نظام محطات القاعدة الأساسية في الاتصالات The Base Station System

في نظام “GSM” يُعتبر نظام المحطة الأساسية مصطلحاً يُعطى  إلى وحدة تحكم المحطة الأساسية “BSC” ومحطة محطة الإرسال والاستقبال الأساسية “BTS” المرتبطة بها، ويعتمد عدد “BTS” المرتبط بـ “BSC” على الشركة المصنعة، وعلى الرغم من أنّه ليس إلزامياً من خلال تفسير معيار واجهة “Abis” سيتم دائماً توفير “BTS” و”BSC” المستخدمة في “BSS” من قبل نفس الشركة المصنعة.

ما هي المحطة الأساسية

المحطة الأساسية: في الاتصالات السلكيةواللاسلكية هي عبارة عن جهاز إرسال واستقبال ثابت يمثل نقطة الاتصال الرئيسية لجهاز عميل متنقل لاسلكي واحد أو أكثر.

تعمل المحطة الأساسية كنقطة اتصال مركزية لتوصيل جهاز لاسلكي، كما يقوم أيضاً بتوصيل الجهاز بشبكات أو أجهزة أخرى، وعادةً من خلال أسلاك مخصصة ذات نطاق ترددي عالٍ أو اتصالات ألياف ضوئية وتعد المحطات القاعدية بشكل عام جهاز إرسال واستقبال قادر على إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية.

وخلاف ذلك إذا قاموا بإرسال الإشارات فقط فسيتم اعتبارهم جهاز إرسال أو نقطة بث، وستحتوي المحطة الأساسية على هوائي واحد أو أكثر من هوائيات التردد اللاسلكي “RF”؛ لإرسال واستقبال إشارات التردد اللاسلكي إلى الأجهزة الأخرى.

تُعد المحطات الأساسية أيضاً نقاطاً مركزية يتصل بها جميع العملاء في شبكة نمطية محورية وتتحدث ولن يكون عميلاً بين أقران متشابهين، حيث إذا أرادت أجهزة العميل الاتصال ببعضها البعض فسيتواصلون مباشرة مع المحطة الأساسية ويقومون بذلك عن طريق توجيه كل حركة المرور من خلالها للإرسال إلى جهاز آخر.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile”.

• “BSC” هي اختصار لـ “Base Station controller”.

• “BSS” هي اختصار لـ “Base Station System”.

• “BTS” هي اختصار لـ “Base Transceiver Station”.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio frequencies”.

المحطات القاعدية في شبكات البيانات اللاسلكية

يُشار إلى المحطات الأساسية في شبكات الهاتف الخلوي بشكل أكثر شيوعاً باسم الأبراج الخلوية ويتصل كل هاتف خلوي بالبرج الخلوي، والذي يقوم بدوره بتوصيله بشبكة الهاتف السلكية العامة “PSTN” أو الإنترنت أو بالهواتف المحمولة الأخرى داخل الخلية، ويعتمد حجم المحطة الأساسية على حجم المنطقة المغطاة وعدد العملاء المدعومين والجغرافيا المحلية.

يمكن أن تتراوح المحطات الأساسية للأبراج الخلوية من الأبراج الكبيرة التي تغطي عدة أميال إلى الخلايا الدقيقة في البيئات الحضرية التي لا تغطي سوى عدد قليل من الكتل، كما يمكن لشركات الاتصالات تثبيت هذه المحطات الأساسية على أبراج مخصصة أو إرفاقها بالهياكل الحالية.

والعديد من الأبراج مموهة لتنسجم مع محيطها، فعلى سبيل المثال يمكن رسم بعضها وتشكيلها لتبدو وكأنها شجرة كبيرة، في حين أنّ البعض الآخر قد يكون داخل واجهة برج المياه على السطح وغالباً ما يحتوي برج خلوي واحد على أجهزة راديو ومعدات للعديد من مقدمي الخدمات.

سيستمر عدد محطات القاعدة الخلوية في الزيادة لتلبية الطلب المتزايد المزيد من الناس يستخدمون هواتفهم المحمولة لمزيد من العمليات كثيفة البيانات ممّا يشكل ضغطاً على الأبراج القائمة، وغالباً ما تستخدم تقنية الخلايا عالية السرعة “5G-NR” إشارات “mmWave” التي لا تغطي مساحة كبيرة مثل “4G” أو “3G“، لذلك قد تتطلب محطات قاعدية متخصصة.

تستخدم شبكات الأقمار الصناعية المحطات القاعدية لتوصيل القمر الصناعي بالشبكات الأرضية، وعندما يتحرك القمر الصناعي بالنسبة إلى الأرض، فقد يتطلب الاتصال به أكثر من محطة أساسية وعلى سبيل المثال في الإنترنت عبر الأقمار الصناعية المنزلية، ينتقل الطبق الشخصي للعميل إلى القمر الصناعي ثم ينتقل القمر الصناعي إلى محطته الأساسية على الأرض حيث يتم توصيله بالإنترنت.

في شبكات بيانات “Wi-Fi” تتصل أجهزة العميل بمحطة أساسية، ويشار إليها عموماً باسم نقاط الوصول اللاسلكية أو نقاط الوصول أو أجهزة التوجيه، كما ستقوم نقطة الوصول بعد ذلك بإرسال إرسال راديو “Wi-Fi” إلى شبكة سلكية.

• “PSTN” هي اختصار لـ “Public Switched Telephone Network”.

استخدامات المحطات القاعدية BSS

يستخدم الراديو ثنائي الاتجاه والمعروف أيضاً باسم راديو نطاق المواطنين أو راديو هام محطات القاعدة وهذه عادةً محطات ثابتة تتواصل مع العديد من مشغلي شبكات الهاتف المحمول، وعلى سبيل المثال قد يستخدم المرسل راديو المحطة الأساسية للتواصل مع العمال في الميدان لخدمات الطوارئ أو الشرطة أو سيارات الأجرة أو مواقع العمل الكبيرة.

تستخدم العديد من أنظمة المستهلكين أيضاً محطات قاعدية ويحتوي الهاتف المنزلي اللاسلكي على محطة أساسية لتوصيل جهاز واحد أو أكثر بمنافذ الهاتف السلكية “PSTN“، وربما توفير إعادة شحن الهاتف وتستخدم معظم أنظمة الواقع الافتراضي “VR” للغرفة بأكملها محطة أساسية واحدة أو أكثر لتوفير البيانات اللاسلكية، والمواضع الثابتة التي تستخدمها أجهزة الواقع الافتراضي لحساب موقعها النسبي في الفضاء ثلاثي الأبعاد، ويمكن القيام بذلك باستخدام ترددات الراديو أو إشارات الأشعة تحت الحمراء.

تستخدم بعض أجهزة إنترنت الأشياء محطات قاعدة مخصصة لنقل البيانات، وقد تستخدم أنظمة أتمتة المحور المنزلي الذكي بروتوكولات لاسلكية مملوكة؛ لتوصيل محطة أساسية بأجهزة الاستشعار وأدوات التحكم الخاصة بها وتستخدم بعض أنظمة الأشغال العامة في البلدية محطات قاعدية؛ لإرسال واستقبال البيانات من الأنظمة الموجودة في جميع أنحاء المنطقة، وغالباً ما تقوم شبكة المستشعرات اللاسلكية بتوصيل العديد من أجهزة الاستشعار الصغيرة بمحطة أساسية واحدة.

• “VR” هي اختصار لـ “Virtual Reality”.

مكونات BSS

• محطة الإرسال والاستقبال الأساسية “BTS”.

• وحدة تحكم المحطة الأساسية “BSC”.

آلية عمل BSS

يتواصل “BTS” و”BSC” عبر واجهة “Abis” المحددة ممّا يتيح العمليات بين المكونات التي يتم إجراؤها بواسطة موردين مختلفين، وقد تتكون المكونات الراديوية للخدمة “BSS” من أربع إلى سبع أو تسع خلايا وقد تحتوي خدمة “BSS” على محطة قاعدية واحدة أو أكثر، ويستخدم “BSS” واجهة “Abis” بين “BTS” و”BSC” ثم يتم توصيل خط منفصل عالي السرعة”T1″ أو “E1” من “BSS” إلى “MSC” المحمول.

• “MSC” هي اختصار لـ “Mobile Switching Centre”.

1- محطة الإرسال والاستقبال الأساسية “BTS”

يضم “BTS” أجهزة الإرسال والاستقبال الراديوية التي تحدد الخلية وتتعامل مع بروتوكولات الارتباط الراديوي مع “MS”، وفي منطقة حضرية كبيرة يمكن نشر عدد كبير من “BTSs” ويتوافق “BTS” مع أجهزة الإرسال والاستقبال والهوائيات المستخدمة في كل خلية من خلايا الشبكة.

عادة ما يتم وضع “BTS” في وسط الخلية، وتحدد قوتها المرسلة حجم الخلية ويحتوي كل “BTS” على ما بين 1 و16 جهاز إرسال واستقبال، واعتماداً على كثافة المستخدمين في الخلية وكل “BTS” بمثابة خلية واحدة، ويتضمن أيضاً الوظائف التالية:

• ترميز وتشفير وتعدد إرسال وتعديل وتغذية إشارات التردد اللاسلكي للهوائي.

• تحويل الشفرة ومعدل التكيف.

• مزامنة الوقت والتردد.

• الصوت من خلال خدمات كاملة أو بنصف السعر.

• فك تشفير وفك تشفير ومعادلة الإشارات المستقبلة.

• كشف الوصول العشوائي.

• تقدم التوقيت.

• قياسات قناة الإرسال.

2- وحدة تحكم المحطة الأساسية “BSC”

يدير “BSC” الموارد اللاسلكية لمحطة “BTS” واحدة أو أكثر، كما يتعامل مع إعداد قناة الراديو وترددات القفز والتسليم و”BSC” هو الاتصال بين الهاتف المحمول و”MSC”، وتقوم “BSC” أيضاً بترجمة القناة الصوتية “13 Kbps” المستخدمة عبر رابط الراديو إلى قناة “64 Kbps” القياسية المستخدمة بواسطة شبكة الهاتف العامة “PSDN” أو “ISDN“.

يخصص ويطلق الترددات والفترات الزمنية للخدمة المتنقلة، كما يعالج “BSC” التسليم بين الخلايا وهي تتحكم في نقل القدرة للخدمة “BSS” و”MS” في منطقتها، وتتمثل وظيفة “BSC” في تخصيص الفترات الزمنية اللازمة بين “BTS” و”MSC” وإنّه جهاز تبديل يتعامل مع موارد الراديو، تشمل الوظائف الإضافية:

• التحكم في قفز التردد.

• أداء تركيز حركة المرور لتقليل عدد الخطوط من “MSC”.

• توفير واجهة لمركز العمليات والصيانة لـ “BSS”.

• إعادة توزيع الترددات بين محطات “BTS”.

• تزامن الوقت والتردد.

• إدارة الطاقة.

• قياسات التأخير الزمني للإشارات المستقبلة من “MS”.

ملاحظة:“ISDN” هي اختصار لـ “Integrated Services Digital Network” و”MS” هي اختصار لـ “Mobile Station”.