كيفية نقل حزم البيانات بين الكيانات لشبكة اتصالات متنقلة

يتم توفير معدات مستخدم لشبكة اتصالات متنقلة، بحيث تحتوي شبكة الاتصالات المتنقلة على شبكة وصول لاسلكي بما في ذلك عدد كبير من الخلايا، وكما يتم تكوينها لخدمة معدات المستخدم داخل الخلية لتلقي حزمة بيانات من شبكة الوصول الراديوي، ويتم تكوين جهاز المستخدم لاستقبال العديد من الإصدارات المختلفة لحزمة البيانات المرسلة بواسطة شبكة الوصول الراديوي إلى جهاز المستخدم بالتوازي عبر موارد مادية مختلفة.

أساسيات نقل حزم البيانات بين الكيانات لشبكة اتصالات متنقلة

لتوفير حزمة بيانات لشبكة الوصول اللاسلكي يتم تكوين معدات المستخدم لتوفير مجموعة من الإصدارات المختلفة لحزمة البيانات، ولإرسال مجموعة من الإصدارات المختلفة من حزمة البيانات إلى شبكة الوصول الراديوي بالتوازي عبر موارد مادية مختلفة، وقد يكون نظام الاتصال اللاسلكي أي نظام أحادي النغمة أو متعدد الموجات يعتمد على تعدد الإرسال بتقسيم التردد، مثل نظام (OFDM) و(OFDMA) المحدد بواسطة معيار (LTE)، أو أي إشارة أخرى قائمة على (IFFT) مع أو بدون (CP) مثل (DFT-s-OFDM).

لنقل البيانات يمكن استخدام شبكة موارد مادية. قد تشتمل شبكة الموارد المادية على مجموعة من عناصر الموارد التي يتم تعيين مختلف القنوات المادية والإشارات المادية إليها، وقد تتضمن القنوات المادية الوصلة الهابطة المادية والقنوات المشتركة للوصلة الصاعدة (PDSCH) و(PUSCH) التي تحمل بيانات خاصة بالمستخدم، ويشار إليها أيضاً باسم بيانات الحمولة النافعة للوصلة الهابطة والوصلة الصاعدة وقناة البث المادية (PBCH)، التي تحمل على سبيل المثال كتلة معلومات رئيسية (MIB) وفترة معلومات النظام (SIB).

وكذلك قناة التحكم المادية في الوصلة الهابطة (PDCCH) التي تحمل على سبيل المثال معلومات التحكم في الوصلة الهابطة (DCI)، وبالنسبة للوصلة الصاعدة قد تشمل القنوات المادية أيضاً قناة الوصول العشوائي المادية (PRACH)، أو (RACH) التي تستخدمها (UE) للنفاذ إلى الشبكة بمجرد مزامنة (UE) والحصول على (MIB) و(SIB)، وقد تشتمل الإشارات المادية على إشارات مرجعية (RS) وإشارات التزامن.

قد تشتمل شبكة الموارد على رتل له مدة معينة مثل (10 مللي ثانية) في المجال الزمني وله عرض نطاق معين في مجال التردد، وقد يحتوي الإطار على عدد معين من الإطارات الفرعية بطول محدد أي إطاران فرعيان بطول (1 مللي ثانية)، وقد يشتمل كل إطار فرعي على شقين من 6 أو 7 رموز (OFDM) اعتماداً على طول البادئة الدورية (CP).

• “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiple” و”OFDMA” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiple access”.

• “CP” هي اختصار لـ “circular periodic” و”RS” هي اختصار لـ “reference signal”.

• “PRACH” هي اختصار لـ “Physical Random Access Channel” و”PUSCH” هي اختصار لـ “Physical Uplink Shared Channel”.

• “SIB” هي اختصار لـ “System Information Base” و”MIB” هي اختصار لـ “Management Information Base”.

• “PDCCH” هي اختصار لـ “Packet Data Control Channel” و”DFT-s-OFDM” هي اختصار لـ “discrete Fourier transform-spread-OFDM”.

• “PBCH” هي اختصار لـ “Physical Broadcast Channel” و”DCI” هي اختصار لـ “Downlink Control Information”.

مبدأ نقل حزم البيانات بين الكيانات لشبكة اتصالات متنقلة

يمكن تعريف (PDCCH) بعدد محدد من رموز (OFDM) لكل فجوة، ويمكن تعيين عناصر الموارد للرموز الثلاثة الأولى على (PDCCH) أي أنّ حجم (PDCCH) محدود، وبالتالي فإنّ الرقم يحد أيضاً من عدد وحدات (DC) التي يمكن حملها في إطار فرعي واحد، وهذا بدوره قد يحد من عدد تجهيزات المستعمل التي قد تتلقى تخصيصًا للإطار الفرعي عند استخدام الجدولة الديناميكية، وفي شبكة الاتصالات اللاسلكية قد تكون شبكة النفاذ الراديوي شبكة غير متجانسة بما في ذلك شبكة من الخلايا الأولية، ويشتمل كل منها على محطة قاعدة أولية ويُشار إليها أيضاً باسم محطة قاعدة ماكرو.

علاوة على ذلك يمكن توفير مجموعة من محطات القاعدة الثانوية والتي يشار إليها أيضاً باسم محطات قاعدة الخلايا الصغيرة لكل خلية من الخلايا الكبيرة، ومع وجود شبكتين متراكبتين متميزتين فإنّ الشبكات التي تتكون من شبكة خلايا ماكرو هي الخلية الكلية وشبكة خلوية صغيرة، وتتألف شبكة الخلايا الصغيرة من مجموعة من محطات القاعدة الخلوية الصغيرة من (SeNB) وتعمل كل منها ضمن منطقة معينة، والتي تشير أيضًا إلى منطقة التغطية للخلية الصغيرة.

يمكن التحكم في محطات القاعدة الخلوية الصغيرة (SeNB) بواسطة المحطة الأساسية للخلية الكبيرة (MeNB) التي تتصل بها المحطات القاعدية للخلايا الصغيرة (SeNB) عبر وصلات التوصيل ذات الصلة، وبدلاً من توصيل المحطات الأساسية للخلية الصغيرة عبر وصلات التوصيل إلى المحطة الأساسية للخلية الكبيرة، يمكن ربط محطة أو أكثر من محطات القاعدة الخلوية الصغيرة بالشبكة الأساسية عبر وصلات التوصيل الخاصة بها.

في شبكات اتصالات المحمول، قد تتصل تجهيزات المستعمل بشبكة النفاذ الراديوي عبر وصلات إرسال متعددة وقد تدعم تجهيزات المستعمل تجميع الموجات الحاملة (CA)، الذي يسمح بإضافة مرونة إلى التوصيل بتجهيزات المستعمل في تخصيص الموارد وموازنة الحمل بين الموجات الحاملة المتعددة المستخدمة، ويحتوي المرجع المصدق على تسلسل هرمي مسطح بما في ذلك ناقل للمكون الأساسي وعدد من الموجات الحاملة للمكونات الثانوية.

• “SeNB” هي اختصار لـ “secondary Evolved Node B”.

• “CA” هي اختصار لـ “Carrier Access”.

تطور عمل نقل حزم البيانات بين الكيانات لشبكة اتصالات متنقلة

يمكن توفير الموجات الحاملة المكونة الأولية والثانوية من قبل الكيانات نفسها أو الكيانات المختلفة في شبكة النفاذ الراديوي، وعن طريق محطة قاعدة واحدة توفر حاملات مكونة مختلفة أو من خلال مجموعة من المحطات القاعدة، كما قد تتصل تجهيزات المستعمل بشبكة (RAN) الخاصة بشبكة الاتصالات باستخدام توصيلية مزدوجة قد تتضمن وصلات إرسال متعددة، ويتصل تجهيزات المستعمل في نفس الوقت بموقعين مستقلين لمحطة قاعدة، وقد تنفذ المحطات القاعدية المعنية برامج جدولة مستقلة تخصص الموارد لتجهيزات المستعمل.

في الخلية الأولية التي تحتوي على المحطة الأساسية الأولية (MeNB) بالإضافة إلى إحدى محطات القاعدة الثانوية (SeNB)، تقع تجهيزات المستعمل داخل منطقة التغطية وتتصل بالمحطات القاعدية الأولية والثانوية، كما قد تتصل محطة القاعدة الأولية بتجهيزات المستعمل باستخدام التردد الأول وقد تتصل محطة القاعدة الثانوية بتجهيزات المستعمل باستخدام تردد ثانٍ، كما يمكن تشغيل أو إيقاف تشغيل الخلية الصغيرة ديناميكياً، لزيادة معدل النقل لكل مستخدم في حالة وجود حمل خلية غير متساوٍ.

يمكن الحفاظ على الاتصال بين تجهيزات المستعمل ومحطة القاعدة الخلوية الأولية طوال الوقت لتوفير مستوى تحكم، مثل إرسال رسائل التحكم في إرسال الإشارات إلى تجهيزات المستعمل، وترتبط المحطات الأساسية الأولية والثانوية ببعضها البعض عن طريق وصلة التوصيل والتي قد تكون واجهة شبيهة بـ (X2)، وقد تستخدم الأمثلة الأخرى لخدمة تجهيزات المستعمل عن طريق وصلات إرسال متعددة مجموعة من المحطات القاعدية التي تستخدم تقنيات مختلفة للنفاذ الراديوي (RATs).

يمكن استخدام المحطات القاعدية التي تعمل وفقًا لـ (LTE) و(5G NR) لتنفيذ المحطات الأساسية المعنية، والمحطات الأساسية الأولية هي محطات (LTE) والمحطات القاعدية الثانوية هي محطات (5G / NR) ويتم تعريف الشبكة الأساسية بواسطة (LTE)، بينما  تكون المحطة الأساسية الأولية عبارة عن محطة أساسية (5G / NR) مقترنة بشبكة أساسية (5G / NR)، والمحطة الأساسية الثانوية هي محطة قاعدة (LTE).

• “LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.

• “MeNB” هي اختصار لـ “main Evolved Node B”.