Table of Contents
مقدمة: لماذا مسائل التنوع الاستقطاب في النظم الحديثة للإدارة البحرية الدولية
ومن بين هذه العوامل، فإن التطور السريع في الاتصالات اللاسلكية من 4G LTE إلى 5G ومن خارج نطاق الطلب، يؤدي إلى زيادة موثوقية هذه الشبكات، وزيادة كفاءة استخدام الطيف الإذاعي، كما أن تكنولوجيا تعدد المدخلات من حيث التنوع أصبحت حجر الزاوية في هذه التطورات، مما يتيح نقل وتلقي تدفقات متعددة من البيانات في وقت واحد، غير أن أداء نظام الرصد المتعدد الوسائط لا يشكل أيضاً وظيفة من وظائف الجيل المختلف من تقنيات التنوع.
فهم التنوع الاستقطاب: المبادئ الأساسية
ما هو الاستقطاب؟
Polarization describes the orientation of the electric field vector of an electromagnetic wave as it propagates through space. In wireless communications, three primary polarization states are commonly used: [FtterLT:0]linear polarization[Flitaction:1]] (vertical or horizontal), circular polarization polarization polara
How Polarization Diversity works
ويعزز التنوع الاستقطاب حقيقة أن عدة دول مستقلة للاستقطاب يمكن استخدامها لنقل وتلقي إشارات دون تدخل متبادل كبير، وفي نظام نموذجي من أجهزة الرصد المتعددة الجنسيات يستخدم التنوع الاستقطابي، تصمم الهوائيات أو تُشكل للعمل على الاستقطابات المضللة، مثلاً، يُنقل عنصر استقطاب عمودي إلى جانب آخر إشارة دفعية أفقية، أو ذات طابع مزدوج.
مقارنة مع التنوع المكاني والتزمني
ويُعد التنوع الاستقطابي واحداً من عدة تقنيات للتنوع تستخدم في المنظمة البحرية الدولية. التنوع الاستبدادي ] يعتمد على الفصل المادي بين الهوائيات (وتعدد الموجات) لتحقيق إشارات ذات صلة بالديكور.
الفوائد الرئيسية للتنوع الاستقطابي في نظم المنظمة البحرية الدولية
تعزيز موثوقية الإشارة والتخفيف من حدة التدفق
In wireless channels, multipath propagation causes signals to arrive at the receiver via many paths, each with different amplitudes, phases, and polarizations. If the transmitter and receiver use only a single polarization, a deep fadeization could result in a complete loss of communication. By using two or more orthogonal polarization branches, the system creates multiple independent fading branches concur.
زيادة قدرة النظام وكفاءة المبيدات
(ب) أن تحقق نظم الرصد المتعدد الأطراف معدلات بيانات عالية عن طريق نقل مسارات بيانات مستقلة متعددة في نفس النطاق الترددي (التعدي على نطاق واسع) ويضاعف التنوع الاستقطابي فعلياً عدد القنوات المكانية المتاحة لكل عنصر من عناصر الهوائيات - وهوائي ذو طابعين مقتضبين) ويمكن أن يدعم مسارين في آن واحد، ويضاعف بفعالية المكاسب المتعددة دون زيادة عدد المستعملين في مواقع الإنتاج الطبيعي().
تحسين استخدام المبيدات وإدارة التداخل
ويمكِّن تنوع الاستقطاب من استخدام الطيف الإذاعي الشحيحة على نحو أكثر كفاءة، إذ يمكن للنظام، عن طريق نقل الاستقطابات المفاجئة في وقت واحد، أن يعيد استخدام نفس النطاق الترددي لمجارير متعددة، وأن يحسن الكفاءة بين الأطياف (الإطارات/الأجهزة/الأجهزة) . وبالإضافة إلى ذلك، نظراً لأن الإشارات المستقطبة تميل إلى أن تكون أقل صلة بالإلغاء.
انخفاض حجم وكلفة الهوائيات
ومن المزايا العملية لتنوع الاستقطاب أنه يمكن تنفيذه دون اشتراط صفائف الهوائي الكبيرة، حيث أن الهوائي الوحيد ذو الصلعة المزدوجة القطبية يُشغل نفس البصمة المادية التي تُستخدم كهائي واحد مُقَرَّض، ولكنه يوفر ضعف فروع التنوع، وهذا أمر حاسم بالنسبة لأجهزة مدمجة مثل الهواتف الذكية، حيث يكون الحيز المتاح لأعشاب الهوائي محدودا.
تحديات التنفيذ واستراتيجيات التخفيف
Antenna Design and Polarization Purity
(د) إن تصميم الهوائيات التي تحافظ على استقطابات متمايزة وراثية في جميع أنحاء نطاق العمل أمر صعب، كما أن التأثيرات في قياسات الغلاف الجوي الهوائي، وهياكل التغذية، والمواد المحيطة يمكن أن تسبب إشعاعاً غير مرغوب فيه، ومكاسب تنوع مهينة، ويجب على المهندسين أن يتقنوا العناصر القطبية لتحقيق التمييز عبر الأقواس (XPD1]
الآثار البيئية على الاستقطاب
كما أن بيئات التكاثر اللاسلكية ليست ثابتة؛ فالمباني والأشجار والمركبات المتحركة وحتى المطر يمكن أن تغير حالة الاستقطاب التي تبثها الإشارات المرسلة، كما أن التقلبات من السطح تغير في كثير من الأحيان في اتجاه الاستقطاب، مثلاً، قد تُستقطب جزئياً موجة مُستقطبة من حائط معدني عمودي، وهذا الأثر الاستقطابي يقلل من تطابق نظم الاستقطاب
تعقيد عملية تحديد الإشارات
وفي حين أن التنوع الاستقطاب يضيف أبعاداً إلى قناة البعثة، فإنه يزيد أيضاً من تعقيد جهاز استقبال الترددات الأساسية، ويجب على جهاز الاستقبال أن يقدر كامل ] مصفوفة القناة البوليسترية ، التي تشمل مصطلحات الاقتصاد الشاملة لعدة أقطاب، على أن يتم توسيع نطاق أجهزة الاستلام الفوقية القصوى (MLV).
التكلفة والمعايرة
وتحتاج الهوائيات ذات الأقساط المزدوجة إلى صنع دقيق للحفاظ على العزلة بين الموانئ، وعلى سلاسل الترددات (الأجهزة المحمولة والمضخمة) أن تحافظ أيضا على المرحلة وعلى التوازن في السعة بين الاستقطابات، وعلى أن إجراءات المعايرة ضرورية لضمان ألا يستحدث النظام اختلالات يمكن أن تتدهور الأداء، وعلى الرغم من أن التكلفة الأولية أعلى قليلا من القدرة على البرمجيات ذات القيمة الواحدة، فإن الفوائد تبرر على أساس المقياس.
التنوع الاستقطابي في النشرات العالمية الحقيقية
5G and Massive MIMO
وفي [G New Radio (NR)، يُعتمد تنوع الاستقطاب على نطاق واسع في كل من محطات القاعدة ومعدات المستعملين، وكثيرا ما تستخدم أفرقة الهوائي التابعة للبعثة [(FLT:0)]([الأجهزة المتعددة الأقوال المُخترقة]) أو عناصر التصحيح في صفائح مستطيلة، وعلى سبيل المثال، فإن نظاما واسع النطاق من أجهزة الرصد المتعددة المؤشرات يبلغ 64 قناة، يتألف عادة من 32 قناة ذات طابع ثنائي القطبية،
Wi-Fi 6 and 6E
كما تستفيد نقاط الوصول من التنوع الاستقطابي (W-Fi 6) (802.11ax) وW-Fi 6E) وكثيرا ما تتضمن الهوائيات ذات القطبين المزدوجين، ولا سيما في عمليات النشر الكثيفة مثل الملاعب والمطارات ومراكز المؤتمرات، ويساعد تحسين التصميم المكاني والتخفيف من حدة التدخل الذي يوفره التنوع في مجال الاستقطاب على الحفاظ على مستوى عال حتى عندما يكون عدد كبير من العملاء مترابطين في نفس الوقت.
الاتصالات الساتلية
(ب) يمكن استكشاف تنوع الاستقطاب في السواتل (MMMO) [FLT:]LEO and GEO () لزيادة الكفاءة الطيفية، مثلاً يمكن للسواتل أن تنقل مسارين مختلفين للبيانات باستخدام الاستقطاب النافذ (RHCP) و " GCPL " (GBI) (D.
شبكة IoT وشبكة منخفضة الطاقة
وفي مجال الإنترنت الخاص بالأشياء (IoT) حيث كثيرا ما تكون الأجهزة ذات حجم ضيق وقيود في مجال الطاقة، يوفر التنوع الاستقطاب طريقة فريدة لتحسين القدرة على الربط دون إضافة معدات هامة، ويحتفظ العديد من رقائق البطاطا الحديثة (من موصلات الشبهات ومختبرات الوصل في المصانع) بدعم الوصلات بينات الهوائية ذات المقياس المزدوج، والمجسات الصناعية، والأجهزة البيئية الذكية.
الآفاق المستقبلية: ما بعد 5 زاي و6G
الاستقطاب والترميز القابلين للثقة
إجراء بحوث في الهوائيات القابلة لإعادة التشكيل التي يمكن أن تتغير دينامياً بين الاستقطاب الخطي والتعميمي (أو بين دول المغاوير) تقدم، ويمكن أن يتيح الجمع بين الاستقطاب الاستقطاب الاستيعابي مع صياغة المؤشر لكل دولة استقطاب معلومات إضافية، وزيادة كفاءة الأطياف دون توسيع نطاقات الترددات المرجعية التي لوحظت مؤخراً.
البعثة العسكرية المستقلة ذاتياً والمرحلة المدارية
ويمكن أن تستغل النظم المقبلة ] ] التي تجمع بين الاستقطاب والأبعاد المكانية والزمنية والتواترية، وبالإضافة إلى ذلك، فإن أساليب الحفز المداري - التي تشكل أساساً شكلاً من أشكال التنوع الاستقطابي في مجال المرحلة التي يجري التحقيق فيها فيما يتعلق بالاتصالات التيسيرية، وإن كانت لا تزال توجد قنوات متعددة من طراز OAM يمكن أن توفر،
التعلم في مجال الاستقطاب
ويجري تطوير خوارزميات التعلم الآلاتي من أجل تحقيق أقصى قدر من التنوع في مجال الاستقطاب في الوقت الحقيقي، ويمكن للشبكة العصبية أن تتعلم سلوك الاستقطاب من الإشارات النموذجية وأن تعدل مصفوفات أو أجهزة استقبال الإرسال التي تجمع الأوزان لتعظيم القدرات، وهذا مفيد بصفة خاصة في السيناريوهات العالية الحركة (مثلاً، الاتصالات المهيأة) حيث تُحدّد سرعة انتقال الطاقة إلى المناطق الحضرية.
التكامل مع السطح الذكي القابل للثقة
ويمكن لمؤسسة " إيروس " أن تتلاعب بتقسيم الإشارات المجسدة لتعزيز التنوع الاستقطابي، ومن خلال تعديل المرحلة وضخامة عناصر سطحية فردية، يمكن أن تخلق مسارات افتراضية للتنوع الاستقطاب، وتوفر درجات إضافية من الحرية دون مضاعفة عدد البطاقات النشطة، ومن المتوقع أن يؤدي هذا التآزر بين تنوع الاستقطاب ومعدلات القدرة على الاستهلاك إلى زيادة القدرة على الاستمرار في 6 شبكات رئيسية.
خاتمة
إن التنوع الاستقطابي هو أسلوب أساسي وفعال للغاية لتحسين أداء نظم المنظمة البحرية الدولية، إذ إن استخدام الدول التي تُستقطب النسيج، يزيد من موثوقية الإشارات ويعزز القدرة ويحسن استخدام الطيف، ويقلل من الحجم الحرج للشبكات اللاسلكية الحديثة من 4G إلى 5G وما بعده، وبينما تظل تحديات التنفيذ في تصميم الأنتينا، والآثار البيئية، وتجهيز الإشارات، والبحوث الجارية، والتبني الصناعي، قد أثبتت نجاحها
For further reading, refer to the Wireless Personal Communications article on MIMO polarization diversity and the ITU-R P.1238 propagation model for indoor polarization.