مشكلة CDMA القريبة من النطاق البعيد

تُعد مشكلة شبه البعيدةمشكلة “CDMA” القريبة من النطاق البعيد واحدة من المشكلات الرئيسية التي تضر باتصالات الهاتف المحمول بشدة، حيث في نظام “CDMA” سيحدد التداخل المتبادل غالبية نسبة “SN” لكل عميل.

كيف تؤثر مشكلة CDMA القريبة من النطاق البعيد على الاتصال؟

يكون المستخدم “A” بعيداً عن جهاز الإستلام ويكون المستخدم “B” قريباً من جهاز الاستقبال، وسيكون هناك فرق واسع بين قوة الإشارة المرغوبة وقوة الإشارة المتداخلة، كما ستكون قوة الإشارة المرغوبة أعلى بكثير من قدرة الإشارة المتداخلة، وبالتالي ستكون نسبة “SN” للمستخدم “A” أقل وستتدهور جودة اتصالات المستخدم “A” بشدة.

إنّ هذه المشكلة بشكل خاص في أنظمة “CDMA”، حيث يرسل المرسل ترددات إرسال وخطوط إرسال، وتتعلق مشكلتها بالاختلاف في قوة مستخدم مختلف يصل إلى المحطة الأساسية، ومشكلة “CDMA” القريبة من النطاق البعيد هي حالة يلتقط فيها جهاز الاستقبال الإشارة القوية، وبالتالي يجعل من الصعب على جهاز الاستقبال اكتشاف إشارة أضعف، حيث من بين مستخدمين سيحصل الشخص الذي لديه إشارة أقوى على الاتصال.

وفي مشكلة “CDMA” القريبة من النطاق البعيد إذا كان هناك مستخدمان يتصلان في نفس الوقت، حيث يكون 1 بالقرب من المحطة الأساسية والآخر بعيداً، فسيتم توصيل الشخص القريب بالمحطة الأساسية أولاً وستعمل قوتها كضوضاء للآخرين، ونتيجةً لذلك يستغرق المستخدمون الآخرون وقتاً للتواصل، فعلى سبيل المثال إذا كان هناك صديقان في غرفة يتحدثان في وقت واحد يصبح من الصعب عليهما الاستماع إلى بعضهما البعض، ولحل هذه المشكلة سيتعين على كلاهما التحدث بصوت عالٍ، ممّا يسبب مشكلة مع طاقة مختلفة تصل إلى المحطة الأساسية.

للتغلب على مشكلة المجال القريب البعيد، يتم استخدام “POWER Control”، حيث يتحكم في مقدار الطاقة لكل من المستخدم بحيث لا تحدث ضوضاء، كما يستخدم المستخدم الأقرب طاقة أقل، لذا فإنّ “SNR” في جهاز الاستقبال هو نفسه لكل من المستخدم، وأحياناً يمكن أن يؤدي ذلك إلى تلف البطارية أو تقليل عمرها، وتُعرف إحدى المشكلات التي تمت مواجهتها مع “CDMA” بمشكلة “القريب البعيد”.

تُعد مشكلة “CDMA” القريبة من النطاق البعيد عنصراً مهماً في “CDMA”، ونتيجةً لذلك يلزم التحكم الدقيق في الطاقة داخل أجهزة “CDMA”، كما كان توفير حل مرضٍ لمشكلة “CDMA” القريبة من النطاق البعيد عنصراً أساسياً في تمكين “CDMA” من أن تصبح تقنية قابلة للتطبيق لتوفير نظام وصول متعدد للمستخدمين داخل أنظمة الاتصالات المتنقلة وغيرها من أنظمة الاتصالات الراديوية.

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

• “SNR” هي اختصار لـ “Signal to Noise Ratio”.

• “SN” هي اختصار لـ “Signal Noise”.

أساسيات مشكلة CDMA القريبة من النطاق البعيد:

تنشأ مشكلة “CDMA” القريبة من النطاق البعيد؛ لأنّ الهواتف المحمولة قد تكون في أي مكان داخل حدود الخلية المعاينة، كما ستكون بعض الهواتف قريبة من المحطة الأساسية، بينما سيكون البعض الآخر بعيداً، وفي سيناريو الفضاء الحر تتلاشى الإشارات وفقاً لقانون التربيع العكسي، وبعبارة أخرى ضاعف المسافة وتنخفض القوة إلى الربع.

في التطبيقات الخلوية قد يكون هذا الوضع أسوأ، حيث تدل تأثيرات الكائنات والعوائق الأخرى في مسار انتشار الإشارة أنّه في الواقع تتحلل الإشارة بمعدل أكبر من قانون التربيع العكسي البسيط، كما إنّه يقع في مكان ما بين قانون يتبع منحنى معكوس للمسافة مع الأس ثلاثة أو أربعة.

والنتيجة هي أنّ الإشارات داخل الخلية سيكون لها وضوح كبير في قوة الإشارة، ومع ذلك لكي يعمل “CDMA” بشكل صحيح، يجب أن يكون جهاز الاستقبال قادراً على استقبال جميع الإشارات المطلوبة ضمن نفس عرض النطاق الترددي للقناة ويجب أن يكون قادراً على فك تشفيرها، ولكي يتمكن جهاز الاستقبال من فك شفرة جميع الإشارات في القناة، يجب أن تكون جميعها بنفس قوة الإشارة، وممّا يعطي “CDMA” مشكلة القرب من النطاق البعيد.

تتمثل المشكلة المركزية في شبكات الوصول المتعدد بتقسيم الشفرات المباشرة “DS-CDMA” في منع حدوث مشكلة قريبة المدى، حيث يأخذ في الاعتبار نوعين من مناطق الحماية التي يمكن استخدامها للتحكم في المشكلة القريبة البعيدة، وهي منطقة استبعاد أساسية ومنطقة حماية “CSMA” إضافية قد يتم إنشاؤها بواسطة بروتوكول الوصول المتعدد لاستشعار الموجة الحاملة “CSMA”.

في منطقة الاستبعاد لا توجد أجهزة نقالة مادياً، ممّا يمثل الحد الأدنى من الفصل المادي بين الهواتف المحمولة الموجودة دائماً في الشبكات الفعلية، كما يتم إلغاء تنشيط الهواتف المحمولة التي يحتمل تداخلها خارج منطقة حظر الهاتف المحمول المرسلة، ولكن داخل منطقة حماية “CSMA” الخاصة بها بواسطة البروتوكول، كما تُقدم التحليلات لشبكات “DS-CSMA” مع أحد أو كلا النوعين من مناطق الحماية.

يتم تصميم شبكة ذات مدى محدود مع عدد محدود من الهواتف المحمولة كعملية تجميع موحدة، حيث يُستخدم التحليل تعبير مغلق الشكل لاحتمال الانقطاع في وجود تلاشي مشروطاً بهندسة الشبكة، وباستخدام التحليل يتم استكشاف المفاضلات بين مناطق الاستبعاد ومناطق الحماية “CSMA” لـ “DSCDMA” والشبكات.

• “DSCDMA” هي اختصار لـ “Direct Sequence Code Division Multiple Access”.

كيفية حل مشكلة CDMA القريبة من النطاق البعيد:

تُعد مشكلة “CDMA” القريبة من المدى مشكلة كبيرة وتتطلب وسيلة فعالة للخروج من المشكلة حتى تعمل “CDMA” بشكل صحيح، كما تُستخدم المخططات المستخدمة للتغلب على مشكلة “CDMA” القريبة من بُعد أنظمة تحكم سريعة ودقيقة في الطاقة.

يتم حل مشكلة “CDMA” القريبة من النطاق البعيد في أنظمة مثل “cdma One” و”CDMA2000″ و”WCDMA” باستخدام مخططات التحكم في الطاقة المتطورة؛ لضمان أنّ مستويات الطاقة في المحطة الأساسية تقع ضمن نطاق معين، وعلى الرغم من وجود بعض العقوبات التي يجب دفعها مقابل هذه المخططات للتغلب على مشكلة “CDMA” القريبة من بُعد، إلّا أنّها تعمل بشكل جيد وتمكّن من تحقيق مكاسب كبيرة باستخدام “CDMA” على التقنيات السابقة.

• “WCDMA” هي اختصار لـ “Wideband Code Division Multiple Access”.

العيوب التي مشكلة CDMA القريبة من النطاق البعيد:

بينما تعمل مخططات التحكم في الطاقة التي تعتمدها تقنيات الاتصالات المتنقلة المختلفة بشكل جيد للغاية وتسمح لأنظمة “CDMA” بالعمل على مساحة واسعة، إلّا أنّ هناك عقوبات لاستخدامها:

أولاً: انخفاض سعة البيانات:

تتطلب آلية التحكم في القدرة إرسال البيانات في كلا الاتجاهين عبر السطح البيني الراديوي، حيث يُستخدم هذا سعة البيانات التي يمكن استخدامها بخلاف ذلك لنقل بيانات كسب الإيرادات.

ثانياً: استهلاك طاقة عالي في السماعة عند حواف الخلية:

لكي تتمكن من الحفاظ على مستوى الإشارة المطلوب في المحطة الأساسية عندما يكون الهاتف قريباً من حافة الخلية، يلزم الإرسال عند مستوى طاقة مرتفع، حيث سيؤدي ذلك إلى تقليل عمر البطارية، كما قد لا تتطلب الأنظمة الخلوية الأخرى مثل هذه المستويات العالية من الإشارة في المحطة الأساسية وقد تتمكن من الحفاظ على طاقة البطارية نتيجة لذلك.