ما هو السطح البيني الراديوي في الاتصالات

تحدد واجهات الراديو شروط استخدام الترددات الراديوية، حيث إنّهم يجمعون المعلمات التقنية كالطاقة المنبعثة والقنوات والتنظيمية كنوع الترخيص والمعايير ذات الصلة، ولا يمكن استخدام المعدات الراديوية إلا بشرط أن تتوافق الخصائص التقنية مع تلك المدرجة في مواصفات السطح البيني الراديوي.

أساسيات السطح البيني الراديوي في الاتصالات

أدى النمو المتسارع لبيانات الهاتف المحمول في الشبكات الكبيرة إلى تطور أنظمة الاتصالات نحو اتصالات محلية فعالة من حيث الطيف وموفرة للطاقة وسريعة، ومن الحقائق المعروفة أنّ أفضل طريقة لزيادة السعة في مساحة الوحدة هي إدخال خلايا أصغر، وتعتمد اتصالات المنطقة المحلية حاليًا بشكل أساسي على عائلة (IEEE 802.11 WLAN) كونها رخيصة، وموفرة للطاقة مع عدد قليل من المستخدمين لكل نقطة وصول.

كما يتضمن (3GPP LTE-Advanced) أيضاً طرقًا جديدة لوظائف إدارة التداخل لخلايا بيكو وفيمتو للاتصالات الخلوية الصغيرة، ومع ذلك فإنّ المشكلة الرئيسية في (LTE-A) هي أنّ علم الأعداد للطبقة المادية لا يزال محسنًا للخلايا الكبيرة وليس لاتصالات المنطقة المحلية، وعلاوة على ذلك فإنّ التعقيد الكلي والنفقات العامة لمستوى التحكم والرموز المرجعية كبيرة جدًا بالنسبة لاتصالات المنطقة المحلية الطيفية والكفاءة في استخدام الطاقة.

يتم اعتماد معلمات واجهة راديو مرنة جديدة قائمة على (TDD) لاتصالات المنطقة المحلية 5G تجمع بين الأفضل ممارسات كل من تقنيات (WiFi) و(LTE-A)، حيث يتم تصميم النظام بناءً على خصائص انتشار المنطقة المحلية وتوزيعات الحركة المتوقعة واستنباط أهداف لمفاهيم المنطقة المحلية المستقبلية، كما أنّ التصميم الجديد يمكن أن يقلل بشكل كبير من زمن انتقال النظام، ويوفر فرصاً متزايدة للنوم على كل من المحطة الأساسية وجوانب معدات المستخدم ممّا يؤدي إلى تحسين توفير الطاقة، بالإضافة إلى ذلك من خلال التصميم الدقيق للتحكم في النفقات العامة يمكن تحسين استخدام القناة.

من بين جميع الاحتمالات لتحسين الكفاءة الطيفية، فإنّ التوجه نحو زيادة كثافة خلايا (LA) الصغيرة أو شبكات الخلايا الصغيرة (SCNs)، ويُنظر إليه على أنه المرشح الأكثر فاعلية لتعزيز كفاءة طيف الشبكة وقد يتم التحكم في خلايا (LA) الصغيرة أو لا يتم التحكم فيها بواسطة محطات القاعدة الكلية، ونصفها كخلايا منسقة أو غير منسقة على التوالي، وبافتراض وجود خلايا (LA) غير خاضعة للرقابة فمن المرجح أن تكون العقدة B المطورة المقابلة (eNB) أو (AP) مملوكة للمستخدم النهائي.

• “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network” و”eNB” هي اختصار لـ “Evolved Node B”.

• “AP” هي اختصار لـ “access point” و”TDD” هي اختصار لـ “Time Division Duplexing”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution” و”3GPP” هي اختصار لـ “3rd Generation Partnership Project”.

• “LTE-A” هي اختصار لـ “Long Term Evolution Advanced” و”IEEE” هي اختصار لـ “Institute of Electrical and Electronics Engineers”.

مبدأ عمل السطح البيني الراديوي في الاتصالات

يتم استخدام واجهة راديوية جديدة بعنوان المنطقة المحلية القائمة على الإرسال المزدوج بتقسيم زمني مرن (5G (TDD) (5GETLA))، حيث تم تصميم ترقيم الطبقة المادية (5GETLA) لخلايا (LA) كثيفة باستخدام الأدوات الحالية لتحقيق أهداف تصميم (5G)، بحيث يكون هناك حاجة إلى تقليل فترات الإطار والفاصل الزمني للإرسال (TTI) بشكل واضح بالمقارنة مع (LTE)، والأعداد للطبقة المادية الذي يقلل من فترات الرمز والإطار بعامل 10.

وكذلك التأثيرات على كفاءة الطاقة (EE) والكفاءة الطيفية (SE) والكمون، والتي نعني بها وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا للطبقة المادية (RTT) من إرسال حزمة إلى استلام إقرار (ACK) لتلك الحزمة، ويتم الإشارة إلى عناصر الشبكة لنظام (5GETLA) الجديد على أنّها محطات قاعدة محلية (LABS) كنقاط وصول مستخدمة مع (5GETLA)، والإشارة إلى عقد الوصول التي تدعم (LTE) مثل المحطات الأساسية (BS) أو (eNBs).

علاوة على ذلك يتم وصف التقنيات الخلوية المتنقلة الحالية (3GPP) وتقنيات (IEEE WLAN 802.11) ذات الصلة ولا سيما قيودها تجاه تحسين اتصالات (LA) في المستقبل، كما أنّ أسلوب العرض الشامل المختار مرتب ومبرر؛ للتوسع بعمق في أحدث تقنيات الراديو الخلوي (3GPP) وحلول راديو (IEEE WLAN) ولا سيما قيودها المعينة من منظور اتصالات (LA) في المستقبل مع زمن انتقال صعب للغاية، والأهداف السكانية للأجهزة وكفاءة الطاقة.

كما أنّ أسلوب العرض مثل هذا سيحفز بشكل أفضل والتي تعبر حدود (3GPP) الخلوية المتنقلة ومجتمعات (IEEE WLAN)، والغرض الرئيسي من وضع مبادئ التصميم الأساسية التي تم استخدمها لتحديد مرشح جديد للطبقة المادية لشبكات الخلايا الصغيرة (5G)، نظراً لأن التصميم يتطور حالياً وأن تنفيذ محاكاة مستوى النظام هو عملية مستمرة، فقد يتم ظهور المزيد من التداخل التفصيلي والكمون وتحليل الإنتاجية والمحاكاة للبحث في المستقبل.

إنّ تكثيف الشبكة مع الواجهة الراديوية الجديدة المرنة القائمة على (TDD) هي حل تقني قابل للتتبع لتعزيز كفاءة طيف الشبكة على وجه الخصوص في تلك المناطق والمواقع، والتي تكون فيها كثافة المستخدم عالية.

• “ACK” هي اختصار لـ “Acknowledge” و”BS” هي اختصار لـ “Base Station”.

• “EE” هي اختصار لـ “Energy Efficiency” و”SE” هي اختصار لـ “Spectral efficiency”.

• “RTT” هي اختصار لـ “Round-trip time” و”TTI” هي اختصار لـ “Transmission Time Interval”.

كيفية تحسين الكفاءة الطيفية في السطح البيني الراديوي في الاتصالات

لتحقيق كفاءة طيفية عالية في خلية LA مع كثافة مستخدم عالية  أو حمل حركة مرور، يجب مزامنة النظام وجدولته، وأظهر الجيل الثاني والثالث والرابع من شبكات الماكرو الخلوية المتنقلة أن الطريقة الوحيدة لخدمة مجموعات كبيرة من الأجهزة بكفاءة لكل خلية، هي الحصول على وصول لاسلكي متزامن ومجدول.

علاوة على ذلك، فإنّ الأداء الضعيف لشبكات (WLAN) تحت الحمل الثقيل أو كثافة المستخدم العالية يوضح سبب الوصول غير المتزامن وغير المجدول إلى الوسائط، وخاصة الوصول المتعدد لاستشعار الناقل مع تجنب الاصطدامات (CSMA / CA)، والمستخدمة بواسطة وظيفة التنسيق الموزعة (DCF) في الوصول المتوسط ​​لشبكة (WLAN)، ولا يعمل في السيناريوهات المتوقعة لاتصالات 5G.

في (5G) يتم دعم عدد أكبر من الأجهزة لكل وحدة مساحة، كما أنّ عدد الأجهزة التي تولد حركة المرور سيستمر في الزيادة، ومن الشائع أكثر فأكثر أن يكون لدى كل مستخدم نظارات الواقع المعزز والهواتف الذكية والكمبيوتر اللوحي والكمبيوتر المحمول، وربما أجهزة أخرى تعمل باستمرار على تحديث حالتها ونقل البيانات عبر رابط الاتصالات اللاسلكية.

على وجه الخصوص، يمكن أن يصبح حمل الإشارات على شبكات المحمول الموجودة شاملاً بكميات كبيرة من الحزم الصغيرة، وهناك حاجة إلى تصميمات أكثر كفاءة لدعم عدد متزايد من الأجهزة التي تقوم بتحديث حالتها بشكل غير متزامن، لذلك من المهم تحسين أداء (bps / Hz / J / km2) للنظام وإدراج الطاقة المستخدمة للإشارة في التقييمات.

• “CSMA / CA” هي اختصار لـ “Carrier-sense multiple access with collision avoidance”.

• “DCF” هي اختصار لـ “Distributed coordination function”.