كيفية تنظيم استخدام الطيف الترددي

تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية للخارج في جميع الاتجاهات حيث يسعى المرسل عمومًا إلى الاتصال بجهاز استقبال معين، ويوجه هوائي الإرسال غالبية الإشارة نحو ذلك المستقبل ويكون هوائي الاستلام أكثر حساسية للإشارات القادمة من اتجاه المرسل، ومع ذلك يشع الهوائي إشارات بمستويات أقل ويمكنه استقبال إشارات من جميع الاتجاهات.

أساسيات تنظيم الطيف الترددي

يتم تضخيم الإشارة المتداخلة واكتشافها تمامًا مثل الإشارة المطلوبة بمجرد دخولها إلى جهاز الاستقبال وحيث إذا كانت إشارة التداخل كبيرة بدرجة كافية، فيمكن أن تمنع الإشارة المرغوبة من إعادة تشكيلها وفهمها بشكل صحيح، ويجب على الأشخاص الراغبين في استخدام أجهزة الاتصالات الراديوية في منطقة معينة التعاون إذا أرادوا تجنب مشاكل التداخل.

وإذا كانت تعمل على نفس الترددات في نفس الوقت وفي نفس المنطقة، فإنّ إرسالاتها ستنتج تداخلاً في مستقبلات بعضها البعض، حيث يمنع كل مستخدم في الواقع الاستخدامات القريبة الأخرى المتزامنة لجزء من الطيف أثناء الإرسال، وبخلاف تكلفة تصميم وبناء وتشغيل محطات الراديو فإنّ استخدامها مجاني وليس لدى كل مستخدم حافز لاستخدام الطيف بشكل فردي بكفاءة نظرًا لعدم وجود مدخرات.

ومع ذلك فإنّ الاستخدام غير المنسق والمهدر يمكن أن يؤدي بسهولة إلى معاناة كل شخص من التدخل ممّا يمنع التشغيل المرضي ويمنع الوصول إلى مستخدمين جدد، ويُعتبر الطيف الكهرومغناطيسي سلعة عامة غير عادية أو مصدر طبيعي وعندما يتوقف أحد المستخدمين عن استخدام جزء من الطيف، يمكن للآخر استخدامه بسهولة ومع ذلك فإنّ الطيف نادر؛ لأنّه في أي وقت ومكان معينين يحول استخدام واحد لجزء من الطيف دون أي استخدام آخر لذلك الجزء.

يتم تنظيم استخدام الطيف الراديوي والتحكم في الوصول وفرض قواعد استخدامه بسبب احتمالات التداخل بين الاستخدامات غير المنسقة، حيث في خدمة البث وحدها يجب أن يعرف المذيع أين يمكن استقبال إشارة المحطة من أجل تلبية احتياجات المعلنين والتدخل غير مقبول.

كيفية إرسال المعلومات في الطيف المنظم

يتم استقبال أو إرسال إشارات راديوية مرمزة بمعلومات التوزيع الطيفي وتحليل معلومات التوزيع الطيفي لتحديد النطاقات المتاحة في الطيف المنظم لإرسال الإشارات، وإرسال الإشارات على واحد على الأقل من النطاقات المتاحة في الطيف المنظم.

تتضمن معلومات التوزيع الطيفي قيودًا على عرض نطاق في الطيف المنظم، بحيث تتضمن الشبكة بشكل عام قاعدة بيانات مركزية تخزن معلومات التخصيص الطيفي، وجهاز إرسال مهيأ لإرسال الإشارات الراديوية المرمز بمعلومات التخصيص الطيفي وجهاز استقبال تم تكوينه لاستقبال الإشارات الراديوية، وتحليل النطاقات المتاحة في الطيف المنظم من التخصيص الطيفي المعلومات ونقل الإشارات على واحد على الأقل من النطاقات المتاحة.

لبث إشارة لاسلكية في مساحة بيضاء يحتاج المستخدم الذي يمتلك جهازًا لاسلكيًا قادرًا على الإرسال اللاسلكي مثل الراديو في المساحة البيضاء إلى معرفة النطاقات في الطيف، والتي تشغلها أو محجوزة للبث بواسطة أجهزة أخرى لتحديد ما إذا كان الإرسال على نطاق معين في الموقع الجغرافي المحدد للمستخدم.

كما توفر قاعدة البيانات القنوات المتاحة في الطيف لموقع مادي أو جغرافي معين، ومن أجل إرسال الإشارات بشكل قانوني في الطيف المنظم في الموقع المادي أو الجغرافي المحدد، يجب أن يكون الجهاز اللاسلكي قادرًا على الوصول والحصول على معلومات تخصيص الطيف المخزنة في قاعدة البيانات المركزية، ومع ذلك يجب أن يصل الجهاز اللاسلكي إلى قاعدة البيانات بخلاف استخدام الطيف المنظم.

خصائص إجراء إرسال المعلومات في الطيف المنظم

عادةً ما يتم إجراء مثل هذا الاتصال بقاعدة البيانات المركزية عن طريق اتصالات الإنترنت السلكية أو اللاسلكية وعلى سبيل المثال الخلوية و(Wi-Fi) و(WAN) والقمر الصناعي أو اتصال مباشر بقاعدة البيانات المركزية، كما إنّ شرط وجود اتصال بالإنترنت للاتصال بقاعدة البيانات المركزية، يضع عددًا من الأعباء على عاتق المستخدمين.

في طريقة إرسال الإشارات في طيف منظم وشبكة مهيأة لأداء نفس الشيء، تتضمن الطريقة استقبال الإشارات الراديوية بمعلومات التوزيع الطيفي، ثم تحليل معلومات التوزيع الطيفي لتحديد النطاقات المتاحة لإرسال الإشارات في الطيف المنظم، وإرسال المعلومات عن النطاقات المتاحة في الطيف المنظم وكما يمكن توفير التوافر الطيفي لموقع معين عن طريق البث معلومات طيفية وموقع من قاعدة البيانات.

يمكن توصيل جهاز إرسال بقاعدة البيانات وباتباع إجراء مصادقة اختياري لأي أجهزة لاسلكية يمكنها تلقي المعلومات التي يتم بثها، كما يمكن لجهاز الإرسال بعد ذلك بشكل متكرر أو إرسال معلومات طيفية بشكل دوري لمنطقة جغرافية واحدة أو أكثر ضمن نطاق البث الخاص بها، ولا يحتاج الجهاز اللاسلكي الذي يستخدم آلية تحديد الموقع الجغرافي هذه إلى الإرسال أو أن يكون لديه آلية أخرى؛ للاتصال بقاعدة بيانات تحديد الموقع الجغرافي.

يستمع مثل هذا الجهاز أولاً بفحص النطاقات المحتملة للإرسال من خدمة البث التي تحمل معلومات الطيف والموقع من قاعدة البيانات، وبمجرد العثور عليه يمكن للجهاز اللاسلكي استقبال الحزم من الخدمة واستقبال توفر القناة الطيفية لجميع المناطق داخل نطاق خدمة البث، ويمكن للجهاز اللاسلكي أيضًا استخدام المعرفة الخاصة بموقعه من (GPS) أو أي تثليث لاسلكي آخر، وتحديد منطقة قاعدة بيانات البث التي تتوافق مع موقعه.

ملاحظة:“GPS” هي اختصار لـ “Global Positioning System”.

ملاحظة:“WAN” هي اختصار لـ “Wide Area Network”.

مبدأ تنظيم التردد الراديوي في قنوات الاتصالات

يمكن أن تتضمن قاعدة البيانات المركزية قاعدة بيانات واحدة ومجموعة قواعد بيانات متعددة وشبكة واحدة أو أكثر متصلة بقاعدة البيانات، كما قد توجد قاعدة البيانات المركزية على خادم الاتصالات ويمكن تنظيم الاتصالات بالخادم وقد تقوم قاعدة البيانات المركزية بتخزين البيانات أو المعلومات، بما في ذلك معلومات التخصيص الطيفي على محرك أقراص ثابت أو مجموعة من محركات الأقراص الثابتة كمجموعة (RAID)، أو وحدة ذاكرة فلاش واحدة أو أكثر أو أي كمبيوتر آخر أو وسيط يمكن قراءته بواسطة المعالج.

في العديد من المناطق الحضرية قد تحتوي المنطقة الجغرافية على العديد من النطاقات المحجوزة لبث إشارات الراديو والتلفاز الرقمي، وتحديد الهوية أو إشارات والإرسال على الموجات القصيرة وعمليات النقل الأخرى والخلوية أو إرسال الهاتف اللاسلكي و(Bluetooth).

وفي المناطق الريفية قد يكون لهذه المناطق الجغرافية نطاقات محجوزة أقل بكثير، وقد يكون حجم المنطقة الجغرافية الريفية أكبر بكثير من منطقة جغرافية حضرية، كما يستخدم الجهاز سجل الموقع المحدد الذي تم إرساله للمنطقة المحددة له لتحديد القنوات المتاحة، وهذا له العديد من المزايا وهي:

• تجنب الاتصال بالإنترنت للجهاز للحصول على معلومات تحديد الموقع الجغرافي من قاعدة البيانات.

• تمكين استخدام النطاقات غير المرخصة الخاضعة لقيود تحديد الموقع الجغرافي السابقة وعلى سبيل المثال داخل مساحة بيضاء؛ للحصول على معلومات الموقع.

• يمكن تحديد موقع الجهاز من خلال خدمة أو جهاز (GPS) متصل أو عن طريق تثليث الراديو كإرسال مساحة بيضاء للتلفاز أو أجهزة راديو أخرى.

ملاحظة:“RAID” هي اختصار لـ “Redundant Array of Independent Disks”.

في النهاية، تقليدياً في عملية تنظيم الطيف الترددي لن يتم اعتماد النطاقات بين إشارات البث التلفزيوني التماثلية للإرسال بسبب التداخل المدمر المحتمل مع إشارات البث التلفزيوني المجاورة لها طيفياً.