نظام الاتصال في الاتصالات اللاسلكية باستخدام مخطط تشكيل الحزم

تتوفر طريقة إرسال للاتصال بواسطة جهاز إرسال لنظام اتصال لاسلكي يقوم بإجراء اتصالات لاسلكية في مخطط تشكيل الحزمة، وقد تتضمن الطريقة تخصيص معرفات لجميع اتجاهات حزمة الإرسال التي يمكن فيها الإرسال وإرسال إشارة مرجعية بمعرف حزمة معين في كل اتجاه، عندما تكون معلومات معرف اتجاه الحزمة والتي تسمح بالاستقبال من جهاز استقبال، ومعلومات كشف الخطأ يتم استلامها وفحص معلومات اكتشاف الخطأ لفحص ما إذا كان هناك خطأ.

ما هي تفنية Beamforming

تقنية (Beamforming): هي طريقة للتخفيف من خسارة الانتشار المتزايدة الناشئة عن استخدام نطاق عالي التردد والحماية من تقليل منطقة التغطية، كما يمكن تصنيف تقنيات تشكيل الحزم إلى نوعين همّا تقنية إرسال الحزمة التي ينفذها المرسل، وتقنية الاستقبال لتشكيل الحزمة التي ينفذها المستقبل.

أساسيات نظام الاتصال في الاتصالات اللاسلكية باستخدام مخطط تشكيل الحزم

يتم إرسال إشارة استجابة إلى جهاز الاستقبال وفقاً لما إذا كان الخطأ الذي تم فحصه موجوداً وإرسال واستقبال البيانات على أساس معلومات الحزمة المستلمة عندما لا يكون الخطأ موجوداً موجودة، كنتيجة لفحص معلومات اكتشاف الخطأ.

مع ظهور عصر المعلومات تتقدم تكنولوجيا معالجة المعلومات للتعامل مع كميات متزايدة بشكل متفجر من المعلومات في مختلف المجالات، وفي الآونة الأخيرة زادت القدرة على معالجة البيانات المطلوبة بسرعة أكبر ممّا كانت عليه في الماضي، بحيث تساهم الزيادة في كمية ونوعية المعلومات في نمو الطلب على حركة البيانات في نظام الاتصالات اللاسلكية، زمن أجل تلبية هذا الطلب يتقدم نظام الاتصالات اللاسلكية لدعم معدلات بيانات أعلى.

تهدف أنظمة الاتصالات اللاسلكية من الجيل الرابع (4G) إلى تحسين الكفاءة الطيفية لزيادة معدل البيانات، ومع ذلك من الصعب توقع أنه سيكون من الممكن تلبية الطلب المتزايد بشكل هائل على حركة البيانات اللاسلكية باستخدام تقنية تحسين الكفاءة الطيفية، وللتغلب على هذه المشكلة يمكن النظر في استخدام نطاق تردد واسع للغاية.

ومع ذلك فإنّ أنظمة الاتصالات الخلوية المتنقلة الحالية تعمل تحت (10 جيجاهرتز)، ممّا يجعل من الصعب تأمين نطاق ترددي عريض، وعلى الرغم من الحاجة إلى تأمين نطاق تردد عريض في نطاق تردد أعلى فإنّ هذا لن يحل جميع المشاكل لأنّ خسارة الانتشار تصبح أعلى كلما أصبح التردد أعلى، ويُعد استخدام نطاق عالي التردد مفيداً من حيث تأمين عرض نطاق واسع للتردد، ولكن له عيباً يتمثل في تقصير مسافة الانتشار ممّا يؤدي إلى تقليل التغطية.

وبالتالي هناك حاجة لحل مشكلة تقليل التغطية بسبب قصر مسافة الانتشار، وبالنسبة لتقنيات تشكيل الحزمة للإرسال والاستقبال يتم ترتيب مجموعة الهوائيات في صفيف، وتسمى الهوائيات المضمنة في صفيف الهوائي عناصر الصفيف، ويمكن ترتيب الهوائيات في أنواع مختلفة من المصفوفات مثل المصفوفة الخطية والمصفوفة المستوية.

تشكيل حزم الإرسال هو تقنية لزيادة الاتجاهية بتركيز الإشارات في اتجاه معين باستخدام الهوائيات الجمع، وباستخدام تقنية تشكيل حزمة الإرسال من الممكن زيادة اتجاهية الإشارة وبالتالي زيادة مسافة الانتشار، وعلاوة على ذلك نظراً لعدم وجود أي إشعاع تقريباً للإشارات في اتجاهات أخرى غير الاتجاه المركّز، فمن الممكن تقليل تداخل الإشارة عند رؤية جهاز الاستقبال.

مبدأ نظام الاتصال في الاتصالات اللاسلكية باستخدام مخطط تشكيل الحزم

تشتمل طريقة الاتصال لجهاز الإرسال في نظام اتصال لاسلكي يدعم الاتصالات الراديوية القائمة على تشكيل الحزم على معرفات حزمة الإرسال المخصصة لجميع الاتجاهات المتاحة؛ لتشكيل حزمة الإرسال وإشارة مرجعية وتحديد عند استلام معرفات الحزمة ومعلومات اكتشاف الخطأ من جهاز استقبال، وما إذا كان قد تم اكتشاف خطأ عن طريق التحقق من معلومات اكتشاف الخطأ.

وكذلك إرسال إشارة استلام إلى جهاز استقبال اعتمادًا على نتيجة تحديد والتواصل في حالة عدم اكتشاف خطأ نتيجة التحقق من معلومات اكتشاف الخطأ، البيانات القائمة على معلومات الحزمة المستلمة، كما تتضمن طريقة اتصال جهاز استقبال في نظام اتصال لاسلكي يدعم الاتصالات الراديوية القائمة على تشكيل الحزمة فحص جودة الإشارة المرجعية، والمستلمة في جميع اتجاهات حزمة الاستقبال المتاحة واختيار اتجاه الحزمة الذي يحتوي على أفضل جودة الاتصال بين اتجاهات حزمة الاستقبال.

كما يتم إرسال إشارة تغذية مرتدة إلى جهاز الإرسال بما في ذلك معرف حزمة الإرسال لاتجاه الحزمة المختار ومعلومات للكشف عن الخطأ، وتحديد اتجاه الحزمة للاتصال بناءً على إشارة الاستلام المستلمة من المرسل، بحيث يولد جهاز الإرسال والاستقبال إشارة مرجعية وينقلها وقد تكون الإشارة المرجعية التي يولدها المرسل إشارة معروفة لكل من المرسل والمستقبل.

قد يرسل المرسل الإشارة المرجعية في جميع الاتجاهات الممكنة كاتجاهات M، وقد يرسل المرسل معلومات هوية اتجاه تشكيل الحزمة أو معرفات إلى جانب الإشارة المرجعية المشكلة بالحزمة، وفي حالة أنّ المرسل قادر على تشكيل الحزم في اتجاهات (M)، يجب أن تكون معلومات هوية اتجاه تشكيل الحزمة قادرة على الإشارة إلى اتجاهات (M).

قد يرسل جهاز الإرسال أيضاً إشارات مشكلة بالحزمة بما في ذلك الإشارة المرجعية ومعلومات هوية اتجاه الحزمة في اتجاهات معنية، وإذا تم إرسال الإشارة المرجعية بما في ذلك معلومات الهوية بهذه الطريقة فيمكن للمستقبل قياس الحزم المرسلة بواسطة المرسل واختيار أفضل حزمة، وإذا كان المرسل يقوم بتشكيل الحزمة في اتجاهات (M)، فإن المستقبل قد يؤدي تشكيل حزمة الاستقبال لاستقبال حزمة لها أفضل جودة إشارة يتم تحقيقها عن طريق تشكيل حزمة لحزمة إرسال محددة مسبقًا في اتجاه حزمة استقبال محدد مسبقًا.

تطور عمل نظام الاتصال في الاتصالات اللاسلكية باستخدام مخطط تشكيل الحزم

قد يجري المستقبل تشكيل حزمة الاستقبال في اتجاهات متعددة لاستقبال الإشارة التي شكلها المرسل في اتجاهات متعددة، وبناءً على ذلك يمكن للمستقبل أن يحدد صفات حزم الإرسال المستقبلة باعتبارها حزماً مُستقبلية، وقد يستخدم جهاز الاستقبال واحدًا أو كليهما من الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى نسبة الضوضاء (SINR) أو مؤشر قوة الإشارة المستقبلة (RSSI) لتحديد أفضل حزمة.

إذا تم اختيار أفضل حزمة بالاقتران مع حزم الإرسال والاستقبال فقد يرسل المستقبل إلى المرسل تغذية مرتدة بما في ذلك معلومات هوية حزمة الإرسال، أو معلومات هوية حزمة الإرسال ومعلومات حزمة الاستقبال، وقد يرسل المستقبل معلومات هوية حزمة الإرسال مع رمز لاكتشاف خطأ في معلومات هوية حزمة الإرسال وعلى سبيل المثال كود (CRC).

يمكن استخدام شفرة (CRC) في حالة إرسال معلومات هوية حزمة الإرسال في شكل رسالة، وقد يكون من الممكن أيضاً عمل تغذية مرتدة لمعلومات هوية حزمة الإرسال في شكل تسلسل غير الرسالة، وفي حالة إجراء تغذية مرتدة لمعلومات هوية حزمة الإرسال في شكل تسلسل غير رسالة يمكن إجراء اكتشاف الخطأ بمخطط قائم على العتبة.

قد يستقبل المرسل إشارة التغذية المرتدة بما في ذلك معلومات هوية حزمة الإرسال من المستقبل ويتحقق المرسل من شفرة (CRC) المضمنة في معلومات هوية حزمة الإرسال، وإذا تم اكتشاف خطأ (CRC) فإنّ المرسل قد يولد إشارة استلام (NACK) سلبية (NACK) ويرسلها إلى جهاز الاستقبال، وإلّا إذا لم يتم اكتشاف خطأ (CRC) فقد يولد جهاز الإرسال ويرسل إشارة استلام (ACK) إلى جهاز الاستقبال.

• “CRC” هي اختصار لـ “Cyclic-Redundancy-Check”.

• “NACK” هي اختصار لـ “Negative-Acknowledgement”.

• “ACK” هي اختصار لـ “Acknowledgement”.

• “SINR” هي اختصار لـ “Signal-to-Interference & Noise-Ratio”.

• “RSSI” هي اختصار لـ “Received-Signal-Strength-Indicator”.