يحتوي مجال الاتصالات اللاسلكية على العديد من التطبيقات بما في ذلك الهواتف اللاسلكية والترحيل والحلقات المحلية اللاسلكية والمساعدات الرقمية الشخصية (PDAs)، والاتصال عبر الإنترنت وأنظمة الاتصالات خلال الأقمار الصناعية، وأحد التطبيقات المهمة بشكل خاص هو أنظمة الهاتف الخلوي للمشتركين عن بعد.

 

أساسيات تقنيات تنوع الإرسال

 

يتم تكوين معظم أنظمة الاتصالات الآن لاستخدام هوائي واحد للإرسال عبر الوصلة الأمامية إلى محطة بعيدة واحدة، ولكن من المتوقع أن يتم استخدام هوائيات متعددة في نهاية المطاف لعمليات إرسال الوصلة الأمامية إلى محطة بعيدة واحدة، حيث توفر الهوائيات المتعددة تنوع الإرسال (TD) ممّا يزيد من جودة الوصلة الأمامية.

 

عندما تتحسن جودة الوصلة الأمامية يتطلب الأمر طاقة إرسال أقل لنقل المعلومات إلى محطة بعيدة، وعلى العكس من ذلك يمكن نقل المزيد من المعلومات باستخدام نفس قوة الإرسال، ويزداد معدل نقل البيانات الإجمالي للوصلة، كما يشير مصطلح “الوصلة الأمامية” إلى عمليات الإرسال من محطة قاعدة إلى محطة بعيدة، بينما يشير مصطلح “الوصلة العكسية” إلى عمليات الإرسال من محطة بعيدة إلى محطة أساسية.

 

في أنظمة تنوع الإرسال يتم الحصول على معلومات مرحلة الهوائي ومعلومات الاتساع بواسطة محطة بعيدة من خلال قناة تجريبية مرسلة من كل هوائي، حيث يُعتبر أحد الهوائيات هو الهوائي الأولي بينما تعتبر الهوائيات الأخرى هي الهوائيات المساعدة، كما يمكن تمديد عدد الهوائيات دون التأثير على نطاق تنشأ فيه مشكلة نشر الأنظمة التي تقدم تنوع الإرسال.

 

يمكن ترقية نظام الاتصال لاستخدام هوائيات متعددة فإنّ المحطات البعيدة التي يديرها مستخدمون فرديون قد لا تواكب ترقيات النظام، كما يمكنه دعم محطة بعيدة غير (TD) باستخدام الهوائي الأساسي وحده ونظراً لأنّ جميع أنظمة الاتصالات اللاسلكية تقريبًا، تتطلب نقل معلومات الخصائص من المحطة البعيدة إلى محطة قاعدة تخدم ويمكن إخطار محطة قاعدة (TD) بسهولة، بأنّه يجب إرسال الإرسالات إلى محطة بعيدة لا تعتمد على (TD) إلّا على الهوائي الأساسي ويمكن بعد ذلك تعديل التشكيل في المحطة الأساسية وفقًا لذلك.

 

ملاحظة: “TD” هي اختصار لـ “Transmission Diversity”.

ملاحظة:PDA” هي اختصار لـ “personal digital assistant”.

 

أهمية تقنيات تنوع الإرسال

 

إنّ الإشارات الناشئة من إرسال هوائي واحد متعامدة ويترابط حجم التداخل بين هذه الإشارات المتعامدة، ومع ذلك على الرغم من أن الإشارات الصادرة من هوائيات متعددة قد تكون متعامدة، فإنّ وسيط الإرسال سيحدث عيوبًا مثل المسار المتعدد، ممّا يؤدي إلى إضعاف التعامد بين الإشارات ولن تكون الإشارات التي تتلقاها المحطات البعيدة متعامدة تمامًا، وبالتالي ستتداخل مع بعضها البعض.

 

كما إنّ حجم التداخل بين مسار إرسال هوائي واحد ومسار إرسال هوائي آخر غير مترابط بشكل عام؛ لأنّ الإشارات من الهوائيات المختلفة تنتشر على طول مسارات لاسلكية مختلفة، وإذا لم يكن حجم التداخل بين مختلف مسيرات الهوائي مترابطًا، فإنّ مكاسب الإرسال الناشئة عن الجمع بين مسيرات متعددة لا تعود موجودة للمحطات البعيدة التي ليست (TD).

 

نظراً لأنّ محطة قاعدة ذات تنوع إرسال سترسل إلى كل من المحطات البعيدة (TD) والمحطات البعيدة غير (TD) خلال نفس المدة الزمنية وعلى نفس الترددات، ويترتب على ذلك أنّ أداء المحطة البعيدة غير (TD) يتأثر بشكل كبير عندما تعمل وسط محطات (TD) عن بعد، لذلك هناك حاجة في المجال لطرق وأجهزة تسمح لمحطة بعيدة لا تعمل بنظام (TD) بالعمل ضمن نظام تنوع الإرسال، بطريقة لا تضعف جودة إرسالات الوصلة الأمامية المستقبلة.

 

حالات تنوع الإرسال في أنظمة الاتصالات

 

في حالات معينة قد تُترك سعة الإرسال المتاحة غير مستخدمة بسبب عدم قدرة النظام على موازنة الطاقة بين الهوائيات المتعددة، وعندما يتم توزيع حمل الطاقة على الهوائيات المتعددة بشكل غير متساوٍ أو عندما تختلف معدلات القدرة على مضخمات القدرة لكل هوائي، لا يتم تكوين الأنظمة الحالية لإعادة توزيع حمل الإرسال من هوائي مثقل بالأعباء إلى هوائي آخر غير مستخدم بشكل كافٍ، وعادةً ما يكون لكل هوائي مضخم طاقة منفصل خاص به.

 

يتم تصنيف مضخمات الطاقة للحصول على أقصى طاقة بناءً على قيود التصميم والقيود التنظيمية، لذلك هناك حد لمقدار القدرة التي يمكن لكل هوائي الإرسال بواسطتها، وفي الأنظمة يتم تصميم النظام ليكون محدودًا عندما يصل أحد مضخمات الطاقة إلى أقصى حمل له، حتى إذا كان هناك مضخم طاقة آخر به سعة متاحة.

 

لا يمكن إعادة توزيع الطاقة المتاحة من هوائي غير مستخدم بشكل كافٍ إلى هوائي محمّل بكثافة، وقد تحدث هذه المشكلة عندما لا يتم تحميل هوائيات متعددة بنفس حمل الإرسال، أو عندما يكون لمضخمات الطاقة المختلفة معدلات طاقة مختلفة، وهناك حالات معينة لا يتم فيها تحميل الهوائيات المتعددة بنفس قوة الإرسال.

 

تتمثل إحدى الحالات في حالة إرسال إرسالات إلى كل من المحطات البعيدة غير (TD)، مثل أنّ الإرسال إلى المحطات البعيدة غير (TD) يحدث فقط على الهوائي الأولي، والإرسال إلى المحطات البعيدة (TD) يحدث على كل من الهوائيات الأولية والهوائيات المساعدة، ومن المستحيل تحديد معدلات القدرة المطلوبة مسبقًا لمضخمات القدرة الأولية والمساعدة على محطة قاعدة تدعم (TD)، نظرًا لأن القدرة تعتمد على عدد متقلب من المحطات البعيدة (TD) و (non-TD) التي تخدمها المحطة الأساسية في أي وقت معين.

 

أشكال حالات تنوع الإرسال في أنظمة الاتصالات

 

من المحتمل أن تكون سعة صبيب المحطة الأساسية مقيدة بمضخم القدرة لهوائي أولي محمل بالكامل حيث لا يمكن “استعارة” القدرة من مضخمات القدرة الأخرى، وكما أنّه لا يمكن استخدام الطاقة من مضخمات الطاقة الأخرى بسبب القيود القانونية التي تفرضها هيئات المعايير المختلفة وليس بسبب قيود مادية.

 

قد تحدث حالة أخرى يكون فيها لمضخمات الطاقة أحمال غير متساوية أثناء نقل بعض القنوات، وعلى سبيل المثال يتم تكوين قنوات الاستدعاء وقنوات التزامن في (cdma2000) للإرسال فقط على الهوائي الأولي، ممّا يؤثر على الحمل على مضخم الطاقة الأساسي.

 

كما يزيد الحمل المتزايد من احتمال وصول مضخم الطاقة للهوائي الأساسي إلى السعة الكاملة قبل مضخمات الطاقة للهوائيات المساعدة، بحيث يكون لمضخمات القدرة على الهوائيات الإضافية القدرة المتاحة التي تُترك دون استخدام، ولذلك هناك أيضًا حاجة في المجال للطرق والأجهزة التي من شأنها زيادة سعة الوصلة الأمامية لأنظمة (TD) من خلال استخدام “السعة الضائعة” للهوائيات المساعدة، التي تسببها التحميل الكامل للهوائي الأولي.

 

كما يوفر النظام وحدة إعادة توزيع لمعالجة إشارة إرسال أولية وإشارة إرسال مساعدة داخل نظام تنوع الإرسال لتوفير مكاسب تنوع الإرسال لمستقبلات تنوع غير الإرسال، بما في ذلك إشارة الإرسال الأولية نحو هوائي أولي، وعنصر متغير الوقت لأول مرة لتوليد نسخة متغيرة بمرور الوقت من إشارة الإرسال الأولية وإعادة توزيع نسخة متغيرة بمرور الوقت من إشارة الإرسال الأولية إلى هوائي مساعد.

 

ملاحظة: “cdma2000” هي اختصار لـ “Code Division Multiple Access 2000”.

 

في النهاية، مع تنوع الإرسال يمكن إرسال المزيد من رموز التشكيل إلى المستقبل، ممّا يزيد من صبيب البيانات في النظام، وبالإضافة إلى ذلك يزيد تنوع الإرسال من متانة نظام الاتصالات للضوضاء والتداخل من خلال توفير مسارات إشارة بديلة.