وقد أدى الانتشار السريع للأجهزة المحمولة والطلب غير الملبا على البيانات العالية السرعة في البيئات الحضرية إلى حدوث تقدم كبير في الاتصالات اللاسلكية، وفي قلب هذه التطورات، توجد نظم متعددة المدخلات من النواتج تستخدم فيها أجهزة متعددة في كل من جهاز الإرسال والاستقبال لتعزيز قدرة الشبكة وموثوقيتها، بيد أن الطبيعة الكثيفة والدينامية للمدن تخلق تحديات فريدة - من بينها ظاهرة الاستخدام المتميز للمجموعات المستخدمة.

Understanding MIMO Systems

(ب) تكنولوجيا المعلومات والاتصالات هي حجر الزاوية في المعايير الحديثة اللاسلكية، بما في ذلك 4G LTE، و 5G NR، والأطر الناشئة 6G، وذلك بنشر هوائيات متعددة في محطة الأساس (مثلاً، و gNodeB) وفي معدات المستعملين، تستغل المنظمة التنوع المكاني والتعددية المكانية لتحسين الإنتاج دون الحاجة إلى طيف إضافي.

وتنشأ المكاسب الرئيسية التي حققتها البعثة من ثلاث آليات:

  • Beamforming:] The system directs transmitted energy toward specific users, reducing interference and improving signalto - —noise ratio (SNR).
  • Spatial multiplexing:] Multiple data streams are sent over the same time nefrequency resource, multiplying the data rate per user.
  • Diversity gain:] Multiple copies of the same signal are transmitted over independently fading paths, lowering the probability of deep fades.

إن البيئات الحضرية - التي تسكنها مبان طويلة، والمركبات المتحركة، وتركيزات الحشود الكثيفة - تخلق مسارات بعثرة وتكاثر غنية يمكن أن تستغلها البعثة، ومع ذلك، فإن البيئة نفسها تنتج أيضا تجميعا للمستعملين، مما يغير أساسا كيفية تشكيل النظام.

دور تجميع المستعملين

ويشير تجميع المستخدمين إلى التجمع المكاني والسلوكي للمستعملين المتنقلين في المناطق الحضرية، ويمكن أن تكون هذه المجموعات ثابتة (مثل حشد من الملعب أثناء الحدث) أو دينامية (مثلاً، المسافرين عبر مركز العبور) وقد تبرز أنماط التجميع من النشاط الحضري الطبيعي - إذ ترى دوائر الأعمال أن التكتلات في أوقات العمل، بينما تتجمع مناطق الترفيه في المساء وعطلات نهاية الأسبوع.

تجميع أنماط في البيئات الحضرية

وقد حددت الدراسات التي تستخدم آثارا حقيقية للشبكة من مدن مثل نيويورك ولندن وشنغهاي عدة أنواع متكررة من المجموعات:

  • Hotspot clusters:] Small geographical areas (e.g., a park, a coffee shop) with high user density; often lasting minutes to hours.
  • Corridor clusters:] Linear formations along roads, subway lines, or pedestrian walkways, where users move in a stream.
  • Macro‐clusters:] Entire neighborhoods that see elevated usage during specific times (e.g., a financial district at lunchtime).

ويمكن لهذه المجموعات أن تتداخل، وأن تستحدث خرائط للكثافة المتباينة، أما بالنسبة للمنظمة البحرية الدولية، فيتمثل التحدي في أن الترابط المكاني للقنوات داخل مجموعة ما مرتفع، مما يمكن أن يقلل من المكاسب المتعددة إن لم يتم التعامل معها على النحو المناسب، ويجب أن تقدم محطة الأساس في الوقت نفسه خدمة المستعملين داخل المجموعات وخارجها، مما يتطلب خوارزميات تكيفية يمكن أن تفرق بين المناطق المتجمعة وغير المشمولة بالمجموعة.

الأثر على نوعية الإشارة والتدخل

ويؤثر تجميع المستعملين على نوعية الإشارة، من جهة، يصبح الأشعة أكثر فعالية عندما يتركز المستعملون: يمكن أن تشكل محطة القاعدة شعاعا ضيقا يغطي المجموعة بأكملها، ويسلمون قدرا أكبر من السلطة المتلقاة إلى كل من داخلها، ومن جهة أخرى، يمكن أن يزداد تدخل المستعملين زيادة كبيرة لأن الحزمة التي تستهدف مجموعات مختلفة قد تتداخل، ولا سيما عندما تكون المجموعات قريبة من بعضها البعض.

النظر في مربع حضري كثيف يفصل عن مجموعتين فقط بخمسين متراً، وسيكون لشعاع موجه إلى المجموعة الأولى سلالات جانبية قوية تتداخل مع المجموعة الثانية، ويمكن أن يؤدي التمهيد المسبق للبعثة - مثل عدم تشجيع أي خطأ في ميداني أو الحد الأدنى - إلى وقف هذا التدخل، ولكن فقط إذا كانت المعلومات المقدمة من الدولة دقيقة.

الآثار على قدرة النظام وكفاءة المبيدات

القدرة في نظام تابع للبعثة المتكاملة هي وظيفة عدد المجاري المكانية التي يمكن دعمها، ويمكن أن يساعد تجميع المستعملين في هذا المجال ويعوقه على حد سواء:

  • Positive effect:] Within a cluster, the base station can serve multiple users on the same time —frequency resource using multi —user MIMO (MUMIMO) - because the users are physically close, their channels are often semi----orthogonal, allowing the scheduler to couple efficiently. This spatial reuse improves spectral efficiency per cluster.
  • Negative effect:] High cluster density can cause the system to become interference —limited. The spatial degrees of freedom are consumed by the need to abolish inter-cluster interference, leaving fewer streams for actual data. Moreover, if the cluster is too dense (e.g. thousands of users in a stadium), the base station may not have enough time

وتبين عمليات المحاكاة أنه في إطار نموذجي للسوق الحضرية الكلية مع أربع مجموعات من 20 مستخدماً لكل منها، يمكن للمبادرة أن تحقق ما يصل إلى [(FLT:0])3x الكفاءة الطيفية ] مقارنة بخط أساس واحد للمستعملين من طراز MIMO، شريطة تكييف التمهيد مع الهندسة المجمّعة، ولكن عندما يتجاوز عدد المجموعات عدد نظام العودة المتناقصة إلى المحطة الأساسية،

الاستراتيجيات الرامية إلى تحقيق الأداء الأمثل للبعثة

وقد طور مشغلو الشبكات مجموعة من التقنيات لتحويل تجميع المستخدمين من تحد إلى فرصة، وهذه الاستراتيجيات تشمل الطبقات المادية وإدارة الموارد والتنبؤ الذكي.

التكوين التأديبي والتمثيل

(ب) عدم فعالية أنماط الشعاع الثابتة في مواجهة المجموعات المتحركة.() ويتيح استخدام النظم الحديثة التابعة للبعثة ] التشفير الإضافي ] الذي يستكمل أوزان الشعاع كل ميل ثانية استناداً إلى مبادرة الاستخبارات المركزية في الوقت الحقيقي.() ويتيح التضليل الرقمي (المتاح في بعثة الرصد المتعددة الأطراف) للمرسل تشكيل مستعملين متعددي الحزمة المتزامنة، مصممين حسب كل مجموعة.

فالعمليات الهجينة - وهي مزيج من المعالجة المشابهة والرقمية - جذابة بشكل خاص بالنسبة للنشر الحضري لأنها تقلل من تعقيد المعدات، مع توفير المرونة اللازمة لتوجيه الشعاعات نحو المجموعات، مثلا، يمكن أن تشكل مجموعة من الـ 64 من المحركات ذات الهيكل الهجين 8 من الحزم المستقلة، تغطي كل منها مجموعة مختلفة، وعندما تدمج المجموعات أو تقسم، تعاد مواءمة الأوزان المتنازية للحفاظ على التغطية.

وقد اقترحت خطط للتمثيل الافتراضي التي تُسجّل بشكل صريح هيكل المجموعات، مثل التعابير المُعَدّة للالتماس والتحصين على الكتل، وهذه التقنيات تعامل كل مجموعة من المجموعات كمجموعة مستعملة افتراضية، وتصمم المُسبق لإلغاء التدخل بين المجموعات، مع السماح بالتضاعف المكاني داخل كل مجموعة.

السلفة في مجال شدولنغ وتخصيص الموارد

ويؤدي الجدول دورا محوريا في البيئات المجمَّعة ويمكن توسيع نطاق الجداول الزمنية، التي تستخدم على نطاق واسع في نظام تقييم الاحتياجات من الموارد، لتشمل متغيرات المنافذ المتناقلة، ويمكن للجدول الزمني أن يعطي الأولوية للمستخدمين في المجموعات الأقل ازدحاما من أجل تحقيق التوازن بين الحمولة، أو يمكن استخدام حجم المجموعات كعامل ترجيح لضمان عدم تعرض مستخدمي المجموعات الصغيرة للجوع من الموارد.

وثمة أداة قوية أخرى هي ] [النقطة المتعددة الأطراف المنسقة ] الإرسال والاستقبال، وفي برنامج إدارة العمليات، توجد محطات قاعدية متعددة في منطقة مشتركة بين إرسالها إلى مستخدم أو مجموعة، وهذا فعال بشكل خاص في المناطق الحضرية الكثيفة حيث يمكن أن تكون مجموعة واحدة ضمن مجموعة من الخلايا الصغيرة، ومن خلال التنسيق يمكن أن تحول الشبكة التدخل في مجال الإنتاج إلى إشارة مفيدة، مما يعزز إلى حد كبير من قدرة المستعملين على إحداث الاحتراق.

تعليم الآلات لأغراض التكوين الافتراضي

وتبرز التحليلات الافتراضية القائمة على التعلم الآلي كعامل تمكيني رئيسي للبعثة في المناطق الحضرية، ومن خلال نماذج التدريب على بيانات الشبكة التاريخية - آثار مواقع المستعملين، والطلب على حركة المرور، والوقت الذي تستغرقه اليوم - يمكن للمشغلين توقع شكل المجموعات وكيفية تحركها، ويمكن للشبكات العصبية المتكررة والمحولات التنبؤ بالوزن التكتلييبي قبل 30 إلى 60 ثانية.

ويمكن أن يتعلم وكلاء التعلُّم في مجال تعزيز القدرات السياسات المتعلقة بتحديد مواعيدها وتحويلها إلى شعاعات تتكيف مع تشكيلات المجموعات السريعة التغير، وعلى سبيل المثال، يتم نشر جدول زمني قائم على أساس RL في محاكمة في قضية مخففة من التأخير في التكتلات بنسبة 40 في المائة خلال التكتل المفاجئ عن طريق التعلم لتخصيص الموارد إلى مجموعات كانت على وشك أن تُفرّق، مما يتجنب التدخل غير الضروري.

وتوفر الموارد الخارجية مثل [(FLT:0]]]] الخاصة بالتعلم الآلي من أجل التصويب ] نظرة أعمق في هذه التقنيات، وبالمثل، فإن التقرير التقني الذي أعده الفريق عن تحليلات بيانات الشبكة (TR 23.700 - 91) يلخص أوجه الوصل الموحدة بينية في مجال مكافحة غسل الأموال بالنسبة لهذه التنبؤات.

اثبات متعددة الأطراف وثلاجات خلية

إن نظام " ميمو " المكثف - الذي يضم ٦٤ و ١٢٨ أو حتى ٢٥٦ هوائيا - هو استجابة طبيعية لتجميع المستعملين، ويوفر صفيفة الهوائي الكبيرة درجات حرية مكانية كثيرة، مما يتيح لمحطة القاعدة خدمة العديد من المستعملين في مجموعة في آن واحد، ولإلغاء التدخل من مجموعات أخرى، ومن الناحية العملية، يمكن لمحطة قاعدة ضخمة تابعة للمنظمة أن تدعم ما يصل إلى ١٢-١٦ مجاريا لكل قطاع في بيئة حضرية، حسب الهندسة المكو.

وتكمل كثافة الخلايا المركبات هذه البعثة الضخمة، إذ تنشر خلايا صغيرة عديدة (الميكروسل، أو البيكوسل، أو الأنثى) في المناطق المعرضة للمجموعات، ويحمل المشغلون حركة المرور من طبقة الاقتصاد الكلي ويقللون المسافة بين المستخدمين وشبكة الهوائيات، ويمكن أن توفر خلية صغيرة توضع مباشرة في موقع حرج صغير موارد مخصصة للتبريد، كما أن هيكلاً للتشغيل الحضري أقل انخفاضاً.

دراسات الحالة العالمية الحقيقية

وتبين عدة محاكمات أثر الاستخدام الأمثل للبعثة على مستوى المعلمات العنقودية، ففي مركز النقل في شنغهاي هونغكياو، حقق نظام كبير من أجهزة البعثة التي نشرها المتنقل الصيني () 30 في المائة من تحسين القدرات خلال ساعات الذروة عن طريق تجميع مسافرين إلى مجموعات بصورة دينامية وتطبيق أنماط مصممة على الحزم، واستخدم النظام مزيجا من بيانات مواقع العمل في الوقت الحقيقي من الشبكة والشبكة RL.

وفي ميدان تايمز نيويورك، اختبر فيريزون خوارزمية متفاوتة متفاوتة من نوع التكتلات، مما قلل من تدخل المستعملين المختلطين بنسبة 50 في المائة في البلازما المشحونة، وقد استفد الخوارزمي من توجيه المستعملين للوصول (الدوات) من الارتفاع والتنقل المتوقع باستخدام مرشح كالمان، مع تعديل الشعاعات كل 10 أمتار.

وتؤكد هذه الأمثلة على أن المكاسب النظرية التي حققتها المنظمة البحرية الدولية لا يمكن تحقيقها بالكامل في البيئات الحضرية إلا عندما تنشط الشبكة في نماذج تجميع المستخدمين وتستجيب لها.

التوجيهات والبحوث المستقبلية

ومع انتقالنا نحو 6 زاي، يصبح تجميع المستخدمين أكثر تأثيرا، وقد تفقد الاتصالات التي تقوم بها شركة تيراهرتز (THz) التي تعتمد على شعاعات قلم رصاص ضيقة للغاية، درجة عالية من الحساسية بالنسبة لمسح الأرض العنقودية - إذا كان الشعاع يفتقد الكويكب المكون من مجموعة صغيرة، فقد يفقد المستخدم الاتصال، وسيتيح الاستشعار المتكامل والاتصال محطات الوصل المحلية " انظر " ، التي تستخدم قدرات الرادارية على حديد.

وثمة حدود أخرى تتمثل في استخدام أسطح ذكية قابلة لإعادة تشكيلها لمراقبة بيئة النشر، ويمكن أن تعكس مؤسسة " RIS " التي تنشر على واجهة البناء إشارات نحو مجموعة مستخدمين، وتحوّل فعلياً المشهد الحضري إلى جهاز مبرمج، وتظهر البحوث التي أجريت من IEE Communications Magazine أن " RIS " يمكن أن تعزز قدرة المنظمة الحضرية بحلول عام 20.

وأخيرا، فإن توزيع عناصر الهوائيات - حيث تنتشر عناصر الهوائيات في مواقع عديدة بدلا من أن تكون مركزية في محطة قاعدية واحدة - سيكسر الاختناقات القائمة على الارتباط التي تحد من نظم اليوم، ومع إدارة شؤون الإعلام في جمهورية جزر مارشال، يرى كل مستخدم في مجموعة من المهوائيات المنفصلة جغرافيا مجموعة فريدة من بينها، مما يجعل نظام " ميم " أكثر فعالية بكثير، ويضع التحالف بينات بينية الوصلات التي تتيح توحيدا.

خاتمة

إن تجميع المستخدمين ليس مشكلة ينبغي حلها، بل سمة من سمات البيئات اللاسلكية الحضرية التي يمكن تسخيرها لتحسين أداء المنظمة البحرية الدولية، وبفهم الأنماط المكانية والزمنية للمجموعات، يمكن لمشغلي الشبكات أن ينشروا أجهزة التأشير التكييف، والجدول الزمني الذكي، والتنبؤات التي تحركها الآلات لتحويل الكثافة إلى قدرة، والاستراتيجيات المبينة هنا - من نماذج هائلة من نظام ميموستيرو وكوكي إلى توليد تنبؤات حضرية.