نظام مجموعة الهوائي على أساس الاتصالات اللاسلكية OAM

يغير ناقل الطور السمتي حد طور سمتي لواجهة موجة يولدها عنصر الهوائي بحيث يفرض عنصر الهوائي (OAM) إشارة مشكلة متعددة الأبعاد على أسلوب (OAM)، محدد مسبقاً لإشارة حاملة تقابل مصطلح الطور السمتي.

ما هي مجموعة الهوائي على أساس الاتصالات اللاسلكية OAM

مجموعة الهوائي على أساس الاتصالات اللاسلكية (OAM): هي أنظمة وطرق الاتصالات اللاسلكية متعددة الأبعاد القائمة على الزخم الزاوي المداري، ويتم تشكيل الاتصال اللاسلكي متعدد الأبعاد المستند إلى (OAM) بجهاز إرسال لتوليد إشارة معدلة (RF) تحمل تسلسل بيانات، ويدرج كذلك صفيف هوائي OAM يشتمل على عناصر هوائي (OAM) ويشتمل كل منها على مبدل طور سمتي وعنصر هوائي.

• “OAM” هي اختصار لـ “Orbital-Angular-Momentum”.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio-Frequency”.

أساسيات مجموعة الهوائي على أساس الاتصالات اللاسلكية OAM

في الاتصالات اللاسلكية والاتصالات يتم توصيل الإشارات بين المرسل والمستقبل عن طريق تعديل إشارة التردد اللاسلكي (RF)، ومن خلال تعدد إرسال إشارة (RF) على درجة واحدة أو أكثر من درجات الحرية (DOF) يمكن إرسال إشارات متعددة في نفس الوقت، وبالتالي فإنّ تعدد إرسال الإشارات يزيد بشكل فعال من الإنتاجية الإجمالية للشبكة.

ومع ذلك نظراً للمطالبة بالمزيد والمزيد من عرض النطاق الترددي للاتصالات اللاسلكية فإنّ الحدود العليا لـ (DOFs) المطبقة حالياً تصبح مقيدة، وهذه القيود على حدود النطاق الترددي وليس فقط سرعة وسعة الشبكة ولكن أيضاً أمن الإشارات اللاسلكية والطاقة المستخدمة من قبلها.

كما يتم توفير طريقة للاتصال اللاسلكي متعدد الأبعاد المستند إلى الزخم الزاوي المداري (OAM)، بحيث يشتمل نظام الاتصال اللاسلكي على جهاز إرسال؛ لتوليد إشارة (RF) مشكلة تحمل تسلسل بيانات ويتضمن كذلك صفيف هوائي (OAM) يشتمل على عناصر هوائي (OAM)، وكل عنصر من عناصر هوائي (OAM) بما في ذلك مبدل طور سمتي وعنصر هوائي.

كما يتم توفير نظام للاتصالات اللاسلكية متعددة الأبعاد القائمة على الزخم الزاوي المداري (OAM)، بحيث تتضمن طريقة الاتصال اللاسلكي توليد إشارة (RF)، مشكّلة بواسطة جهاز إرسال تحمل تسلسل بيانات وتتضمن الطريقة كذلك إزاحة حد طور سمتي لواجهة موجة يولدها عنصر الهوائي لعنصر هوائي (OAM) في مصفوفة هوائي (OAM)، مع مبدل طور سمتي بحيث يفرض عنصر الهوائي (OAM) إشارة مشكلة متعددة الأبعاد على أسلوب (OAM).

ونظراً لأنّ الاتصالات اللاسلكية تتطلب نطاقاً ترددياً أكبر يجب أن تنمو سعة البنية التحتية لاستيعاب هذا الطلب، كما تتمثل إحدى طرق زيادة سعة البنية التحتية لاستيعاب عرض النطاق الترددي المتزايد في إدخال درجة أخرى من الحرية إلى ارتباط لاسلكي، بحيث تسمح درجات الحرية الأكبر في الارتباط اللاسلكي بمساحة بعدية أعلى لرموز الترميز لمساحة كوكبة الإشارة عن طريق زيادة عدد الأبعاد المقابلة لمساحة كوكبة الإشارة.

قد تشمل هذه الدرجة الإضافية من الحرية الزخم الزاوي المداري (OAM) لإشارة التردد الراديوي (RF) ومن خلال تقديم (OAM) كدرجة من الحرية لإرسال الإشارة، يمكن مضاعفة الإشارات عبر قنوات التردد الراديوي مثل قناة في الطور وقناة تربيعية، فضلاً عن حالات الاستقطاب والعدد المطلوب من أوضاع (OAM) ووفقاً لذلك يمكن تشفير رمز إلى نقطة كوكبة إشارة في مساحة كوكبة كبيرة نسبياً، بما في ذلك درجات الحرية.

كما تزيد مساحة الكوكبة عالية الأبعاد من كمية المعلومات التي يمكن ترميزها إلى الفضاء وبالإضافة إلى زيادة دقة تشفير وفك تشفير نقطة كوكبة الإشارة، ونتيجة لذلك يتم التفكير في زيادة الكفاءة الطيفية وكفاءة الطاقة والأمن من خلال زيادة أبعاد إشارات التردد اللاسلكي في الروابط اللاسلكية، مثل درجات الحرية الإضافية المقابلة لأوضاع (OAM)، وبالتالي يمكن استخدام الاتصالات اللاسلكية المحسّنة التي تستخدم الاتصالات اللاسلكية القائمة على وضع (OAM) للمعايير اللاسلكية الحالية والمستقبلية، مثل (2G) و(3G) و(4G) و(5G) وما بعده بالإضافة إلى أي معيار اتصال لاسلكي آخر.

• “DOF” هي اختصار لـ “Degrees-Of-Freedom”.

مبدأ عمل مجموعة الهوائي على أساس الاتصالات اللاسلكية OAM

قد يشتمل جهاز الاتصال اللاسلكي على جهاز إرسال أو جهاز استقبال متصل بهوائي أو صفيف هوائي لإرسال أو استقبال إشارات كهرومغناطيسي (EM)، وقد تشمل هذه الإشارات إشارات التردد اللاسلكي (RF) وإشارات الموجات المليمترية وإشارات التيراهيرتز (THz) والإشارات الضوئية للمساحة الحرة (FSO) أو أي إشارة (EM) أخرى مناسبة لنقل المعلومات.

قد يكون جهاز الاتصال اللاسلكي على اتصال بمصدر بيانات كخادم أو خادم سحابي أو نظام حوسبة سحابية أو مركز بيانات أو جهاز افتراضي أو كمبيوتر أو أي جهاز بيانات آخر مناسب، ويوفر مصدر البيانات لجهاز الاتصال اللاسلكي الإشارة المراد إرسالها، بدلاً من ذلك قد يكون مصدر البيانات وجهة للإشارة التي يتلقاها جهاز الاتصال اللاسلكي.

كما قد يكون مصدر البيانات على اتصال بجهاز الاتصال اللاسلكي عبر اتصال لاسلكي كـ (RF) أو بطريقة المليمتر أو (FSO)، أو عن طريق اتصال سلكي كالأسلاك النحاسية أو الألياف أو الكابلات المحورية أو توصيلات الموصل الفائق أو أي اتصال آخر مناسب لحمل الإشارات، كما قد يقوم جهاز الاتصال اللاسلكي بعد ذلك بتوصيل الإشارة بأجهزة أخرى قادرة على توصيل جهاز لاسلكي مطابق، مثل الهوائي أو صفيف الهوائي.

كما قد تتضمن الأجهزة كجهاز توجيه أو هاتف ذكي أو جهاز محمول آخر وجهاز كمبيوتر شخصي وخادم أو قاعدة بيانات وأي جهاز آخر قادر على الاتصال عبر موجات (EM)، وقد تشتمل الأجهزة على أجهزة اتصال لاسلكية مشابهة لجهاز الاتصال اللاسلكي، بما في ذلك جهاز إرسال أو جهاز استقبال متصل بهوائي أو صفيف هوائي وقد يتم الاتصال اللاسلكي بجهاز الاتصال اللاسلكي.

• “FSO” هي اختصار لـ “Free-space-optical-communication”.

• “EM” هي اختصار لـ “Electro-Magnetic”.

تطور عمل مجموعة الهوائي على أساس الاتصالات اللاسلكية OAM

للسماح بالاتصال بالأجهزة، قد يقوم جهاز الاتصال اللاسلكي بتشفير الإشارة ووفقاً لذلك قد يقوم جهاز الاتصال اللاسلكي بتشفير الإشارة من خلال الاستفادة من جميع درجات الحرية المتاحة، بما في ذلك الزخم الزاوي المداري (OAM) للموجة الكهرومغناطيسية التي يتم إرسالها، كما قد تكون الموجة الكهرومغناطيسية في مجال التردد الراديوي، حيث يتم تشفير الإشارة باستخدام مخطط تشكيل مشفر متعدد الأبعاد.

قد يشمل مخطط التشكيل المشفر متعدد الأبعاد تعدد الإرسال عبر قناة في الطور وقناة تربيعية ونطاقات مرور وحالات استقطاب أو أساليب (OAM)، ووفقاً لذلك يمكن مضاعفة الإشارة في مساحة أبعاد كبيرة جدًا بما في ذلك مزيج من أي من درجات الحرية، كما إنّ مخطط تعدد الإرسال هذا يزيد من الكفاءة الطيفية مع تسامح أكبر مع الخبو وتعدد المسيرات وتأثيرات التداخل وعدم الخطية وانحطاطات الإرسال اللاسلكي الأخرى.

بالإضافة إلى ذلك من خلال مضاعفة إرسال الإشارة بجهاز الاتصال اللاسلكي عبر درجات أكثر من الحرية بأبعاد أعلى يمكن أيضاً تحسين سعة السرية الإجمالية بشكل كبير، ووفقاً لذلك فإنّ أنظمة التشفير اللاسلكي القائمة على درجات أكبر من الحرية ممكنة لتشفير إشارة أكثر أماناً، وقد تسمح درجات الحرية المتزايدة والأبعاد الأعلى للإرسال من جهاز الإشارة اللاسلكية بتحسين أمان الطبقة المادية في جهاز الاتصال اللاسلكي.

ولتوفير أمان غير مشروط فإنّ التوزيع المستمر للمفاتيح الكمومية المتغيرة (CV-QKD) القائم على تعدد الإرسال الحامل الفرعي (CV-QKD) مع التسوية العكسية، عبر روابط الاتصالات اللاسلكية الضوئية (OWC) قد يستفيد من درجات الحرية مثل أوضاع (OAM)، لتحسين قدرة السرية ومعدل خطأ بت ومعدلات مفاتيح آمنة.