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 إلى 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 نظام الربط بيني للشحنة المميتة (BPSK) نظرا لأن المعلومات 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، و3.5 درجة مئوية.

Key Phase Modulation Techniques in LPWAN

تركيبة محركات متحركة ذات مراحل ملزِمة

(بليس كي) هو أكثر مخططات المرحلة قوة، يعرض احتمال خطأ رمزيّ، هو حوالي 3 دي بي أي أفضل من كي بي كي نفس الطاقة في كلّ جزء، ويرمز إلى رمز واحد في كلّ جزء، يجعله غير فعال بشكل مُحدّد، ولكنّه شديد الصمود، ويستخدم نظام بي بي بي بي بي بي كي في عدة معايير لشبكة التحكم أو للحمولة عندما يكون الحد الأقصى 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 يتسبب في حدوث تغيرات سريعة كبيرة في القدرة على تشويه الإشارة عند استخدام أجهزة إطفاء الطاقة غير الخطية، وهو ما يفيد بشكل خاص في نقاط نهاية الشبكة التي تستخدم فيها قنوات عالية الكفاءة.

SPK (DPSK) و pi/4-DQPSK

(د) في الانتقال التدريجي المتباين، يتم إدراج المعلومات في التغير التدريجي بين الرموز المتعاقبة بدلاً من الإشارة إلى درجة حرارة ثابتة في جهاز الاستقبال، مما يزيل الحاجة إلى وجود إشارة متماسكة إلى جهاز الاستلام، ويبسط المحلل ويخفض 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 أجهزة ذات حجم أكبر بالنسبة لنفس نظام BER.

مراحل تعديل التكنولوجيات الرئيسية لشبكة LPWAN

LoRa and Chirp Spread Spectrum

(أ) استخدامات البرمجيات ذات الترددات العالية (Long Range) أسلوباً من نوع الوصلات الملتقطة للشحنات، حيث يُستَنبط الترددات الناقلة بشكل متكرر مع مرور الوقت، بينما تكون هذه البيانات مُعدّلة بشكل أساسي من حيث الترددات، يمكن النظر إلى السلاسل المُعدّة على أنها شكل من أشكال العزل المستمر.

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 معدل استخدام القوة (LK-HZ) الذي يبلغ 3.75 كيلو متر مربع أو 15 كيلو متراً، ويستخدم نظاماً للحصانة المتعددة الترددات بين قوسين متعدديتين (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 نظاماً مصغراً.

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 للشبكة المحلية، بهدف دفع حدود الحساسية والكفاءة الطيفية، ويُقترح أن يُستخدم نظامان متعددان من نظم الطاقة الكهربائية، هما نظامان متعددان من نوع " البرمجيات " (MeM)، حيث أن هذه الأجهزة التي تستخدم في استخدام أجهزة متعددة الترددات (GBK)، وهي أجهزة مصممة على نطاق واسع، مما يتيح كفاءة استخدام أجهزة التحكم في استخدام أجهزة الدفع.

خاتمة

فتقنيات تعديل المرحلة التي تشكل أساس طبقة مادية للعديد من التكنولوجيات البارزة في الشبكة المحلية، ومن البساطة القوية التي تتسم بها الشبكة في قنوات التحكم في الطاقة غير المحتوية على مركبات ثلاثية الألف إلى ما يستخدمه الـ دي بي بيزو في السلاسل المتوسطة الأجل، ومن شأن كل مخطط أن يتيح توازنا فريدا بين النطاق، ومعدل البيانات، واستهلاك الطاقة، ومن الضروري أن يستمر فهم هذه القيود المفروضة على استخدام الأجهزة المصممة على أساس الـيـتـد.

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