقين عند الوصول إلى مقاطع الفيديو والصور وغيرها من خدمات النطاق الترددي العالي ومشاركتها، سواء كانوا قريبين من مركز خلية (LTE) أو عند حوافه الخارجية.

يشير الإرسال والاستقبال المنسق متعدد النقاط إلى مجموعة واسعة من التقنيات التي تتيح التنسيق الديناميكي أو الإرسال والاستقبال مع عدة وحدات (eNB) منفصلة جغرافياً، وهدفها هو تعزيز أداء النظام العام واستخدام الموارد بشكل أكثر فعالية وتحسين جودة خدمة المستخدم النهائي، كما تُعد معدلات البيانات المرتفعة التي يمكن تحقيقها إحدى المعلمات الرئيسية لـ (LTE) وخاصةً (4G LTE Advanced)، حيث من السهل نسبياً الحفاظ على معدلات البيانات هذه بالقرب من المحطة الأساسية، ولكن مع زيادة المسافات يصبح الحفاظ عليها أكثر صعوبة.

من الواضح أنّ أطراف الخلية هي الأكثر تحدياً، ولا يقتصر الأمر على انخفاض قوة الإشارة بسبب المسافة من المحطة الأساسية (eNB)، ولكن من المحتمل أن تكون مستويات التداخل من وحدات (eNB) المجاورة أعلى نظراً لأنّ تجهيزات المستعمل ستكون أقرب إليها، كما يتطلب (4G LTE CoMP) تنسيق متعدد النقاط تنسيقاً وثيقاً بين عدد من وحدات (eNB) المنفصلة جغرافياً، كما إنّهم ينسقون ديناميكياً لتوفير جدولة مشتركة وعمليات إرسال بالإضافة إلى إثبات المعالجة المشتركة للإشارات المستقبلة.

وبهذه الطريقة يمكن خدمة تجهيزات المستعمل الموجودة على حافة الخلية بواسطة اثنين أو أكثر من وحدات (eNB) لتحسين استقبال أو إرسال الإشارات وزيادة الإنتاجية خاصةً في ظل ظروف حافة الخلية، أمّا بالنسبة إلى أهمية التداخل بين الخلايا تم التعرف على (ICI)، وتقنيات مختلفة مستخدمة منذ أيام (GSM) للتخفيف من آثاره، حيث تم استخدام تقنيات متوسط ​​التداخل مثل قفز التردد، ولكن مع تقدم التكنولوجيا، اكتسبت أساليب أكثر إحكاماً وفعالية لمكافحة التداخل والاستفادة منه الدعم.

أوضاع برنامج 4G LTE CoMP:

• المعالجة المشتركة (Joint processing): تحدث المعالجة المشتركة عندما يكون هناك تنسيق بين كيانات متعددة أي محطات قاعدة ترسل أو تستقبل في نفس الوقت إلى تجهيزات (UE) أو منها.

• الجدولة المنسقة أو تشكيل الحزمة (CS / CB): هو شكل من أشكال التنسيق حيث يرسل (UE) مع إرسال واحد أو نقطة استقبال أي محطة قاعدة، كما يتم الاتصال من خلال تبادل السيطرة بين العديد من الكيانات المنسقة.

للحصول على الهدف من هذين الوضعين، يلزم وجود ردود فعل مفصلة للغاية على خصائص القناة بطريقة سريعة حتى يمكن إجراء التغييرات، والمطلب الآخر هو التنسيق الوثيق للغاية بين وحدات (eNB) لتسهيل دمج البيانات أو التبديل السريع للخلايا، كما تختلف التقنيات المستخدمة للنقاط المتعددة المنسقة (CoMP) اختلافاً كبيراً عن الوصلة الصاعدة والهابطة، وينتج هذا عن حقيقة أنّ أجهزة (eNB) موجودة في شبكة متصلة بوحدات (eNB) أخرى، كما أنّ الهواتف المحمولة أو تجهيزات المستعمل هي عناصر فردية.

الوصلة الهابطة في LTE CoMP:

تتطلب وصلة (LTE CoMP) تنسيقاً ديناميكياً بين العديد من وحدات (eNB) المنفصلة جغرافياً، والتي ترسل إلى تجهيزات المستعمل، حيث يمكن تقسيم التنسيقين للنقاط المتعددة المنسقة للوصلة الهابطة:

1. مخططات المعالجة المشتركة للإرسال في الوصلة الهابطة:

باستخدام هذا العنصر من (LTE CoMP)، يتم إرسال البيانات إلى تجهيزات المستعمل في نفس الوقت من عدد من وحدات (eNB) المختلفة، أمّا الهدف هو تحسين جودة الإشارة المستلمة وقوتها، كما قد تهدف أيضاً إلى الإلغاء النشط للتداخل من عمليات الإرسال المخصصة لتجهيزات المستعمل الأخرى.

يفرض تعدد النقاط المنسق طلباً كبيراً على شبكة التوصيل؛ لأنّ البيانات المراد إرسالها إلى تجهيزات المستعمل تحتاج إلى إرسالها إلى كل (eNB) الذي سيرسلها إلى تجهيزات المستعمل، وقد يضاعف هذا بسهولة أو يضاعف كمية البيانات في الشبكة اعتماداً على عدد (eNBs) التي سترسل البيانات، وبالإضافة إلى ذلك يجب إرسال بيانات المعالجة المشتركة بين جميع (eNBs) المشاركة في منطقة (CoMP).

2. الجدولة المنسقة أو تشكيل الحزمة:

باستخدام هذا التنسيق، تبث البيانات إلى تجهيزات المستعمل واحدة من وحدة (eNB) واحدة، حيث يتم تنسيق قرارات الجدولة وأي حزم للتحكم في التداخل الذي قد ينشأ، وتتمثل ميزة هذا النهج في تقليل متطلبات التنسيق عبر شبكة التوصيل بشكل كبير لسببين:

• لا يلزم إرسال بيانات (UE) من عدة (eNBs)، وبالتالي فهي تحتاج فقط إلى توجيهها إلى (eNB) واحد.

• يجب تنسيق قرارات الجدولة وتفاصيل الحزم فقط بين عدة (eNBs).

الوصلة الصاعدة في LTE CoMP:

1. الاستقبال والمعالجة المشتركة:

الهدف الأساسي وراء هذا التنسيق هو استخدام الهوائيات في مواقع مختلفة، ومن خلال التنسيق بين وحدات (eNB) المختلفة، من الممكن تشكيل مجموعة هوائي افتراضي، كما يتم بعد ذلك دمج الإشارات التي تتلقاها وحدات (eNB) ومعالجتها لإنتاج إشارة الناتج النهائية، حيث تسمح هذه التقنية باستقبال الإشارات منخفضة القوة جداً أو المحجوبة بالتداخل في بعض المناطق مع وجود أخطاء قليلة، أمّا العيب الرئيسي في هذه التقنية هو أنّه يلزم نقل كميات كبيرة من البيانات بين وحدات (eNB) حتى تعمل.

2. الجدولة المنسقة:

يقوم هذا المخطط بالعمل من خلال تنسيق قرارات الجدولة بين (ENBs) لتقليل التداخل، وكما في حالة الوصلة الهابطة، يوفر هذا التنسيق حملاً أقل بكثير في شبكة التوصيل لأنّ بيانات الجدولة فقط هي التي يجب نقلها بين وحدات (eNB) المختلفة التي تنسق مع بعضها البعض.

مميزات LTE CoMP:

على الرغم من أنّ (LTE Advanced CoMP) بأنّها (Multipoint) المنسقة وهي مجموعة معقدة من التقنيات، إلّا أنّها توفر العديد من المزايا للمستخدم وكذلك لمشغل الشبكة.

• يحقق استخداماً أفضل للشبكة من خلال توفير التوصيلات إلى العديد من المحطات الأساسية في وقت واحد، وباستخدام (CoMP) يمكن تمرير البيانات عبر المحطات الأساسية الأقل تحميلاً لتحسين استخدام الموارد.

• يوفر أداء استقبال محسناً، حيث إنّ استخدام عدة مواقع خلوية لكل اتصال يعني أنّه سيتم تحسين الاستقبال الكلي وتقليل عدد المكالمات التي تم إسقاطها.

• يزيد الاستقبال المتعدد للمواقع من الطاقة المستقبلة، حيث يتيح الاستقبال المشترك من محطات قاعدية متعددة أو مواقع باستخدام تقنيات (LTE) المنسقة متعددة النقاط زيادة الطاقة الإجمالية المستلمة في الهاتف.

• تقليل التداخل، وذلك من خلال استخدام تقنيات الجمع المتخصصة كما من الممكن استخدام التداخل بشكل بناء بدلاً من التدمير، وبالتالي تقليل مستويات التداخل.

ما هي الاتصالات من جهاز إلى جهاز  – 4G LTE D2D؟

اتصالات (LTE D2D): هي عبارة عن رابط اتصالات نظير إلى نظير لا يستخدم البنية التحتية للشبكة الخلوية، ولكنه يمكّن الأجهزة القائمة على (LTE) من التواصل مباشرةً مع بعضها البعض عندما تكون على مقربة.

جهاز (4G LTE) بجهاز (D2D)، سيمكن الربط المباشر لجهاز ومعدات المستخدم (UE) بجهاز آخر يستخدم الطيف الخلوي، وقد يسمح ذلك بنقل كميات كبيرة من الوسائط أو البيانات الأخرى من جهاز إلى آخر عبر مسافات قصيرة وباستخدام اتصال مباشر، وهذا النوع من نقل الجهاز إلى الجهاز سيمكن نقل البيانات دون الحاجة إلى تشغيلها عبر الشبكة الخلوية نفسها، وبالتالي تجنب مشاكل التحميل الزائد على الشبكة.

فوائد اتصالات LTE D2D:

• معدلات البيانات: قد تكون الأجهزة بعيدة عن البنية التحتية الخلوية، وبالتالي قد لا تكون قادرة على دعم نقل معدل البيانات العالي الذي قد يكون مطلوباً.

• اتصالات موثوقة: يمكن استخدام جهاز (LTE) إلى جهاز للاتصال محلياً بين الأجهزة لتوفير اتصالات موثوقية عالية خاصةً إذا فشلت شبكة (LTE) لأي سبب حتى نتيجة الكارثة.

• الاتصالات الفورية: نظراً لأنّ اتصالات (D2D) لا تعتمد على البنية التحتية للشبكة، يمكن استخدام الأجهزة لإجراء اتصالات فورية بين عدد محدد من الأجهزة بنفس طريقة استخدام أجهزة الاتصال اللاسلكي، وهذا ينطبق بشكل خاص على طريقة الاتصالات التي يمكن استخدامها من قبل خدمات الطوارئ.

• استخدام الطيف المرخص: على عكس الأجهزة الأخرى لأنظمة الأجهزة بما في ذلك (Wi-Fi) و(Bluetooth)، فإنّ (LTE) ستستخدم طيفاً مرخصاً وهذا سيمكن من استخدام الترددات لتكون أقل عرضة للتداخل، ممّا يسمح باتصالات أكثر موثوقية.

• تقليل التداخل: من خلال عدم الاضطرار إلى الاتصال مباشرةً بمحطة قاعدة، يتطلب الأمر عدداً أقل من الوصلات أي بشكل أساسي فقط بين الأجهزة، وهذا له تأثير على كمية البيانات التي يتم إرسالها ضمن توزيع معين للطيف، ممّا يقلل من المستوى العام للتداخل.

• توفير الطاقة: يوفر استخدام الاتصال بين الجهاز والجهاز توفيراً للطاقة لعدة أسباب، وتتمثل إحدى المجالات الرئيسية في أنّه إذا كان الجهازان على مقربة شديدة، فستكون هناك حاجة إلى مستويات طاقة نقل أقل.