كيفية تنظيم هوائيات المحطة الأساسية

تكون عمليات نشر الخلايا الدقيقة مع هوائيات المحطة الأساسية دون مستوى السطح وعمليات النشر الداخلية موجودة في بيئة أكثر تشابهًا مع البيئة الموجودة في تجهيزات المستعمل، وفي مثل هذه السيناريوهات تكون المسافة الأصغر لهوائي المحطة القاعدة كافية عادةً؛ لضمان ارتباط متبادل منخفض نسبيًا بين الخبو الذي تعاني منه الهوائيات المختلفة.

أساسيات هوائيات المحطة الأساسية

في حالة هوائيات المحطة الأساسية في بيئات الخلايا الكلية النموذجية أي خلايا كبيرة نسبيًا ومواقع عالية نسبيًا لهوائي محطة القاعدة، يلزم عادةً مسافة هوائي في حدود (10 أطوال موجية) لضمان ارتباط منخفض متبادل بالخبو.

وفي الوقت نفسه بالنسبة لتجهيزات المستعمل في نفس النوع من البيئة، غالبًا ما تكون مسافة الهوائي في حدود نصف طول موجة فقط (0.5) كافية لتحقيق ارتباط متبادل منخفض نسبيًا، والسبب في الاختلاف بين محطة القاعدة وتجهيز المستعمل في هذا الصدد هو أنّ الانعكاسات متعددة المسيرات، والتي تسبب الخبو تحدث بشكل رئيسي في المنطقة القريبة حول تجهيزات المستعمل في سيناريو الخلية الكبيرة.

وكما يظهر في تجهيزات المستعمل فإنّ المسيرات المختلفة ستصل عادةً من زاوية واسعة، ممّا يعني ضمناً وجود ارتباط خبو منخفض بالفعل مع مسافة هوائي صغيرة نسبياً، وفي الوقت نفسه وكما ينتج عن محطة القاعدة (الخلية الكبيرة) ستصل المسيرات المختلفة عادةً في زاوية أصغر بكثير، ممّا يعني الحاجة إلى مسافة أكبر بكثير للهوائي لتحقيق ارتباط منخفض الخبو.

مبدأ تنظيم هوائيات المحطة الأساسية

يتزايد استخدام أنظمة الراديو الخلوية حاليًا في جميع أنحاء العالم لتوفير الاتصالات لمستخدمي الهواتف المحمولة، ومن أجل تلبية الطلب على السعة وضمن توزيع نطاق التردد المتاح تقسم الأنظمة الراديوية الخلوية منطقة جغرافية ليتم تغطيتها في خلايا.

في وسط كل خلية توجد محطة قاعدية تتواصل من خلالها المحطات المتنقلة، يتم تقسيم قنوات الاتصال المتاحة بين الخلايا بحيث يتم إعادة استخدام نفس مجموعة القنوات بواسطة خلايا معينة، كما يتم تخطيط المسافة بين الخلايا المعاد استخدامها بحيث يتم الحفاظ على تداخل القناة المشتركة عند مستوى مقبول.

عندما يتم نشر نظام راديو خلوي جديد في البداية غالبًا ما يهتم المشغلون بزيادة نطاق الوصلة الصاعدة (من محطة متنقلة إلى محطة أساسية) والوصلة الهابطة (محطة قاعدة إلى محطة متنقلة)، والنطاقات في العديد من الأنظمة محدودة الوصلة الصاعدة بسبب المستويات المنخفضة نسبيًا للطاقة المرسلة للمحطات المتنقلة المحمولة يدويًا، وتعني أي زيادة في النطاق أنه يلزم عدد أقل من الخلايا لتغطية منطقة جغرافية معينة وبالتالي تقليل عدد المحطات الأساسية وتكاليف البنية التحتية المرتبطة بها.

عندما يتطور النظام الراديوي الخلوي يمكن أن يزداد الطلب على السعة في كثير من الأحيان خاصةً في المدن إلى النقطة التي تتطلب المزيد من الخلايا الأصغر حجمًا، من أجل تلبية السعة المطلوبة لكل وحدة مساحة وتُعرف العملية المستخدمة لإنشاء هذه الخلايا الصغيرة باسم تقسيم الخلية، حيث ستؤدي أي تقنية يمكنها توفير سعة إضافية دون الحاجة إلى تقسيم الخلايا مرة أخرى، إلى تقليل عدد مواقع المحطات الأساسية وتكاليف البنية التحتية المرتبطة بها.

العلاقة بين التداخل وتنظيم هوائيات المحطة الأساسية

يمكن للهوائي المستخدم في موقع المحطة الأساسية إجراء تحسينات كبيرة على نطاق وسعة نظام الراديو الخلوي، والمخطط المثالي لهوائي محطة القاعدة هو حزمة ذات عرض زاوي ضيق والشعاع الضيق موجه نحو الجهاز المتحرك المطلوب، وهو ضيق في كل من مستوي السمت والارتفاع ويتتبع حركات الجهاز المتحرك.

عند مقارنتها بهوائي متعدد الاتجاهات سيكون لمثل هذه الحزمة فوائد مزدوجة تتمثل في الحصول على مكاسب عالية، ممّا يؤدي إلى زيادة النطاق في عمليات النشر الأولية المحدودة للضوضاء الحرارية ورفض التداخل من خلايا إعادة استخدام القناة المشتركة، ممّا يسمح بسعة أعلى دون انقسام الخلية في حالة التطور عمليات النشر.

تقلل الحزمة الضيقة التداخل بطريقة متوازنة على الوصلة الصاعدة والهابطة، وعلى الوصلة الصاعدة يكون مستقبل المحطة الأساسية محميًا من التداخل، والذي تولده مرسلات المحطة المتنقلة في خلايا إعادة الاستخدام المشتركة للقناة، وعلى الوصلة الهابطة من غير المحتمل أن يكون الهاتف المحمول في حزم مرسلات المحطة الأساسية في خلايا إعادة استخدام القناة المشتركة.

إن مدى ميزة هوائي الحزمة الضيقة على هوائي متعدد الاتجاهات هو دالة لعرض الحزمة، حيث كلما كان عرض الحزمة أضيق زادت الميزة ولكن يجب مقايضتها مع زيادة حجم وتعقيد الهوائي، وعلى الرغم من أن الحزمة الضيقة تتشكل عند ترددات الراديو (عادةً في نطاقات 900 أو 1800 ميجاهرتز)، إلّا أنّه يمكن تصورها بشكل مفيد على أنها مماثلة لشعاع الليزر الذي ينبعث من المحطة الأساسية ويتتبع الهواتف المحمولة.

العلاقة بين زاوية التداخل وتنظيم هوائيات المحطة الأساسية

عندما يتناقض مع هوائي متعدد الاتجاهات فإنّه ينتج مسار إرسال عالي الجودة مع الحد الأدنى من التداخل وتسمح طريقة استخدام الهوائيات التوجيهية في الأنظمة الحالية بالحصول على فوائد صغيرة نسبيًا، حيث يعتمد استخدام الهوائيات التوجيهية في الأنظمة الراديوية الخلوية الحالية على مبدأ تقسيم القطاعات، كما تأتي المصادر الرئيسية للتداخل في النظام الخلوي، ممّا يسمى خلايا إعادة استخدام الطبقة الأولى.

سيتلقى هوائي المحطة القاعدة متعدد الاتجاهات تداخلًا من جميع خلايا إعادة الاستخدام، وإذا تم استخدام هوائي بعرض حزمة قيمته (120 °)، فسيتوافق مع تشكيل ثلاثي القطاعات وسيتم استقبال التداخل من خليتي إعادة استخدام من الدرجة الأولى فقط.

وإذا تم استخدام هوائي بعرض حزمة (60 °) فسيتوافق مع تشكيل سداسي المقطع وسيتم استقبال التداخل من خلية واحدة فقط من خلايا الطبقة الأولى، كما يتم توصيل أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية الخلوية في المحطة الأساسية بقطاع واحد فقط (أو هوائي)، ولا يمكن استخدامها في قطاعات أخرى داخل نفس الخلية.

في النهاية، إنّ هوائي المحطة الأساسية يشتمل على مجموعة متعددة من صفائف الهوائي وكل منها قادر على تشكيل عدة حزم ضيقة متداخلة منفصلة في السمت، بحيث يحدث أحياناً تداخل بين الهوائيات.