نظام الوصول المتعدد بالتقسيم المكاني SDMA

الوصول المتعدد بتقسيم الفضاء أو الوصول المتعدد للتقسيم المكاني هو تقنية هي بنية متعددة المدخلات ومخرجات متعددة “MIMO“، وتستخدم في الغالب في الاتصالات اللاسلكية والأقمار الصناعية.

ما هو نظام والوصول المتعدد بالتقسيم المكاني SDMA

الوصول المتعدد بالتقسيم المكاني (SDMA): هو طريقة للوصول إلى القنوات المستخدمة في أنظمة الاتصالات المتنقلة التي تعيد استخدام نفس مجموعة ترددات الهاتف الخلوي في منطقة خدمة معينة، كما يمكن لخليتين أو منطقتين صغيرتين الاستفادة من نفس مجموعة الترددات إذا كانت مفصولة بمسافة مسموح بها وتسمى مسافة إعادة الاستخدام.

• “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-In-Multiple-Out”.

• “SDMA” هي اختصار لـ “Space-division-multiple-access”.

مميزات نظام SDMA

• يمكن لجميع المستخدمين التواصل في نفس الوقت باستخدام نفس القناة.

• نظام “SDMA” خالي تماماً من التداخل.

• يمكن لقمر صناعي واحد التواصل مع المزيد من أجهزة استقبال الأقمار الصناعية من نفس التردد.

• تستخدم هوائيات الحزمة النقطية الاتجاهية وبالتالي يمكن للمحطة الأساسية في “SDMA” تتبع مستخدم متحرك.

• يتحكم في الطاقة المشعة لكل مستخدم في الفضاء.

أساسيات نظام SDMA

تقنية الهوائيات المتعددة المتقدمة التي تزيد من الكفاءة الطيفية والمدى وعرض النطاق المتاح للأجهزة اللاسلكية المتحركة، كما تشع محطات القاعدة الخلوية التقليدية الطاقة في جميع الاتجاهات لأنّها لا تملك معلومات حول مكان وجود الجهاز المحمول، كما يؤدي هذا إلى إهدار الطاقة ويسبب تداخلاً في الخلايا المجاورة، كما يجعل من الصعب تمييز الإشارات الواردة الأضعف من بين الضوضاء والتداخل.

و باستخدام تقنية الهوائي الذكي لتتبع الموقع المكاني للأجهزة المحمولة يمكن ضبط مخطط إشعاع المحطة الأساسية لتحسين الإرسال والاستقبال لكل جهاز مستخدم، ومن خلال الضبط السريع لمرحلة الإشارات من عدة هوائيات يمكن للمحطة الأساسية أن توجه بشكل فعال حزمة أو بقعة من طاقة التردد اللاسلكي إلى أو من كل مستخدم.

وعلى عكس “MIMO” لا يلزم سوى هوائي واحد في جهاز العميل ممّا قد يقلل من تكاليف معدات مباني العميل “CPE”، كما تُستخدم تقنيات “SDMA” في أنظمة النطاق العريض اللاسلكية المسجلة الملكية وهي خيارات محتملة لشبكات “WiMAX” المتنقلة و”LTE“.

تزيد “SDMA” من قدرة النظام وجودة الإرسال من خلال تركيز الإشارة في حزم إرسال ضيقة، ومن خلال استخدام الهوائيات الذكية ذات الحزم الموجهة باتجاه المحطة المتنقلة، تخدم “SDMA” مستخدمين مختلفين في نفس المنطقة، كما تواجه المحطات المتنقلة التي تعمل خارج حدود هذه الحزم الموجهة تداخلاً قريباً من الصفر من محطات متنقلة أخرى تعمل تحت نفس المحطة الأساسية مع نفس التردد اللاسلكي.

نظراً لأنّ الحزم مركزة يمكن أن يزيد تردد طاقة الراديو من نطاق المحطة الأساسية، كما تسمح خاصية “SDMA” هذه للمحطات القاعدية بالحصول على تغطية راديوية أكبر بطاقة مشعة أقل، حيث يتيح عرض الحزمة الضيق هذا أيضاً قدراً أكبر من الكسب والوضوح.

• “CPE” هي اختصار لـ “Customer-premises-equipment”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.

مبدأ عمل نظام SDMA

في ظل أنظمة شبكات الهاتف المحمول التقليدية تشع المحطة الأساسية إشارات الراديو في جميع الاتجاهات داخل الخلية دون معرفة موقع المحطة المتنقلة، وتقوم تقنية “SDMA” بقنوات إشارات الراديو بناءً على موقع المحطة المتنقلة، ومن خلال هذه الطريقة توفر بنية “SDMA” موارد الشبكة القيمة وتمنع إرسال الإشارات الزائدة في المناطق التي تكون فيها الأجهزة المحمولة غير نشطة حالياً.

الميزة الرئيسية لـ “SDMA” هي إعادة استخدام التردد، وبشرط الحفاظ على مسافة إعادة الاستخدام في معمارية الشبكة، ويمكن أن يكون التداخل قريباً من الصفر حتى إذا كانت المحطات المتنقلة تستخدم نفس الترددات المخصصة.

في أنظمة الاتصالات الساتلية وكقاعدة عامة خاصة في الاتصالات الساتلية المتنقلة “MSC” ينشط العديد من المستخدمين في نفس الوقت، ومع ذلك يمكن حل مشكلة الاتصالات المتزامنة بين العديد من مستخدمي الأقمار الصناعية المتنقلة أحادية أو متعددة الأطراف باستخدام تقنية الوصول المتعدد “MA”،\ ونظراً لأنّ موارد الأنظمة مثل قدرة الإرسال وعرض النطاق محدودة، فمن المستحسن استخدام القنوات بشحنة كاملة وإنشاء “MA” مختلف للقناة.

كما ينتج عن هذا مشكلة تجميع وفصل الإشارات في جزأي الإرسال والاستقبال على التوالي، ويتمثل تحديد هذه المشكلة في تطوير قنوات إرسال متعامدة، ومن أجل فصل الإشارات من مختلف المستخدمين بشكل لا لبس فيه على جزء الاستقبال.

تعتمد بنية الشبكة والوصول المتعدد لتقسيم الفضاء “SDMA” على معلومات موقع المستخدم وتوفر للمستخدمين الوصول إلى قناة الاتصال بناءً على موقعهم، وتقسم “SDMA” المساحة الجغرافية، حيث يوجد المستخدمون إلى مساحات أصغر، والعنصر الرئيسي في التصميم هو خريطة فردية بين تقسيم الفضاء وقسمة عرض النطاق في الفترات الزمنية وتقسيم التردد لذلك تتوافق “SDMA” مع أي مخطط نفاذ متعدد مثل “TDMA” و”FDMA” و”CDMA“.

و متطلبات النظام هي معلومات المستخدم عن موقعه والمعرفة المسبقة بخريطة واحد لواحد للموقع لقسم النطاق الترددي، والمخطط هو البدء الذاتي والمحافظة على الذات. ويوفر وصولاً خالياً من التصادم إلى وسيط الاتصال للمستخدمين ويسهل دقة عنوان الاتصال بين المستخدمين، وبالإضافة إلى ذلك تضمن “SDMA” اتصالاً محدود التأخير.

• “FDMA” هي اختصار لـ “Frequency-Division-Multiple-Access”.

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

• “TDMA” هي اختصار لـ “Time-Division-Multiple-Access”.

• “MSC” هي اختصار لـ “Mobile-Switching-Center”.

تقسيم مكاني متعدد الوصول لأنظمة الاتصالات اللاسلكية

باستخدام قياسات من صفيف من هوائيات الاستقبال في المحطة الأساسية تُحسب معلمات الإشارات المتعددة المرسلة إلى محطة القاعدة من مجموعة من المستخدمين في نفس القناة، وتُستخدم للحصول على مواقع وسرعات المستخدمين، كما تُستخدم المواقع ومعلمات الإشارة الأخرى ذات الصلة لحساب استراتيجيات إزالة تعدد الإرسال المكاني المناسبة، وإعادة بناء الإشارات الفردية المرسلة من قياسات المستقبل وتقليل التداخل إلى المستويات المقبولة.

تُستخدم معلومات الموقع غير المتوفرة هذه حتى الآن في حل مشكلة التسليم، كما تُستخدم هذه المعلومات أيضاً لحساب استراتيجية تعدد إرسال مكاني، ومناسبة للإرسال المتزامن للإشارات إلى المستخدمين في نفس القناة، كما يمكن أن يكون هذا هو نفس قناة الاستقبال، كما تنشئ أنظمة الإرسال والاستقبال روابط ثنائية كاملة متعددة في نفس القناة عن طريق الاستقبال المباشر للإشارات وإرسالها في المحطات الأساسية فقط.

يمكن أيضاً تنفيذ هذا في المواقع المتنقلة لتحسين جودة الإشارة وإنشاء روابط اتصال من نقطة إلى نقطة بين العديد من المستخدمين المتنقلين، وعلاوة على ذلك لا يلزم تنفيذ وظائف الإرسال والاستقبال في المحطة الأساسية، وستظل المحطة الأساسية لنظام الاستقبال فقط تعمل على تحسين جودة الإشارة المستقبلة وبالتالي السعة بالإضافة إلى التخفيف من مشكلة التسليم.

يتعلق بشكل عام بالوصول المتعدد لشبكات المعلومات والاتصالات اللاسلكية وعلى وجه الخصوص بطريقة وجهاز لاستغلال المعلومات، والتي تم جمعها بواسطة صفائف من أجهزة الاستشعار الموزعة مكانياً لزيادة عدد ونوعية قنوات الاتصال في الشبكات اللاسلكية بشكل كبير، وعن طريق إنشاء وصلات توجيهية مكانية قادرة على التشغيل مزدوج الإرسال في بيئات غير ثابتة دون زيادة كمية الطيف الترددي المخصص.

تتكون أنظمة الاتصالات اللاسلكية بشكل عام من واحد أو أكثر من المواقع المركزية المحلية ويشار إليها هنا بالمحطات الأساسية، والتي من خلالها يتمكن جهاز الإرسال أو الاستقبال اللاسلكي من الوصول إلى شبكة معلومات أكبر وتخدم المحطات الأساسية منطقة محلية، حيث يوجد عدد من المستخدمين اللاسلكيين ثابتاً أو متنقلاً.

كما تتمثل وظيفة المحطة الأساسية في ترحيل الرسائل من وإلى المستخدمين في جميع أنحاء الشبكة وفي أنظمة الهاتف المحمول الخلوية على سبيل المثال، ويتم تنفيذ هذه المهمة عن طريق ترحيل الرسائل إلى مكتب تبديل الهاتف المحمول “MTSO” واستلامه.

كما ينشئ المستخدم اللاسلكي رابط اتصال ثنائي الاتجاه أي مزدوج الاتجاه مع مستخدم آخر أو أكثر لديه أيضاً بعض الوصول إلى الشبكة، وعن طريق طلب الوصول إلى الشبكة أولاً من خلال المحطة الأساسية المحلية ويتم إنجاز هذا الاتصال في الاتصالات المتنقلة الخلوية.