تكنولوجيا Mimo في شبكات الاتصالات دون طيار: الفرص والتحديات

فرص البعثة في شبكات الاتصال بالطائرات العمودية

معدلات البيانات المعزَّزة للتطبيقات المتعددة الوسائط

ويمكن أن تحقق الطائرات بدون طيار مع البعثة مكاسب كبيرة من خلال النواتج، إذ يمكن لنظام الرصد المتعدد الوسائط، من الناحية النظرية، أن يضاعف معدل البيانات مقارنة بربطة واحدة بالمنتجات الواحدة، وذلك حسب الظروف المثالية، مما يتيح نقل فيديو عالي المدى في الوقت الحقيقي من كاميرات الطائرات المسيّرة إلى محطة مراقبة أرضية - وهي شرط أساسي للمراقبة والبحث والإنقاذ، وبث فيديو مجهز في نفس الوقت.

تحسين موثوقية الإشارة وتغطيتها

ويمكن أن يؤدي تنوع البعثة إلى مكافحة التلاشي الناجم عن انتشار التكاثر المتعدد التعاطفات، ففي الكانتونات الحضرية، أو بالقرب من المباني، أو فوق المياه، يمكن أن تسبب التأملات والإعاقة تقلبات الإشارات السريعة، حيث يمكن لمتلقي إشارة من البعثة أن يجمعهم من أجل إيجاد وصلة أقوى وأكثر استقرارا، مما يؤدي إلى انخفاض عدد الاتصالات وانخفاض عدد التعبئة، وهو أمر أساسي بالنسبة لوصلات الترددات بين القيادة والوحدة.

القدرة على التصعيد الشبكي والكفاءة في الاكتشاف

ومع تزايد عدد الطائرات بدون طيار في المجال الجوي، يصبح الطيف موردا شحوبا، وتسمح البعثة لطائرات بدون طيار متعددة بتقاسم قناة الترددات نفسها عن طريق الفصل المكاني، حيث تُظهر البعثة المتعددة المستعملين، محطة أرضية مجهزة بموجات متعددة من الهوائيات، يمكن أن تخدم في آن واحد عدة طائرات بدون طيار، يستخدم كل منها مسارات مكانية مختلفة، مما يزيد بشكل كبير من كفاءة الشبكة - جهاز تمكيني رئيسي من استخدام أساطيل الطائرات الآلية الآلية الجوية الآلية أو بعثات جوية منسقة.

إعداد المعلومات المتعلقة بإدارة التداخل

فالتأشيرات الإيجابية، وهي شكل من أشكال تجهيز البعثة، تتيح لطائرة بدون طيار أو محطة أرضية توجيه الطاقة نحو أجهزة الاستقبال المقصودة مع إبطال التدخل، وهذا أمر ذو قيمة خاصة في عمليات النشر الكثيفة حيث تتقاسم الطائرات المتعددة بدون طيار والأجهزة الأرضية نفس الطيف، ومن خلال تشكيل مسامير ضيقة، يقلل النظام من التدخل لدى مستخدمين آخرين ويقلل من احتمالية الاعتراض - وهو ميزة في ضمان الاتصالات في المجال العسكري أو العسكري.

القدرات الأمنية ومكافحة العنصرية

ويمكن للمرسل أن يعزز أمن الطبقات المادية، إذ يستطيع، باستغلال درجات حرية، أن يرسل إشارات بطريقة لا يمكن إلا للمستقبل المقصود (بمعرفة القناة) أن يفككها، ويشهد المتفرجون غير المأذون لهم نسخة مُخرفة، وفي البيئات المتنازع عليها التي يشكل فيها التشويش تهديدا، يمكن أن تساعد عملية التجهيز المكاني التي تقوم بها البعثة على قمع الإشارات الحساسة، مع الحفاظ على وجود صلة حتى في ظل هجمات هامة.

التحديات التي تواجه تنفيذ البعثة في مجال الاتصالات بالطائرات العمودية

حجم وطول وضوء القوة

فالطائرات العمودية، ولا سيما أجهزة التكتل الصغيرة، لها حدود صارمة على قدرة الحمولة والحجم المادي، ويتطلب نظام الرصد المتعدد الأطياف عناصر متعددة ذات ترددات إذاعية خاصة بها - بما في ذلك أجهزة التصفيق والمرشحات والمحولات، ولا يزال إدماج هذه المعدات في إطار جوي مدمج غير قابل للانتقال، بل إن نظاماً متعدد الأطراف من طراز MI2 يمكن أن يضاعف عدد أجهزة التكرير الثابتة وما يرتبط بها من أجهزة إلكترونية.

كفاءة الطاقة وتحمل الرحلات الجوية

وتستهلك عمليات التجهيز التي تقوم بها البعثة طاقة إضافية - سواء في أجهزة الاستنشاق التابعة لمحطة الترددات المتعددة اللازمة لحمل الهوائيات أو في تجهيز الإشارات الرقمية ذات النطاق الأساسي من أجل تقدير القنوات وكشفها وتأجيلها، ويمكن أن يقلل هذا السحب الإضافي من أوقات الطيران بنسبة تتراوح بين 10 و30 في المائة حسب تشكيلة المنظمة البحرية الدولية، وبما أن حياة البطاريات تشكل بالفعل عاملاً يحد من عدد كبير من البعثات التي لا تعرف طيارين، فإنه يجب أن تُقيَّد تكلفة الطاقة التي تستخدمها هذه المنظمة البحرية المتعددة العناصر الحيوية.

التقدير تحت مستوى التنقل العالي

]المعلومات الحكومية الدقيقة ضرورية بالنسبة للبعثة لتحقيق مكاسبها النظرية، ففي شبكات الطائرات الآلية، تتغير القناة بسرعة بسبب حركة الطائرات بدون طيار، والتغيرات في المواقف، والحركة النسبية للمفرقعات )مثل السحب والمركبات( وتستغرق أساليب تقدير القنوات التقليدية القائمة على رموز تجريبية وقتا أطول بكثير من فترة الإسقاط التي تدوم بسرعة )١( بالنسبة للأجهزة التي تحلق بسرعة )٥( كم/ساعة

حركة دوبلر الشافت والتداخل بين الأطراف

وتستحدث حركة الطائرات العمودية تحولا في دوبلر، يمكن أن يكون شديدا عندما تعمل بالقرب من الأرض أو في بيئات ذات كثرة قوية، وبالنسبة لنظم تضاعف الترددات الأوتوماتيكية - وهي المعيار في ويف و5 زاي - تؤدي انتشارات دوبلر إلى تدخلات بين الكوادر، والأداء المهين، والمشكلة التي تتفاقم مع ارتفاع معدلات الإلغاء، واستراتيجيات سرعة التكييف.

Interference Between Multiple Drones

وفي حين أن بوسع البعثة أن تساعد في إدارة التدخل عن طريق التضليل، فإن بيئة التدخل في سيناريو متعدد الأنهار تتسم بقدر كبير من الدينامية، وقد تعبر الطائرات العمودية بعضها بعضا، مما يتسبب في حدوث تداعيات مفاجئة في التدخل، وتصبح عملية الجدول وتخصيص الموارد معقدة، لا سيما عندما تقترن بضرورة تبادل الاستخبارات بين المعاهد على وصلات الواجهة المحدودة.

التكلفة والتوثيق

فإضافة قدرة المنظمة تزيد تكلفة نظام الطائرات بدون طيار، كما أن ارتفاع الأداء في الخطوط الأمامية لمحطة الموجات المتوسطة، والمضخمات المنخفضة الدقة، ووحدات التجهيز الرقمي باهظة التكلفة، وبالنسبة للمستهلكين والطائرات الصغيرة، قد تكون التكلفة المضافة باهظة، وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن تستوفي الطائرات بدون طيار المتطلبات التنظيمية للتوافق الكهرومغناطيسي، وأنماط الإشعاع الهوائي، والعمل الآمن.

الإدارة الحرارية

وتولد سلاسل متعددة الترددات الحرارة التي يجب أن تُفرَد في إطار جوي مغلق، وبدون التبريد الكافي، يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة حدود المكونات، مما يقلل من الموثوقية، وتزيد البواليع الحرارية السائبة من الوزن؛ وتستهلك التبريد النشط (مثل المراوح) وتستحدث أجزاء متحركة، ويقوم المهندسون باستكشاف تصميمات الأشعة الحرارية ومواد الرش المتكاملة لإدارة الحمولة.

توجيهات البحوث المستقبلية والحلول الناشئة

محطة قاعدية عالية السرعة

وتبشر البعثة المتعددة الأطراف - التي تنشر عشرات أو مئات الهوائيات في المحطة الأرضية - بخدمة العديد من الطائرات بدون طيار في وقت واحد، وعندما تقترن بترددات عالية من الناقلات مثل فرق الموجات المليمترية (الناموسيات) يمكن أن توفر هذه المنظمة معدلات بيانات هائلة وحل مكاني مرتفع، غير أن التحدي المتمثل في تقدير القنوات للطائرات الآلية لا يزال قائما على التوقعات.

الهندسة المعمارية

وبغية تحقيق التوازن بين الأداء والتكلفة، يقسم التشفير الجسيم المختلط بين نطاق الترددات المتناقلة (المناوبات المتحركة) والشبكة الرقمية الأساسية، مما يقلل من عدد السلاسل المكلّفة لإدارة مصائد الأسماك، ويحقق في الوقت نفسه الكثير من فوائد المنظمة الرقمية الكاملة، أما بالنسبة لتطبيقات الطائرات الآلية، فيمكن تنفيذ عملية التصفير الهجينية بأقل من المكونات، ويوفّر الكهرباء، ويُفضّل الباحثون.

التكامل مع 5 زاي وما بعده

5G New Radio includes native support for MIMO and beamforming, as well as features like network slicing, ultra-reliable low-latency communication (URLC), and tool-to-device (D2D) links. Drones can leverage 5G infrastructure for control and data relay, with MIMO enhancing the air-to-ground link. Standards bodies like 3GPPT already studying [FL

Energy Harvesting and Power-Aware MIMO

ولمعالجة الشواغل المتعلقة بالطاقة، يقوم الباحثون بوضع خطط لإدارة الطاقة البحرية الدولية تكيف عدد الهوائيات النشطة استنادا إلى معدل البيانات المطلوب والبطاريات المتبقية، ويمكن للطائرات بدون طيار ذات الطاقة الشمسية أو التي تجني الطاقة من الترددات اللاسلكية أن تعمل إلى أجل غير مسمى، ويمكن للخوارزميات القائمة على التوعية بالطاقة، إلى جانب مراقبة قدرة البعثة، أن تحقق الحد الأمثل من المفاضلة بين أداء الاتصالات وتحمل الرحلات الجوية.

مواد الهوائيات الخفيفة الوزن والتصويرات الموحّدة

فالتطورات في علوم المواد، مثل لوحات الدوائر المطبوعة المرنة والمركبات المحتوية على مركبات الكربون الخفيفة الوزن، تسمح بأن تكون الهوائيات مشمولة في صمامات أو أجنحة الطائرات بدون طيار، وتخفض صفائف الهوائيات المتجانسة التي تتبع شكل الحاسوب الجوي من جرّها وتنقذ الفضاء، مما يجعل من الممكن إدماج هذه المنظمة في الطائرات الصغيرة بدون تعريضها للصدمات الهوائية.

التعلم في مجال التأقلم الفعلي

ويتزايد تطبيق التعلم في مجال الآلات على شبكات الطائرات الآلية المتعددة الجنسيات في منطقة البحر الأبيض المتوسط لأغراض مهام مثل اختيار نمط الحركة التكييفي، وتقدير القنوات، وتتبع الأشعة، وتخصيص الموارد، ويمكن أن يساعد التعلّم في مجال تعزيز الطائرات بدون طيار على تعلم أفضل استراتيجية نقل تستند إلى بيئتها، في حين يمكن للشبكات العصبية العميقة أن تضغط وتتوقع على جهاز الاستخبارات المركزية، ويتناقص الحمولة الحسابية لأجهزة غسيل المعادن في ضوء ما هو مخصص للتيارات.

خاتمة

وتتيح تكنولوجيا البعثة فرصا كبيرة لتحسين أداء شبكات الاتصالات بالطائرات بدون طيار، من ارتفاع معدلات البيانات وزيادة الموثوقية إلى زيادة القدرة على التصعيد والأمن، وقدرة على استغلال الأبعاد المكانية قيمة خاصة في المجال الجوي المكتظ والدينامي الذي تعمل فيه الطائرات بدون طيار، غير أن الطريق إلى النشر العملي مهد أمام التحديات - القيود على المعدات، واستهلاك الطاقة، وتقدير القنوات تحت التنقل، وإدارة التدخل، والتكاليف يجب أن تعالج كلها من خلال مواصلة التجهيز في تصميم إشارات.

ومع تقدم البحوث، نتوقع أن تصبح البعثة سمة قياسية في العديد من الطائرات الآلية من الدرجة المهنية، ولا سيما تلك التي تستخدم في البعثات الحاسمة مثل الاستجابة للكوارث، ورسم الخرائط الجوية، وعمليات ما وراء البحار البصرية، وتقارب البعثة مع 5G/6G، وحساب الحواف، والاستخبارات الاصطناعية، سيفتحان قدرات جديدة تجعل الشبكات الآلية أكثر استقلالا وكفاءة وقدرة على البقاء بفعالية في المهندسين،