يستخدم نظام (UMTS) نظام (WCDMA) لتصميم الإشارة الأساسي، ولكن يمكن أن يعتمد على مجموعة متنوعة من أشكال التعديل المختلفة، كما يعتمد التصميم المستخدم في (UMTS WCDMA) على مجموعة متنوعة من العوامل بما في ذلك كفاءة الطيف ونسبة الإشارة إلى الضوضاء وتصحيح الخطأ وعدد من المتغيرات الأخرى.
مخططات تعديل WCDMA:
- من الضروري ضمان نقل البيانات بكفاءة عبر الطيف المتاح، وبالتالي يتم الاستفادة القصوى من الطيف المتاح وكذلك يتم تعظيم سعة النظام.
- ينبغي اختيار مخطط التشكيل لضمان أن تكون كفاءة مضخم قدرة التردد الراديوي في الهاتف أو تجهيزات المستعمل عاليةٌ قدر الإمكان، ومن خلال تمكين مكبر الطاقة إلى الحد الأقصى يتم استهلاك طاقة بطارية أقل لنفس الطاقة المرسلة، ونظراً لأنّ طاقة البطارية لها أهمية خاصة للمستخدمين، فهذا مطلب أساسي.
- يجب اختيار تنسيق التعديل؛ لتجنب التداخل الصوتي الناجم عن العديد من المعدات الإلكترونية القريبة الناتجة عن تنسيق الإرسال النبضي المستخدم في العديد من أنظمة (2G) مثل (GSM)، ولأنّ الوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة لها متطلبات مختلفة؛ فإنّ التنسيق الدقيق لتنسيق التعديل المستخدم في أي اتجاه يختلف قليلاً.
تُعد مخططات تشكيل (UMTS) لكل من الوصلة الصاعدة والهابطة على الرغم من اختلافها إلى حد ما، بأنّها تعتمد على تنسيقات مفاتيح إزاحة الطور، كما يوفر هذا العديد من المزايا مقارنة بالمخططات الأخرى التي يمكن استخدامها من حيث الكفاءة الطيفية والمتطلبات الأخرى.
تنسيقات تعديل WCDMA:
1. تعديل الوصلة الهابطة – Downlink modulation:
يُعتبر تنسيق تعديل (UMTS) للوصلة الهابطة أكثر وضوحاً من التنسيق المستخدم في الوصلة الصاعدة، حيث يستخدم الوصلة الهابطة مفتاح إزاحة الطور التربيعي (QPSK) مع التحكم متعدد الإرسال وتدفقات البيانات.
في حين أنّ تعدد الإرسال الزمني قد يمثل مشكلة في الوصلة الصاعدة، حيث يؤدي الإرسال في هذا التنسيق إلى حدوث تداخل في أنظمة الصوت المحلية، وإنّ هذا لا ينطبق على الوصلة الهابطة حيث يكون (Node B) بعيداً بدرجة كافية عن أي جهاز محلي متعلق بالصوت لضمان هذا التداخل ليست مشكلة.
2. تعديل الوصلة الصاعدة – Uplink modulation:
يستخدم الارتباط الصاعد قناتين منفصلتين بحيث لا يتسبب تشغيل جهاز الإرسال وإيقاف تشغيله في حدوث تداخل في خطوط الصوت، وهي مشكلة تمت مواجهتها على (GSM)، كما يتم تحقيق القنوات المزدوجة مفتاح إزاحة الطور ثنائي القناة من خلال تطبيق بيانات المستخدم المشفرة على المدخلات (In-phase) إلى المغير (DQPSK)، والتحكم في البيانات التي تم تشفيرها باستخدام كود مختلف لـ (Q) أو إدخال التربيع إلى المغير.
إنّ تنسيقات تعديل (WCDMA) المختلفة للوصلة الصاعدة والهابطة مطلوبة؛ نتيجةً للمتطلبات والظروف المختلفة التي تمت مواجهتها، وفي الإصدارات اللاحقة من (3G UMTS) تم استخدام مستويات تعديل أعلى بكثير؛ لتمكين تحقيق معدلات بيانات أعلى.
قنوات بيانات 3G UMTS:
لإدارة البيانات المنقولة، يستخدم السطح البيني الراديوي (3G UMTS) سلسلة من قنوات البيانات التي يمكن تصنيفها كقنوات منطقية أو مادية أو قنوات نقل، ومثل أي شكل من أشكال ارتباط البيانات اللاسلكي، يجب إدارة البيانات لتمكين النظام من التعامل معها بكفاءة وفعالية، حيث يتم ترتيب عمليات إرسال (3G UMTS) في فتحات إطارات وقنوات مع الحمولة الصافية باستخدام قنوات البيانات المادية والمنطقية وقنوات النقل لنقل البيانات المطلوبة.
هياكل قنوات 3G UMTS:
يقوم (3G UMTS) على استخدام تقنيات (CDMA) كتقنية وصول متعددة، لكنّه يستخدم أيضاً تقنيات تقسيم الوقت مع فتحة وهيكل إطار لتوفير بنية القناة الكاملة، حيث تنقسم القناة إلى (10 مللي ثانية) من الإطارات، بحيث يكون لها (15 فترة زمنية) يبلغ طول كل منها (666 ميكرو ثانية)، ففي الوصلة الهابطة يتم تقسيم الوقت بشكل فرعي بحيث تحتوي الفترات الزمنية على حقول تحتوي إمّا على بيانات المستخدم أو رسائل التحكم.
أمّا بالنسبة للوصلة الصاعدة، يتم اعتماد استخدام التشكيل ثنائي القناة بحيث يتم إرسال كل من البيانات والتحكم في وقت واحد، كما تحتوي عناصر التحكم على إشارة تجريبية ومعرف مجموعة تنسيق النقل (TFCI) ومعلومات التغذية المرتدة (FBI) والتحكم في قدرة الإرسال (TPC).
1. القنوات المنطقية – Logical Channels:
تحدد القنوات المنطقية الطريقة التي سيتم فيها نقل البيانات، حيث تتضمن التالي:
- قناة التحكم في البث (BCCH) تستخدم الوصلة الهابطة، حيث تقوم على بث المعلومات إلى (UE) ذات الصلة بالخلية، مثل قنوات الراديو للخلايا المجاورة.
- قناة التحكم في الترحيل (PCCH) تستخدم الوصلة الهابطة، حيث تتصل هذه القناة بـ (PICH) وتُستخدم لنقل الرسائل ومعلومات الإخطار.
- قناة التحكم المخصصة (DCCH) تستخدم الوصلات الصاعدة والهابطة، حيث تُستخدم هذه القناة لترحيل معلومات التحكم المخصصة في كلا الاتجاهين.
- قناة التحكم المشتركة (CCCH) تستخدم الوصلات الصاعدة والهابطة، حيث تعمل هذه القناة على نقل معلومات التحكم.
- قناة التحكم المشتركة في القناة (SHCCH) تكون ثنائية الاتجاه، ولا توجد إلّا في شكل (TDD) من (WCDMA / UMTS)، حيث تعمل على نقل معلومات التحكم في القناة المشتركة.
- قناة مرور مخصصة (DTCH) تستخدم وصلات صاعدة وهابطة، وهي قناة ثنائية الاتجاه تعمل على نقل بيانات المستخدم أو حركة المرور للإشارات.
- قناة الحركة المشتركة (CTCH) تستخدم الوصلة الهابطة، وهي قناة ذات صفة أحادية الاتجاه تقوم بعملية نقل المعلومات المخصصة إلى مجموعة من تجهيزات المستعمل.
2. القنوات المادية – Physical channels:
تحمل القنوات المادية بيانات الحمولة وتحكم الخصائص المادية للإشارة، كما تشمل ما يلي:
- القناة المادية الأساسية العامة للتحكم (PCCPCH) تستخدم الوصلة الهابطة، كما تقوم على بث بشكل مستمر معلومات تعريف النظام والتحكم في الوصول.
- القناة المادية الثانوية العامة للتحكم (SCCPCH) تستخدم الوصلة الهابطة، حيث تحمل هذه القناة قناة الوصول الأمامي (FACH) التي توفر معلومات التحكم وقناة الاستدعاء (PACH) مع الرسائل الخاصة بتجهيزات (UE) المسجلة على الشبكة.
- قناة الوصول العشوائي المادية (PRACH) تستخدم الوصلة الصاعدة، حيث تُمكّن هذه القناة تجهيزات المستعمل من إرسال دفعات وصول عشوائي في محاولة للوصول إلى شبكة.
- قناة البيانات المادية المخصصة (DPDCH) تستخدم الوصلة الصاعدة والهابطة، كما تُستخدم هذه القناة لنقل بيانات المستخدم.
- قناة التحكم المادية المخصصة (DPCCH) تستخدم الوصلة الصاعدة والهابطة، حيث تُرسل هذه القناة معلومات التحكم من وإلى (UE) أي في كلا الاتجاهين، كما تتضمن القناة مجموعة من البتات التجريبية ومعرف مجموعة تصميم النقل (TFCI)، وتتضمن قناة الوصلة الهابطة بتات التحكم في طاقة الإرسال ومعلومات ردود الفعل (FBI).
- القناة المشتركة للوصلة الهابطة المادية (PDSCH) تستخدم الوصلة الهابطة، حيث تعمل هذه القناة في عملية مشاركة معلومات التحكم مع (UE) داخل المنطقة التابعة للعقدة (B).
- قناة الحزمة المادية المشتركة (PCPCH)؛ هذه القناة مخصصة بشكل خاص لحمل بيانات الحزمة، حيث أنّه أثناء التشغيل يراقب تجهيزات المستعمل النظام للتحقق ممّا إذا كان مشغولاً، وإذا لم يكن كذلك فإنّه يرسل دفعة وصول قصيرة، كما يتم إعادة الإرسال إذا لم يتم الحصول على إقرار مع زيادة طفيفة في الطاقة في كل مرة، وبمجرد أن تقر العقدة (B) بالطلب يتم إرسال البيانات على القناة.
- قناة التزامن (SCH) تُستخدم هذه القناة للسماح لتجهيزات (UE) بالمزامنة مع الشبكة.
- القناة التجريبية المشتركة (CPICH)؛ ترسل هذه القناة عن طرق العقدة (B) حتى تتمكن (UE) من تقدير توقيت إزالة تشكيل الإشارة، كما يمكن استخدامها كمرشد لاسلكي لـ (UE)؛ لتحديد أفضل خلية يمكن الاتصال بها.
- قناة مؤشر الاكتساب (AICH) تستخدم القناة (AICH)؛ لإبلاغ تجهيزات المستعمل بقناة البيانات (DCH) التي يمكن استخدامها للتواصل مع العقدة (B)، كما يحدث تخصيص القناة هذه نتيجةً لطلب خدمة نفاذ عشوائي ناجح من تجهيزات المستعمل.
- قناة إشارة الاستدعاء (PICH) تقوم على توفير المعلومات إلى (UE)؛ ليقوم بعملية تشغيل وضع السكون الخاص بها للحفاظ على بطاريتها عند الاستماع على قناة (PCH)، ولأنّ (UE) يحتاج إلى معرفة متى تراقب (PCH)، يتم توفير البيانات على (PICH) لتعيين (UE) نسبة تكرار النداء؛ لتمكينها من تحديد عدد المرات التي تحتاج فيها إلى الاستيقاظ والاستماع إلى (PCH).
- قناة بيان حالة (CPCH) أي (CSICH) هذه القناة التي تظهر فقط في الوصلة الهابطة، تحمل حالة القناة (CPCH)، ويمكن استخدامها لنقل بعض البيانات المتقطعة، حيث يعمل بطريقة مشابهة لـ (PICH).
- قناة اظهار كشف التصادم أو قناة تعيين القناة (CD / CA-ICH)؛ تُستخدم هذه القناة الموجودة في الوصلة الهابطة للإشارة إلى ما إذا كان تخصيص القناة نشطاً أم غير نشط في تجهيزات المستعمل.
3. قنوات النقل – Transport Channels:
تحدد قنوات النقل 3G إلى جانب القناة المنطقية مرة أخرى الطريقة التي يتم بها نقل البيانات، كما تشمل ما يلي:
- قناة النقل المخصصة (DCH) تستخدم الوصلة الصاعدة والهابطة، حيث يُستخدم هذا لنقل البيانات إلى تجهيزات معينة، وكل (UE) له (DCH) الخاص به في كل اتجاه.
- قناة البث (BCH) تستخدم الوصلة الهابطة، حيث تبث هذه القناة المعلومات إلى تجهيزات المستعمل في الخلية؛ لتمكينها من تحديد الشبكة والخلية.
- قناة الوصول إلى الأمام (FACH) تستخدم الصلة الهابطة، وهذه القناة تنقل البيانات أو المعلومات إلى تجهيزات المستعمل المسجلة في النظام، وقد يكون هناك أكثر من (FACH) لكل خلية؛ لأنّها قد تحمل بيانات الحزمة.
- قناة الترحيل (PCH) تستخدم الوصلة الهابطة، حيث تتضمن هذه القناة رسائل إنذارات لـ (UE) للمكالمات الواردة أو الرسائل النصية القصيرة أو جلسات البيانات أو الصيانة المطلوبة؛ مثل إعادة التسجيل.
- قناة الوصول العشوائي (RACH) تستخدم الوصلة الصاعدة، حيث تنقل هذه القناة طلبات الخدمة من (UEs) التي تسعى في الوصول إلى النظام.
- قناة الحزمة العامة للوصلة الصاعدة (CPCH) تستخدم الوصلة الصاعدة، كما توفر هذه القناة إمكانية إضافية تتجاوز قدرة (RACH) وللتحكم السريع في الطاقة.
