معدات المحطة الأساسية في نظام الاتصالات المتنقلة

معمارية الشبكة الخلوية تتكون المحطة المتنقلة (MS) من المعدات المادية التي يستخدمها مشترك (PLMN)، ونظام المحطة الأساسية (BSS) هو معدات المحطة الأساسية كأجهزة الإرسال والاستقبال وأجهزة التحكم المسؤولة عن الاتصال بالمحطات المتنقلة في منطقة معينة، كما قد تدعم المعدات الراديوية للخدمة (BSS) خلية واحدة أو أكثر وقد تتكون الخدمة (BSS) من محطة قاعدية واحدة أو أكثر.

أساسيات معدات المحطة الأساسية في نظام الاتصالات المتنقلة

مركز تبديل الخدمات المتنقلة (MSC) عبارة عن بورصة تقوم بجميع وظائف التبديل وإرسال الإشارات للمحطات المتنقلة الواقعة في منطقة جغرافية محددة كمنطقة (MSC)، وسجل موقع المنزل (HLR) هو سجل الموقع الذي يتم تعيين مشترك للهاتف المحمول له؛ لأغراض التسجيل مثل معلومات المشترك وقد تحتوي شبكة (PLMN) على واحد أو أكثر من (HLRs) اعتماداً على عدد المشتركين في الخدمة المتنقلة، وعلى سعة المعدات وعلى تنظيم الشبكة.

سجل موقع الزائر (VLR) هو سجل الموقع الذي تستخدمه (MSC) لاسترداد معلومات المستخدم المطلوبة للتعامل مع المكالمات إلى أو من محطات الهاتف المحمول المتجولة الموجودة حاليًا في منطقتها، كما يشتمل نظام (GSM) على كيانين آخرين كمركز المصادقة (AuC) المرتبط بـ (HLR)، ويخزن مفتاح هوية لكل مشترك محمول مسجل مع (HLR) المرتبط، وسجل هوية المعدات (EIR) وهذا هو المنطقي الكيان المسؤول عن تخزين الهويات الدولية للأجهزة المحمولة (IMEI) في الشبكة والمستخدمة في نظام (GSM).

بدأت أهمية محطات (5G) الأساسية في النمو مؤخراً، ومع توسع تغطية (5G) عالمياً يتطلب هذا الاتصال كثافة أعلى بكثير من المحطات القاعدية، ومحطة القاعدة هي مصطلح شائع يستخدم في الاتصالات السلكية واللاسلكية لمستقبل لاسلكي بهوائي واحد أو أكثر، بينما تحتوي المحطة الأساسية على العديد من التطبيقات الأخرى فإنّها تُستخدم غالبًا للاتصالات الهاتفية المحمولة والاتصالات اللاسلكية وحتى شبكات الكمبيوتر اللاسلكية.

تعمل المحطة الأساسية كنقطة اتصال رئيسية لجهاز واحد أو أكثر من الأجهزة المحمولة اللاسلكية وإنّه جهاز إرسال واستقبال ثابت قادر على إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية، عبر هوائيات المحطة الأساسية للتردد اللاسلكي (RF) لإرسال إشارات التردد اللاسلكي إلى الأجهزة الأخرى، ويعد تتبع هذه الإشارات المنقولة بين الأجهزة والمحطات الأساسية أمراً ضرورياً، وهنا يأتي دور البرامج الرقمية المزدوجة.

يُعد البرنامج الرقمي المزدوج محاكاة افتراضية للأصول المادية الموجودة في الموقع أو عن بُعد والتي تستخدم بيانات المستشعر لمراقبة هذه الأصول وتتبعها وإدارتها، فمثلاً يتعقب أي ناقل رقمي (150 مليون جهاز)، ممّا ينتج (4 بيتابايت) من البيانات كل يوم.

وعلاوة على ذلك من المتوقع أن يزداد عدد الأجهزة فقط مع ظهور تقنية (5G) في الأفق، ممّا يزيد من صعوبة تتبع العناصر بين الأجهزة والمحطات الأساسية، لذلك تعتبر التوائم الرقمية مثالية لتحسين الشبكة ممّا يجعلها طريقة أسهل وأسرع وفعالية من حيث التكلفة لتتبع نقل البيانات على نطاق واسع.

• “MS” هي اختصار لـ “mobile station” و”BSS” هي اختصار لـ “Base station subsystem”.

• “PLMN” هي اختصار لـ “Public Land Mobile Network” و”MSC” هي اختصار لـ “Mobile Switching Center”.

• “HLR” هي اختصار لـ “Home Location Register” و”GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile”.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency” و”IMEI” هي اختصار لـ “International Mobile Equipment Identity”.

• “AuC” هي اختصار لـ “Authentication Center” و”EIR” هي اختصار لـ “Equipment Identity Register”.

• “VLR” هي اختصار لـ “Visitor Location Register”.

لماذا تعتبر المحطات الأساسية مهمة جدا

تعد المحطات القاعدية محاور مركزية للاتصالات في مختلف القطاعات وتدعم الشبكات والاتصالات ونقل البيانات، وأدى دمج تقنية (5G) والواقع الافتراضي والواقع المعزز والعديد من التطبيقات الأخرى إلى زيادة أهمية المحطات الأساسية:

أولاً: ارتفاع عدد الأجهزة الخلوية

تُعرف المحطات الأساسية أيضًا باسم أبراج الإنترنت الخلوية (5G)، ونظراً لوجود زيادة في الطلب على الأجهزة الخلوية بوفضل تقنية (5G) والعديد من العوامل الأخرى، فإنّ عدد محطات القاعدة الخلوية المطلوبة سيرتفع، كما أنّ عدداً متزايداً من الأشخاص يستخدمون هواتفهم المحمولة في عمليات كثيفة البيانات ممّا يشكل ضغطاً على الأبراج القائمة، لذلك فإنّ المزيد من المحطات الأساسية سيساعد فقط في تحسين الإرسال بين هوائيات الأبراج الخلوية والأجهزة.

ثانياً: إدارة حركة مرور الهاتف المحمول بدون مجهود مع محطات القاعدة الخلوية

تتطلب الزيادة الهائلة في حركة مرور الهاتف المحمول شبكات خلوية كثيفة، حيث تم بالفعل نشر خدمات (5G) في أكثر من (1500 مدينة) في أكثر من (60 دولة) حول العالم، كما إنّ زيادة عدد المحطات الأساسية اللاسلكية هي الطريقة الوحيدة للتعامل مع حركة مرور متنقلة أعلى، بحيث تستخدم تقنية (5G-NR) إشارات (mmWave) التي لا تغطي مناطق كبيرة مثل شبكات (3G) أو (4G)، لذلك قد نطلب أيضاً محطات قاعدية متخصصة للتعامل مع حركة مرور الهاتف المحمول (5G).

ثالثاً: اتصال سلس بين شبكات الأقمار الصناعية والشبكات الأرضية

تتصل الأقمار الصناعية بالشبكات الأرضية عبر المحطات القاعدية، وعندما يتحرك القمر الصناعي بعيداً عن الأرض فإنّه يتطلب المزيد من المحطات الأساسية للبقاء على اتصال، وهذا يزيد من أهمية وجود عدد كبير من المحطات القاعدية.

يمكن أن يساعد استخدام الطاقة المتجددة لتشغيل محطات القاعدة في خفض تكلفة هذه الوحدات الإضافية وتغيير كمية الطاقة المطلوبة للحفاظ على استمرار عمل المحطات الأساسية، وبالإضافة إلى ذلك فإنّ تنفيذ أنظمة إدارة المراقبة عن بعد النظامية (RMM) سيساعد في خفض الفواتير مع مراعاة البيئة.

• “RMM” هي اختصار لـ “Remote Monitoring and Management”.

حالات الاستخدام الحالية للمحطات الأساسية

محطات القاعدة هي العمود الفقري لمنظمات الاتصالات والخدمات التي تقدمها، بالإضافة إلى ذلك تحتوي المحطات الأساسية على حالات استخدام أخرى متعددة، وهي:

أولاً: المسح الارضى

• في قطاع مسح الأراضي تعمل المحطة الأساسية مثل مستقبل (GPS) مثبت بدقة في موقع محدد ومعروف.

• تستمد هذه المحطة الأساسية معلومات التصحيح من الاتصالات بمستقبلات (GPS) المحمولة القريبة.

• بمساعدة بيانات الموقع التي حصلت عليها المحطات المتنقلة، يمكن للمساحين الحصول على نتائج متسقة ودقيقة.

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

ثانياً: الواقع الافتراضي

تستخدم أنظمة الواقع الافتراضي (VR) أيضاً محطات قاعدية لتوفير البيانات اللاسلكية والمواضع الثابتة التي تستخدمها أجهزة الواقع الافتراضي لإجراء العمليات الحسابية، ويمكن القيام بذلك بسهولة باستخدام إشارات الترددات الراديوية والأشعة تحت الحمراء عبر المحطات القاعدية.

• “VR” هي اختصار لـ “Virtual Reality”.

ثالثاً: شبكات الكمبيوتر

• في هذه المنطقة تعتبر المحطة الأساسية جهاز إرسال لاسلكي يعمل كبوابة بين شبكة لاسلكية وشبكة سلكية.

• إنّه محور مركزي لاتصالات الشبكة اللاسلكية بين أجهزة الكمبيوتر.

• في مصطلحات شبكات الكمبيوتر تُعرف المحطة الأساسية أيضاً باسم “الموجه اللاسلكي”.

رابعاً: راديو إرسال واستقبال

• في الأنظمة الراديوية ثنائية الاتجاه تعمل المحطة الأساسية كنقطة اتصال رئيسية.

• يعمل كنهاية ثابتة في رابط الاتصال لجميع الأجهزة المحمولة الأخرى في المجال.

خامساً: منازل ذكية

المحطة الأساسية هي أساس نظام المنزل الذكي، ويمكنه توصيل المستشعرات والكاميرات والأجهزة الأخرى لمنحك إشعارات في الوقت الفعلي وإمكانية الوصول على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.