الهندسةهندسة الاتصالات

تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء في الاتصالات Space Division Multiplexing

اقرأ في هذا المقال
  • ما هو مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات؟
  • أساسيات مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات
  • مبدأ عمل مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات
  • التحويل متعدد المراحل في مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات
  • آلية عمل مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات

تبلغ قدرة الإرسال المحتملة لقمم الألياف أحادية الوضع القياسية حوالي “100 تيرا بايت / ثانية” بسبب الألياف غير الخطية ومحدودية عرض النطاق الترددي لمكبرات الصوت، وكحدود أخيرة لتعدد الإرسال تمت دراسة تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء “SDM” بشكل مكثف في السنوات الأخيرة، وعلى الرغم من أنّه لا هناك متسع من الوقت لنشر مثل هذه البنية التحتية الجديدة للاتصالات البصرية.

 

ما هو مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات؟

 

مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات: هو آلية تبديل تعتمد على الاتصال عبر مجموعة من خطوط الإدخال بشكل انتقائي لمجموعة من خطوط الإخراج، كما يتم تنفيذ المفاتيح إمّا بالوسائل الكهروميكانيكية أو الإلكترونية، وقبل ظهور تبديل تقسيم الوقت تم تنفيذ جميع آلات تبديل الهاتف والتلغراف باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات تبديل التقسيم، ولا سيما مفاتيح “Strowger” خطوة بخطوة ومفاتيح الشريط العرضي.

 

  • “SDM” هي اختصار لـ “Space Division Multiplexing”.

 

أساسيات مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات:

 

كانت أنظمة العارضة المبكرة بطيئة في معالجة المكالمات لأنّها استخدمت المكونات الكهروميكانيكية لأنظمة التحكم الفرعية المشتركة، وأدت الجهود المبذولة لتحسين سرعة التحكم والإشارات بين التبادلات إلى تطبيق الإلكترونيات في تصميم أنظمة التحكم والإشارات الفرعية، وفي أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات من القرن الماضي استخدم عدد من الجهود التطويرية الأنابيب المفرغة والترانزستورات والصمامات الثنائية الغازية والبراميل المغناطيسية وأنابيب أشعة الكاثود لتحقيق وظائف التحكم.

 

كما تم تطوير الدوائر باستخدام أنابيب الغاز واستخدامها للتوقيت والترجمة الحلقية والرنين الانتقائي لخطوط النقل، حيث تم استخدام الأنابيب المفرغة في إشارات التردد الفردي والترانزستورات في دوائر اختبار عزل الخط، وكانت هذه الجهود مقدمة لأجهزة الكمبيوتر الرقمية الإلكترونية المودم، وسرعان ما تم إدراك أنّه من حيث المبدأ يمكن استبدال سجلات ومترجمي أنظمة التحكم الشائعة بحاسوب رقمي واحد.

 

مبدأ عمل مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات:

 

تتمثل العملية الأساسية للمحول في إعداد الاتصال وتحريره بين المشتركين، وهي تنطوي على اتصال مباشر بين حلقات المشترك في المكتب النهائي أو بين حلقات المحطة في “PBX“، والمحولات هي أجهزة برمجية قادرة على إنشاء اتصالات مؤقتة بين مشتركين أو أكثر، كما يتم وصف تبديل تقسيم الفضاء وفي تبديل تقسيم الفضاء يتم فصل المسارات في الدائرة عن بعضها مكانياً.

 

كما تم تصميمه في الأصل للشبكات التناظرية ولكنّه يستخدم حالياً في كل من التحويل الرقمي والتماثلي، كما يُشار إلى مفتاح نقطة التقاطع على أنّه مفتاح تقسيم الفضاء لأنّه ينقل تيار بت من دائرة أو ناقل إلى آخر، وبالنسبة لمجموعة كبيرة من المنافذ يمكن تحقيق وفورات كبيرة في إجمالي نقاط التقاطع إذا كان كل مدخل لا يمكنه الوصول إلّا إلى عدد محدود من المنافذ، ويسمى هذا الوضع التوافر المحدود.

 

من خلال تداخل مجموعات المنافذ المتاحة لمجموعات المدخل المختلفة، فإنّ تقنية تسمى التقدير كما هو محدد، ومجموعة نقاط التقاطع المستطيلة مثال على التقدير، وبالنسبة لمجموعات الجذع الأطول كانت النقاط المتقاطعة الكبيرة باهظة الثمن ولم يتم استخدامها الآن في الأيام، وعدد نقاط التقاطع المطلوبة هو “M x N”، حيث “M” هو عدد المداخل و”N” هو عدد المنافذ.

 

  • “PBX” هي اختصار لـ “Private Branch Exchange System”.

 

التحويل متعدد المراحل في مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات:

 

لا يمكن استخدام مرحلة واحدة إلّا لربط زوج منفذ واحد معين، كما ينمو عدد النقاط المتقاطعة كمربع مدخلات التصنيف، و”N (N-1) / 2″ لصفيف مثلث و”N (N-1)” لصفيف مربع، كما يشير العدد الكبير من نقاط التقاطع على كل خط مدخل ومخرج إلى قدر كبير من التحميل بالسعة على مسارات الرسائل.

 

لذلك من المعتاد بناء التبادلات على مرحلتين أو ثلاث مراحل لتقليل عدد نقاط التقاطع ولتوفير مسارات بديلة، كما يتم تحقيق مشاركة نقاط التقاطع للمسارات المحتملة من خلال التبديل عن طريق التبديل متعدد المراحل

 

يتم توفير نظام التقسيم والتحكم للمسافة لشبكة تعمل بتبديل تقسيم المسافة للمعلومات التي تعدل الترددات الحاملة الضوئية، حيث يتم ترتيب المفاتيح بين مجموعة من المداخل ومجموعة من المنافذ وهي عناصر ثلاثية الأبعاد لانحراف الضوء يمكن تخزينها مجموعة من المصفوفات الضوئية الثلاثية الأبعاد، وكل مفتاح مرتبط بمدخل يتلقى منه موجة ضوئية صادمة.

 

وفي كل مفتاح كل مصفوفة ضوئية ثلاثية الأبعاد تحرف موجة الضوء الساقط على طول اتجاه ترتيب مختلف عن اتجاه ترتيب “O” نحو تم تحديد المخرج من بين مجموعة المنافذ، حيث يوجد في اتجاه ترتيب “O” لكل مفتاح جهاز كشف ضوئي تعكس إشارات الناتج حالة الإضاءة أو عدم الإضاءة للمدخل المرتبط ويتم نقلها إلى وحدة التحكم في التبديل لتقسيم الفضاء والتحكم النظام.

 

آلية عمل مفتاح تقسيم مسافة الموجات في الاتصالات:

 

أثار معدل النقل السريع المتزايد للمعلومات في مركز البيانات في الوقت الحاضر مطالب عاجلة لنظام نقل البيانات على مسافة قصيرة “<100 متر” بكفاءة أعلى وسرعة أعلى وقدرة أعلى، وفي مركز البيانات تم بالفعل استبدال خط النقل بالألياف الضوئية، وبالإضافة إلى ذلك تم استخدام العديد من تقنيات تعدد الإرسال لمضاعفة عرض النطاق الترددي السعة لمثل هذه الطلبات العاجلة.

 

ومن بينها حزمة الألياف لنقل البيانات بأطوال موجية متوازية ومتعددة لقنوات تعدد الإرسال في الألياف هما تقنيتان شائعتان، ومع ذلك تزداد صعوبة المحاذاة البصرية وتكلفة النظام مع زيادة عدد الألياف والأطوال الموجية، ولتقليل تعقيد وتكلفة المرسل والمستقبل هناك حاجة إلى تقنيات تعدد إرسال جديدة وما زالت قيد التطوير.

 

وفي الآونة الأخيرة تم استخدام تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء “SDM” في ألياف متعددة النواة “MCF” أو ألياف ذات أنماط قليلة “FMF”، كإمكانات لتقنية تعدد الإرسال من الجيل التالي لاتصالات الألياف الضوئية في هذه الأنظمة يُنظر إلى كل قلب أو نمط من الألياف كقناة إشارة، بحيث يمكن استخدام أشعة الليزر التي لها نفس الطول الموجي لتشفير البيانات.

 

ونظراً لبساطتها توفر هذه الميزات تقنية “SDM” مناسبة بشكل خاص لتطبيقات نقل البيانات لمسافات قصيرة، ومع ذلك يجب تصنيع الألياف الخاصة وتحسين سعة القناة محدود بعدد النوى أو الأنماط، وبالتالي يتم تقدم تحقيق حول إمكانية بناء نظام نقل بيانات برقم قناة كبير جداً باستخدام تقنية “SDM” في ألياف متعددة الوسائط ذات مؤشر متدرج منتظم “MMF” بقطر كبير من النواة “> 100 ميكرومتر”، كما يمكن إثبات تجريبياً أنّ “MMF” ذو النواة الكبيرة يمكن اعتباره وسط تشتت عالي.

 

يمكن أن يولد شعاع الليزر المركّز في موضع مختلف على المستوى الساقط لـ “MMF” نمط بقع غير مرتبط في مستوى الإخراج، وبالتالي ليس من الضروري إقران مصدر الليزر بنواة محددة أو التحويل إلى وضع محدد لقناة الإرسال المتعدد، كما يمكن اعتبار كل موضع من نقاط التركيز كقناة إشارة.

 

علاوةً على ذلك من خلال الجمع بين تقنيات التصوير المجسم للحجم لتنفيذ قناة متعددة أو مزيل تعدد الإرسال لإدارة مدخلات أو إخراج البيانات الضوئية، ويمكن أن تثبت من الناحية المفاهيمية مضاعفة تقسيم الفضاء لقنوات الاتصال في ألياف متعددة الأنماط ذات مؤشر متدرج منتظم لتطبيق نقل البيانات.

 

  • “MCF” هي اختصار لـ “multi core fibers”.

 

  • “MMF” هي اختصار لـ ” multi mode fiber”.

 

  • “FMF” هي اختصار لـ “few-mode fiber”.

 

المصدر
Introduction to Analog and Digital Communications/ Simon HaykinData Communication and Computer NetworkWIRELESS COMMUNICATIONS/ Andreas F. MolischTheory and Problems of Signals and Systems/ Hwei P. Hsu, Ph.D./ JOHN M. SENIOR Optical Fiber Communications Principles and Practice Third Edition

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى