ما هي خصائص الطيف الترددي وكيف يعمل

يشير الطيف إلى الترددات اللاسلكية غير المرئية التي تنتقل عبرها الإشارات اللاسلكية، وهذه الإشارات هي التي تمكن من إجراء مكالمات من الأجهزة المحمولة والاتصال، وسحب الاتجاهات إلى الوجهة والقيام بكل شيء على الأجهزة المحمولة، كما أنّ الترددات التي يتم استخدامها للشبكات اللاسلكية ليست سوى جزء ممّا يسمى بالطيف الكهرومغناطيسي.

خصائص الطيف الترددي

يشمل الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله ترددات أخرى يتم التفاعل معها يوميًا ويتم تجميع أجزاء من الطيف الكهرومغناطيسي في “نطاقات” اعتمادًا على أطوالها الموجية، وهي المسافة التي يتكرر خلالها شكل الموجة كما يتكون الطيف الكهرومغناطيسي الكامل من ثلاثة هرتز أي تردد منخفض للغاية إلى (300 EHz) أشعة جاما، والجزء المستخدم للاتصالات اللاسلكية يقع داخل تلك المساحة ويتراوح من حوالي (20 كيلو هرتز) إلى (300 جيجاهرتز).

إنّ الاتصال اللاسلكي يتوسع كثيرًا في كلا الاتجاهين، حيث ستواجه الترددات المخصصة لاستخدامات أخرى وسواء كانت هواتف محمولة أو تلفزيونًا عبر الأقمار الصناعية، أو مراقبة حركة المرور الجوية أو أجهزة راديو الشرطة والطيف هو النطاق الكامل للترددات.

تطبيقات نطاقات التردد

• نطاق (ELF)، حيث يستخدم نطاق التردد هذا للاتصالات تحت الماء وخاصةً لنقل خطوط الأنابيب.

• نطاق (SLF)، يستخدم لاتصالات الغواصات وفي الشبكة الكهربائية (وليس كموجة مرسلة).

• نطاق (ULF)، يستخدم في اتصالات التعدين والتطبيقات العسكرية.

• نطاق (VLF)، نظرًا لأن هذا النطاق من التردد يعرض خصائص الاختراق من خلال الأوساخ والصخور فإنّه يتم استخدامه لتطبيقات الجيوفيزياء والملاحة ومراقبة القلب اللاسلكية.

• نطاق (LF)، في أوروبا وبعض أجزاء آسيا يُستخدم النطاق (LF) في إذاعة (AM) وتشمل تطبيقات نطاق (LF) الأخرى (RFID) وراديو الهواة والملاحة.

• نطاق (MF)، يغطي نطاق التردد هذا البث على النطاق (AM) والاتصال من الساحل إلى البحر وإشارات الاستغاثة في حالات الطوارئ وما إلى ذلك.

• نطاق (HF)، يسمى هذا النطاق أيضًا بنطاق الموجة القصيرة، وهو مفيد للغاية في اتصالات الطيران واتصالات راديو الهواة وتطبيقات إذاعة الطقس.

• نطاق (VHF)، يستخدم هذا النطاق للبث التلفزيوني التماثلي والبث الإذاعي (FM) والمعدات الطبية التي تستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي وأنظمة الاتصالات الأرضية المتنقلة والبحرية.

• نطاق (UHF)، يُعد نطاق التردد هذا مهمًا في الاتصالات اللاسلكية الحديثة مع تطبيقات في التلفاز من خلال (Satellites) و(Wi-Fi) و(GPS) والبلوتوث (Bluetooth)، وكذلك البث التلفزيوني والاتصالات المحمولة مثل خدمات (GSM) و(CDMA) و(LTE).

• نطاق (SHF)، تقنيات الاتصالات الحديثة والرادارات الحديثة وخدمات (DTH) وقناة (Wi-Fi) بسرعة (5 جيجاهرتز) وعلم الفلك الراديوي وشبكات المحمول وأقمار البث التلفزيوني، وكذلك أجهزة الميكروويف والأقمار الصناعية للبث وراديو الهواة هي بعض تطبيقات (SHF).

• يستخدم نطاق (EHF) في علم الفلك الراديوي وراديو الهواة والاستشعار عن بعد بتردد الموجات الدقيقة ومرحلات الميكروويف عالية التردد.

• يتم استخدام نطاق (THF) كبديل للأشعة السينية ويستخدم في تصوير تردد (Tera Hertz)، وتشمل التطبيقات الأخرى مطيافية تيراهيرتز للمكان والزمان وفيزياء الحالة الصلبة وحوسبة تيراهيرتز.

ملاحظة:“ELF” هي اختصار لـ “Extremely low frequency” و”THF” هي اختصار لـ “Tera High Frequency”.

ملاحظة:“EHF” هي اختصار لـ “Extremely High Frequency” و”SHF” هي اختصار لـ “Super high frequency”.

ملاحظة:“DTH” هي اختصار لـ “Direct-To-Home” و”GPS” هي اختصار لـ “Global Positioning System”.

ملاحظة:“CDMA” هي اختصار لـ “Code Division Multiple Access” و”GSM” هي اختصار لـ “Global system for mobile communication”.

ملاحظة:“LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution” و”UHF” هي اختصار لـ ” ultra high frequency”.

ملاحظة:“VHF” هي اختصار لـ “Very High Frequency” و”RFID” هي اختصار لـ “Radio-frequency identification”.

كيفية عمل الطيف الترددي

نظراً لأنّه يمكن استخدام نطاق من ترددات الطيف للاتصالات الخلوية فإنّ النطاقات المختلفة لها خصائص مختلفة قليلاً، ولأغراض الاتصالات اللاسلكية يمكن التفكير في الطيف في ثلاث فئات وهي النطاق القليل والمتوسط ​​والعالي النطاق، وكما أنّه هناك حاجة إلى المزيد من الثلاثة لشبكات (5G) القوية وذلك لأنّ كل نطاق من الطيف ضروري لنوع مختلف من الاتصالات وحالة الاستخدام:

• ينتقل طيف النطاق المنخفض أقل من (3 جيجاهرتز) مسافات أطول مع الحد الأدنى من مقاطعة الإشارة، حيث يتم بناء الشبكات اللاسلكية اليوم بشكل أساسي على طيف التردد المنخفض، وقد استخدمت الصناعة اللاسلكية هذا الطيف لبناء شبكات لاسلكية عالية السرعة تغطي (99.7 بالمائة) تقريباً.

• ينتقل الطيف عالي النطاق (فوق 24 جيجاهرتز) مسافات أقصر بكثير مقارنةً بالطيف ذي النطاق المنخفض ولكنّه يوفر سعة عالية وسرعات فائقة السرعة.

• يمزج طيف النطاق المتوسط ​​(بين 3 جيجاهرتز) و(24 جيجاهرتز) خصائص كل من طيف النطاق المنخفض والعالي ممّا يوفر مزيجًا من التغطية والسعة.

ملاحظة:إنّ الخلايا الصغيرة أي الهوائيات صغيرة الحجم يتم نشرها الآن بسرعة لتكثيف تغطية الشبكة وتوفير المزيد من نقاط الاتصال المتكررة لطيف النطاق المتوسط ​​والعالي لشبكة (5G).

كيفية إدارة استخدام الطيف الترددي

إنّها طريقة لتخصيص الطيف للمستخدمين التجاريين الذين من المرجح أن يستخدموا موردًا محدودًا بكفاءة وفعالية، كما تتمتع لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) وقد فعلت ذلك منذ عام (1994م)، ويمكن ترخيص الطيف الترددي بمعنى أنّه تم شراؤه للاستخدام الحصري من قبل مزودين محددين أو غير مرخص، ممّا يعني أنّه يمكن لأي شخص استخدام التردد.

يعتمد جهاز (Bluetooth) واتصال (Wi-Fi) على نطاقات غير مرخصة، حيث يخدم كل من الطيف المرخص وغير المرخص وظائف مهمة وقد خصصت لجنة الاتصالات الفيدرالية الطيف لكليهما، ومع ذلك فإنّ الطيف مورد محدود ولكنّ الطيف يمكن إعادة توظيفه، كما تسيطر الحكومة الفيدرالية على ما يقرب من (60 في المائة) من الطيف ويمكن أن تساعد اللوائح والتشريعات في تحديد النطاقات، والتي يجب على الحكومة إعادة تخصيصها للاستخدام التجاري.

يعتبر الطيف مفهومًا معقدًا للغاية ولكن خلاصة القول أنه المكون الأساسي للاتصالات اللاسلكية وكل الفوائد المذهلة التي تُعد بها شبكة الجيل الخامس كالمدن الذكية وتعتمد عليها، وكلما تم استخدامها بشكل أكثر فاعلية زادت الفوائد.

ملاحظة:“FCC” هي اختصار لـ “The Federal Communications Commission”.

طريقة إدارة طيف الترددات الراديوية

في كل مرة تقوم فيها بتشغيل الراديو أو التلفاز أو القفز على متن طائرة أو الاتصال بالمنزل على الهاتف المحمول، أو الوصول إلى الإنترنت أو العثور على الموقع باستخدام هاتفك الذكي أو الكمبيوتر اللوحي أو الكمبيوتر الشخصي.

مع التوسع المطرد في الخدمات اللاسلكية في جميع أنحاء العالم تتزاحم جميع الخدمات التي تقوم على الموجات الراديوية للانتقال إلى جزء من طيف الترددات الراديوية؛ لدعم التطبيقات الجديدة وزيادة أعداد المستخدمين وزيادة حركة المرور ومن ثم تتزايد أهمية عمل قطاع الاتصالات الراديوية كل يوم.

في النهاية، تنتقل ترددات الطيف الراديوي بأنواعها بين المواقع الخلوية والأجهزة المحمولة، حيث أنّ أكثر مواقع الخلايا شيوعًا المستخدمة اليوم هي الأبراج الخلوية التي يبلغ ارتفاعها (150 قدمًا).