اقرأ في هذا المقال
- أساسيات محطة القاعدة متعددة الهوائيات
- معلمات محطة القاعدة متعددة الهوائيات
- أهمية الهوائي متعدد النطاقات في المحطات القاعدية
- أداء الهوائي متعدد النطاقات في المحطات القاعدية
تتنبأ نظرية المخرجات المتعددة والمدخلات المتعددة متعددة المستخدمين بمكاسب السعة المتعددة من خلال الاستفادة، من العديد من الهوائيات على المحطات الأساسية اللاسلكية لخدمة عملاء متعددين في وقت واحد من خلال تشكيل الحزم متعدد المستخدمين (MUBF)، ومع ذلك فإنّ تحقيق محطة قاعدة بها عدد كبير من الهوائيات ليس بالأمر السهل، ولا يزال يتعين تحقيقه في العالم الحقيقي.
أساسيات محطة القاعدة متعددة الهوائيات
هوائي المحطة القاعدية هو عنصر أساسي في شبكة الاتصالات اللاسلكية، وهذه الهوائيات هي محطة أساسية مثبتة على أبراج لتوفير الاتصال الخلوي للمستخدمين، كما تستخدم هذه الهوائيات لتغطية نطاق تردد واحد أو نطاقات تردد متعددة، وغالبًا ما تحتوي الهوائيات متعددة النطاقات على هوائيات متعددة داخل رادوم واحد وفي هذه الحالة يكون لكل هوائي منفذ منفصل، يمكن توصيله بمحطات قاعدة مختلفة أو بأقسام مختلفة من محطة قاعدة واحدة.
عادةً ما يتم تركيب المحطات القاعدية فوق الأرض مع اختلاف ارتفاعها وفقًا للمحيط، حيث إنّها نقطة الاتصال الرئيسية لجهاز عميل محمول لاسلكي واحد أو أكثر، كما يمكن أن تتكون المحطة الأساسية من واحد أو أكثر من هوائيات التردد اللاسلكي التي ترسل أو تستقبل إشارات الراديو.
يتميز هوائي المحطة القاعدية بتعدد هوائيات المصفوفة، حيث يشتمل كل هوائي صفيف في مجموعة هوائيات المصفوفة على وحدة إشعاع واحدة على الأقل ولوحة عاكسة وشبكة تغذية، كما يتم ترتيب وحدة الإشعاع على السطح الأمامي للوحة الانعكاس، وتتكون شبكة التغذية من هيكل تجويف واحد على الأقل لخط الشريط ودائرة خط (microstrip).
ملاحظة: “MUBF” هي اختصار لـ “Multiuser package formation”.
معلمات محطة القاعدة متعددة الهوائيات
1- نطاقات التردد
- هذه هي نطاقات تردد التشغيل التي يمكن أن يعمل فيها هوائي المحطة الأساسية.
- قد يعمل الهوائي الأساسي في نطاق تردد واحد أو يكون له دعم متعدد النطاقات اعتمادًا على التطبيق.
2- الكسب dBi
- الكسب، هو معلمة تقيس درجة اتجاهية مخطط إشعاع الهوائي.
3- مخطط الإشعاع
- مخطط الإشعاع هو تمثيل لتوزيع الطاقة المشعة في المستوى الأفقي.
4- الاستقطاب
- يشير استقطاب الهوائي إلى اتجاه المجال الكهربائي لموجة الراديو المرسلة بواسطته.
- يمكن أن يكون استقطاب هوائي المحطة الأساسية خطيًا أو دائريًا أو مزدوج الميل (± 45 درجة).
5- عرض الحزمة
- عرض الحزمة هو الزاوية التي تشع منها غالبية قدرة الهوائي.
- يمكن قياسه على مستوى أفقي (سمت) أو عمودي (ارتفاع) ويتم التعبير عنه بالدرجات (°).
6- الإمالة الكهربائية عن بعد RET
- هي قدرة الهوائي على تغيير اتجاهه عن بعد لتعديل اتجاه الإشعاع.
- تُستخدم تقنية (RET) لإنشاء إمالة شعاع أكبر في اتجاه واحد من الاتجاه الآخر، وذلك أساسًا لاستيعاب التضاريس غير العادية.
أهمية الهوائي متعدد النطاقات في المحطات القاعدية
هناك حاجة إلى تشكيلات مضغوطة للهوائيات متعددة النطاقات ذات الأداء الجيد لتحقيق محطات أو محطات قاعدية متنقلة متعددة النطاقات، حيث تحتوي المحطات المتنقلة الحالية عادةً على هوائي متعدد النطاقات وتغذية واحدة لنطاقات (GSM) وهوائي وتغذية أخرى لنظام (UMTS)، وفي نفس الوقت الذي أصبحت فيه مساحة الهوائيات في المطراف المتنقل محدودة للغاية، حيث هناك حاجة لتركيب المزيد من الهوائيات داخل المطراف وعلى سبيل المثال لتنفيذ تنوع الهوائي المتنقل.
يمكن استخدام تنوع الهوائي لتحسين أداء الأجهزة الراديوية في بيئة انتشار متعدد المسيرات، حيث في تنوع الهوائي يستخدم هوائيان أو أكثر يعملان في نفس نطاق التردد؛ لتلقي نفس المعلومات عبر قنوات الراديو الخبو بشكل مستقل، وعندما تتلاشى إشارة إحدى القنوات يمكن للمستقبل الاعتماد على الهوائي الآخر لتقديم مستوى إشارة أعلى.
بدلاً من ذلك من الممكن أيضًا دمج إشارتين أو أكثر بطريقة تقلل من التداخل الناجم عن أجهزة الإرسال الأخرى، ومع ذلك فإن ثمن تحسين الأداء هو زيادة التعقيد وبشكل عام يمكن أن يوفر التنوع وعلى سبيل المثال جودة أفضل للمكالمات، ومعدلات بيانات محسنة وقدرة شبكة متزايدة دون استخدام طيف تردد إضافي.
يمكن أن يوفر التنوع أيضًا عمرًا أطول للبطارية أو مدتها، وعند التنفيذ في المطاريف المتنقلة يمكن الاستفادة من تنوع الهوائي دون استثمارات في البنية التحتية للشبكة، وفي المطاريف المتنقلة يمكن أن يقلل استخدام هوائيات متعددة لنظام واحد من تأثير المستخدم على أداء الهوائي، ومع ذلك فإنّ بعض المشكلات تتعلق أيضًا بأحجام الهوائيات.
إحدى المشكلات الرئيسية للهوائيات الصغيرة هي عرض النطاق الترددي للتشغيل الصغير، كما يرتبط عرض النطاق بالكفاءة وحجم الهوائي، بحيث لا يمكن تحسين الخصائص تقليل حجم الهوائي على حساب الخصائص الأخرى، وعلى سبيل المثال إذا كانت هناك حاجة إلى عرض نطاق أكبر للهوائي لنظام اتصالات جديد أو لتنفيذ وظيفة هوائي جديدة، مثل التنوع فإن أبسط طريقة للقيام بذلك هي زيادة حجم الهوائي أو مقايضة بعض الكفاءة الإجمالية.
ملاحظة:“GSM” هي اختصار لـ “Global system for mobile communication”.
ملاحظة:“UMTS” هي اختصار لـ “Universal Mobile Telecommunications System”.
أداء الهوائي متعدد النطاقات في المحطات القاعدية
يعتمد أداء هوائي صغير في مطراف صغير نسبيًا أيضًا على موقع واتجاه الهوائي وكذلك على حجم وشكل المطراف، كما يمكن أن يكون العثور على مواقع مناسبة للهوائي في المطراف على الأقل بنفس أهمية بنية الهوائي الفعلية للأداء، وتنشأ مشاكل أخرى عندما يتم وضع هوائيين يعملان في نفس النطاق الترددي بالقرب من بعضهما البعض لأنّهما يميلان إلى الاقتران ببعضهما البعض.
في تطبيقات التنوع وتطبيقات (MIMO)، يقلل الاقتران المتبادل من كفاءة الهوائيات المقترنة مما يقلل التحسن من ذلك، والذي يمكن أن يكون ممكنًا مع الهوائيات المعزولة تمامًا والتي يمكن تصميمها بشكل أكثر استقلالية، وعلاوةً على ذلك فإنّ الاقتران المتبادل يعقد تصميم الهوائي لأنّه يتسبب في إجراء تعديلات على هوائي واحد للتأثير أيضًا على الهوائيات الأخرى.
يُعد العزل الكبير بين الهوائيات العاملة في نطاقات مختلفة مفيدًا أيضًا لأنّه يمكن أن يسمح بتبسيط الواجهة الأمامية للتردد اللاسلكي، ومع ذلك قد يكون من الصعب جدًا تصميم الهوائيات التي تحتوي على عزل يزيد عن (10 dB) في المساحة المحدودة المسموح بها للهوائيات الداخلية للمطاريف المتنقلة الحديثة.
ملاحظة: “MIMO” هي اختصار لـ “multiple-input and multiple-output”.
في النهاية، الهوائي في المحطة الطرفية هو جزء ضروري من أي نظام هاتف، وبدونه لن يتمكن الهاتف من إرسال أو استقبال الصوت أو البيانات، وهوائي للاتصالات عن طريق تغيير شكل الهوائي وتردده واتجاهه.
