بنية قناة الارتباط العكسي لنظام اتصال لاسلكي

تُعد هيكل وآليات القناة تدعم التخصيص الفعال لموارد الارتباط العكسي واستخدامها، وفي أحد الجوانب يتم توفير الآليات لتعيين الموارد بسرعة، وعلى سبيل المثال قناة تكميلية حسب الحاجة ولإلغاء تخصيص الموارد بسرعة عند عدم الحاجة إليها أو للحفاظ على استقرار النظام، كما يمكن تخصيص موارد الارتباط العكسي وإلغاء تخصيصها بسرعة عبر الرسائل القصيرة المتبادلة على قنوات التحكم على الروابط الأمامية والعكسية.

أساسيات بنية قناة الارتباط العكسي لنظام اتصال لاسلكي

يتم توفير الآليات لتسهيل نقل البيانات بشكل فعال وموثوق ويتم توفير نظام اعتراف موثوق به أو إقرار سلبي ونظام فعال لإعادة الإرسال، كما يتم أيضاً توفير آليات للتحكم في قدرة الإرسال أو معدل البيانات للمطاريف البعيدة لتحقيق أداء عالٍ وتجنب عدم الاستقرار.

يتم نشر أنظمة الاتصالات اللاسلكية على نطاق واسع لتوفير أنواع مختلفة من الاتصالات بما في ذلك خدمات الصوت وحزم البيانات، كما قد تستند هذه الأنظمة إلى النفاذ المتعدد بتقسيم الشفرة “CDMA” أو النفاذ المتعدد بتقسيم الوقت “TDMA” أو بعض تقنيات التشكيل الأخرى، كما قد توفر أنظمة “CDMA” مزايا معينة على الأنواع الأخرى من الأنظمة بما في ذلك زيادة سعة النظام.

في نظام الاتصالات اللاسلكية يتواصل المستخدم الذي لديه محطة طرفية بعيدة وعلى سبيل المثال هاتف خلوي، ومع مستخدم آخر من خلال عمليات الإرسال على الوصلات الأمامية والعكسية عبر محطة أساسية واحدة أو أكثر.

كما يشير الارتباط الأمامي أي الوصلة الهابطة إلى الإرسال من المحطة الأساسية إلى مطراف المستخدم، ويشير الارتباط العكسي أي الوصلة الصاعدة إلى الإرسال من مطراف المستخدم إلى المحطة الأساسية، وكما تخصص الوصلات الأمامية والعكسية عادةً ترددات مختلفة وهي طريقة تسمى تعدد إرسال بتقسيم التردد “FDM“.

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

• “TDMA” هي اختصار لـ “Time Division Multiple Access”.

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

مبدأ عمل بنية قناة الارتباط العكسي لنظام اتصال لاسلكي

عادةً ما تكون خصائص إرسال بيانات الحزم على الوصلات الأمامية والخلفية مختلفة جداً، حيث في الوصلة الأمامية تعرف المحطة الأساسية عادةً ما إذا كانت لديها بيانات لإرسالها أم لا، وكمية البيانات وهوية المحطات الطرفية البعيدة للمستلم، ويمكن كذلك تزويد المحطة الأساسية بالكفاءة التي يحققها كل مطراف بعيد للمستقبل والتي يمكن قياسها كمقدار قدرة الإرسال المطلوبة لكل بتة.

وبناءً على المعلومات المعروفة قد تكون المحطة الأساسية قادرة على جدولة إرسال البيانات بكفاءة إلى المطاريف البعيدة في الأوقات ومعدلات البيانات المختارة لتحقيق الأداء المطلوب، وفي الوصلة العكسية لا تعرف المحطة الأساسية بشكل مسبق أي المحطات البعيدة لديها حزم بيانات لإرسالها أو مقدارها.

كما تدرك المحطة الأساسية عادةً كفاءة كل محطة بعيدة مستلمة والتي يمكن قياسها من خلال نسبة الطاقة لكل بت إلى إجمالي الضوضاء بالإضافة إلى السطح البيني “Ec / (No + Io)”، واللازمة في المحطة الأساسية إلى تلقي نقل البيانات بشكل صحيح، كما قد تقوم المحطة الأساسية بعد ذلك بتخصيص الموارد للمطاريف البعيدة كلما طلب ذلك وحسب توفرها.

وبسبب عدم اليقين في طلبات المستخدم قد يتقلب الاستخدام على الرابط العكسي على نطاق واسع وفي حالة إرسال العديد من المطاريف البعيدة في نفس الوقت، يتولد تداخل كبير في المحطة الأساسية وستحتاج إلى زيادة قدرة الإرسال من المطاريف البعيدة للحفاظ على الهدف “Ec / (No + Io)”، ممّا يؤدي إلى مستويات أعلى من التداخل.

وإذا زادت قدرة الإرسال بهذه الطريقة فقد ينتج عن ذلك “انقطاع” في النهاية وقد لا يتم استقبال عمليات الإرسال من جميع المطاريف البعيدة أو نسبة كبيرة منها بشكل صحيح، ويرجع ذلك إلى عدم قدرة المحطة البعيدة على الإرسال بطاقة كافية لإغلاق الارتباط بالمحطة الأساسية.

تطور عمل بنية قناة الارتباط العكسي لنظام اتصال لاسلكي

في نظام “CDMA” غالباً ما يتميز تحميل القناة على الرابط العكسي بما يشار إليه باسم “الارتفاع فوق الحراري”، والارتفاع فوق الحراري هو نسبة إجمالي القدرة المستقبلة في مستقبل محطة أساسية إلى قدرة الضوضاء الحرارية، واستناداً إلى حسابات السعة النظرية للوصلة العكسية “CDMA” يوجد منحنى نظري يوضح زيادة الارتفاع فوق الحراري مع التحميل.

وغالباً ما يشار إلى التحميل الذي يكون فيه الارتفاع فوق الحراري لانهائياً باسم “القطب”، ويتوافق التحميل الذي يحتوي على ارتفاع حراري قدره “3 ديسيبل” مع حمولة تبلغ حوالي “50%”، أو حوالي نصف عدد المستخدمين الذين يمكن دعمهم عند القطب، ومع زيادة عدد المستخدمين وزيادة معدلات بيانات المستخدمين يصبح التحميل أعلى، وفي المقابل مع زيادة التحميل تزداد كمية الطاقة التي يجب أن ينقلها طرف بعيد.

في نظام “CDMA” النموذجي تتغير معدلات بيانات العديد من المستخدمين باستمرار، وعلى سبيل المثال في نظام “IS-95” أو “cdma2000″، يرسل مستخدم الصوت عادةً بمعدل واحد من أربعة معدلات تتوافق مع النشاط الصوتي في المحطة البعيدة، كما يتضح أنّه هناك حاجة في الفن إلى بنية قناة الوصلة العكسية القادرة على تحقيق أداء عالٍ لإرسال بيانات الحزم، والتي تأخذ في الاعتبار خصائص إرسال البيانات للوصلات العكسية.

توفر الجوانب آليات تدعم التخصيص والاستخدام الفعال لموارد الارتباط العكسي، حيث في أحد الجوانب يتم توفير الآليات لتعيين الموارد بسرعة، وعلى سبيل المثال القنوات التكميلية حسب الحاجة ولإلغاء تخصيص الموارد بسرعة عند عدم الحاجة إليها أو للحفاظ على استقرار النظام، كما يمكن تخصيص موارد الارتباط العكسي وإلغاء تخصيصها بسرعة عبر الرسائل القصيرة المتبادلة على قنوات التحكم على الروابط الأمامية والعكسية.

في جانب آخر يتم توفير الآليات لتسهيل نقل البيانات بشكل فعال وموثوق وعلى وجه الخصوص يتم توفير نظام اعتراف موثوق به أو إقرار سلبي وخطة إعادة إرسال فعالة، حيث في الجانب الآخر يتم توفير آليات للتحكم في قدرة الإرسال أو معدل البيانات للمطاريف البعيدة لتحقيق أداء عالٍ وتجنب عدم الاستقرار، كما يوفر أيضاً بنية قناة قادرة على تنفيذ الميزات.

وفي النظام تتزاوج وحدة تحكم المحطة الأساسية “BSC” مع المحطات القاعدية ويمكن أن تقترن أيضاً بشبكة هاتفية عامة “PSTN”، كما يتم تحقيق الاقتران بالشبكة الهاتفية العمومية التبديلية بشكل نموذجي عبر مركز تبديل متنقل “MSC“، وكما قد يقترن “BSC” أيضاً بشبكة حزم والتي يتم تحقيقها عادةً عبر عقدة خدمة حزم البيانات “PDSN”.

يوفر “BSC” التنسيق والتحكم للمحطات القاعدية المقترنة به، حيث يتحكم “BSC” كذلك في توجيه المكالمات الهاتفية بين المطاريف البعيدة، وبين المطاريف البعيدة والمستخدمين المقترنين بشبكة “PSTN” وعلى سبيل المثال الهواتف التقليدية وشبكة الحزم عبر المحطات الأساسية.

• “BSC” هي اختصار لـ “Base Station controller”.

• “PSTN” هي اختصار لـ “Public Switched Telephone Network”.

• “MSC” هي اختصار لـ “Mobile Switching Centre”.