اقرأ في هذا المقال
- تعريف التعديل متعدد الموجات الحاملة
- مزايا MCM
- عيوب MCM
- أساسيات تعديل متعدد الناقلات
- تطور في التعديل متعدد الموجات الحاملة
- أشكال MCM
- تطبيقات MCM
تم استخدام “MCM” لأول مرة في الاتصالات العسكرية التماثلية في الخمسينيات من القرن الماضي، كما جذبت “MCM” الانتباه كوسيلة؛ لتحسين عرض النطاق التردديللاتصالات الرقمية عبر الوسائط ذات القيود المادية، ويستخدم المخطط في بعض خدمات البث الصوتي، وتتيح هذه التقنية نفسها للتلفاز الرقمي، وتُستخدم كطريقة للحصول على سرعات بيانات عالية في أنظمة خط المشترك الرقمي غير المتماثل “ADSL”.
تعريف التعديل متعدد الموجات الحاملة:
التعديل متعدد الموجات الحاملة “MCM”: هو طريقة لإرسال البيانات عن طريق تقسيمها إلى عدة مكونات، وإرسال كل من هذه المكونات عبر إشارات حاملة منفصلة، حيث تمتلك الموجات الحاملة الفردية عرض نطاق ضيق، ولكن يمكن أن يكون للإشارة المركبة عرض نطاق واسع، ويستخدم “MCM” أيضاً في شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية “WLANs“، وكذلك في تعدد الإرسال المتعامد بتقسيم التردد “OFDM” وتعدد الإرسال بتقسيم التردد “FDM” وتعدد الإرسال بالتقسيم الزمني “TDM”.
- “MCM” هي اختصار لـ “Multi-Carrier Modulation”.
- “ADSL” هي اختصار لـ “Asymmetric Digital Subscriber Line”.
- “TDM” هي اختصار لـ “Time-division multiplexing”.
- “FDM” هي اختصار لـ “Frequency-division multiplexing”.
- “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency division multiplexing”.
- “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.
مزايا MCM:
- الحصانة النسبية للخبو الناجم عن الإرسال عبر أكثر من مسير واحد في كل مرة أي الخبو متعدد المسيرات.
- وقابلية أقل للتداخل من أنظمة الموجة الحاملة الواحدة للتداخل الناجم عن ضوضاء النبضة.
- تعزيز مناعة التداخل بين الرموز.
عيوب MCM:
- صعوبة مزامنة الموجات الحاملة في ظل ظروف هامشية.
- متطلبات صارمة نسبياً بأن يكون التضخيم خطياً.
أساسيات تعديل متعدد الناقلات:
يُعد التعديل متعدد الموجات الحاملة “MCM” بأنّه مبدأ إرسال البيانات عن طريق تقسيم التدفق إلى عدة تدفقات بتات، ولكل منها معدل بتات أقل بكثير، باستخدام هذه التدفقات الفرعية لتعديل العديد من الموجات الحاملة، وكانت الأنظمة الأولى التي تستخدم “MCM” عبارة عن روابط لاسلكية عسكرية عالية التردد في أواخر الخمسينيات وأوائل الستينيات، وشكل خاص منه هو مضاعفة تقسيم التردد المتعامد مع موجات حاملة فرعية متباعدة بكثافة مع أطياف متداخلة لإشارة التعديل.
تخلى “OFDM” عن استخدام مرشحات تمرير النطاق الحاد التي فصلت تماماً طيف الموجات الحاملة الفرعية الفردية، حيث كانت ممارسة شائعة في أنظمة تعدد الإرسال بتقسيم التردد الأقدم، وعلى سبيل المثال في قنوات الهاتف التماثلية “SSB“، ولا تزال تحدث في الراديو الخاص غير المتزامن للوصول المتعدد بتقسيم التردد، وبدلاً من ذلك يتم اختيار أشكال موجة المجال الزمني “OFDM”، بحيث يتم ضمان التعامد المتبادل على الرغم من احتمال تداخل الأطياف.
يبدو أنّه يمكن إنشاء مثل هذا الشكل الموجي باستخدام تحويل فورييه السريع في المرسل والمستقبل ولفترة طويلة نسبياً بدا التطبيق العملي للمفهوم محدوداً، كما بدت جوانب التنفيذ مثل تعقيد تحويل فورييه السريع محظورة، ومشاكل أخرى مثل استقرار المذبذبات في المرسل والمستقبل والخطية المطلوبة في مضخمات قدرة الترددات الراديوية وتراجع الطاقة المصاحب معها.
- “SSB” هي اختصار لـ “Signal Sideband”.
تطور في التعديل متعدد الموجات الحاملة:
استفاد “MCM” من الاهتمام البحثي الكبير بالتطبيقات العسكرية، ولكن بالتأكيد إلى حد أقل بكثير من طيف التتابع المباشر “DS” المنتشر، ويمكن تفسير الاهتمام الحالي الهائل بنشر الطيف والوصول المتعدد لقسم الكود “CDMA” جزئياً على الأقل من خلال سنوات عديدة من الاستكشاف النشط لهذا المجال في المختبرات العسكرية، وأدى “CDMA” إلى رؤية جديدة في نظرية الاتصالات، والتي أثبتت أنها ذات قيمة كبيرة لإيجاد طرق إرسال موثوقة وفعالة ومناسبة للقنوات العكسية، أي قنوات الاتصالات المتنقلة المشتتة والمتغيرة بمرور الوقت مع قيود شديدة من التدخل.
تشترك “DS-CDMA” و”MCM” في أن التحقيق في كلا المخططين يعتمد بشكل كبير على البصيرة في الاتصالات التي قدمها شانون، وعلى وجه الخصوص في نظريته “الهندسية” معتبرة أنّ أشكال الموجة هي نقطة في الفضاء، ممّا يسمح بتعريفات التعامد، وكان معروفاً من تجارب سابقة مع نقل البيانات لاسلكياً أنّ اختيار تقنية التعديل أمر بالغ الأهمية، وفي الأيام الأولى للاتصالات المتنقلة فشلت محاولات كثيرة لتوصيل مودم هاتف بهاتف خلوي، ويرجع ذلك أساساً إلى ضعف الترقب لحالات الشذوذ في قناة الهاتف المحمول.
على الرغم من أنّ رواد الأعمال أدركوا بسرعة الطلب على اتصالات البيانات اللاسلكية، فقد كشفت التجارب واختبارات المنتجات بسرعة أنّ قناة الخبو المتنقل تحتاج إلى حلول محددة، ومن أجل مخطط التعديل ومعدلات البت وطول الحزمة، ومن بين العديد من المقترحات ظهر “Multi-Carrier Modulation” أحد أكثر الحلول أناقة للإرسال الرقمي اللاسلكي بمعدل رمز عالٍ، ويتميز شكل موجة الإشارة المستخدم في الإرسال متعدد الموجات بخصائص مثيرة للاهتمام، ولقد فتحت الزيادة السريعة في قوة معالجة الإشارات الرقمية في مستقبلات الراديو القابلة للبرمجة الطريق أمام استخدام واسع النطاق لهذه الفكرة.
- “CDMA” هي اختصار لـ “Code Division Multiple Access”.
- “DS-CDMA” هي اختصار لـ “Direct Sequence Code Division Multiple Access”.
أشكال MCM:
لا يعد التعديل متعدد الموجات في حد ذاته حلاً لمشاكل الاتصال عبر قنوات متعددة المسارات غير موثوقة، وسيؤدي تشتت وقت القناة إلى إضعاف بعض الموجات الحاملة الفرعية بشكل مفرط بحيث يكون الصبيب على هذه القنوات الفرعية صغيراً بشكل غير مقبول، وإذا تمت معالجة الإشارة المشتركة للعديد من الموجات الحاملة الفرعية بشكل مناسب، يمكن استغلال مزايا التنوع في “MCM”.
يُعد تعدد الإرسال بتقسيم رمز الناقل المتعدد أو الوصول المتعدد “MC-CDMA” طريقة أخرى مثيرة للاهتمام تتمثل في نشر الإشارة عبر موجات حاملة فرعية مختلفة، كما يُستخدم “DS-CDMA” فقط لتعدد الإرسال، ولكنّه يختار أشكال موجة الإشارة باستخدام مبدأ “OFDM”، وتتم إضافة إشارات إلى مستخدمين مختلفين خطياً على تعدد إرسال إشارات “CDMA” متعددة الموجات الحاملة.
تطبيقات MCM:
أولاً: الإرسال الرقمي عبر نظام الهاتف:
تم اختبار “MCM” بنجاح للإرسال الرقمي بمعدلات عالية عبر حلقة المشترك الهاتفية المزدوجة الملتوية كما تم اقتراحه لحلقة المشترك الرقمي غير المتماثل “ADSL”.
ثانياً: البث الصوتي الرقمي:
يعود مفهوم مضاعفة تقسيم التردد المتعامد “OFDM” للبث الصوتي الرقمي “DAB” إلى نهاية الثمانينيات ويتم تشغيل الأنظمة التجريبية، وقد يحسن بشكل كبير استقبال المحمول للبث الإذاعي ويتم الآن تطوير شرائح “DAB” وهي خطوة ضرورية نحو الإنتاج الضخم لأجهزة الاستقبال بسعر منخفض.
إنّ أحد أسباب اختيار “OFDM” كمعيار “DAB” هو إمكانية نشر شبكات أحادية التردد، ونظراً لأنّ “MCM” قوي ضد الخبو الناجم عن تعدد المسيرات الطبيعي، فإنّه يمكن أن يعمل إذا تم استقبال إشارات من موقعين مختلفين للإرسال، ويتم اختبار التداخل المتبادل ببساطة على أنّه استقبال متعدد المسارات الاصطناعي، ويضمن هذا الاحتمال الاستخدام الفعال للطيف الراديوي النادر.
- “DAB” هي اختصار لـ “Digital audio broadcasting”.
ثالثاً: التلفاز الرقمي:
أظهرت التطورات في ترميز الفيديو أنّه يمكن توزيع الإشارات التلفزيونية عالية الجودة عبر قناة تتراوح من “3 ميجابت / ثانية” إلى “8 ميجابت / ثانية”، كما أنّ خطط العمل الخاصة بإدخال “DTTB” لم يتم وضعها بالكامل بعد، وقد لا يبرر الاستقبال المحمول للبث التلفزيوني التكاليف الباهظة لاستبدال البنية التحتية للبث.
- “DTTB” هي اختصار لـ “Digital Terrestrial Television Broadcasting”.
رابعاً: شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية:
لم يتم اعتماد “MCM” كمعيار لـ “High Performance Radio LAN“، وبسبب الحاجة إلى مكبرات الصوت “RF” الخطية التي يصعب بناؤها مع الطاقة المحدودة المتاحة لإضافات “PCMCIA”، ويسمح تحرير استخدام نطاقات العلوم الصناعية والطبية “ISM” للاتصالات للعديد من الشركات المصنعة بتطوير معداتها اللاسلكية الخاصة، وبغض النظر عن عمليات التقييس التي تستغرق وقتاً طويلاً.
- “RF” هي اختصار لـ “Radio Frequency”.
- “PCMCIA” هي اختصار لـ “Personal Computer Memory Card International Association”.
- “ISM” هي اختصار لـ “industrial, scientific and medical”.
- “LAN” هي اختصار لـ “local area network”.
