كيفية الاتصال بالطبقة المادية وطبقة الارتباط للاتصالات المتنقلة

في شبكة الاتصالات الخلوية يشتمل نظام الاتصالات المحمولة لتفريغ حركة مرور البيانات من المحطات الأساسية إلى أجهزة العقد الصغيرة، على محطة قاعدة راديوية ومجموعة من الأجهزة ذات العقد الصغيرة ومحطة قاعدة كبيرة إلى صغيرة.

أساسيات الاتصال بالطبقة المادية وطبقة الارتباط للاتصالات المتنقلة

يتم تكوين قسم اتصالات جهاز العقدة (BS2D) لتلقي أول رسالة مستوى تحكم من محطة قاعدة الراديو عبر ارتباط اتصال (BS2D)، وقسم اتصال عقدة صغيرة جهاز إلى جهاز مستخدم (D2UE) تم تكوينه لإرسال المستخدم بيانات المستوى إلى جهاز مستخدم، عبر ارتباط اتصال لاسلكي (D2UE) تم إنشاؤه استجابةً لرسالة مستوى التحكم الأولى وجهاز مركز عقدة صغيرة.

يشتمل الجهاز المركزي ذو العقدة الصغيرة على قسم المخزن المؤقت وقسم اتصال التوصيل، والذي تم تكوينه لتلقي بيانات حركة مرور مستوى المستخدم من خادم عبر رابط التوصيل وتم تكوينه لإدارة اتصالات (D2UE) بين تعدد أجهزة العقد الصغيرة والجهاز المحمول المحطة، وبيانات المخزن المؤقت التي سيتم إرسالها في الوصلة الهابطة والوصلة الصاعدة لتعدد أجهزة العقدة الصغيرة وإجراء تكييف الوصلة لتوصيلات (D2UE).

تتمثل إحدى الطرق الممكنة لزيادة السعة في شبكة لاسلكية في زيادة كثافة أي عدد الأجهزة لكل وحدة مساحة للمحطات الأساسية المنشورة أو وحدات الهوائي البعيدة، كما تسمى المحطة القاعدية المنتشرة أو وحدة الهوائي عن بعد “وحدة الخلية الصغيرة”، وإذا زادت كثافة وحدات الخلايا الصغيرة تزداد سعة الخلية بسبب تأثيرات إعادة استخدام التردد، ومع ذلك هناك بعض الصعوبات التي تأتي مع زيادة كثافة النشر خاصة إذا كان يجب أن تكون وحدات الخلايا الصغيرة هذه قادرة على العمل كمحطات قاعدة تقليدية بمفردها.

مع زيادة كثافة النشر يزداد عدد عمليات التسليم لأنّ جهاز المستخدم يغير وحدة الخدمة أي المحطة الأساسية بشكل متكرر، ونتيجة لذلك من المتوقع أن تتدهور جودة أداء الاتصال أو التنقل، وتتمثل إحدى الطرق الممكنة لتحسين التوصيلية والتنقل في تجميع الموجات الحاملة، أي أنّ عمليات تجميع الموجة الحاملة التقليدية لمحطة القاعدة ماكرو ووحدات الخلايا الصغيرة يمكن أن تحقق تشغيلًا بينيا ًعالي الجودة، لأنّه يمكن الحفاظ على ارتباط (Macro2UE) أثناء اتصال (UE) بوحدات الخلايا الصغيرة، ونتيجة لذلك يمكن لمشغلي الشبكات تحقيق نفس جودة الاتصال أو التنقل مثل شبكة ماكرو التقليدية.

ومع ذلك يجب تشغيل عمليات تجميع شركات النقل التقليدية في إطار محطة قاعدية ماكرو واحدة، كما  يجب أن تكون هذه الوحدات ذات الخلايا الصغيرة عبارة عن رؤوس لاسلكية عن بُعد أو هوائيات عن بُعد يتم التحكم فيها تماماً بواسطة محطة قاعدة ماكرو، أي أنّ الخلايا التي توفر فيها وحدات الخلايا الصغيرة خدمات اتصالات لاسلكية يجب أن تنتمي إلى محطة قاعدة ماكرو.

• “BS2D” هي اختصار ل “Base Station 2 Device”.

• “UE” هي اختصار ل “User Equipment”.

• “D2UE” هي اختصار ل “Device2 User Equipment”.

مبدأ الاتصال بالطبقة المادية وطبقة الارتباط للاتصالات المتنقلة

من وجهة نظر بيانات المستخدم لا تكون ناقلات المكونات المتعددة لعمليات تجميع الموجة الحاملة التقليدية مرئية لبروتوكول تقارب بيانات الحزم (PDCP) وطبقات التحكم في الارتباط الراديوي (RLC)، وبالتالي فإن محطة قاعدة ماكرو تتعامل مع عمليات (PDCP) أو (RLC) للوحدات ذات الخلايا الصغيرة بالإضافة إلى محطة قاعدة الخلايا الكلية نفسها، ومن وجهة نظر الطبقة المادية أو طبقة (MAC)، تحتاج بعض عمليات الموجات الحاملة إلى الدعم في عمليات تجميع الموجات الحاملة التقليدية.

أي إنّ عمليات تجميع الناقل التقليدية بين محطة قاعدة ماكرو ومحطة قاعدة بيكو أو فيمتو التقليدية مستحيلة، لأنّ محطة قاعدة بيكو أو فيمتو هي عقدة مختلفة عن محطة قاعدة ماكرو، والتي يتم فيها استخدام رؤوس الراديو البعيدة أو الهوائيات البعيدة التي يتم التحكم فيها تمامًا بواسطة محطة (Macro) الرئيسية، ويزداد تعقيد معالجة الإشارات لمحطة (Macro) الرئيسية مع زيادة عدد رؤوس الراديو البعيدة أو الهوائيات البعيدة؛ لأنّ التحكم المركزي يتم إجراؤه بواسطة محطة قاعدية ماكرو.

ينتج عن هذا التعقيد المتزايد تكلفة عالية ونتيجة لذلك، من الصعب زيادة عدد وحدات الخلايا الصغيرة بسهولة بسبب ارتفاع درجة التعقيد والتكلفة، حيث يتم التحكم في رؤوس الراديو عن بعد أو الهوائيات البعيدة التي يتم التحكم فيها بشكل كامل بواسطة محطة قاعدة ماكرو، وتسمى “تجميع الناقل للخلايا الكبيرة وخلايا رأس الراديو البعيدة”.

في حالة وجود جهاز المستخدم خارج منطقة تغطية المحطة الأساسية، لا يمكن خدمة معدات المستخدم من خلال تجميع الموجة الحاملة (2 جيجاهرتز) والحامل (3.5 جيجاهرتز) خاصة في حالة استخدام الموجة الحاملة من النوع الجديد، حيث لا يتم إرسال إشارات مشتركة مثل (CRS) و( PSS / SSS) وإشارات البث، في الموجة الحاملة (3.5 جيجاهرتز) ولا يمكن خدمة معدات المستخدم من المحطة الأساسية، ولا عن طريق رأس الراديو البعيد، لأنّه لا يمكن لجهاز المستخدم الاتصال برأس الراديو البعيد، والذي لا ينقل مثل هذه الإشارات المشتركة دون اتصالات صالحة مع المحطة الأساسية.

كما أنّ الموجة الحاملة الجديدة التي لا تحتوي على بعض الإشارات الشائعة أو إشارات البث، قد تسمى “نوع الموجة الحاملة الجديدة” أو “نوع الموجة الحاملة الإضافية” في التقييس، ويمكن لجهاز المستخدم الاتصال بالمحطة الأساسية بدلاً من المحطة الأساسية، ولكن لا يمكن خدمته من خلال تجميع الموجة الحاملة (2 جيجاهرتز) التي تخدمها المحطة الأساسية والحامل (3.5 جيجاهرتز) الذي يخدمه رأس الراديو البعيد.

• “RLC” هي اختصار ل “Radio link control”.

• “CRS” هي اختصار ل “Carrier Routing System”.

• “PSS / SSS” هي اختصار ل “Primary Sync Signal  and Secondary Sync Signa”.

تطور الاتصال بالطبقة المادية وطبقة الارتباط للاتصالات المتنقلة

ترسل المحطة الأساسية إشارات التحكم مثل إشارات البث ويتصل جهاز المستخدم بالمحطة الأساسية بعد استقبال إشارات التحكم، أي أنّ جهاز المستخدم لا يمكنه إرسال أي إشارات قبل استقبال إشارات التحكم، لذلك لا يمكن لجهاز المستخدم بدء الاتصالات لأنّ معدات المستخدم لا يمكن أن تخيم في الخلية، حيث توفر المحطة الأساسية خدمات الاتصال في حالة الخمول.

أي أن معدات المستخدم لا يمكنها إجراء إجراءات الوصول العشوائي المطلوبة لبدء الاتصالات، وهذا ما يسمى بمبدأ “الإرسال بعد الاستقبال”، ويمكن أن يمنع هذا المفهوم جهاز المستخدم من إرسال الإشارات دون أي تحكم في الشبكة وبالتالي يمكن تجنب التداخل غير الضروري.

في شبكة الاتصالات الخلوية قد يشتمل نظام اتصالات متنقل؛ لتفريغ حركة مرور البيانات من محطات الراديو الأساسية إلى أجهزة العقد الصغيرة، على قسم اتصالات واحد على الأقل من محطة قاعدة ماكرو إلى جهاز عقدة صغيرة (BS2D) في الاتصالات مع محطة راديو أساسية من خلال رابط أول، ومجموعة من أقسام الاتصال الصغيرة من جهاز إلى جهاز مستخدم (D2UE) في الاتصال اللاسلكي بمحطة متنقلة من خلال ارتباط ثانٍ، وقسم عازل للبيانات المخزنة مؤقتًا وقسم اتصالات الوصل في التواصل مع الخادم من خلال رابط ثالث.