نظام تعدد الإرسال بتقسيم الكود CDM

عند استخدام آلية التنمية النظيفة “CDM” للسماح بإشارات متعددة من عدة مستخدمين لمشاركة قناة اتصال مشتركة فإنّ هذه التقنية تسمى الوصول المتعدد بتقسيم الكود “CDMA“، كما يتم منح كل مجموعة من المستخدمين رمزاً مشتركاً ويتم تشفير المحادثات الفردية في تسلسل رقمي، كما تتوفر البيانات على القناة المشتركة ولكن لا يتمكن من الوصول إلى البيانات سوى المستخدمين المرتبطين برمز معين.

ما هو تعدد الإرسال بتقسيم الكود CDM

تعدد الإرسال بتقسيم الكود (CDM): هو تقنية تعدد إرسال تستخدم اتصالات الطيف المنتشر، حيث في اتصالات الطيف المنتشر تنتشر إشارة النطاق الضيق عبر نطاق تردد أكبر أو عبر قنوات متعددة عبر التقسيم، كما لا يقيد الترددات أو الإشارات الرقمية للنطاق الترددي وإنّه أقل عرضة للتداخل وبالتالي يوفر قدرة اتصال بيانات أفضل وخط خاص أكثر أماناً.

• “CDM” هي اختصار لـ “Code Division Multiplexing”.

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

خصائص الوصول المتعدد لتقسيم الكود CDM

• يتم تعيين رمز فريد لكل محطة متصلة.

• إذا تم ضرب كود إحدى المحطات في كود محطة أخرى، فإنّه ينتج 0.

• إذا تم ضرب رمز إحدى المحطات بنفسه، فإنّه ينتج عنه رقم موجب يساوي عدد المحطات.

آلية عمل تعدد الإرسال بتقسيم الكود CDM

ضع في اعتبارك أنّ هناك أربع محطات w وx وy وz تم تخصيصها للرموز “cw” و”cx” و”cy” و”cz” وتحتاج إلى نقل البيانات “dw” و”dx” و”dy” و”dz” على التوالي، حيث تقوم كل محطة بضرب كودها ببياناتها ويتم إرسال مجموع كل المصطلحات في قناة الاتصال، باستعمال أسلوب المتواليات المتعامدة.

الرموز المخصصة للمحطات عبارة عن أكواد تم إنشاؤها بعناية تسمى تسلسلات الرقائق أو التسلسلات المتعامدة الأكثر شيوعاً، حيث تتكون التسلسلات من +1 أو -1 ولديهم خصائص معينة لتمكين الاتصال.

• يحتوي التسلسل على عناصر m، حيث m هو عدد المحطات.

• إذا تم ضرب تسلسل برقم، فسيتم ضرب جميع العناصر بهذا الرقم.

• لضرب متتابعين، يتم ضرب العناصر الموضعية المقابلة وجمعها للحصول على النتيجة.

• إذا تم ضرب تسلسل في نفسه، فإنّ النتيجة هي m، أي عدد المحطات.

• إذا تم ضرب تسلسل في تسلسل آخر، تكون النتيجة 0.

• لإضافة تسلسلين، نضيف العناصر الموضعية المقابلة.

تطبيق على استخدام تعدد الإرسال بتقسيم الكود CDM

ضع في اعتبارك تسلسلات الرقائق التالية للمحطات الأربع w وx وy وz:

• [+1 -1 -1 +1] و[+1 +1 -1 -1] و[+1 -1 +1 -1] و[+1 +1 +1 +1]

• كل تسلسل يحتوي على أربعة عناصر.

• إذا تم ضرب [+1 -1 -1 +1] في 6، نحصل على [+6 -6 -6 +6].

• إذا تم ضرب [+1 -1 -1 +1] بنفسه، أي [+1 -1 -1 +1]. [+1 -1 -1 +1]، نحصل على + 1 + 1 + 1 + 1 = 4، وهو ما يساوي عدد المحطات.

• إذا تم ضرب [+1 -1 -1 +1] بـ [+1 +1 -1 -1]، فسنحصل على + 1-1 + 1-1 = 0

• إذا تمت إضافة [+1 -1 -1 +1] إلى [+1 +1 -1 -1]، فسنحصل على [+2 0 -2 0].

أساسيات تعدد الإرسال بتقسيم الكود CDM

• تعد تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الكود (CDM) إحدى تقنيات الشبكات التي يتم فيها دمج إشارات البيانات المتعددة للإرسال المتزامن عبر نطاق تردد مشترك.

• عند استخدام آلية التنمية النظيفة (CDM) للسماح لعدة مستخدمين بمشاركة قناة اتصالات واحدة، فإنّ هذه التقنية تسمى الوصول المتعدد بتقسيم الكود (CDMA).

• يستخدم “CDMA” طيفاً منتشراً، وهي تقنية تم تطويرها في الحرب العالمية الثانية لمنع الأعداء من اعتراض الإرسال والتشويش عليه، وفي الطيف المنتشر تُرسل إشارة البيانات عبر مدى من الترددات في طيف تردد معين.

• يتم استخدام شفرة الانتشار شبه العشوائية لتعدد إرسال إشارة القاعدة، كما يعمل تعدد الإرسال باستخدام شفرة الانتشار على زيادة عرض النطاق الترددي المطلوب للإشارة، ممّا يؤدي إلى نشرها عبر الطيف المتاح، أمّا جهاز الاستقبال على علم بكود الانتشار ويستخدمه لتفكيك تعدد إرسال الإشارة.

• يوفر “CDMA” قدراً معيناً من الأمان المدمج، حيث يتم خلط إرسالات العديد من المستخدمين معاً داخل طيف التردد، كما أنّ شفرة الانتشار مطلوبة لفك تشفير إرسال معين.

• يتم استخدام أشكال مختلفة من “CDM” و”CDMA” في الجيل الثاني والأجيال اللاحقة من تقنية الهاتف المحمول.

تطور تعدد الإرسال بتقسيم الكود CDM

يستفيد مخطط تعدد الإرسال والمعروف جيداً في مجال الاتصالات اللاسلكية من تقنية انتشار الطيف، كما يشار إليه على أنّه تعدد إرسال بتقسيم الشفرة (CDM)؛ لأنّ كل قناة مشفرة بطريقة ينتشر طيفها عبر منطقة أوسع بكثير مما تشغله الإشارة الأصلية، وعلى الرغم من أنّ انتشار الطيف قد يبدو غير منطقي من وجهة نظر طيفية، فإنّ هذا ليس هو الحال لأنّ جميع المستخدمين يتشاركون في نفس الطيف.

وفي الواقع تُستخدم آلية التنمية النظيفة غالباً للهواتف المحمولة لأنّها توفر أكبر قدر من المرونة في بيئة متعددة المستخدمين، كما أنّه آمن نسبياً لأنّه من الصعب تشويش الإشارة أو اعتراضها نظراً لطبيعتها المشفرة، وغالباً ما يستخدم مصطلح الوصول المتعدد بتقسيم الشفرات “CDMA” بدلاً من آلية التنمية النظيفة (CDM) للتأكيد على الطبيعة العشوائية وغير المتزامنة للاتصالات متعددة المستخدمين.

على الرغم من أنّ استخدام “CDMA” لاتصالات الألياف الضوئية قد جذب الانتباه خلال الثمانينيات، إلّا أنّه لم يتم متابعة آلية (CDM) الضوئية “OCDM” بجدية إلّا بعد عام 1995م، كما يمكن دمجه بسهولة مع تقنية “WDM” ومن الناحية المفاهيمية يمكن فهم الفرق بين “WDM” و”TDM” و”CDM” على النحو التالي:

• تقسم تقنيات “WDM” و”TDM” عرض نطاق القناة أو الفترات الزمنية بين المستخدمين.

• في المقابل يتشارك جميع المستخدمين النطاق الترددي الكامل وجميع الفترات الزمنية بطريقة عشوائية في حالة آلية التنمية النظيفة.

• لا يزال من الممكن استعادة البيانات المرسلة بسبب الطبيعة المتعامدة للرموز المستخدمة.

• في هذا الصدد تشبه آلية التنمية النظيفة تقنية مضاعفة تقسيم التردد المتعامد “OFDM” التي تمت مناقشتها سابقاً.

ملاحظة:“WDM” هي اختصار لـ “Wavelength Division Multiplexing”.

ملاحظة:“TDM” هي اختصار لـ “Time-division multiplexing”.

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

مكونات نظام تعدد الإرسال بتقسيم الكود CDM

المكونات الجديدة اللازمة لأي نظام “CDM” هي المشفر ومفكك التشفير الموجودان عند طرفي المرسل والمستقبل على التوالي، حيث ينشر المشفر طيف الإشارة على مدى أوسع بكثير من الحد الأدنى لعرض النطاق اللازم للإرسال عن طريق رمز فريد، كما يستخدم مفكك التشفير نفس الكود لضغط طيف الإشارة واستعادة البيانات، ويمكن استخدام عدة طرق للتشفير اعتمادًا على ما إذا كان يتم في المجال الزمني أو المجال الطيفي أو كليهما.

كما يُشار إلى الرموز المستخدمة على أنّها ثنائية الأبعاد عندما يتعلق الأمر بالوقت والتردد، حيث تتضمن رموز المجال الزمني ترميز التسلسل المباشر والتنقل الزمني، كما يمكن تنفيذ الشفرات الطيفية باستخدام الاتساع أو الطور لمكونات طيفية مختلفة.

يمكن استخدام الرموز أحادية القطب فقط لأن القوة أو الكثافة البصرية لا يمكن أن تكون سالبة، وغالباً ما لا يكون عدد هذه الرموز في عائلة الرموز المتعامدة كبيراً جداً حتى يتم زيادة طول الكود إلى أكثر من 100 شريحة.

وظيفة الارتباط المتبادل للرموز أحادية القطب عالية نسبياً، ممّا يجعل احتمال حدوث خطأ كبيراً أيضاً، كما يمكن حل كلتا المشكلتين إذا تم استخدام الطور البصري للتشفير بدلاً من السعة، ويتم متابعة مثل هذه المخططات وتنتمي إلى “CDMA” متماسك.

الميزة الإعلانية لـ CDMA المتماسك هي أنّ العديد من مجموعات الرموز المتعامدة ثنائية القطب المطورة للأنظمة اللاسلكية وتتكون من 1 و-1 شرائح ويمكن استخدامها في المجال البصري، وعند استخدام مصدر ليزر “CW” مع مُعدِّل طور يلزم وجود ليزر “CW” آخر أي مذبذب محلي في جهاز الاستقبال للكشف المتماسك، وإذا تم استخدام النبضات الضوئية فائقة القصر كرقاقات فردية يتم إزاحة طورها بمقدار “π” في فتحات الشريحة المقابلة لـ “-1” في الكود، فمن الممكن فك شفرة الإشارة دون استخدام الكشف المتماسك.