نظام حزمة الاتصالات 3G HSDPA

يقوم الوصول إلى حزمة “3G HSDPA” عالي السرعة للوصلة الهابطة إتاحة قدرة إضافية لنظام الاتصالات المتنقلة الأساسي “3G UMTS”، حيث تُعتبر “HSDPA” بأنّها الترقية الأولى على طول المسار إلى “HSPA” والتي مكنت من نقل البيانات عالية السرعة في كلا الاتجاهين، ونظراً لأنّه تم نقل المزيد من البيانات في اتجاه الوصلة الهابطة، فقد تم توحيد نظام “HSDPA” وتنفيذه أولاً لتوفير أقصى فائدة في أسرع وقت ممكن.

ما هو الوصول عالي السرعة لحزم الوصلة الهابطة HSDPA؟

الوصول عالي السرعة لحزم الوصلة الهابطة “HSDPA”: هو بروتوكول مهاتفة محمول قائم على الحزمة يستخدم في شبكات راديو “3G UMTS“؛ لزيادة سعة البيانات وتسريع معدلات النقل، حيث يوفر “HSDPA” الذي تطور من معيار “WCDMA” سرعات تنزيل أسرع بخمس مرات على الأقل من الإصدارات السابقة من “UMTS”، ممّا يسمح لمستخدمي شبكات “HSDPA” بمجموعة أوسع من تنزيلات الفيديو والموسيقى.

تحدد “HSPDA” سرعات نقل بيانات تصل إلى “14.4 ميجابت في الثانية” لكل خلية للتنزيل و”2 ميجابت في الثانية” لكل خلية للتحميلات، ومن الناحية العملية إنّ المستخدمون يواجهون سرعات إنتاجية تتراوح من “400 إلى 700 كيلوبت في الثانية”، مع اندفاعات تصل إلى “1 ميغابت في الثانية”، ففي الولايات المتحدة تمتلك “Cingular” شبكة “3G / HSDPA” تسمى “Broadband Connect”، التي تستخدم تقنية “3G” مختلفة للنطاق العريض تسمى “EV-DO”، وأحد الاختلافات الأساسية بين شبكات “HSDPA” و”EV-DO” هو أنّ “HSDPA” يسمح للهواتف المحمولة بنقل الصوت والبيانات في وقت واحد.

• “HSDPA” هي اختصار لـ “High Speed Downlink Packet Access”.

• “HSPA” هي اختصار لـ “High Speed Packet Access”.

• “UMTS” هي اختصار لـ “Universal Mobile Telecommunications System”.

• “EV-DO” هي اختصار لـ “Evolution Data Optimized”.

• “WCDMA” هي اختصار لـ “Wideband Code Division Multiple Access”.

تقنيات HSDPA:

تحتوي ترقية “3G HSDPA” العديد من التغييرات التي تم إنشاؤها في معيار “3GPP UMTS” الأساسي وفي حين أنّ بعضها مشترك في تقنيات “HSUPA” المصاحبة المضافة إلى الوصلة الصاعدة، فإنّ البعض الآخر مخصص للوصول إلى حزمة “HSDPA” عالية السرعة للوصلة الهابطة؛ لأنّ متطلبات كل اتجاه تختلف.

1- قنوات إضافية:

من أجل التمكن من نقل البيانات بالشكل المطلوب وتوفير استجابة إضافية للنظام، تمت إضافة قنوات إضافية.

2- التعديل:

أحد مفاتيح تشغيل “HSDPA” هو استخدام شكل إضافي من التعديل، حيث كان استخدم “WCDMA” فقط “QPSK” كمخطط تعديل، ولكن بالنسبة إلى النظام الجديد “16-QAM” الذي يمكن أن يتضمن معدل بيانات أعلى ولكنه أقل مقاومة للضوضاء، يُستخدم أيضاً عندما يكون الرابط قوياً بدرجة كافية، حيث يتم تعيين قوة القناة ومدى ملاءمتها لاستخدام “16-QAM” بدلاً من “QPSK” من خلال تحليل المعلومات التي يتم تغذيتها حول مجموعة متنوعة من المعلمات، وتشمل هذه تفاصيل ظروف الطبقة المادية للقناة والتحكم في الطاقة وجودة الخدمة “QoS” والمعلومات الخاصة بـ “HSDPA”.

3- تحسين الجدولة:

تم الحصول على المزيد من التقدم في مجال الجدولة من خلال نقل المزيد من الذكاء إلى المحطة الأساسية، كما يمكن تحقيق جدولة مرور البيانات بطريقة أكثر ديناميكية، حيث يتيح ذلك إمكانية استيعاب الاختلافات الناشئة عن الخبو السريع ويمكن للخلية حتى تخصيص قدر كبير من سعة الخلية لمستخدم معين لفترة قصيرة من الوقت، وبهذه الطريقة يكون المستخدم قادراً على تلقي البيانات بأسرع ما تسمح به الظروف.

4- طلب التكرار التلقائي الهجين Fast HARQ:

تم تنفيذ طلب التكرار التلقائي الهجين “Fast HARQ” جنباً إلى جنب مع التشغيل متعدد الرموز وهذا يلغي الحاجة إلى عامل انتشار متغير، وباستخدام هذا النهج فإنّه يمكن لجميع المستخدمين سواء كانوا قريبين أو بعيدين عن المحطة الأساسية تلقي معدل البيانات الأمثل المتاح.

• “HSUPA” هي اختصار لـ “High Speed Uplink Packet Access”.

• “QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature Phase Shift Keying”.

• “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation”.

• “HARQ” هي اختصار لـ “Hybrid Automatic Repeat request”.

• “QoS” هي اختصار لـ “Quality of Service”.

استخدام 16QAM في HSDPA:

يتم تحقيق التحكم في المعدل داخل “HSDPA” ديناميكياً عن طريق ضبط كل من التشكيل وتشفير القناة، كما يتم استخدام كل من “16WAM” و”QPSK”، حيث يتم الاعتماد على التعديل “16QAM” ذو الترتيب الأعلى لتوفير معدل بيانات أعلى، ولكنه يتطلب أيضاً نسبة “Eb / N0” أفضل أي نسبة إشارة إلى ضوضاء فعالة.

نتيجةً لذلك يتم استخدام نسق التشكيل “16QAM” عادةً في ظل ظروف إشارة عالية، فعلى سبيل المثال عندما يكون الهاتف المحمول قريباً من “NodeB” وفي وضع واضح، كما يتم بعد ذلك تحديد معدل التشفير والتعديل لكل “2 مللي ثانية” من “TTI” بواسطة “NodeB” وفقاً لأختبار الظروف، وبهذه الطريقة يمكن لآلية التحكم في المعدل تتبع التغيرات التي قد تحدث بسرعة.

• “WAM” هي اختصار لـ “Web Access Management”.

• “TTI” هي اختصار لـ ” Transmission Time Interval”.

استخدام ARQ الهجين والجمع الناعم في HSDPA:

طلب “ARQ” أو “HARQ” الهجين: هو طلب تكرار آلي هجين وهو في الأساس شكل من أشكال منهجية تصحيح أخطاء “ARQ” الأكثر شيوعاً، وعند استخدام نسق “ARQ” الأساسي تُضاف بتات معلومات اكتشاف الأخطاء إلى البيانات المراد إرسالها، كما قد يكون أحد أشكال ذلك هو فحص التكرار الدوري “CRC”.

عند العمل على استخدام طلب “ARQ” الهجين، يتم إضافة بت تصحيح الخطأ الأمامي “FEC” إلى بتات معرفة الأخطاء الموجودة، حيث يعني معرفة الخطأ الإضافي أنّ أسلوب طلب “ARQ” الهجين أفضل من أداء “ARQ” العادي في ظروف الإشارة السيئة، ولكن يمكن أن يقلل الحمل الإضافي من المصدر في ظروف الإشارة الجيدة، كما إنّ الجمع بين طلب “ARQ” السريع الهجين والجمع الناعم يمكّن الجهاز الطرفي من طلب إعادة إرسال البيانات التي قد يتم تلقيها عن طريق الخطأ، ويمكن تحيق ذلك من خلال مخطط التعديل التكيفي وتشفير القناة، بحيث يمكن تحسين الوصلة عند ارتفاع معدلات الخطأ.

يستقبل جهاز المستخدم أو مطرافه البيانات ويفك تشفيرها  ويبلغ النتيجة إلى “NodeB” بعد استقبال كل فترة، وبهذه الطريقة يمكن إجراء إعادة إرسال سريع لأي كتل بها أخطاء، ممّا يقلل بشكل كبير من التأخيرات، خاصةً في ظل ظروف الوصلة الراديوية السيئة أو عندما يتغير الارتباط بسرعة، أمّا الدمج الناعم هو عملية لا يتجاهل فيها جهاز المستخدم والجهاز الطرفي المعلومات التي لا يمكنه فك تشفيرها، وبدلاً من ذلك تحتفظ بها لتتحد مع أي بيانات إعادة إرسال لزيادة فرصة فك تشفير البيانات بنجاح.

كما يتم استخدام عملية التكرار المتزايد “IR” مع عمليات إعادة الإرسال، حيث تعمل على زيادة بتات تكافؤ إضافية في عمليات إعادة الإرسال لجعل إعادة إرسال البيانات أكثر قوة، حيث قدم “HSDPA” تحسناً كبيراً في أداء “3G”، مع معدلات بيانات المستخدم القصوى التي تبلغ حوالي “10 ميجابت في الثانية” ومعدلات البيانات الأولية القصوى البالغة “14.4 ميجابت في الثانية”، أعطى النظام تحسناً ملحوظاً عما كان متاحاً مع “3G UMTS” الأساسي، وعند دمجه مع “HSUPA” وترقيات” HSPA” الأخرى كان النظام قادراً على توفير أداء ينافس أداء شبكات الجيل التالي.

• “ARQ” هي اختصار لـ “Automatic Repeat request”.

• “IR” هي اختصار لـ “Incremental Redundancy”.

• “CRC” هي اختصار لـ “Cyclic Redundancy Check”.

• “FEC” هي اختصار لـ “Forward Error Correction”.