نظام الاتصالات عالي التردد

يحظى التردد العالي بشعبية كبيرة بين راديو الهواة والاتصالات العسكرية والحكومية واتصالات الرادار ونظام اتصالات الاستغاثة والسلامة البحرية العالمية.

ما هو التردد العالي HF

التردد العالي (HF): هو تردد كهرومغناطيسي يحدده الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) للاتصالات الرادارية والراديوية، وتعمل في نطاق من ثلاثة إلى ثلاثين ميجاهرتز وبما أنّ الأطوال الموجية تنتشر على مدى عشرة إلى مائة متر تُعرف أيضًا باسم موجة ديكامتر وتسمى النطاق 7.

• “HF” هي اختصار لـ “high frequency”.

• “ITU” هي اختصار لـ “International Telecommunication Union”.

ما هي شبكة الوصول اللاسلكية عالية التردد

يمكن استخدام الأنظمة بشكل عام في شبكات البيانات اللاسلكية عالية التردد والتي تعمل عادةً في النطاق (10 جيجاهرتز) إلى (300 جيجاهرتز) للاتصالات بين عقد التجميع، وعقد نقطة نهاية عالية التردد واحدة أو أكثر مثل عقد المشترك الثابتة أو وحدة سكنية متعددة العقد، وعادة في شبكات طوبولوجيا النجوم.

ومع ذلك فإنّ لهذه التقنية أيضاً تطبيقاً على التطبيقات المتنقلة وشبه المتنقلة والروابط من نقطة إلى نقطة بحيث يشمل هذا النطاق الطيفي أطوال موجات ملليمتر أي موجة مم، والتي توصف عادةً بأنّها تغطي نطاق التردد (30 جيجاهرتز) إلى (300 جيجاهرتز)، وفي العديد من الأنظمة تحتوي عقد التجميع على هوائي صفيف مرحلي واحد على الأقل يقسم منطقة التغطية إلى عدة قطاعات فرعية.

أثناء التشغيل تقوم عقد التجميع بإرسال واستقبال إشارات الموجات الحاملة المشكّلة عالية التردد من نقاط النهاية وإليها، وترتبط هذه العقد بقطاعات فرعية مختلفة في مخطط مروحة سمتي أو أفقي مفضل للهوائيات، ومن خلال تشكيل حزم لهذه القطاعات الفرعية وباتجاه عقد نقطة نهاية محددة أو مجموعات من العقد الطرفية، أو في نفس الوقت تشكيل عدة حزم إلى نقاط نهاية مختلفة داخل قطاعات فرعية مختلفة من نفس الهوائي، يمكن أن تتواصل عقدة التجميع مع نقاط النهاية مع أقل أو دون تدخل بين العقد.

ميزة أخرى لتشكيل الحزمة في عقدة التجميع هي إدارة الطاقة لكل من عقدة التجميع وعقد نقطة النهاية وعلى وجه التحديد، تكون قدرة الإرسال على الوصلة الهابطة من عقدة التجميع إلى عقد نقطة النهاية أقل لأن حزمة عقدة التجميع موجهة إلى نقاط النهاية الفردية أو مجموعات صغيرة من نقاط النهاية، ومن ناحية أخرى، كما يمكن أن تكون قدرة الإرسال على الوصلة الصاعدة من عقد نقطة النهاية إلى عقد التجميع أقل نظراً لأنّ هوائي عقدة التجميع يتم توجيهه إلكترونياً إلى نقاط النهاية الفردية أو مجموعات نقاط النهاية.

بشكل عام، يتميز الاختراع بنظام الوصول اللاسلكي، حيث يتألف النظام من نقاط نهاية مثبتة في أماكن العمل وعقدة تجميع تتواصل مع نقاط النهاية، وتتضمن نظام صفيف مرحلي يقسم منطقة التغطية إلى عدة قطاعات فرعية، كما يمكن أن يشتمل نظام المصفوفة المرحلية على هوائي صفيف مرحلي إرسال واحد على الأقل لإرسال المعلومات إلى العقد الطرفية وهوائي صفيف مرحلي استقبال واحد على الأقل لاستقبال المعلومات من عقد نقطة النهاية، ويمكنه أيضاً إنتاج حزم إرسال واستقبال متعددة للقطاعات الفرعية في وقت واحد.

ما هي مزايا HF

• يعتمد حجم عنصر الهوائي على جزء من الطول الموجيـ حيث تستقبل الهوائيات ذات التردد العالي أطوال موجية أصغر وبالتالي فهي أصغر، كما ستكون هوائيات الاستقبال أصغر من هوائيات الإرسال لكنّ هوائيات الاستقبال عالية التردد ستظل أصغر من هوائيات الاستقبال بالموجات الدقيقة، حيث تتطلب الهوائيات الأصغر حجمًا أقل من المواد ويسهل تركيبها وتكون أكثر انفصالًا.

• توفر الترددات الأعلى مزيدًا من عرض النطاق الترددي، كما يمكن إرسال المزيد من البيانات في وقت أقل باستخدام هوائي (VHF) أكثر من هوائي التردد المنخفض، وهذا ما يفسر انتشار هوائيات (2.4 جيجاهرتز) و(5.8 جيجاهرتز) لشبكة (wi-fi) عبر الهوائيات القديمة (900 ميجاهرتز).

• يمكن للهوائي (5.8 جيجاهرتز) تقديم المزيد من البيانات في نفس الإطار الزمني من (2.4 جيجاهرتز).

• عندما تتعامل مع حقل مزدحم مثل طريق مليء بالسيارات التي تبث مواقعها، يجب أن تعمل بترددات أعلى إذا كان نظام (RFID) سيتعامل في نفس الوقت مع جميع الإشارات دون تداخل.

• تتمثل إحدى المزايا الجانبية للموجات المترية (HF) في وجود عدد أقل من الأجهزة التي تعمل في هذا النطاق، لذا فهي لا تعاني من التداخل بشكل عام، وعلى سبيل المثال النطاق (900 ميجاهرتز) مستخدم بالفعل لأنظمة (RFID) والهواتف اللاسلكية، لذلك يمكن أن تعاني أجهزة الاتصال (900 ميجاهرتز) من التداخل مع أي منها.

• وكلما زادت التردد فإنّه تزيد من جودة الإرسال طالما أنك تتعامل مع إشارات عالية الدقة.

• من المزايا الإضافية للموجات المترية (HF) أنّها أقل عرضة للتداخل من إشعاع الخلفية مثل تداخل النظام الكهربائي مع استقبال الهاتف اللاسلكي.

ملاحظة:“RFID” هي اختصار لـ “Radio Frequency Identification”.

ملاحظة:“VHF” هي اختصار لـ “Very high frequency”.

ملاحظة: “wi-fi” هي اختصار لـ “Wireless Fidelity”.

فوائد HF

• هوائيات أصغر.

• مصادر أقل للتدخل سواء كانت طبيعية أو من صنع الإنسان.

• مزيد من عرض النطاق الترددي وهذا ضروري لإشارات الدقة العالية.

عيوب HF

• توفر الترددات المنخفضة اختراقًا أعمق من خلال المواد الصلبة.

• من المرجح أن تتأثر الموجات المترية (HF) بالأحداث الجوية ومياه البحر والظروف الطبيعية وعلى العكس من ذلك، من المحتمل أن يكون الهوائي عالي التردد في خط البصر لإرسال أو استقبال إشارة.

• التردد العالي يعني عمومًا مدى أقصر، حيث سيكون للهوائي (2.4 جيجاهرتز) ما يقرب من ثلث نطاق هوائي (900 ميجاهرتز).

• علاوة على ذلك يمكن للهوائي (2.4 جيجاهرتز) الإرسال والاستقبال عبر مسافات أكبر من هوائي (5.8 جيجاهرتز)، هذا له تأثير كبير عند تصميم شبكة لتوفير تغطية كاملة لمنطقة.

• مع (HF)، ستحتاج إلى المزيد من الهوائيات لتوفير تغطية كاملة لمنطقة معينة.

كيفية استخدام HF في شبكات الهاتف الخلوي

• يجب أن تكون الهوائيات عالية التردد التي تدخل لدعم شبكات (5G) موجودة بعدة أضعاف كثافة أبراج الهاتف الخلوي من الجيل الرابع.

• بدلاً من توصيل كل شخص ببرج طويل واحد، يجب وضع هوائيات وسيطة على طول الطرق وفي الأماكن العامة وداخل المباني؛ لتوفير عرض نطاق ترددي كافٍ وتكون قريبة بدرجة كافية من المستخدمين النهائيين.

• قد يتم بعد ذلك توجيه البث المباشر إلى هوائي (HF) على بعد أمتار قليلة من الارتفاع، بينما يمكن أن تنتقل الرسالة النصية (300 متر) إلى برج الهاتف الخلوي.

إذا تم استخدام ترددات (HF) لعمليات الإرسال عبر الموجات الأيونوسفيرية، فإنّ جودة الإرسال تعتمد على ظروف الغلاف الأيوني، حيث يجبر ذلك المشغلين على تغيير الترددات مرتين في اليوم أو أكثر وإذا تم التعامل بترددات منخفضة فهذه مشكلة أقل.