ما هي معدات المحطة الأساسية والمحطات اللاسلكية في شبكات الاتصالات الخلوية

إنّ الخدمات المستندة إلى القرب (ProSe) المحددة في (3GPP) هي مثال على اتصالات (D2D)، بحيث  يتضمن اتصال (D2D) واحداً على الأقل من الاتصالات المباشرة والاكتشاف المباشر، وفي الإصدار 12 من (3GPP) يُطلق على الرابط اللاسلكي بين (UEs) المستخدمة للاتصال المباشر، أو الاكتشاف المباشر واجهة (PC5) أو (Sidelink).

أساسيات معدات المحطة الأساسية والمحطات اللاسلكية في شبكات الاتصالات الخلوية

يمكن استخدام رابط جانبي للاتصال بين (RSU) و(UE) ويعملان كجهاز (UE) أو مرحل (UE) وللاتصال بين اثنين أو أكثر من تجهيزات المستعمل، كما أنّه في (3GPP) يستخدم إرسال الارتباط الجانبي نفس بنية الإطار مثل بنية إطار التطور طويل المدى (LTE) المحدد للوصلات الصاعدة والوصلات الهابطة، وهو عبارة عن مجموعة فرعية من موارد الوصلة الصاعدة في نطاقات التردد والوقت، وتجري (UE) إرسالاً على الوصلة الجانبية باستخدام الوصول المتعدد بتقسيم الموجة الحاملة الفردية (SC-FDMA) على غرار الوصلة الصاعدة.

قد يستخدم الاتصال بين (RSU) و(eNB) الذي يعمل بمثابة (UE) نطاق تردد الموجة الحاملة المخصص المحجوز لخدمة (V2X)، وبدلاً من ذلك قد يستخدم الاتصال نطاق تردد مشترك غير مرخص لأي مشغل أو مشترك من قبل مجموعة من المشغلين، والاتصال باستخدام مثل هذا التردد المشترك يسمى أيضاً الوصول المشترك المرخص (LSA).

بدلاً من ذلك قد يستخدم الاتصال نطاق تردد الموجة الحاملة المرخص لمشغل شبكة الاتصالات الخلوية وعلى غرار الاتصال بين (UE) و(RSU (UE))، والاتصال بين (UE) وعلاوة على ذلك بالنسبة للاتصال بين تجهيزات المستعمل يمكن استخدام أي من نطاقات التردد، كما تُستخدم واجهة الشبكة للتواصل مع عقد الشبكة وعلى سبيل المثال (eNBs) الأخرى وكيان إدارة التنقل (MME) وبوابة الخدمة (S-GW) وخوادم (TSS) أو (ITS).

قد تتضمن واجهة الشبكة على سبيل المثال بطاقة واجهة شبكة (NIC) متوافقة مع سلسلة (IEEE 802.3)، ويقوم المعالج بمعالجة مستوى البيانات ومعالجة مستوى التحكم بما في ذلك معالجة إشارة النطاق الأساسي الرقمي للاتصالات اللاسلكية، وعلى سبيل المثال في حالة (LTE) و(LTE-Advanced) قد تتضمن معالجة إشارة النطاق الأساسي الرقمي، بواسطة المعالج معالجة إشارة طبقة (PDCP) وطبقة (RLC) وطبقة (MAC) وطبقة (PHY).

علاوة على ذلك قد تشمل معالجة الإشارة بواسطة المعالج معالجة إشارة طبقة (GTP-U / UDP / IP) في الواجهة (X2-U) والواجهة (S1-U)، وعلاوة على ذلك قد تتضمن معالجة مستوى التحكم بواسطة المعالج معالجة بروتوكول (X2AP) وبروتوكول (S1-MME) وبروتوكول (RRC)، وقد يتضمن المعالج العديد من المعالجات، وعلى سبيل المثال معالج مودم (DSP) يقوم بمعالجة إشارة النطاق الأساسي الرقمي ومعالج (DSP) يقوم بمعالجة إشارة طبقة (GTP-U / UDP / IP) على واجهة (X2-U) وواجهة (S1-U).

قد يتضمن (DSP) ومعالج بروتوكول مكدس (CPU) أو (MPU) الذي يقوم بمعالجة مستوى التحكم، وتتكون الذاكرة من مزيج من الذاكرة المتطايرة والذاكرة غير المتطايرة، وقد تشتمل الذاكرة على عدد كبير من أجهزة الذاكرة المستقلة مادياً، والذاكرة المتطايرة هي ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM) أو ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، أو مزيج منهما.

• “3GPP” هي اختصار لـ “3rd-Generation-Partnership-Project” و”DSP” هي اختصار لـ “Digital-signal-processing”.

• “CPU” هي اختصار لـ “Central-Processing-Unit” و”MPU” هي اختصار لـ “Main-Processor-Unit”.

• “DRAM” هي اختصار لـ “Dynamic-Random-Access-Memory” و”MAC” هي اختصار لـ “Medium-access-control”.

• “RLC” هي اختصار لـ “Radio-link-control” و”SRAM” هي اختصار لـ “static-random-access-memory”.

• “PDCP” هي اختصار لـ “Packet-Data-Convergence-Protocol” و”UDP” هي اختصار لـ “User-Datagram-Protocol”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution” و”NIC” هي اختصار لـ “Telephony-Switching-Sub-System”.

• “eNBs” هي اختصار لـ “evolved-NodeB” و”PHY” هي اختصار لـ “Physical”.

• “RSU” هي اختصار لـ “Remote-Switching-Units” و”SC-FDMA” هي اختصار لـ “single-carrier-frequency-division-multiple-access”.

• “LSA” هي اختصار لـ “licensee-Shared-Access” و”D2D” هي اختصار لـ “Device-to-Device”.

• “UE” هي اختصار لـ “User-equipment” و”V2X” هي اختصار لـ “Vehicle-to-everything”.

مبدأ عمل معدات المحطة الأساسية في شبكات الاتصالات الخلوية

قد تخزن الذاكرة وحدة برمجية أي برنامج كمبيوتر بما في ذلك الإرشادات والبيانات لإجراء المعالجة بواسطة (eNB)، وقد يتم تكوين المعالج لأداء معالجة (eNB) من خلال قراءة وحدة البرنامج من الذاكرة وتنفيذها، وتكوين وحدة (RSU) التي تعمل كوحدة استخدام أو مرحل (UE) وقد يكون لتجهيزات (UE)  نفس التكوين، كما يقوم جهاز الإرسال والاستقبال للترددات الراديوية بمعالجة إشارات التردد الراديوي التناظرية للتواصل مع (eNB).

تشتمل معالجة إشارة التردد اللاسلكي التي يقوم بها جهاز الإرسال والاستقبال على تحويل لأعلى للتردد وتحويل لأسفل للتردد وتضخيم، كما يقترن جهاز الإرسال والاستقبال (RF) بالهوائي ومعالج النطاق الأساسي، أي أنّ جهاز الإرسال والاستقبال (RF) يستقبل بيانات رمز التعديل أو بيانات رمز (OFDM) من معالج النطاق الأساسي، ويولد إشارة الإرسال اللاسلكي ويزود الإرسال إشارة (RF) للهوائي.

علاوة على ذلك يولد جهاز الإرسال والاستقبال (RF) إشارة استقبال النطاق الأساسي بناءً على إشارة استقبال (RF) التي يستقبلها الهوائي، ويوفر إشارة استقبال النطاق الأساسي لمعالج النطاق الأساسي، يقوم معالج النطاق الأساسي بمعالجة إشارة النطاق الأساسي الرقمي أي معالجة مستوى البيانات ومعالجة مستوى التحكم للاتصالات اللاسلكية، وتشمل معالجة إشارة النطاق الأساسي الرقمي:

• ضغط أو استعادة البيانات.

• تجزئة أو تسلسل البيانات.

• إنشاء أو تفكيك نسق الإرسال أي إطار الإرسال.

• تشفير أو فك تشفير مسار الإرسال.

• التشكيل (تعيين الرموز) أو إزالة التشكيل وتوليد بيانات رمز (OFDM) أي إشارة النطاق الأساسي (OFDM) عن طريق تحويل فورييه السريع المعكوس (IFFT).

• كما تشتمل معالجة مستوى التحكم على الطبقة 1 أي التحكم في قدرة الإرسال.

• والطبقة 2 كإدارة الموارد الراديوية ومعالجة طلب التكرار التلقائي الهجين (HARQ).

•  والطبقة 3 كالإرفاق والتنقل وإدارة المكالمات.

ملاحظة:“RF” هي اختصار لـ “Radio-Frequency” و”HARQ” هي اختصار لـ “Hybrid-automatic-repeat-request”.

ملاحظة:“OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal-frequency-division-multiplexing” و”IFFT” هي اختصار لـ “Inverse-Fast Fourier-Transform”.

تطور عمل معدات المحطة الأساسية في شبكات الاتصالات الخلوية

بالنسبة إلى (LTE) و(LTE-Advanced) تتضمن معالجة إشارة النطاق الأساسي الرقمي بواسطة معالج النطاق الأساسي معالجة الإشارات في طبقة بروتوكول تقارب البيانات (PDCP)، وطبقة التحكم في ارتباط الراديو (RLC) وطبقة (MAC) وطبقة الطبقة المادية، وعلاوة على ذلك قد تتضمن معالجة مستوى التحكم بواسطة معالج النطاق الأساسي معالجة بروتوكول طبقة عدم الوصول (NAS) وبروتوكول (RRC) و(MAC CE).

يشتمل معالج النطاق الأساسي على معالج مودم كمعالج الإشارة الرقمية (DSP) الذي يقوم بمعالجة إشارة النطاق الأساسي الرقمي، أو معالج مكدس البروتوكول كوحدة المعالجة المركزية (CPU) التي تقوم بمعالجة مستوى التحكم أو وحدة المعالجة الصغيرة (MPU) قد يتم تضمينها، وفي هذه الحالة يمكن مشاركة معالج مكدس البروتوكول الذي يقوم بمعالجة مستوى التحكم مع معالج التطبيق.

كما يُشار أيضاً إلى معالج التطبيق باسم (CPU) أو (MPU) أو المعالج الدقيق أو نواة المعالج، وقد يشتمل معالج التطبيق على العديد من المعالجات، ومعالج التطبيق عبارة عن برنامج نظام تشغيل (OS) يُقرأ من الذاكرة أو ذاكرة غير معروضة والعديد من برامج التطبيقات، مثل تطبيق المكالمات ومتصفح الويب والبريد وتطبيق تشغيل الكاميرا وتشغيل الموسيقى، ومن خلال تنفيذ التطبيق يتم تحقيق وظائف مختلفة لـ (RSU).

في بعض التطبيقات قد يتم دمج معالج النطاق الأساسي ومعالج التطبيق في شريحة واحدة، كما يمكن تنفيذ معالج النطاق الأساسي ومعالج التطبيق كجهاز واحد لنظام على شريحة (SoC)، ويُشار إلى أجهزة (SoC) أحياناً باسم تكامل النظام على نطاق واسع (LSI) أو مجموعات الشرائح.

• “NAS” هي اختصار لـ “Non-access-stratum” و”SoC” هي اختصار لـ “service-operation-center”.

• “LSI” هي اختصار لـ “Load-Status-Information” و”RSU” هي اختصار لـ “Remote-Switching-Units”.