التعريف بشبكة LPWAN ودور تعديل المرحلة

وقد ظهرت شبكات المناطق المنخفضة الحجم كحجر في شبكة الإنترنت للأشياء، مما يتيح الربط بين الأجهزة التي تتطلب الاتصال البعيد المدى، وقلة إنتاج البيانات، وسنوات من عمر البطاريات، وتشمل هذه النماذج أجهزة قياس الذكية، ومجسات رطب التربة، ومتعقبي الأصول، ومراقبي البيئة، حيث تؤدي الطبقات المادية لأي تكنولوجيا من شبكات LPWAN تقنيات الخفض التأثير المباشر على كفاءة الطاقة،

أساسيات تعديل المرحلة

أساسيات تحديد المسارات

وتورد عملية تعديل المرحلة المعلومات الرقمية عن طريق تحويل مرحلة الإشارة إلى ناقلات الخطايا، وفي أبسط شكل، تأخذ مرحلة الناقل واحدة من مجموعة محدودة من الدول المتفرقة، وكلها تمثل مجموعة من القطع، وقد يمثل التحول التدريجي بمقدار صفرا ثنائيا، بينما يمثل التحول البالغ 180 درجة واحدا في إطار نظام الربط بيني للشحنة المميتة (BPSK) نظرا لأن المعلومات التي تنقل في مرحلة الطول.

أشعة ورسم الخرائط

وتُظهر مجموعة الولايات المسموح بها في مخطط بياني للتجميع، حيث تتطابق كل نقطة مع مرحلة محددة (وتكون في كثير من الأحيان من السعة) للناقل، وبالنسبة للتعديلات في المرحلة النقية، فإن جميع النقاط تقع على دائرة من الاتساع المستمر، حيث تبلغ درجة الحساسية القصوى للشبكة نقطة الصفرية 180 درجة؛ وكثيرا ما تبلغ معدلات الارتفاع عند درجة 45 درجة، و135 درجة، و235 درجة مئوية، و3 درجة مئوية.

Key Phase Modulation Techniques in LPWAN

تركيبة محركات متحركة ذات مراحل ملزِمة

BPSK هو أكثر مخططات تعديل المرحلة قوة، مما يعرض احتمال خطأ رمزي، وهو نحو 3 دي بي أي أفضل من QPSK لنفس الطاقة في كل جزء، ويرمز إلى رمز واحد في كل جزء، مما يجعله غير فعال بشكل واضح، ولكن قابل للتكرار بدرجة عالية، ويستخدم نظام BPSK في عدة معايير لشبكة التحكم أو للحجم عندما يكون مطلوباً

تحديد المسارات المتحركة في المرحلة الفصلية

وتضاعف كمية الطاقة الكبريتية معدل البيانات في بي بي بي بي كي دون زيادة النطاق الترددي المطلوب بتزين جزءين للرمز الواحد عن طريق أربع ولايات، وتتناوب نقاط التراكم الأربع عادة 45 درجة مقارنة بالفأس لتبسيط استعادة الناقلات، وتستخدم هذه الكمية على نطاق واسع في تكنولوجيات الشبكة التي تحتاج إلى زيادة من خلال القطع، مثل الترددات غير الثابتة في الشبكة الواحدة من أجل نقل البيانات إلى حد ما.

(OQPSK)

ويؤخر متغير " كي بي كي " عنصر السحب (Q) بمقدار نصف فترة رمزية مقارنة بعنصر " في المرحلة الأولى " ، ويحول هذا التعديل البسيط دون الانتقال في مرحلة متزامنة تبلغ 180 درجة، مما يؤدي إلى تفاوتات سريعة كبيرة في نطاق الترددات يمكن أن تشوه الإشارة عند استخدام أجهزة إطفاء غير خطية، ويفيد بشكل خاص في نقاط نهاية الشبكة التي تستخدم فيها قنوات عالية الكفاءة.

SPK (DPSK) و pi/4-DQPSK

(ب) في إطار التحول التدريجي المتباين، يتم إدراج المعلومات في التغير التدريجي بين الرموز المتعاقبة بدلاً من الإشارة إلى درجة حركية متماسكة في جهاز الاستقبال، مما يزيل الحاجة إلى وجود إشارة متماسكة إلى المخفضين ويقلل من استهلاك الطاقة.

مقارنة مخططات تعديل الشبكة المحلية

أما نظام تحديد المواقع فيمكن أن يشمل موازنة بين معدل البيانات ونطاق استهلاك الطاقة وتعقيدات أجهزة الاستلام، حيث يتيح نظام " BPSK " أفضل الحساسية، ولكن أقل كفاءة من الطيف، ويحسن الانتقال من خلال ثلاث مركبات كربونية بدرجة أكبر بالنسبة لنفس نوع BER.

مراحل تعديل التكنولوجيات الرئيسية لشبكة LPWAN

LoRa and Chirp Spread Spectrum

(أ) استخدامات البرمجيات ذات الترددات العالية (Long Range) أسلوباً من نوع " الوصلات " السائلة " (CSS) حيث تُستخدم الترددات السائلة على طول النطاق الترددي (CS) على نطاق الترددات الرئيسية (LUSS) (النقل إلى النطاق الخفيف) (النقل إلى النطاق الترددي (LS)، وهو ما يُعدّه من نقاط التراكم الدنيا)

NB-IoT and LTE-M

ويستخدم كل من نظامي " إيوت " (MB-IoT) في إطار الإصدار الثالث عشر لنموذج الترددات (200 كيلو متر مربع) مع تحديد متوسط متوسط متوسط معدل استخدام القوة (LMB) الذي يبلغ 3.75 كيلو متر مربع أو 15 كيلو متراً، ويستخدم نظاماً للحصانة المتعددة الترددات بين قوسين ومتوسطين (OFDMA) مع تعديل النطاق الترددي لكل جهاز من أجهزة الترددات الفرعية

Sigfox and Ultra-Narrowband

ويستخدم نظام " سيغفوكس " نهجاً متعدد النطاقات، لا يتجاوز نطاقه 100 هرتز لكل قناة، ويسمح الرصد التفاضلي للشبكة المميزة للشحنة المميتة (DBPSK) بأن تكون دورة الانتقال المنخفضة التردد (GFSK) منخفضة الحساسية، بينما يُستخدم نظام " DBPSK " (DBPS) في شكل ثابت من أشكال الضبط.

المقايضة: السلطة، معدل البيانات، والرانج

وفي إطار نظام تعديل المرحلة الواحدة، يمكن أن يكون نظام النقل الأمثل لجميع سيناريوهات شبكة LPWAN. كما أن نظامي تحديد النطاقات (BPSK) وDBPSK(A) يتيحان أطول مدى ممكن من حيث معدل البيانات، ويجعلان من المجسّدات ذات القدرة على الدفع، ويتوقفان على استخدام نظام تحديد النطاقات (DB) حيث يُستخدمان في معظم الأحيان نظام تحديد النطاقات (CB) على نحو 10-20.

اعتبارات التنفيذ

التسلسل الزمني ورقم المرحلة

وتحتاج جميع نظم تجهيز الصادرات إلى تردد دقيق ومتزامنة تدريجية بين جهاز الإرسال والاستقبال. فالأجهزة المشغلة العاملة ببلورة منخفضة التكلفة ذات الدقة المحدودة (من الناحية التقليدية 20 جزء من المليون)، مما يؤدي إلى تناوب سلسلة التوابع والتسبب في أخطاء.

تصميم جهاز إرسال منخفض الطاقة

ويُعدّ جهاز استنشاق الطاقة من أكبر مستهلكين للطاقة في جهاز إرسال لاسلكي، وتُحدّد نماذج الطاقة التي تُبقي على مظروف ثابت، مثل BPSK و QPSK (عندما تستخدم جهازاً من أجهزة تكييف الهواء) من مكونات الطاقة الرقمية، وتُحدّ من الكفاءة في استخدام أجهزة التحلل المتطورة، وتُحدّد الكفاءة في استخدام أجهزة التر، وتُحدّ من تقنيات الأشعة فوق البنفسج.

الاتجاهات المستقبلية والتقنيات المتقدمة

وتتواصل البحوث في مجال التعلم التدريجي من الشبكة المحلية، بهدف دفع حدود الحساسية والكفاءة الطيفية، ويُقترح أن يُستخدم نظامان متعددان من نظم الطاقة الكهربائية، هما نظامان متعددان من نوع " LBN " ، وهما نظامان من أشكال التداخل في استخدام الطاقة الكهربائية، وهما نظامان منافذان متعددان، هما: " جهازاً لمكافحة الصواريخ " (FKS).

خاتمة

فتقنيات تعديل المرحلة التي تشكل أساس طبقة مادية للعديد من التكنولوجيات البارزة في الشبكة، ومن البساطة القوية التي تتسم بها الشبكة في قنوات التحكم في الطاقة غير المحتوية على مركبات ثلاثية الألف إلى ما تستخدمه شركة سيغفوكس للسفن من سلاسل متعددة، فإن كل خطة توفر توازناً فريداً بين النطاقات، ومعدل البيانات، واستهلاك الطاقة، وفهم هذه القيود التي تُستخدم في نظام إيوت للمهندسين الذين يحتاجون إلى اختيار النظام المناسب.

[FLT:] Semtech LoRa modulation white paper, an IEEs schemes ], and the Wikipedia article on PSK fundamentals