ما هي شبكة الوصول إلى الراديو RAN في الاتصالات

يعد معيار (5G NR) هو أحدث واجهة راديو وتقنية وصول إلى الراديو لتقنية (5G) الخلوية، وتدعم الواجهة نطاقات تردد متعددة، بما في ذلك نطاقات (6 جيجاهيرتز) الفرعية ونطاقات الموجات المليمترية (mmWave) مثل (24 جيجاهرتز) و(28 جيجاهرتز) وما فوق، وتوفر نطاقات (mmWave) سرعات تنزيل تزيد عن (1 جيجابت في الثانية) لكنّها قللت من النطاقات مقارنة بخدمات أقل من (6 جيجاهرتز).

ما هي شبكة الوصول إلى الراديو RAN

شبكة الوصول إلى الراديو (RAN): هي مكون رئيسي لنظام الاتصالات اللاسلكية الذي يربط الأجهزة الفردية بأجزاء أخرى من الشبكة من خلال ارتباط لاسلكي، بحيث يربط معدات المستخدم مثل الهاتف المحمول أو الكمبيوتر أو أي جهاز يتم التحكم فيه عن بُعد، عبر اتصال ألياف أو اتصال لاسلكي، وينتقل هذا الارتباط إلى الشبكة الأساسية والتي تدير معلومات المشترك والموقع والمزيد.

• “5G NR” هي اختصار لـ “5G New Radio”.

• “RAN” هي اختصار لـ “Radio Access Network”.

أساسيات شبكة الوصول إلى الراديو RAN

تُعد (RAN) والتي تسمى أحيانًا شبكة الوصول، هي عنصر الراديو في الشبكة الخلوية، كما تتكون الشبكة الخلوية من مناطق أرضية تسمى الخلايا، ويتم تقديم الخلية بواسطة جهاز إرسال واستقبال لاسلكي واحد على الأقل، على الرغم من أنّ المعيار يكون عادةً ثلاثة لمواقع الخلية.

تطورت شبكات (RAN) من الجيل الأول (1G) إلى الجيل الخامس (5G) من الشبكات الخلوية، ومع تطوير تقنية الجيل الرابع (4G) في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، قدم مشروع شراكة الجيل الثالث شبكة (RAN) طويلة المدى (LTE)، وتغيرت شبكة الوصول اللاسلكي والشبكة الأساسية بشكل كبير، ومع (4G) اعتمد اتصال النظام لأول مرة على بروتوكول الإنترنت (IP) ليحل محل الشبكات السابقة القائمة على الدوائر.

الآن، مع (LTE Advanced) و(5G) تأتي التحسينات في شكل (RAN) مركزي ويُطلق عليه أيضًا (C-RAN)، وصفائف الهوائي المتعددة مثل (MIMO) ومنذ طرح الشبكات الخلوية الأولى، توسعت إمكانيات (RAN) لتشمل المكالمات الصوتية والرسائل النصية وتدفق الفيديو والصوت، وزادت أنواع معدات المستخدم التي تستخدم هذه الشبكات بشكل كبير بما في ذلك جميع أنواع المركبات والطائرات بدون طيار وأجهزة إنترنت الأشياء.

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

• “C-RAN” هي اختصار لـ “Cloud RAN”.

• “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-input multiple output”.

مكونات شبكة RAN

تشمل مكونات (RAN) المحطات القاعدية والهوائيات التي تغطي منطقة معينة اعتماداً على سعتها، كما توفر رقائق السيليكون في كل من الشبكة الأساسية ومعدات المستخدم وظائف (RAN)، وتقوم الهوائيات بتحويل الإشارات الكهربائية إلى موجات راديو.

تقوم أجهزة الراديو بتحويل المعلومات الرقمية إلى إشارات يمكن إرسالها لاسلكياُ، وتضمن أن تكون عمليات الإرسال في نطاقات التردد الصحيحة مع مستويات الطاقة المناسبة، حيث توفر وحدات النطاق الأساسي (BBUs) مجموعة من وظائف معالجة الإشارات التي تجعل الاتصال اللاسلكي ممكناً، ويستخدم النطاق الأساسي التقليدي إلكترونيات مخصصة مدمجة مع أسطر متعددة من التعليمات البرمجية لتمكين الاتصال اللاسلكي، عادةً باستخدام الطيف الراديوي المرخص وتكتشف معالجة (BBU) الأخطاء وتأمين الإشارة اللاسلكية وتضمن استخدام الموارد اللاسلكية بشكل فعال.

• “BBU” هي اختصار لـ “baseband unit”.

كيفية عمل شبكة RAN

يوفر (RAN) الوصول إلى الموارد وتنسيقها عبر مواقع الراديو، بحيث يتصل الهاتف أو أي جهاز آخر لاسلكيًا بالعمود الفقري أو الشبكة الأساسية، ويرسل (RAN) إشاراته إلى نقاط نهاية لاسلكية مختلفة حتى يتمكن من السفر مع حركة المرور من الشبكات الأخرى، كما يمكن توصيل هاتف أو هاتف واحد في نفس الوقت بشبكات (RAN) متعددة وتسمى أحيانًا أجهزة الهاتف ثنائية الوضع.

في الجيل الثاني (2G) والجيل الثالث (3G) من بنية (RAN)، تدير وحدة التحكم (RAN) العقد المتصلة بها، ووحدة تحكم شبكة (RAN) التي تدير موارد الراديو والتنقل وتشفير البيانات، بحيث تتصل بالشبكة الأساسية بتبديل الدارات والشبكة الأساسية بتبديل الحزمة واعتمادًا على نوع (RAN).

ومع ظهور (4G LTE) وشبكة (IP) بالكامل تتغير تخطيط شبكة الوصول إلى الراديو، وعلى وجه الخصوص أدى إدخال (C-RAN) إلى فصل أجهزة الراديو والهوائيات عن وحدة التحكم في النطاق الأساسي؛ للتكيف بشكل أفضل مع المتطلبات الحديثة للأجهزة المحمولة، كما  تقسم بنية (RAN) مستوى المستخدم ومستوى التحكم إلى عناصر منفصلة.

يمكن لوحدة التحكم في (RAN) تبادل مجموعة واحدة من رسائل بيانات المستخدم من خلال مفتاح شبكة محدد بالبرمجيات، ومجموعة ثانية من خلال واجهة قائمة على التحكم، كما يتيح هذا الفصل لشبكة (RAN) أن تكون أكثر مرونة مع استيعاب تقنيات المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة، مثل تقطيع الشبكة وتقنية (MIMO) العالية والضرورية لشبكة الجيل الخامس.

أنواع شبكات الوصول إلى الراديو RAN

يُعد (Open RAN) هو الموضوع الساخن في عالم شبكة الوصول، وهي تتضمن تطوير أجهزة وبرامج وواجهات مفتوحة قابلة للتشغيل المتبادل للشبكات اللاسلكية الخلوية، والتي تستخدم خوادم الصندوق الأبيض وغيرها من المعدات القياسية، بدلاً من الأجهزة المخصصة المستخدمة عادةً في المحطات الأساسية.

تفصل (C-RAN) عناصر الراديو في محطة أساسية إلى رؤوس لاسلكية بعيدة (RRHs)، كما يمكن استخدامها فوق الأبراج الخلوية للحصول على تغطية لاسلكية أكثر كفاءة، ويجب توصيل محطات (RRH) بوحدات التحكم المركزية في النطاق الأساسي عبر وصلات راديو الألياف أو الموجات الصغرية، وتستخدم معظم عمليات معالجة النطاق الأساسي خوادم الصندوق الأبيض القياسية.

• “RRH” هي اختصار لـ “remote radio head”.

تطور شبكة RAN

تم إطلاق الشبكات الخلوية (1G) في طوكيو عام 1979م باستخدام أجهزة الراديو التناظرية والتكنولوجيا اللاسلكية، كما تم إنشاء أول شبكة خلوية تجارية في الولايات المتحدة في عام 1983م وفي عام 1991م، وتم إطلاق شبكة (2G GSM) رقمية وسرعان ما تم إطلاق الشبكات الخلوية في جميع أنحاء العالم، ممّا مكن الناس من نقل البيانات وإرسال الرسائل النصية لأول مرة.

أدى ذلك إلى انقسام بين معايير (GSM) والوصول المتعدد بتقسيم الكود (CDMA)، وتم تطوير معيار (GSM) من قبل المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات ويتم استخدامه في جميع أنحاء العالم، وطورت (Qualcomm CDMA) و(UMTS) هو المعيار القائم على (GSM) لشبكة الجيل الثالث بينما كان (CDMA2000) معيارًا منافسًا، أصبح الوصول إلى الإنترنت عبر الهاتف المحمول ممكنًا مع شبكة الجيل الثالث والتي توفر سرعة تنزيل تبلغ (6 ميجابت في الثانية).

تم إطلاق خدمة (4G LTE) في 2009م، وكانت (4G LTE) أول مواصفات شبكة خلوية رئيسية تستخدم (IP) لجميع حزم البيانات بما في ذلك الصوت، وبدءًا من عام 2013م مع نشر (4G LTE Advanced) الحقيقي أصبح المزيد من صفيفات هوائي (C-RAN) و(MIMO) متاحين.

بدأ تطبيق (5G NR) في نهاية عام 2018م واستمر في 2019م و2020م، وغالبية شبكات (5G) المنتشرة حتى الآن هي شبكات (RAN) التي تستخدم شبكة (4G) الأساسية للتعامل مع جلسات البيانات، على الرغم من أنّ شبكات (5G) المستقلة التي تعمل بدون قاعدة (4G) هي بدأ في الوصول.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile communication”.

• “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

• “CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division Multiple Access”.