اقرأ في هذا المقال
- أساسيات نظام الاتصالات باستخدام الزخم الزاوي المداري
- مبدأ عمل نظام الاتصالات باستخدام الزخم الزاوي المداري
- تطور عمل نظام الاتصالات باستخدام الزخم الزاوي المداري
يشتمل نظام الاتصالات باستخدام الزخم الزاوي المداري على دارات معالجة تعدد الإرسال بتقسيم الأسلوب (MDM) لتطبيق الزخم الزاوي المداري (OAM)، لكل مجموعة أولى من مجموعة إشارات الإدخال وتعدد إرسال الإشارات المعالجة (OAM) معاً.
أساسيات نظام الاتصالات باستخدام الزخم الزاوي المداري
تقوم دائرة المعالجة بإجراء مضاعفة توزيع الطول الموجي (WDM) على مجموعة ثانية من إشارات الإدخال المتعددة، حيث تكون الإشارات المعالجة لـ (WDM) وإشارات (MDM) المعالجة متعامدة مع بعضها البعض وتجمع الدوائر المدمجة بين إشارات معالجة (WDM) وإشارات معالجة (MDM)، كما تضيف دائرة معالجة الاستقطاب الاستقطاب إلى واحدة على الأقل من إشارات معالجة (WDM)، وتنقل إشارات معالجة (MDM) وجهاز الإرسال الإشارة المعالجة المجمعة والمستقطبة عبر ارتباط.
زاد استخدام شبكات الصوت والبيانات بشكل كبير مع زيادة عدد أجهزة الحوسبة الشخصية والاتصالات مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة، والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأدى العدد المتزايد بشكل فلكي لأجهزة الاتصالات المحمولة الشخصية إلى زيادة كمية البيانات، والتي يتم إرسالها عبر الشبكات التي توفر البنية التحتية لأجهزة الاتصالات المحمولة هذه.
نظراً لأنّ أجهزة الاتصالات المحمولة هذه أصبحت أكثر انتشاراً في الأعمال وأنماط الحياة الشخصية، فقد توترت قدرات هذه الشبكات على دعم جميع المستخدمين الجدد وأجهزة المستخدمين، وبالتالي فإنّ الشاغل الرئيسي لمزودي البنية التحتية للشبكة، هو القدرة على زيادة عرض النطاق الترددي الخاص بهم من أجل دعم الحمل الأكبر للاتصالات الصوتية والبيانات وخاصة الفيديو التي تحدث.
تضمنت الأساليب التقليدية لزيادة عرض النطاق الترددي في مثل هذه الأنظمة زيادة عدد القنوات بحيث يمكن إرسال عدد أكبر من الاتصالات، أو زيادة سرعة نقل المعلومات عبر القنوات الموجودة من أجل توفير مستويات إنتاجية أكبر عبر القناة الحالية مصادر، ومع ذلك في حين أن كل من هذه التقنيات قد حسنت عرض النطاق الترددي للنظام، فقد نقلت التقنيات الحالية سرعة الاتصالات إلى مستوى بحيث لا يمكن تحقيق زيادات كبيرة في السرعة.
على الرغم من أنّ متطلبات النطاق الترددي بسبب الاستخدام المتزايد تستمر في النمو بشكل كبير وبالإضافة إلى ذلك فإنّ عدد القنوات المخصصة للاتصالات الصوتية والبيانات، مع تزايده إلى حد ما ولم يرتفع إلى مستوى يدعم بشكل كامل الطلبات المتزايدة للاستخدام المكثف للصوت والبيانات، حيث هناك حاجة ماسة إلى طريقة ما لزيادة سرعة نقل النطاق الترددي ضمن اتصالات الصوت والبيانات الحالية التي تزيد من عرض النطاق الترددي على قنوات الصوت والبيانات الحالية.
- “MDM” هي اختصار لـ “Method-division-multiplexing”.
- “WDM” هي اختصار لـ “Wavelength-Division-Multiplexing”.
- “OAM” هي اختصار لـ “orbital-angular-momentum”.
مبدأ عمل نظام الاتصالات باستخدام الزخم الزاوي المداري
يتم اعتماد طريقتين لزيادة الكفاءة الطيفية لنظام الاتصالات، حيث هناك طريقتان أساسيتان لزيادة الكفاءة الطيفية لنظام الاتصالات، كما يمكن أن تحدث الزيادة عن طريق تقنيات معالجة الإشارات في مخطط التشكيل أو باستخدام تقنية نفاذ متعدد، وبالإضافة إلى ذلك يمكن زيادة الكفاءة الطيفية عن طريق إنشاء قنوات (Eigen) جديدة ضمن الانتشار الكهرومغناطيسي.
وهاتان التقنيتان مستقلتان تماماً عن بعضهما البعض ويمكن إضافة ابتكارات من فئة واحدة إلى ابتكارات من الدرجة الثانية، لذلك أدى الجمع بين هذه التقنية إلى تقديم ابتكار آخر والكفاءة الطيفية هي المحرك الرئيسي لنموذج الأعمال لنظام الاتصالات، كما يتم تحديد الكفاءة الطيفية بوحدات (بت / ثانية / هرتز) وكلما زادت كفاءة الطيف كان نموذج العمل أفضل، وذلك لأنّ الكفاءة الطيفية يمكن أن تترجم إلى عدد أكبر من المستخدمين وإنتاجية أعلى وجودة أعلى أو بعضها داخل نظام اتصالات.
كما يتم اعتماد تقنيات استخدام معالجة الإشارات أو تقنيات الوصول المتعددة، وتتضمن هذه التقنيات ابتكارات، مثل (TDMA) و(FDMA) و(CDMA) و(EVDO) و(GSM) و(WCDMA) و(HSPA) وأحدث تقنيات (OFDM) المستخدمة في (4G WIMAX) و(LTE)، وتستخدم جميع هذه التقنيات تقريباً تقنيات تعديل عمرها عقود تستند إلى وظائف (Eigen) الجيبية تسمى تعديل (QAM).
ضمن الفئة الثانية من التقنيات التي تتضمن إنشاء قنوات (Eigen) جديدة، تشمل الابتكارات تقنيات التنوع بما في ذلك تنوع الفضاء والاستقطاب، بالإضافة إلى المدخلات المتعددة أو المخرجات المتعددة (MIMO) حيث تخلق المسارات الراديوية غير المرتبطة قنوات (Eigen) مستقلة وانتشار الموجات الكهرومغناطيسية.
كما يقدم تكوين نظام الاتصالات الحالي تقنيتين واحدة من فئة تقنيات معالجة الإشارات والأخرى من إنشاء قنوات (Eigen) جديدة فئة مستقلة تماماً عن بعضها البعض، ويوفر الجمع بينهما طريقة فريدة لتعطيل جزء الوصول من نظام اتصالات من طرف إلى طرف من زوج مجدول وكابل إلى ألياف بصرية، إلى بصريات مساحة خالية وإلى الترددات اللاسلكية المستخدمة في الاتصالات الخلوية والتيار المتردد والأقمار الصناعية.
تتضمن التقنية الأولى استخدام تقنية معالجة إشارات جديدة باستخدام إشارات متعامدة جديدة لترقية تعديل (QAM) باستخدام وظائف غير جيبية، ويشار إلى ذلك باسم تراكب المستوى الكمي (QLO) وتنطوي التقنية الثانية على تطبيق واجهات موجة كهرومغناطيسية جديدة، باستخدام خاصية الموجات الكهرومغناطيسية أو الفوتون وتسمى الزخم الزاوي المداري (QAM).
كما يتم تطبيق كل من تقنيات تراكب المستوى الكمي بحيث يوفر ويطبيق الزخم الزاوي المداري بشكل فريد أوامر ذات كفاءة طيفية أعلى بشكل فريد داخل أنظمة الاتصالات في توليفة، كما يتم تقديم وظائف (Eigen) الجديدة التي عندما تتداخل فوق بعضها البعض داخل رمز، تزيد بشكل كبير من الكفاءة الطيفية للنظام، كما تقترض تقنية تراكب المستوى الكمومي من ميكانيكا الكم وإشارات متعامدة خاصة تقلل من ناتج عرض النطاق الزمني وبالتالي تزيد من الكفاءة الطيفية للقناة.
- “TDMA” هي اختصار لـ “Time-Division-Multiple-Access” و”QAM” هي اختصار لـ “Quadrature-amplitude-modulation”.
- “QLO” هي اختصار لـ “Quantum-level-overlap” و”MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-In-Multiple-Out”.
- “WCDMA” هي اختصار لـ “Wideband-Code-Division-Multiple-Access” و”HSPA” هي اختصار لـ “High-Speed-Packet-Access”.
- “GSM” هي اختصار لـ “Global-System-for-Mobile” و”EVDO” هي اختصار لـ “Evolution-Data-Optimized”.
- “CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division-Multiple-Access” و”FDMA” هي اختصار لـ “Frequency-Division-Multiple-Access”.
- “TDMA” هي اختصار لـ “Time-Division-Multiple-Access” و”LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.
تطور عمل نظام الاتصالات باستخدام الزخم الزاوي المداري
يتم تراكب كل إشارة متعامدة داخل الرمز كقناة مستقلة وتميز هذه القنوات المستقلة التقنية عن تقنيات التعديل الحالية، وتقدم هذه التقنية موجات كهرومغناطيسية ملتوية أو حزم ضوئية لها جبهات موجة حلزونية تحمل الزخم الزاوي المداري (OAM)، ويمكن أن تكون الموجات أو الحزم الحاملة المختلفة (OAM) متعامدة بشكل متبادل مع بعضها البعض داخل المجال المكاني، ممّا يسمح للموجات أو الحزم بأن تكون متعددة الإرسال بكفاءة وفك تعدد الإرسال داخل رابط اتصالات.
تُعد حزم (OAM) مثيرة للاهتمام في الاتصالات نظراً لقدرتها المحتملة في تعدد إرسال خاص متعدد قنوات تحمل البيانات المستقلة، وبالنسبة للجمع بين تقنيات تراكب المستوى الكمومي وتطبيق الزخم الزاوي المداري، فإنّ الدمج فريد لأنّ تقنية تعدد الإرسال (OAM) متوافقة مع التقنيات الكهرومغناطيسية الأخرى مثل طول الموجة وتعدد الإرسال بتقسيم الاستقطاب وهذا يشير إلى إمكانية زيادة أداء النظام.
كما يؤدي تطبيق هذه التقنيات معاً في نقل البيانات عالي السعة إلى تعطيل جزء الوصول من نظام اتصالات من طرف إلى طرف من زوج مجدول وكابل إلى ألياف بصرية، إلى بصريات مساحة خالية وإلى الترددات اللاسلكية المستخدمة في الخلوية أو التوصيل والأقمار الصناعية، كما يمكن تطبيق كل من هذه التقنيات بشكل مستقل عن بعضها البعض، ولكن الجمع يوفر فرصة فريدة ليس فقط لزيادة الكفاءة الطيفية ولكن لزيادة الكفاءة الطيفية دون التضحية بالمسافة أو الإشارة إلى نسب الضوضاء.
