فهم أساسيات تكنولوجيا القدوة وتطبيقاتها في الاتصالات السلكية واللاسلكية الحديثة

منشأ الوصول الرقمي المتعدد

(ج) إن نظام الوصول المتعدد الوسائط في الشعبة هو تكنولوجيا رقمية خلوية تتيح للمستعملين المتعددين تقاسم نفس النطاق الترددي في وقت واحد، وقد أدى دوراً هاماً في تطوير الاتصالات السلكية واللاسلكية الحديثة، مما يتيح استخدام الطيف بكفاءة وتحسين نوعية الاتصالات، وخلافاً لنظم المقاييس السابقة التي كلفت كل منها بالاتصالات السلكية واللاسلكية المكرّسة أو الوقت، فإن آلية التنمية النظيفة تمكّن جميع المستعملين من أن ينقلوا في وقت واحد على نطاق الترددات الواسعة النطاق نفسه.

ما هي تكنولوجيا آلية التنمية النظيفة؟

وآلية التنمية النظيفة هي طريقة للوصول إلى القنوات تستخدمها مختلف تكنولوجيات الاتصالات اللاسلكية، وخلافاً لتعدد الترددات في أقسام الاتصال التابعة لشعبة الاتصال أو لتعدد فترات الوصول في الشعبة، تخصص الآلية مدونات فريدة لكل مستخدم، مما يتيح إجراء محادثات متعددة على نفس النطاق الترددي دون تدخل، وفي نظام إدارة المعلومات المالية، يحصل كل مستخدم على شريحة مكرَّسة من الطيف الترددي، وفي هذه الهيئة، ينتقل مستخدمون إلى مواقع البث الشبكية في فترات زمنية متمايزة.

(أ) يُعاد الأساس النظري لآلية التنمية النظيفة إلى الأربعينات وعمل الممثل والمخترع هيدي لامار ومركب جورج أنتيل، الذي وضع براءات اختراع لتقنية انتشار الترددات لتوجيه الطوابق، وقد وضع هذا الاختراع الأساس لأفكار التنقيب التي ستنضب لاحقاً في آلية التنمية النظيفة.

كيف تعمل آلية التنمية النظيفة؟

وفي نظم آلية التنمية النظيفة، يعطى كل مستخدم رمزاً فريداً يسمى رمزاً موزعاً، وينشر هذا الرمز إشارة المستخدم إلى 817 1؛ ويعبر الترددات الكاملة، وينتهي هذا الرمز نفسه إلى استخلاص الإشارة المحددة، ويخترق فعلياً الإشارات الأخرى التي تتقاسم التردد نفسه، ويعرف هذا الرمز بأنه تكنولوجيا الطيف الموزعة.

Spread Spectrum Fundamentals

Direct-sequence spread spectrum (DSSS) is the variant of spread spectrum most commonly associated with CDMA. In DSSS, the narrowband user signal is multiplied by a pseudo-random noise (PN) code that has a chip rate far exceeding the data rate. This multiplication broadens the signal bandwidth by a factor equal to the processing gain. The processing gain is the ratio of the chip rate to the data rate—for example, if the chip rate is 1.2288 Mcps (megachips per second) and the data rate is 9.6 kbps, the processing gain is approximately 128 (or 21 dB). This gain is what allows CDMA receivers to recover weak signals even when multiple strong interferers occupy the same frequency band.

Walsh Codes and Pseudo-Random Noise Sequences

وتستخدم نظم آلية التنمية النظيفة عادة طبقة من الترميز، وتستخدم الطبعة الأولى وظائف والش (تسمى أيضا رموز هادامارد) لضمان الازدهار بين المستخدمين داخل نفس الخلية، وتصمم رموز الولش الرياضيات بحيث لا يكون التسلسل المختلف بين أي من الرموز المميزة صفرا، مما يعني أن جهاز استقبال يمكنه فصل محطات الإرسال المتزامنة تماما من مختلف المستعملين في نفس الخلية ما دامت المدونات متزامنة تماما.

التصويب واسترداد الإشارات

وفي جهاز الاستقبال، تضاعفت الإشارة إلى النطاق العريض الواردة بنسخة متزامنة من رمز الانتشار، لأن التسلسل الرمزي هو التسلسل الهرمي (أو ما يقرب) لجميع الرموز الأخرى المستخدمة، وينهار التكاثر في سلسلة التوقيت المنشودة للمستعملين(ب)(8217؛ ويعود إلى مسار البيانات ضيق النطاق بينما يترك الإشارات من مستخدمين آخرين تنتشر كضوضاء ضيق النطاق.

Key Features of CDMA

وتتيح آلية التنمية النظيفة عدة مزايا متميزة على التقنيات السابقة المتعددة الوصول، ولهذا السبب اختيرت كواجهة جوية لبعض المعايير الثلاثة لغايات الإنتاج الأكثر انتشاراً في العالم.

الكفاءة في استخدام الطبقات وقدراتها

ونظراً لأن جميع المستخدمين يتقاسمون نفس النطاق الترددي في وقت واحد، فإن آلية التنمية النظيفة يمكن أن تدعم عدداً أكبر من مستخدمي وحدة النطاق الترددي من وحدة إدارة الشؤون المالية أو إدارة الشؤون الإنسانية في ظل ظروف التحميل المعتادة، ويعني ضعف القدرة على آلية التنمية النظيفة أن إضافة مستعمل واحد فقط يزيد قليلاً من الحد الأدنى للضوضاء بالنسبة للجميع، بدلاً من أن يستهلك فترة زمنية أو تواتراً مخصَّصاً، مما يتيح للمشغلين خدمة عدد أكبر من المشتركين في إطار النطاق الترددات الترددات الترددات 1 إلى M CDMA2000 إلى 1.

الأمن والخصوصية

وتزيد المدونات الموحدة صعوبة التنصت أكثر بكثير من النظم المشابهة أو المبكرة في نظام إدارة المعلومات المتعلقة بالألغام، إذ لا يرى المستمع السلبي الذي لا يعرف الرمز المنشور سوى إشارة ذات قدرة منخفضة على الضوضاء، وبدون تسلسل وتوقيت مناسبين للشبكة، من غير الممكن حسابياً استرداد البيانات الأصلية، وهذا الضمان المتأصل هو أحد الأسباب التي استخدمتها آلية التنمية النظيفة في الاتصالات العسكرية منذ عقود.

النقل غير المأمون ومراقبة الطاقة

(ب) يمكن أن يستحدث نظام التنمية النظيفة مفهوم التسليم الميسر (المسمى أيضاً التسليم الميسر)، حيث يتواصل جهاز محمول مع محطتين قاعدية أو أكثر في وقت واحد أثناء الانتقال بين الخلايا، ويجمع الهاتف بين الإشارات من محطات القاعدة المتعددة التي تستخدم نسبة الدمج القصوى، ويحسن نوعية الإشارات، ويزيل قطرات المكالمات المفاجئة التي تحدث في نظم التسليم الصلب، ويحسن هذا الملامح الصوتية بدرجة كبيرة عند حوافات الخلوية(10).

CDMA vs. Other Multiple Access Technologies

ويوضح فهم كيف يقارن اتفاق آلية التنمية النظيفة بأساليب الوصول الأخرى إلى القنوات سبب اعتماده بالنسبة لـ 3 زاي وكيف أدت القيود التي يفرضها إلى الانتقال إلى تكنولوجيات أحدث.

CDMA vs. FDMA

وتقسم شعبة الترددات المتعددة سبل الوصول إلى النطاق المتاح إلى قنوات ضيقة، وكل منها مخصص لمستعمل واحد، وهي بسيطة وتستخدم في نظم الخلايا المتماثلة مثل نظام إدارة الموارد البشرية ونظام TACS، غير أنها تعاني من ضعف الكفاءة في الطيف نظراً لأن نطاقات الحراسة بين قنوات النفايات، ولا يمكن أن يعاد استعمال قناة أخرى حتى عندما تكون متعطلة.

CDMA vs. TDMA

ويقسم الدخول المتعدد التقسيمات الزمنية كل قناة من قنوات الترددات إلى فترات زمنية محددة، حيث كل مستخدم يخصص فترة زمنية متكررة. وقد استخدم نظام إدارة السجلات والمحفوظات، وهو المعيار الغالب لفئة الخدمات العامة، نظام إدارة المعلومات المتعلقة بالألغام.() ويحسن كفاءة الطيف على مستوى إدارة الشؤون المالية، ولكنه لا يزال يتطلب أوقاتاً للاحتراسة بين فترات زمنية محددة، ويراعي أخطاء التوقيت، ولا سيما في السرعة العالية.() وتستلزم مراقبة النقل المستمر إبطال مفعول أنظمة تحديد التعقيدات نظام المساعدة التقنية المؤقتة على فترات زمنية محددة.()

CDMA vs. OFDMA

(ب) إن تقسيم الترددات الأرثية يقسم نطاق الترددات إلى عدد كبير من المشتغلين بالتشغيل الفرعيين في الفضاء، وقاعدة 4G LTE و5G NR.

تطبيقات في الاتصالات السلكية واللاسلكية الحديثة

وقد اعتُمدت تكنولوجيا آلية التنمية النظيفة على نطاق واسع في مختلف نظم الاتصالات، ولا سيما في الشبكات المتنقلة، وهي الأساس الذي تقوم عليه شبكات ثلاثية الأبعاد في العديد من البلدان، ولا تزال تؤثر على التكنولوجيات الجديدة من خلال مفاهيمها الأساسية المتعلقة بسلسلة الانتشار وقسم الرموز.

3G Networks and CDMA2000

وقد استخدمت شركات الاتصالات الرئيسية آلية التنمية النظيفة لشبكاتها من فئة الخدمات العامة، مثل آلية التنمية النظيفة، 2000 ومعايير التعاون الاقتصادي - المتوسط، ووفرت هذه الشبكات سرعة البيانات وتحسين نوعية الصوت مقارنة بالنظم السابقة لفئة الخدمات العامة.

الاتصالات الساتلية

كما تستخدم آلية التنمية النظيفة في نظم الاتصالات الساتلية، مما يتيح نقل البيانات الموثوقة والمأمونة على مسافات طويلة، وتجعلها قوية من التدخل مناسبة لهذه التطبيقات، وتواجه الروابط الساتلية تحديات تشمل التأخيرات الطويلة في النشر، وعمليات التحول في دوبلر، وميزانيات الطاقة المحدودة، وتجمع إشارات آلية التنمية النظيفة إلى 8217؛ وتوفر الطبيعة ذات الفتحة العالية مقاومة متأصلة للتشويش والتدخل من السواتل الأخرى أو المصادر الأرضية.

النظام العالمي لتحديد المواقع

ويعتمد النظام العالمي لتحديد المواقع، الذي تديره قوة الفضاء بالولايات المتحدة، على مبادئ آلية التنمية النظيفة للسماح لجميع السواتل ببث نفس الترددات: L1 (1575.42 MHz) و L2 (1227.60 MHz) التي تبث فيها أجهزة قياس ساتلية مرئية ذات طابع قياسي، وتصدر أجهزة قياس متجانسة ذات سمية واضحة، وتصدر فيها أجهزة قياسية متجانسة للرموز التي تستخدمها جميع السواتل(ب)(ب).

الاتصالات العسكرية والأمنية

(ب) يمكن أن تستخدم آلية التنمية النظيفة، التي نشأت عن بحوث عسكرية في مجال الاتصالات المأمونة والمقاومة.

اللوب المحلي غير المأمون و الأرملة الثابتة

وفي المناطق التي شُحِّت فيها الهياكل الأساسية الهاتفية اللاسلكية أو باهظة التكلفة للنشر، وفرت نظم الحلقات المحلية اللاسلكية التي لا تستند إلى آلية التنمية النظيفة بديلاً فعالاً من حيث التكلفة لخدمات الصوت والبيانات، واستخدمت المشغلون محطات قاعدية تابعة لآلية التنمية النظيفة ذات الهوائيات الموجهة لخدمة المشتركين الثابتين أو الرحل على مسافات عدة كيلومترات، بينما ظلت نظم القانون العالمي القائمة على آلية التنمية النظيفة تتيح الانتشار السريع، وانخفاض التكاليف الثابتة، والقدرة على تقاسم الطيفات المتنقلة.

حدود الآلية وإعلانها

وعلى الرغم من مواطن القوة العديدة التي يتمتع بها هذا الفريق، فإن لديه عدة قيود متأصلة أسهمت في استبداله تدريجياً بنظم قائمة على إدارة الشؤون الإنسانية في 4G و5G.() ولا يمكن أن تؤدي المشكلة القريبة من الزراعة إلى رقابة شديدة على الطاقة، مما يزيد تعقيداً على كل من محطة الأساس والجهاز النقّال.() ويقلّل مشغلو البراءات في إطار آلية التنمية النظيفة من حيث محدودية عدد المستخدمين النشطين، ويرتفع عدد الترددات الأرضية، ويمكن أن يشهد النظام ظاهرة تسمى " 8220 " .

The Legacy and Future of CDMA Technology

(أ) رغم أن التكنولوجيات الجديدة مثل LTE و5G تحل محل آلية التنمية النظيفة في مجالات عديدة، فإن فهم آلية التنمية النظيفة يظل أساسياً لفهم تطور الاتصالات اللاسلكية، فبعض النظم القديمة لا تزال تعمل باستخدام آلية التنمية النظيفة، وتؤثر مبادئها على تصميمات الشبكات الحديثة، وفي الولايات المتحدة، أغلقت معظم الشركات الرئيسية شبكات آلية التنمية النظيفة التابعة لها بالكامل بين عامي 2020 و2023.() وعلى سبيل المثال، استكملت شركة فيريزون شبكتيهما بشأن آلية التنمية النظيفة رقم 1X و1282.

وفي موازاة ذلك، لا تزال المفاهيم الأساسية لآلية التنمية النظيفة تظهر في النظم الحديثة، وفي 5G NR، تستخدم الشبكة بديلاً من الشُعب الرمزية يسمى إدارة الدعم الميداني - إدارة الشؤون المالية وشؤون الإدارة المالية (نشر نظام تحويلات الطاقة الكهربائية في منطقة البحر الأبيض المتوسط)، وهو شكل من أشكال الوصول المتعدد الوسائط إلى أجهزة الاتصالات ذات الترددات الواحدة (SC-FDMA) التي تتقاسم نطاق استخدام نظام آلية التنمية النظيفة (DO-W-S)

وفي المستقبل، يجري استكشاف التقنيات التي تسترشد بها آلية التنمية النظيفة للشبكات غير الأرضية ووحدات الإنترنت الساتلية، حيث تكون القدرة على تقاسم الطيف بين العديد من المستعملين الذين لديهم كثافة طاقة منخفضة مفيدة للغاية، ويقوم الباحثون أيضاً بالتحقيق في تعدد المؤشرات المتعلقة بالاتصالات الآلية الواسعة النطاق في 5G وما بعده، حيث توفر آلاف الأجهزة المتفرقة ذات القدرة المنخفضة القدرة على نقل المواد المتفجرة في آن واحد لنقلها.

خاتمة

(ب) إن تكنولوجيا آلية التنمية النظيفة قد أحدثت ثورة في الاتصالات المتنقلة من خلال تمكين المستعملين المتعددين من تبادل نفس الطيف بكفاءة، وتبرز تطبيقاتها في الشبكات الثلاثية النطاق والاتصالات الساتلية، ونظام تحديد المواقع العالمية لسواتل الملاحة مدى تنوعها وأهميتها في تاريخ الاتصالات السلكية واللاسلكية، وبما أن أوجه التقدم التكنولوجي، فإن المفاهيم الأساسية لآلية التنمية النظيفة لا تزال تسترشد بها في وضع معايير لاسلكية جديدة، وأن مبادئ التنقيب عن الطاقة، وتقنيات الهندسة اللاصقة التي جعلت آلية التنمية النظيفة تتطوّل على نحو متطور.

For further reading on CDMA and its impact on wireless communications, the following resources provide authoritative technical depth: the Qualcomm CDMA technology overview, the ]IEE conference proceedings on spread spectrum systems, the book ' 8220; [FLT Performance:4]CDMA