اقرأ في هذا المقال
- أساسيات نظام الاتصالات متعددة الخلايا في الاتصالات اللاسلكية
- مبدأ نظام الاتصالات متعددة الخلايا في الاتصالات اللاسلكية
- تطور عمل نظام الاتصالات متعددة الخلايا في الاتصالات اللاسلكية
يتم توفير طريقة وصول متعددة الخلايا باستخدام تشكيل الحزمة في نظام اتصال لاسلكي، وفي طريقة تشغيل المطراف يتم تنفيذ إجراء وصول؛ للوصول إلى محطة قاعدة باستخدام هوائي والوصول إلى محطة قاعدة أخرى باستخدام هوائي محتلف، كما يتم إجراء الاتصال بمحطة القاعدة الأولى باستخدام الهوائي الأول ويتم الاتصال بالمحطة القاعدة باستخدام الهوائي.
أساسيات نظام الاتصالات متعددة الخلايا في الاتصالات اللاسلكية
في الآونة الأخيرة نظراً لتوزيع جهاز اتصال لاسلكي عبر الإنترنت بما في ذلك الهاتف الذكي بسرعة يزداد الطلب على بيانات الاتصالات المتنقلة بسرعة بمتوسط سنوي يبلغ حوالي (50%) إلى (200%)، ولتلبية هذا الطلب المتزايد بسرعة على بيانات الاتصالات المتنقلة، يجري تطوير تقنيات مختلفة لتحسين معدل نقل البيانات وتتمثل إحدى الطرق المختلفة التي ترفع معدل نقل البيانات في استخدام نطاق تردد أوسع.
ومع ذلك فإنّ تأمين نطاق تردد أوسع في نطاق التردد الحالي المستخدم لنظام اتصالات متنقل أمر صعب وفي حالة (28 جيجاهرتز) أو (38 جيجاهرتز) أو نطاق تردد أعلى، يكون تردد استخدام التردد منخفضاً بحيث يمكن تأمين نطاق تردد عريض جداً من عدة مئات من ميجاهرتز إلى عدة جيجاهرتز بسهولة.
وكما إنّ إشارة الاتصال الراديوي لها خاصية تزيد من توهين الإشارة وفي حالة التردد العالي جداً البالغ (28 جيجاهرتز) أو أعلى تكون درجة توهين الإشارة كبيرة جداً، وبالتالي تحد من حجم الخلية ومنطقة الخدمة بشكل ملحوظ، وكلما زاد التردد يتقلص حجم الهوائي بحيث يكون من السهل نسبياً دمج العديد من أجهزة الهوائي في مصفوفة وتطبيق تقنية تشكيل الحزمة بتردد فائق الارتفاع.
ووفقاً لذلك يمكن الحصول على ربح كبير جداً من خلال تشكيل الحزمة، لذلك من المتوقع أن يتم استخدام تقنية رفع معدل نقل البيانات باستخدام نطاق تردد عريض في تردد عالٍ للغاية، وحل مشكلة توهين إشارة تردد فائقة باستخدام هوائي تشكيل الحزمة كتقنية لنظام اتصالات متنقل عالي السرعة في المستقبل، لذلك يلزم وجود طريقة لإجراء اتصالات أكثر كفاءة تعتمد على تشكيل الحزمة في نطاق تردد عريض لنطاق تردد فائق الارتفاع.
مبدأ نظام الاتصالات متعددة الخلايا في الاتصالات اللاسلكية
يتم توفير طريقة لتشغيل بوابة في نظام اتصال لاسلكي وتتضمن الطريقة تنفيذ إجراء وصول، حيث يصل طرف ما إلى محطة قاعدة أولى باستخدام هوائي أول، ويصل الطرف إلى محطة قاعدة ثانية باستخدام هوائي ثان وإجراء اتصال بالمطار عبر المحطة الأساسية الأولى والمحطة القاعدة الثانية، حيث يشمل تنفيذ إجراء الوصول استلام رسالة من المحطة القاعدة الأولى تتضمن معلومات تتعلق بالمحطة القاعدة الأولى والمحطة القاعدة الثانية.
كما يتم توفير جهاز طرفي في نظام اتصال لاسلكي ويشتمل الجهاز الطرفي على وحدة تحكم تم تكوينها لأداء إجراء وصول للوصول إلى محطة أساسية أولى باستخدام هوائي أول، والوصول إلى محطة قاعدة ثانية باستخدام هوائي ثانٍ، ووحدة اتصال تم تكوينها لإرسال أو استقبال إشارة إلى أو من القاعدة الأولى باستخدام الهوائي الأول، ولإرسال أو استقبال إشارة من أو إلى المحطة الأساسية الثانية باستخدام الهوائي الثاني.
كذلك يتم توفير جهاز المحطة الأساسية الأول في نظام الاتصالات اللاسلكية ويشتمل جهاز المحطة الأساسية الأول على وحدة تحكم تم تكوينها؛ لأداء إجراء وصول مع محطة عبر خلية خدمة للهوائي الأول للمحطة، ووحدة اتصال عكسي تم تكوينها لإرسال رسالة تتضمن معلومات تتعلق بمحطة قاعدة ثانية وهي المحطة الأساسية الأولى، والوصول باستخدام هوائي ثان إلى بوابة تحت سيطرة وحدة التحكم ووحدة اتصال لاسلكي تم تكوينها لإرسال أو استقبال إشارة من أو إلى الجهاز عبر أول هوائي للجهاز.
في نظام اتصالات متنقل وفقاً للطريقة يكون الهوائي المقدم إلى مطراف هو هوائي متعدد الاتجاهات وله خاصية إرسال أو استقبال إشارة بشكل موحد في جميع الاتجاهات، وفي الحالة التي يكون فيها مطراف واحد به العديد من الهوائيات متعددة الاتجاهات، تكون المسافة بين تعدد الهوائيات في نفس المطراف ضئيلة مقارنة بالمسافة بين المحطة الأساسية والقناة.
لذلك فإنّ الترددات ومتوسط الأقدار الزمنية لإشارة محطة القاعدة التي يمكن أن تستقبلها الهوائيات المعنية المقدمة إلى المطراف ليس لها فرق، وكما إنّ مساحة الخلية التي تتعرض لها هوائيات مختلفة في مطراف واحد هي نفسها في المتوسط، وتم تطوير تقنية الاتصالات الخلوية المتنقلة وفقاً للطريقة بناءً على فرضية السمة التي تشير إلى أن مجموعة الهوائيات الطرفية تواجه نفس مساحة الخلية في المتوسط.
تطور عمل نظام الاتصالات متعددة الخلايا في الاتصالات اللاسلكية
قد يولد هوائي تشكيل الحزمة هي حزمة واحدة لإرسال أو استقبال إشارة في لحظة واحدة وتغيير اتجاه الحزمة لإرسال أو استقبال إشارة في اللحظة التالية، ومع ذلك ووفقاً للخصائص الفيزيائية للهوائي فإنّ اتجاه الحزمة التي يمكن أن يتشكل بواسطة هوائي واحد؛ لتشكيل الحزمة لا يمكن أن يغطي جميع الاتجاهات بزاوية (360 درجة)، ويقتصر على جزء من الاتجاهات.
ونظراً لأنّ المطراف يجب أن يرسل أو يستقبل إشارة في جميع الاتجاهات فقد يرسل أو يستقبل المطراف إشارة في جميع الاتجاهات بزاوية (360 درجة)، عن طريق ترتيب مجموعة هوائيات تشكيل الحزمة يكون اتجاه شعاعها محدوداً بحيث تواجه اتجاهات مختلفة، كما يتعلق نظام الاتصالات متعددة الخلايا في الاتصالات اللاسلكية بطريقة وجهاز لنظام اتصالات خلوية متنقلة مستقبلية بما في ذلك محطة تستخدم مجموعة هوائيات تشكيل الحزمة.
قد يولد كل هوائي حزمة واحدة لإرسال أو استقبال إشارة في لحظة واحدة وتغيير الحزمة في اللحظة التالية، ومع ذلك فإنّ اتجاه الحزمة التي يولدها كل هوائي مقيد بموضع التثبيت والاتجاه المحدد أو ما شابه ذلك للهوائي، والحزم الناتجة عن هوائي تقتصر على الاتجاه والهوائي الأخر يولد شعاعاً في الاتجاه العلوي الأيمن فقط.
عدد الحزم التي يمكن أن تولدها الهوائيات المعنية هو N وهو نفسه في جميع الهوائيات، ومع ذلك قد يختلف عدد الحزم التي قد تولدها الهوائيات المعنية عن بعضها البعض، وقد يختلف عرض الحزمة المشكلة أيضاً عن بعضها البعض.
يكتشف المطراف محطة قاعدة محسّنة باستخدام جميع الحزم التي قد تولدها كل هوائي من أجل الاتصال بمحطة قاعدة، ومع ذلك نظراً لاختلاف نطاقات الحزمة التي تولدها الهوائيات ذات الخصائص المختلفة فقد تختلف محطة القاعدة المحسّنة لكل هوائي، وفي هذه الحالة يمكن توضيح منطقة الخلية لكل هوائي.
تهدف الشبكة الخلوية اللاسلكية من الجيل التالي إلى تلبية متطلبات المستخدمين وحالات الاستخدام الناشئة التي حددتها الصناعات والأوساط الأكاديمية لما بعد عام 2020، ومن ثم تحتاج شبكات الجيل الخامس (5G) إلى تحقيق معدلات بيانات عالية جداً وموثوقية فائقة وزمن انتقال منخفض للغاية وكفاءة الطاقة والتغطية المتصلة بالكامل.
من المتوقع أن تحقق مخرجات متعددة المدخلات الضخمة (MIMO) مكاسب كبيرة من حيث الطيف وكفاءة الطاقة والمتانة لأعطال الأجهزة والضعف، وعلاوة على ذلك يُعد الاتصال بالموجة المليمترية تقنية واعدة تسمح باستخدام نطاق ترددي عريض، لمعدلات البيانات العالية المطلوبة للجيل التالي من الأنظمة الخلوية الخارجية.
