تداخل القناة في الاتصالات الخلوية

في العصر الحديث تعمل تقنيات الاتصالات كمحركات للتطورات الاجتماعية والاقتصادية والسياسية، ولكن التداخل في شبكات الاتصال يأتي كمصدر إزعاج غير مرغوب فيه، ويتم مراجعة التقنيات المستخدمة في إدارة التداخل المصادف في الشبكات الخلوية، وتتضمن حلول التعديل البيني وطرق تخطيط التردد والخوارزميات الجينية ونماذج التلدين المحاكاة، وطلب الاستدلال والتحسين متعدد العوامل ونموذج الشبكات العصبية الاصطناعية ونهج الإستراتيجية التطورية (EAs) و(EAs) الهجينة.

أساسيات تداخل القناة في الاتصالات الخلوية

بينما تعمل العديد من التقنيات بشكل أكثر فعالية في بعض مجالات العمليات، ويظهر البعض الآخر أداءً قوياً في مجالات أخرى، كما تقدم تقنية التعاون الضعيف بين المحطة الأساسية التي اقترحها بعض المؤلفين أداء شبكة هاماً عند استخدامها؛ لأنّها توفر إطاراً لأداء أفضل للمحطات القاعدية المجاورة في ظل بعض أهداف الأداء، كما يُظهر نهج الإستراتيجية التطورية الذي يستخدمه بعض المؤلفين الآخرين الكفاءة في إدارة تخصيص القنوات بهدف تقليل مشاكل التداخل، والتي يمكن أن تظهر في شكل حجب أو إسقاط المكالمة.

علاوة على ذلك لا تزال تحديات التدخل كبيرة في شبكات الاتصالات، ومن بين العديد من التقنيات المتاحة لمعالجة شبكات التداخل، أعطيت (EAs) تطبيقات أوسع وأظهرت النتائج أداءً جيدًا لهذه التقنية وفي الوقت نفسه تُعد الخوارزمية الجينية فعالة أيضًا عند تطبيقها، ولكن لتقليل التداخل إلى الحد الأدنى في شبكات الاتصالات المتنقلة الحالية والمستقبلية وتم مزامنة تقنيات التخفيض، حيث يتم النظر في العوامل التي تحركها حركة المرور.

الاتصال اللاسلكي هو نظام اتصال يدعم نقل المعلومات الصوت والفيديو والبيانات عبر مسافات كبيرة باستخدام المساحة الخالية كرابط اتصال، ويشير مصطلح النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (GSM) إلى شكل من أشكال الاتصال اللاسلكي، يتضمن عددًا من مستخدمي الهواتف المحمولة (MU) الذين يتفاعلون مع المحطات الأساسية (BS)؛ لإرسال واستقبال بيانات الإشارة في الوقت الفعلي ومرخص لمقدمي خدمات الشبكة للعمل على نطاق معين لخدمة مشتركيهم.

كما يمكن تقسيم الطيف المخصص إلى مجموعة من الإشارات الراديوية غير المتداخلة أو غير المتداخلة ويمكن استخدام تقنيات مثل تقسيم التردد (FD)، والتقسيم الزمني (TD) وتقسيم الكود (CD) لتقسيم الطيف الراديوي إلى قنوات مختلفة، كما تعمل تقنيات الاتصالات كمحركات للتطورات الاجتماعية والاقتصادية والسياسية، لكن التداخل في شبكات الاتصالات يأتي كإزعاج غير مرغوب فيه مما يحد من الفوائد المستمدة من هذه التكنولوجيا المهمة.

ويشكل التداخل مشكلة كبيرة في شبكات (GSM) لمقدمي الخدمة لأنّه يقلل من جودة الخدمة لمقدمي الخدمة ممّا قد يؤدي إلى انخفاض في الإيرادات، والتداخل الذاتي يحدث بواسطة إشارات يتم إرسالها على جهاز إرسال مشترك، كما أنّ تداخل الوصول المتعدد يحدث عن طريق الإرسال من أجهزة راديو متعددة باستخدام نفس مورد التردد.

وكذلك التداخل في نفس القناة (CCI) الذي يحدث في الوصلات التي تعيد استخدام نفس قناة التردد ويُعد تداخل القناة المجاورة (ACI)، هو التداخل المستحث بين الوصلات التي تتصل في نفس الموقع الجغرافي باستخدام نطاقات التردد المجاور، وهو التداخل المستحث بين الوصلات التي تتصل في نفس الموقع الجغرافي باستخدام نطاقات التردد المجاورة، كما تم اعتماد عدد من التقنيات للتخفيف من التداخل في الشبكات الخلوية، وتشمل الطرق الشائعة التحكم في الطاقة والتخصيص الفعال للتردد باستخدام التقنيات الذكية وحلول التشكيل البيني.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global-System-for-Mobile-communications” و”TD” هي اختصار لـ “Time-Division”.

• “EA” هي اختصار لـ “Evolutionary-Algorithms” و”CD” هي اختصار لـ “code-Division”.

• “BS” هي اختصار لـ “Base-Station” و”FD” هي اختصار لـ “Frequency-Division”.

أنواع التداخل في الشبكات الخلوية

1- التدخل الذاتي

• يرجع التداخل الذاتي إلى التداخل الناجم عن الإشارات التي يتم إرسالها من جهاز إرسال مشترك.

• يعتمد مقدار التداخل المستحث على نوع التشكيل.

• في (OFDM)، يكون التداخل الذاتي بين الموجات الحاملة الفرعية بسبب تخالفات تردد الموجة الحاملة الناتجة عن عدم تطابق المذبذب، وتأثير دوبلر والخبو السريع الناجم عن حركة أجهزة الإرسال والاستقبال.

• قد يكون عدم مثالية جهاز الإرسال والاستقبال مثل مكبر الصوت غير الخطي وعدم توازن معدل الذكاء أيضًا مصدرًا للتدخل الذاتي.

• يمكن تصنيف التداخل بين إرسالات الوصلة الصاعدة والهابطة في نظام الإرسال المزدوج (FD) على أنّه تداخل ذاتي، لأنّه يحدث بين الإشارات المرسلة على نفس الاتصال ثنائي الاتجاه.

• يتم تخفيف هذا التداخل باستخدام مرشحات إرسال مزدوج.

• يمكن تقليل تأثير التداخل الذاتي عن طريق اختيار ترقيم الطبقة المادية بحيث يتم أخذ ظروف التشغيل وتكنولوجيا التنفيذ في الاعتبار.

ملاحظة: “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal-frequency-division-multiplexing”.

2- تداخل متعدد الوصول

• يشير تداخل النفاذ المتعدد إلى التداخل الناجم عن الإرسال من عدة أجهزة راديو تستخدم نفس مورد التردد إلى مستقبل واحد.

• من الناحية النظرية، ستسمح الطبقة المادية بوصول متعدد متعامد، ومع ذلك فإنّ عوامل مثل أخطاء المزامنة وعدم مثالية دوائر التردد اللاسلكي، وتأثير قناة الانتشار اللاسلكي لن تسمح بالحفاظ على التعامد في الممارسة.

• طريقة أساسية للحفاظ على التعامد في سيناريوهات الوصول المتعددة هي التحكم في الطاقة.

3- تداخل القناة المشتركة CCI

تداخل القناة المشتركة (CCI): هو التداخل بين الوصلات التي تعيد استخدام نفس نطاق التردد (القناة)و يشار إليه أيضاً باسم التداخل بين الخلايا في الأنظمة الخلوية، ويمكن التقليل من تأثير (CCI) عن طريق استخدام أنماط إعادة استخدام التردد الثابت.

تتضمن الطرق الشائعة لإدارة (CCI) في الشبكات الخلوية إعادة استخدام التردد وتقنيات (MIMO) ومحاذاة التداخل والتكيف مع تغير التداخل، حيث يشير عامل إعادة الاستخدام عالي التردد إلى معدل ثابت للبيانات عبر منطقة الخدمة، كما يؤدي هذا الموقف إلى تجربة إنتاجية مماثلة من قبل المستخدمين في مواقع مختلفة من الخلية وتوزيع معدل الخدمة.

طريقة أخرى للتعامل مع (CCI) هي النظر في التعاون بين أجهزة الإرسال، حيث يتم التحقيق في مثل هذه التقنيات تحت اسم شبكة (MIMO)، حيث في شبكة (MIMO) يتم تحويل قناة التداخل إلى قناة بث من خلال اعتبار المرسل المتعاون كمرسل واحد، كما يمكن مشاركة حركة البيانات بين العديد من أجهزة الإرسال المتعاونة والتي يمكن من خلالها نقلها بشكل متماسك إلى جهاز الاستقبال الوجهة.

• “CCI” هي اختصار لـ “Co-channel Interference”.

• “MIMO” هي اختصار لـ “multiple-input-multiple-output”.

4- تداخل القناة المجاورة ACI

تداخل القناة المجاورة (ACI): هو التداخل المستحث بين الوصلات التي تتصل في نفس الموقع الجغرافي باستخدام نطاقات التردد المجاورة، كما يقوم جهاز إرسال يشغل نطاقاً ترددياً معيناً بتسريب الطاقة على التردد المجاور لذلك النطاق، ويُنظر إلى البث خارج النطاق على أنّه تداخل من قبل أجهزة استقبال أخرى ويمكن قياس تأثير البث خارج النطاق باستخدام نسبة قدرة القناة المجاورة (ACPR).

تولد الإشارات خارج نطاق التردد الاسمي مكونات تداخل على الترددات داخل النطاق عند المستقبل، كما تحدد حساسية القناة المجاورة (ACS)، قدرة المستقبل على التعامل مع مسبب تداخل خارج النطاق وتشمل خصائص سلسلة (RF) التي تساهم في خصائص (ACS)، وجودة مرشحات اختيار القناة وعرض بتات المحول التماثلي إلى الرقمي وخطية المضخمات والخلاطات.

• “ACI” هي اختصار لـ “Adjacent Channel Interference”.

• “ACS” هي اختصار لـ “Access-Control-System”.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio-Frequency”.

• “ACPR” هي اختصار لـ “Adjacent-Channel-Power-Ratio”.