اقرأ في هذا المقال
- أساسيات نقل البيانات في نظام الاتصالات الخلوية
- مبدأ عمل نقل البيانات في نظام الاتصالات الخلوية
- تطور عمل نقل البيانات في نظام الاتصالات الخلوية
يتضمن النظام الخلوي مرحلاً متحركاً واحداُ أو أكثر، كما يحتوي كل منها على واحد أو أكثر من وحدات إلغاء التداخل الإضافية “ICM”، والقادرة على توليد إشارة أنظف عن طريق زيادة نسبة الإشارة إلى المتداخل “SIR” وبالتالي إلغاء التداخل، كما ينشأ التداخل من داخل الشبكة أو من مصدر خارج الشبكة.
أساسيات نقل البيانات في نظام الاتصالات الخلوية
يتيح نظام الاتصال الخلوي بين محطتين أو أكثر من المحطات المتنقلة وفي منطقة جغرافية تفتقر إلى تغطية خلوية كافية بواسطة محطة قاعدية ثابتة واحدة أو أكثر نقل البيانات، وأدت الشعبية المتزايدة للاتصالات الخلوية إلى تحسينات هائلة في نشر البنية التحتية الخلوية في المناطق الحضرية، وكذلك على الطرق السريعة في البيئات الريفية في العديد من البلدان حول العالم.
كما أنّ نظام الاتصالات يتألف من مرحلات ومرحلات متحركة بما في ذلك وظائف المحطة الأساسية والمتنقلة ومدير لاسلكي، وكلها مرحلات أو مرحلات متحركة في حالات الطوارئ متواجدة في نفس الموقع، بما في ذلك شبكة ثابتة محاكية تتضمن بوابة اتصال “IP” محاكية تتواصل مع إدارة تنقل محاكية كيان ومحاكاة تشغيل شبكة ثابتة، والمرحل المتحرك في حالات الطوارئ هو جذر لشجرة فرعية بما في ذلك المرحلات المتحركة والمحطة أو المحطات المتنقلة.
واستخدام وظائف المحطة المتنقلة ووظائف المحطة الأساسية ومدير الراديو للتشغيل العادي والطارئ بما في ذلك الاتصال بمحطة متنقلة معينة، وفي الشجرة الفرعية كل رسالة مستلمة من مرحل متحرك أو محطة متنقلة في الشجرة الفرعية، والرسالة التي لها عنوان “IP” للمحطة المتنقلة المعينة أو الاتصال بالشبكة الثابتة، والتي تمت محاكاتها لكل رسالة يتم تلقيها من مرحل أو محطة متنقلة متحركة في الشجرة الفرعية ولها عنوان “IP” لا يتطابق مع أي محطة متنقلة في الشبكة الفرعية.
أدى إدخال معيار “3G” الخلوي ومعيار “4G” الأحدث إلى تشجيع الاستثمارات الكبيرة لتحسين التغطية الخلوية في مثل هذه المناطق، كما يوفر الاتصال الخلوي نوعاً متنوعاً من الاتصالات يتميز على الأقل بما يلي:
- الاتصال في نطاق فرعي بمسافة متغيرة يقع في نطاق متر فرعي مثل خلايا “femto” إلى أكثر من “10 كيلومترات” مثل الخلايا الكلية.
- اتصال التطبيق المطلوب بما في ذلك تطبيق واحد على الأقل من الصوت والفيديو والبيانات.
- الاتصالات في مجموعة متنوعة من البيئات بما في ذلك واحدة على الأقل من المناطق الحضرية وشبه الحضرية والريفية.
ملاحظة:“IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.
ملاحظة:“ICM” هي اختصار لـ “Integrated Communications Management”.
ملاحظة:“SIR” هي اختصار لـ “Signal-to-interference-plus-noise ratio”.
مبدأ عمل نقل البيانات في نظام الاتصالات الخلوية
إنّ الغالبية العظمى من البنى التحتية الخلوية ذات طبيعة ثابتة أي استخدام الأجزاء الأساسية الثابتة والمحطات القاعدية، وفي حين أنّ النشر الفعال للبنية التحتية الثابتة يوفر اتصالاً خلوياً فعالاً في العديد من المناطق المكتظة بالسكان، إلّا أنّه يقصر في توفير نفس جودة الخدمة أو حتى أي تغطية خلوية في المناطق التي تفتقر إلى بنية تحتية خلوية مناسبة أو خالية من أي بنية تحتية.
بالإضافة إلى ذلك حتى المناطق الجغرافية التي لديها تغطية خلوية مناسبة قد تكون عرضة لتدهور الأداء أو حتى الانهيار التام لتغطية الاتصالات الخلوية، وعلى سبيل المثال الناتج عن الكوارث الطبيعية وعلى سبيل المثال عندما تتسبب عاصفة إعصار في إتلاف المحطات الثابتة أو النوى بشكل كبير.
وكبديل لعدم وجود بنية تحتية للاتصالات الخلوية والنظر على سبيل المثال في مهمة إنقاذ، قد يُطلب من فريق الإنقاذ استخدام أنواع مختلفة من أجهزة الاتصال اللاسلكي، وبعضها مخصصة للاتصالات قصيرة المدى وعلى سبيل المثال بين رجال الإطفاء القريبين من بعضهم البعض، والبعض الآخر يتكيف مع الاتصالات بعيدة المدى.
بعض الأجهزة قابلة للتشغيل في البيئات الريفية ولكن وظائفها تتأثر سلباً في البيئات الحضرية وتم تكييف بعض الأجهزة للتطبيقات الصوتية ولكن لا يمكنها توصيل الفيديو أو البيانات، وبالتالي هناك حاجة إلى توفير نظام خلوي يستخدم محطة قاعدة، وغير ثابتة يمكن استخدامها في منطقة جغرافية تفتقر إلى التغطية الكافية لتسهيل الاتصالات متعددة الاستخدامات.
يتم نقل المحطة الأساسية المتحركة غير الثابتة عن طريق تحريك منصة مستقلة من مجموعة تتضمن روبوتاً أرضياً أو مركبة جوية بدون طيار “UAV” أو سفينة محمولة بحراً بدون طيار، كما يتم توفير محطة متنقلة مجهزة بـ “ICM” ويمكن حملها بواسطة منصة، وفي نظام خلوي يشتمل على محطة قاعدة واحدة غير ثابتة متحركة على الأقل لتمكين الاتصال الخلوي بين محطتين متنقلتين على الأقل، وفي منطقة جغرافية تفتقر إلى تغطية خلوية كافية بواسطة محطة قاعدة ثابتة واحدة على الأقل.
كما يشتمل النظام الخلوي أيضاً على محطة قاعدة ثابتة واحدة على الأقل ويتم توفير محطة متنقلة مجهزة بـ “SM” ويمكن حملها بواسطة منصة، وفي نظام خلوي يشتمل على محطة قاعدة واحدة غير ثابتة متحركة على الأقل؛ لتمكين الاتصال الخلوي بين محطتين متنقلتين على الأقل في منطقة جغرافية تفتقر إلى تغطية خلوية كافية بواسطة محطة قاعدة ثابتة واحدة على الأقل.
- “SM” هي اختصار لـ “station mobile”.
- “UAV” هي اختصار لـ “Unmanned Aerial Vehicles”.
تطور عمل نقل البيانات في نظام الاتصالات الخلوية
يمكن أن تكون تغطية الشبكة القابلة للتكيف واحدة أو أكثر من الأنواع التالية موزعة ومركزية وموزعة جزئياً ومركزية جزئياً، وعلاوة على ذلك يمكن تكييف تغطية الشبكة بشكل مستقل عن طريق محطة قاعدة متحركة غير ثابتة، كما قد يكون النظام قابلاً للتشغيل وفقاً لمعيار “Wi-Fi“.
يُعد إلغاء التداخل المكاني وإلغاء التداخل المكاني موضوعاً معروفاً في مجال الاتصالات، حيث تتمثل أساسيات هذه التقنيات في استخدام هوائيات متعددة كصفيف الهوائي في المستقبل، ودمج الإشارات من الهوائيات بطريقة تحقق بعض معايير التحسين، وعلى سبيل المثال قد تقلل المعايير من الطاقة المستقبلة من الاتجاهات المكانية لمسببات التداخل واحد أو أكثر مع الحفاظ على الطاقة المستقبلة المناسبة للإشارة المرغوبة.
كما قد تزيد بعض المعايير الأخرى من نسبة طاقة الإشارة المرغوبة إلى طاقة مصادر التداخل المستقبلة وفي مستقبل متعدد الموجات الحاملة تتمثل إحدى الطرق المعروفة لإلغاء التداخل المكاني ولكن لكل ناقل على حدة، كما يُعرف هذا بتقنية “ما بعد FFT” ويحصل جهاز الاستقبال على الإشارات مباشرة من الهوائيات، ويقوم بإجراء تحويل فورييه السريع “FFT” على كل منها، ويفصل الإشارات إلى مجموعة من الموجات الحاملة.
بعد ذلك يتم تطبيق الإلغاء المكاني بشكل مستقل لكل من الموجات الحاملة، ولكل موجة حاملة يتم حساب الأوزان وتجميع الإشارات المناسبة من الهوائيات باستخدام هذه الأوزان، كما تُظهر هذه الطريقة أداءً جيداً وتحل مشكلة استجابة تردد النطاق العريض للصفر ولكن لها بعض العيوب، ومنها:
- تعقيد وسائل الإلغاء المكاني مرتفع للغاية، لأنّه يتم بشكل منفصل على كل موجة حاملة وعلى سبيل المثال “2048 موجة حاملة” هي قيمة نموذجية.
- يتضمن إضافة وسيلة الإبطال المكاني داخل جهاز الاستقبال أو مزيل التشكيل.
- في كثير من الأحيان يكون هذا غير ممكن لأنّ جهاز الاستقبال أو مزيل التشكيل عنصر مغلق لا يمكن تعديله أو يمكن تعديله فقط بطريقة مكلفة للغاية.
ملاحظة: “FFT” هي اختصار لـ “Fast Fourier transform”.
