الشبكات اللاسلكية متعددة الخلايا في الاتصالات

إنّ الحاجة إلى (5G) لتكييف شبكة الوصول الراديوي مع التغيرات المكانية والزمانية في حركة المرور تجعل نموذج الشبكات المتحركة أمرًا ضروريًا، حيث ستوفر طوبولوجيا الشبكة الديناميكية والخلايا المتحركة من خلال العقد المتنقلة للمركبات (NN) توسيعًا للتغطية وتحسينًا للقدرة عند الطلب، بالإضافة إلى تحقيق انخفاض في النفقات الرأسمالية والتشغيلية عند مقارنتها بنشر العقدة الثابتة مثل الخلايا الصغيرة.

أساسيات الشبكات اللاسلكية متعددة الخلايا

يتم إرسال إشارة واحدة على الأقل متعددة الموجات الحاملة في شبكة نقل بيانات أو بث شبكة تردد مركزية مفردة (SFN) تشتمل على خليتين جغرافيتين على الأقل مرتبطتين بجهاز إرسال واحد على الأقل، كما تشتمل إشارة الموجة الحاملة المتعددة على اثنين على الأقل الموجات الحاملة الفرعية يتم تشكيل كل منها بواسطة عناصر البيانات خلال فترات زمنية متتالية تسمى أوقات الرموز.

بالنسبة لواحدة على الأقل من الخلايا، يتألف من تخصيص بعض الحاملات الفرعية للإشارة على الأقل تحولًا دوريًا للوقت خلال وقت الرمز، ويكون التحول الزمني الدوري خاصًا بالخلية مثل أنّ اثنين ترتبط الخلايا المجاورة للشبكة بتحولين زمني دوريين متميزين.

التشكيلات والتنوع متعدد الموجات يجعل نشر شبكات الإرسال الخلوية أو متعددة الخلايا من الممكن ضمان الإرسال المستمر للمعلومات عبر منطقة جغرافية معينة، عن طريق قطع هذه المنطقة بشكل مصطنع إلى خلايا مجاورة وكل منها مرتبط بجهاز إرسال، وتسمى أيضًا محطة ويستقبل المستقبل المتنقل الذي يسافر في هذه المنطقة الجغرافية إشارة مرسلة بواسطة واحد أو أكثر من أجهزة الإرسال هذه، حسب موقعه بالنسبة لخلايا الشبكة.

تتمتع عمليات الإرسال متعددة الموجات مثل تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM) بالعديد من المزايا في بيئات الراديو المحمولة هذه، حيث إنّها تكافح بشكل فعال الصدى المستحث وبواسطة قناة الإرسال، كما أنّه في بيئة الاتصالات الراديوية تمر الموجة المرسلة أثناء رحلتها بانعكاسات متعددة وبالتالي يتلقى المستقبل مجموع الإصدارات المتأخرة من الإشارة المرسلة، والمقابلة للمسارات المتعددة التي تتبعها الإشارة.

• “SFN” هي اختصار لـ “single frequency network”.

• “NN” هي اختصار لـ “nomadic nodes “.

كيفية عمل الشبكات اللاسلكية متعددة الخلايا

يتم تخفيف كل من هذه الإصدارات وتحويلها بشكل عشوائي، زهذه الظاهرة المعروفة باسم تأخير الانتشار تولد تداخلًا بين الرموز (IES)، حيث في بيئة حضرية يكون انتشار التأخيرات المرتبطة بمسارات الإشارة المختلفة بترتيب أو أقل من بضعة ميكروثانية، ومن المفترض أن يتحرك المستقبِل على سبيل المثال الهاتف الراديوي المتنقل لسائق سيارة، ويعمل تأثير دوبلر أيضًا على كل مسار ممّا يؤدي إلى تحول التردد في الطيف المستقبَل، بما يتناسب مع سرعة حركة المستقبل.

ينتج عن الجمع بين هذه التأثيرات قناة إرسال غير ثابتة ومع خبو عميق عند ترددات معينة وبالتالي الحصول على قناة انتقائية للترددات، أي في لحظة معينة يتم إضعاف ترددات معينة للنطاق إلى حد كبير، كما تتكون إشارة الموجات الحاملة المتعددة من موجتين فرعيتين على الأقل كل منهما مشكَّلة، بواسطة عناصر البيانات خلال فترات زمنية متتالية تسمى أوقات الرموز.

كما تنبعث الإشارة متعددة الموجات الحاملة من جهاز إرسال واحد على الأقل لخلية جغرافية لشبكة متعددة الخلايا لإرسال أو بث البيانات في وقت واحد التردد المركزي، الذي يتميز بأنه على الأقل لبعض الموجات الحاملة الفرعية للإشارة يتم تخصيص تحول زمني دوري خلال وقت رمز، ويكون التحول الزمني الدوري المذكور خاصًا بالخلية ومتميزًا عن التحول الزمني الدوري المخصص لبعض الموجات الحاملة الفرعية على الأقل من إشارة واحدة على الأقل متعددة الموجات الحاملة، يتم إرسالها في خلية واحدة على الأقل مجاورة للشبكة.

كما تشتمل خلية واحدة على الأقل من الخلايا المذكورة على الأقل على هوائيين إرسال وتنفذ (MIMO) تشفير الزمان والمكان للإشارة متعددة الموجات، وفي نفس الوقت يتم تطبيق التحول الدوري الخاص بالخلية على الأقل بعض الحاملات الفرعية المرسلة بواسطة كل من هوائيات الإرسال، وهكذا يزداد التنوع من خلال الاستخدام المشترك لمبدأ التأخير الافتراضي ورموز الزمكان.

• “IES” هي اختصار لـ “Inter symbol interference”.

• “MIMO” هي اختصار لـ “multiple input, multiple output”.

مبدأ الشبكات اللاسلكية متعددة الخلايا

يعتمد المبدأ العام على التخطيط حيث في شبكة متعددة القنوات بتردد مركزي واحد (SFN) وللتأخيرات الزمنية الدورية الخاصة بخلايا الشبكة، والتي يتم تطبيقها على بعض أو كل الحاملات الفرعية للإشارات متعددة الموجات الحاملة تنتقل في بعض الخلايا على الأقل، وذلك لتنفيذ التنوع الكلي الخلوي لتحسين موثوقية وصلات جهاز الإرسال والاستقبال.

كما ينطبق على كل من شبكات نقل البيانات أي من نوع الهاتف الراديوي ونقل بيانات الفيديو وما إلى ذلك بدلاً من شبكات بيانات البث أو البث المتعدد، وهو ينطبق بشكل خاص على الشبكات القابلة لإعادة التشكيل التي تعمل في لحظة معينة بالنسبة لبعض خلايا وضع البث من نوع (SFN)، حيث ترسل جميع الخلايا نفس إشارة الموجات الحاملة المتعددة وللخلايا الأخرى في وضع نقل البيانات، حيث ترسل خلايا منفصلة مختلفة وإشارات إلى أجهزة استقبال معينة.

وهي تنطبق على أي نوع من التشكيل متعدد الموجات الحاملة ولا سيما التشكيلات (OFDM) و(MC-CDMA) و(MC-SS-MA) والتشكيلات الأخرى، ويتيح تسهيل تنفيذ خدمات البث المتعدد أو البث في مثل هذه الشبكات، بحيث أنّه في خدمة البث المتعدد يتم إرسال البيانات المشتركة بين مستخدمين اثنين على الأقل، مع تنفيذ المعالجة عند المرسل بحيث يمكن لجميع المستخدمين الذين يتلقون البيانات استقبالها

في جهاز استقبال إشارات متعددة الموجات الحاملة من شبكة إرسال أو بث بيانات تردد مركزي واحد تتكون الشبكة من خليتين جغرافيتين على الأقل مرتبطة بمرسل واحد على الأقل، وتشتمل كل إشارة من إشارات الموجات الحاملة على اثنين على الأقل من الموجات الحاملة الفرعية، وتشكل كل واحدة منهما بواسطة عناصر البيانات خلال فترات زمنية متتالية تسمى أوقات الرموز، والتي تتميز في جهاز الاستقبال، بما يلي:

• وسائل لاستقبال إشارة مجمعة تقابل مجموع إشارتين مستقبلتين على الأقل يتم إرسال كل منهما في قناة منفصلة وكل منهما تقابل نفس إشارة المصدر التي يحملها ناقل متعدد الإشارة.

• يتم إرسال الإشارات متعددة الموجات الحاملة في وقت واحد في وقت واحد في خلية منفصلة عن الشبكة المذكورة، على الأقل بعض الموجات الحاملة الفرعية لكل من إشارات الموجات الحاملة قد خضعت قبل البث لتحول زمني دوري داخل رمز (t)، وكما أنّ التحول الزمني الدوري هو خاص بالخلية بحيث أن خليتين متجاورتين للشبكة المرتبط باثنين من تعويضات الوقت الدورية المتميزة.

• وسائل لتقدير وظيفة النقل لكل من القنوات مع الأخذ في الاعتبار التعويضات الزمنية الدورية الموجودة في الإشارة المجمعة.

• وسيلة لإعادة بناء إشارة المصدر من خلال مراعاة وظيفتين على الأقل من وظائف النقل المقدرة.

ملاحظة:“OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiplexing”.

ملاحظة: “MC-CDMA” هي اختصار لـ “Multi-carrier code-division multiple access”.