مخططات الاتصالات المتنقلة المزدوجة في LTE

يمكن أن تستخدم (LTE) كلاً من الإرسال المزدوج بتقسيم التردد (FDD) والإرسال المزدوج بتقسيم الوقت (TDD)، أمّا بالنسبة لمعظم عمليات انتشار (LTE) العادية يتم استخدام الإرسال المزدوج بتقسيم التردد (FDD)، ويتم استخدام الطيف المقترن بعرض نطاق متساوٍ في الوصلات الصاعدة والهابطة، كما اعتُبر (LTE FDD) الذي يستخدم الطيف المقترن أنّه مسار الترحيل لخدمات (UMTS 3G) التي تستخدم عادةً الطيف المقترن.

ما هي مخططات LTE Duplex؟

يجب أن يكون أي نظام اتصالات متنقلة قادراً على الإرسال في كلا الاتجاهين في وقت واحد، حيث يتيح ذلك إجراء المحادثات مع قدرة أي من الطرفين على التحدث والاستماع كما هو مطلوب، وبالإضافة إلى ذلك عند تبادل البيانات فمن الضروري أن تكون قادراً على إجراء اتصالات متزامنة تماماً في كلا الاتجاهين.

من الضروري أن تكون قادراً على تحديد الاتجاه المختلف للإرسال بحيث يمكن تحديد الاتجاه الذي يتم فيه الإرسال بسهولة، كما يوجد هناك مجموعة متنوعة من الاختلافات بين الوصلتين تتراوح من كمية البيانات المنقولة إلى نسق الإرسال والقنوات المنفذة.

• الوصلة الصاعدة في (LTE) تستخدم للإرسال من (UE) إلى (eNode B) أو المحطة الأساسية.

• الوصلة الهابطة للإرسال من (eNode B) أو المحطة الأساسية إلى (UE).

من أجل التمكن من الإرسال في كلا الاتجاهين، يجب أن يكون لجهاز المستخدم أو المحطة الأساسية مخطط مزدوج، كما هناك نوعان من أشكال الإرسال المزدوج يستخدمان بشكل شائع وهما الإرسال المزدوج بتقسيم التردد (FDD) والإرسال المزدوج بتقسيم الوقت (TDD).

الفرق بين الإرسال المزدوج بتقسيم التردد والإرسال المزدوج بتقسيم الوقت في LTE:

على الرغم من أنّه من الممكن في (TD-LTE) تغيير النسبة المئوية للوقت الذي تشغله الوصلة الصاعدة والهابطة، إلّا أنّ هذا ليس سهلاً كما قد يبدو للوهلة الأولى، ومع ذلك فإنّ (LTE TDD) لها مكانها ضمن مجموعة تقنيات (LTE وFDD وTDD).

تقنية LTE MIMO:

تقنية متعددة المدخلات والمخرجات المتعددة (MIMO): هي تقنية تم إدخالها في العديد من أنظمة الاتصالات اللاسلكية بما في ذلك (4G LTE) لتحسين أداء الإشارة، حيث أنّ (MIMO) هي في الأساس تقنية الهوائي؛ لأنّها تستخدم عدداً من الهوائيات لتوفير تحسينات في الأداء.

باستخدام هوائيات متعددة، يمكن لـ (LTE MIMO) الاستفادة من انتشار المسار المتعدد الموجود لتقديم تحسينات في أداء الإشارة، كما يضيف (LTE MIMO) تعقيداً إلى النظام لكنّه قادر على تقديم بعض التحسينات المهمة في الأداء والكفاءة الطيفية وهذه أكثر مميزات في معيار (LTE).

يُعد الهدف الأساسي من استخدام (MIMO) هو انتشار الإشارات متعدد المسارات الموجود في جميع الاتصالات الأرضية، وبدلاً من توفير التداخل يمكن استخدام هذه المسارات للاستفادة منها، حيث يحتوي المرسل والمستقبل على أكثر من هوائي واحد وباستخدام طاقة المعالجة المتاحة في أي من طرفي الوصلة، فإنّهما قادران على استخدام المسارات المختلفة الموجودة بين الكيانين؛ لتوفير تحسينات في معدل نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

يتم اعتماد تقنية (MIMO) بشكل متزايد في العديد من تقنيات معدل البيانات المرتفع بما في ذلك (Wi-Fi) وغيرها من التقنيات اللاسلكية والخلوية؛ لتوفير مستويات محسّنة من الكفاءة، كما تُستخدم تقنية (MIMO) بشكل أساسي هوائيات متعددة على جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال للاستفادة من تأثيرات المسارات المتعددة الموجودة دائماً لنقل بيانات إضافية، بدلاً من التسبب في حدوث تداخل.

لقد استخدمت تقنية (MIMO) عبر الإصدارات المختلفة على التوالي لمعايير (LTE)، ولقد كانت (MIMO) حجر الزاوية لمعيار (LTE)، ولكن في البداية لم يتم دعم هوائيات الإرسال المتعددة في الإصدارين (8 و9) على (UE)؛ لأنّه يهتم بشكل كبير في تخفيض الطاقة، حيث تم افتراض توفر مضخم طاقة (RF) واحد فقط، وكان أنّه تم إدخال عدد من المخططات الجديدة ومضاعفة الإرسال المكاني ذات الحلقة المغلقة لـ (SU-MIMO)، بالإضافة إلى الهوائيات المتعددة في تجهيزات المستعمل.

أوضاع LTE MIMO:

1. هوائي مفرد – Single antenna:

هذا هو شكل الإرسال اللاسلكي المستخدم في معظم الروابط اللاسلكية الأساسية، حيث يتم إرسال دفق بيانات واحد على هوائي واحد ويتم استقباله بواسطة هوائي واحد أو أكثر، كما قد يُشار إليه أيضاً باسم (SISO: Single In Single Out) أو (SIMO Single In Multiple Out)، حيث يعتمد على الهوائيات المستخدمة، ويسمى (SIMO) أيضاً بسبب تنوع عملية التسليم.

2. تنوع الإرسال – Transmit diversity:

يستخدم هذا النوع من مخطط (LTE MIMO) إرسال نفس تيار المعلومات من هوائيات متعددة، حيث تدعم (LTE) اثنين أو أربعة من هذه التقنية، كما يتم ترميز المعلومات بشكل مختلف باستخدام رموز كتلة الترددات الفضائية، حيث يوفر هذا الوضع تحسيناً في جودة الإشارة عند الاستقبال ولا يحسن معدل البيانات، وفقاً لذلك يتم استخدام هذا الشكل من (LTE MIMO) في القنوات المشتركة وكذلك قنوات التحكم والبث.

3. تعدد الإرسال المكاني ذو الحلقة المفتوحة – Open loop spatial multiplexing:

يتضمن هذا النوع من (MIMO) المستخدم في نظام (LTE) إرسال دفقين للمعلومات يمكن إرسالهما عبر هوائيين أو أكثر، ومع ذلك لا توجد تغذية مرتدة من تجهيزات المستعمل بالرغم من أنّه يمكن للمحطة الأساسية استخدام مؤشر (TRI)، كما يستخدم مؤشر رتبة الإرسال المرسل من تجهيزات المستعمل لتحديد عدد الطبقات المكانية.

4. تعدد الإرسال المكاني للحلقة المغلقة – Close loop spatial multiplexing:

هذا الشكل من (LTE MIMO) مشابه لإصدار الحلقة المفتوحة، ولكن كما يشير الاسم فقد تم دمج ردود الفعل لإغلاق الحلقة، بحيث تتم إعادة تغذية مؤشر مصفوفة التشفير المسبق (PMI) من تجهيزات المستعمل إلى المحطة الأساسية، كما يمكّن هذا جهاز الإرسال من تشفير البيانات مسبقاً لتحسين الإرسال، وكذلك تمكين جهاز الاستقبال من فصل تدفقات البيانات المختلفة بسهولة أكبر.

5. حلقة مغلقة مع تشفير مسبق – Closed loop with pre-coding:

هذا شكل آخر من أشكال (LTE MIMO)، ولكن حيث يتم فيه إرسال كلمة شفرة واحدة عبر طبقة مكانية واحدة، كما يمكن اعتباره أسلوب رجعي لتعدد الإرسال المكاني ذي الحلقة المغلقة وقد يرتبط أيضاً بتشكيل الحزمة.

6. متعدد المستخدمين – MU-MIMO:

هذا الشكل من (LTE MIMO) يمكّن النظام من استهداف تدفقات مكانية مختلفة لمستخدمين مختلفين.

7. تشكيل الحزم وMIMO:

هذا هو أكثر أوضاع (MIMO) تعقيداً، ومن المرجح أن يستخدم المصفوفات الخطية التي ستمكن الهوائي من التركيز على منطقة معينة، كما سيؤدي ذلك إلى تقليل التداخل وزيادة السعة؛ لأنّ تجهيزات المستعمل المعينة ستتشكل حزمة في اتجاهها الخاص، وفي هذا يتم إرسال كلمة رمز واحدة عبر طبقة مكانية واحدة، كما يتم استخدام إشارة مرجعية مخصصة لمنفذ إضافي بحيث تقوم المحطة في تقدير جودة القناة من الإشارات المرجعية الشائعة على الهوائيات.

مع تقدم معايير (LTE)، ازداد عدد الهوائيات المدعومة أمّا بالنسبة للعديد من الهواتف المحمولة أدى استخدام (MIMO) السابق إلى تحسينات في أداء الإشارة، بينما تمكن البعض الآخر من توفير تحسينات حقيقية لمعدل البيانات.