فتعددية سبل الوصول إلى البيانات في شعبة الخدمات التقنية هي تكنولوجيا أساسية في الاتصالات اللاسلكية الحديثة، وهي قيمة خاصة لقدرتها على التمكين من إعادة استخدام الطيف بكفاءة في البيئات الحضرية الكثيفة، ونظراً لأن المدن تنمو الكثافة والطلب على أجهزة الصخور المحمولة، يجب على المشغلين أن يخدموا ملايين المستخدمين في إطار تخصيص الترددات اللاسلكية المحدودة، وتعالج آلية التنمية النظيفة هذا التحدي مباشرة من خلال السماح للمستعملين المتعددين بتقاسم نفس النطاق الترددي دون تدخل مدمر.

The Fundamentals of Spectrum Reuse in Cellular Systems

وتشير إعادة استخدام نظام " سبيكتروم " إلى ممارسة استخدام الترددات اللاسلكية نفسها في مواقع جغرافية متعددة أو خلايا، بحيث لا يمكن أن يدعم تخصيص الترددات إلا عدد أكبر بكثير من عدد مستخدمي نظام الخلايا الواحدة، وفي مخطط شامل تقليدي، يتم ترتيب الخلايا في نمط مجموعة من المجموعات، ولا يعاد استخدام نفس التواتر إلا في خلايا متفاوتة بدرجة كافية لتجنب التدخل في الميكانيكيات المشتركة.

وتزيد من حدة المشكلة في البيئات الحضرية الكثيفة، إذ تخلق المباني الطولية مناطق الظل، وتتسبب عواصف الشوارع في تلف سريع للإشارة، كما أن العدد الضئيل للمستعملين لكل مضيق من الكيلومترات المربعة كل قناة متاحة، كما أن نظم الوصل المتعددة للترددات التقليدية، ونظم الاقتحام المتعددة للقسم تتطلب تخطيطا يدويا للتردد لتجنب التدخل بين الخلايا المجاورة، وأي تكرار يعاد استخدامه إلى حد غير مقبول من حيث يضاف

المبادئ الأساسية لآلية التنمية النظيفة: كيفية إعادة استخدام نظام التبريد

وبدلاً من تقسيم الطيف إلى فترات ضيقة التردد أو فترات زمنية محددة، تستخدم آلية التنمية النظيفة أسلوباً متنوعاً، فبدلاً من تقسيم الطيف إلى فراغات ذات مستوى ضيق، يمكن أن تُستخدم فيه البيانات الرقمية التي يُستخدم فيها النطاقات الرقمية، كما أن الإشارة الرقمية لكل مستخدم تُضاعف بواسطة رمز فريد من نوعه ينشر الإشارة على نطاق أوسع بكثير، وهو ما يُعد عادة 1.25 ميغاهيرتز بالنسبة للمستخدمين الأصليين.

وتستحدث آلية الترميز هذه ممتلكات رئيسية: soft capacity] وفي نظام إدارة المعلومات التجارية أو إدارة الشؤون الإنسانية، فإن القدرة هي رقم صعب - وهو عدد ثابت من فترات الانتظار أو قنوات التردد، وعندما تستنفد هذه الاتصالات، تُحجب المكالمات الجديدة، وفي آلية التنمية النظيفة، فإن كل مستخدم إضافي يرفع الحد الأدنى للتدخل قليلا، ولكن نظراً إلى أن نسبة المستخدمين الثابتين هي أقل من قوة التدخل (غير هي)

تجهيز الغين ودوره في إعادة الاستخدام

ويمكن أن يحدد المكسب في تجهيز نظام آلية التنمية النظيفة - نسبة النطاق الترددي إلى معدل البيانات الأصلي - مدى قدرة النظام على قمع التدخل، وبالنسبة لحركة المرور الصوتية (التي تبلغ 8 كيلوبايت أو 13 كيلوبايت) التي تنتشر على 1.25 ميغاهرتز، فإن مكسب التجهيز يتراوح بين 20 دروجيني و 24 درناً، وهذا يعني أنه حتى عندما يبث مستعملون متعددون الترددات في نفس التداخل بين خلايا الجغرافية المتداخلة، فإن جهاز الاستلامعة المقصودة لا يزال يمكن أن يستخرج من الموارد.

How CDMA Enables Overlapping Spectrum Reuse in Dense Urban Cells

وتتمثل أفضل ميزة في آلية التنمية النظيفة في عمليات النشر الحضري في القدرة على تشغيل جميع الخلايا على الترددات Same frequency] - وهو عامل إعادة استخدام واحد، وفي شبكة آلية التنمية النظيفة، يمكن لكل قطاع من كل محطة قاعدية أن يستخدم النطاق الترددي المخصص بالكامل، ولا حاجة إلى تخصيص مجموعات مختلفة من الترددات للزنزانات المتاخمة، مما يزيل التخطيط المعقد للتواتر الذي يصيب النظم الأخرى وقنوات الحرجة.

وفي منطقة كثيفة في وسط المدينة، يمكن للناقل أن يركّز على سطح سطح الأرض، وجهاز تسوق صغير داخل مركز تجاري، وجهاز للبيع في محطة قطار فرعية - يعمل كلّها على نفس الناقل البالغ من طراز 1.25 ميغاهرتز، ويتلقى المستخدمون في محطة القطار إشارات قوية من البيكوسل، بينما يستمع المستخدمون خارجها إلى البصمة القصوى، لأن كل رمز قدم مستعمل مختلف عن طريق الحضر

Power Control: The Cornerstone of Urban CDMA

وفي حالة الاستخدام المتواتر للعمل في آلية التنمية النظيفة، يجب أن يحل النظام مشكلة قرب المسافات، ويمكن لأي جهاز متنقل قريب من محطة الأساس أن ينقل في مستوى منخفض جدا من الطاقة، بينما يتعين على جهاز بعيد أن ينقل إلى أعلى من طاقته، وبدون رقابة دقيقة، فإن الإشارة الأقوى من مستخدم قريب من شأنه أن يغرق الإشارة الأضعف من مستخدم بعيد على نفس التردد، وتعتمد شبكات آلية التنمية النظيفة على التحكم في الطاقة الكهربائية المتوازنة 800، حيث يضيف كل من محطات النقل الرئيسية.

بيع المواد وتنوعها

وثمة سمة فريدة أخرى من سمات آلية التنمية النظيفة تفيد إعادة الاستخدام في المناطق الحضرية هي التسمية غير المنصفة، حيث يمكن للحركة أن تتواصل مع مراكز قاعدية متعددة في نفس الوقت، حيث تجمع الإشارات من جميع القواعد النشطة قبل التفكيك، وتوفر التنوع الكلي الذي يخفف من الآثار المتلاشية والظلية التي تصيب تضاريس المدينة، كما أن الرفع يعني أن المناطق الحدودية بين الخلايا ليست مناطق مميتة؛ ولا تزال شبكات الاتصال غير مأمونة.

ألف - مزايا آلية التنمية النظيفة في البيئات الحضرية الحادة

وعندما يتم نشرها في مناطق الكثافة السكانية العالية، تقدم الآلية عدة فوائد قابلة للقياس على التكنولوجيات البديلة المتعددة الوصول:

القدرة العليا لكل خلية

ونظراً لأن قدرة آلية التنمية النظيفة هي تدخل محدود وليس محدوداً، فإن خلية واحدة في شبكة آلية التنمية النظيفة يمكن أن تدعم ما يتراوح بين ثلاثة وخمسة أضعاف مستخدمي الصوت تقريباً من خلية قابلة للمقارنة من نوع " TDMA " أو FDMA. وفي الشبكات ذات التوجهات البيانات (CDMA2000 1xEV-DO)، كان من الممكن بلوغ معدلات بيانات ذروتها تصل إلى 3.1 ميغابايت في عمليات النشر الأولى على أساس ثلاثي، مع تحقيق الميزة اقتصادية تتمثل في تقاسم الطيف في جميع الخلايا.

استخدام المبيدات العنكبوتية

ومع عامل إعادة استخدام واحد، تستخدم شبكة آلية التنمية النظيفة فعلياً 100 في المائة من طيفها المخصص في كل خلية، مما يلغي عقوبة الكفاءة الطيفية التي تفرضها الأنماط التقليدية لإعادة الاستخدام والتي تُفرض في المناطق الحضرية الكثيفة حيث تكون تراخيص الطيف باهظة التكلفة، وتترجم هذه الكفاءة مباشرة إلى انخفاض تكلفة الميغابايت التي تُسلَّم.

انخفاض التداخل بين الإشارات

وفي حين أن آلية التنمية النظيفة تُدخل تدخلاً في القنوات المشتركة من كل مستخدم، فإن كسب التجهيز ومراقبة الطاقة يبقيان على هذا التدخل في حدود مقبولة، فضلاً عن أنه نظراً لأن جميع الخلايا يمكن أن تستخدم نفس التردد، لا يوجد أي تدخل من جانب ما يُخلفها من قنوات متاخمة (مشكلة مشتركة في ناقلات القوات الديمقراطية لتحرير السودان ذات المساحة المكتسبة).

تغطية أفضل في التضاريس المعقدة

ويوفِّر الطابع المفترق لآلية التنمية النظيفة مقاومة متأصلة للتشويه المتعدد المعابر، وهو أمر شديد في العصي الحضرية، ويمكن لمستقبل الراكز أن يجمع بين نسخ مؤجلة متعددة من الإشارة ذاتها (المنبثقة عن المباني) لتحسين نسبة الإشارة إلى المصابيح، مما يجعل آلية التنمية النظيفة فعالة بشكل خاص في السيناريوهات التي يُحجب فيها خط البصر - وهو تكرار يحدث في مراكز المدن.

التحديات والنظر في العمليات

ولا توجد تكنولوجيا بدون قيود، كما أن آلية التنمية النظيفة في بيئات حضرية كثيفة تطرح تحديات محددة يتعين على المتعهدين التصدي لها.

رأس فوقي قريب من الأرض

وتتطلب حلقة مراقبة الطاقة السريعة تزامنا دقيقا وبطءا منخفضا، ففي حالات النشر الكثيفة للغاية مع العديد من الخلايا الصغيرة، يمكن أن يؤدي الرؤوس العامة للحفاظ على مراقبة الطاقة لآلاف من الاتصالات المتزامنة إلى إجهاد موارد تجهيز محطة القاعدة، وإذا فشلت مراقبة الطاقة - مثلا بسبب الانقطاع المفاجئ أو التدخل من مصادر غير تابعة لهذه المنطقة - فإن نوعية الاتصال تتدهور بسرعة، وقد يسقط المستخدم.

معدلات بيانات بيك المحدودة في المعايير المبكرة

وقد صُممت الآلية الآلية الموحدة للشؤون الجنسانية أساساً للصوت، حيث تقتصر البيانات المستنقعة على 14.4 كيلو متراً، وقد رفعت هذه البيانات لاحقاً إلى 153 كيلو متراً، وبلغت معدلات التبادل الإلكتروني للتنقية ألف 3.1 مليون طن، ولكن هذه المعدلات لا تزال متخلفة عن الذروة النظرية لنظم النطاقات الواسعة، وفي البيئات الحضرية التي لها طلب كبير على تيار الفيديو، وفي شكل كميات كبيرة من تكنولوجيات التمويل المكملة.

Interference from Non-CDMA Systems

وتستضيف المدن الحديثة مزيجاً من التكنولوجيات الخلوية (GSM، LTE، 5G NR، Wi-Fi، Bluetooth) لأن آلية التنمية النظيفة تستخدم عرضاً واسعاً نسبياً (1.25 ميغاهرتز)، ويمكن أن تكون عرضة للتدخلات الضيقة، ولا بد من فرز أجهزة التصفير الحرفي وفرق الحراسة، ولا سيما في البيئات الكثيفة التي يتعايش فيها مشغلون متعددون.

النشرات العالمية الحقيقية وقص النجاح الحضري

وقد تم تسويق آلية التنمية النظيفة في منتصف التسعينات واعتُمدت بسرعة في العديد من مدن العالم الكثيفة، فعلى سبيل المثال، أظهرت شبكات كيولكوم الأولى في هونغ كونغ وسيول أن شبكة آلية التنمية النظيفة يمكن أن تخدم أبراجاً سكنية عالية المستوى تضم مئات المكالمات المتزامنة باستخدام مواقع خلوية أقل بكثير من شبكة مستعملي آلية التنمية النظيفة الموازية في جميع أنحاء البلد.

وفي الولايات المتحدة، نشرت شركة Sprint وVerizon شبكات واسعة النطاق من آلية التنمية النظيفة في مدن مثل نيويورك ولوس أنجلوس وشيكاغو، وأفاد المشغلون بأن آلية التنمية النظيفة خفضت عدد محطات القاعدة المطلوبة بنسبة 30 إلى 50 في المائة مقارنة بإدارة الخدمات العامة بالنسبة لكثافة السكان، مع توفير نوعية صوتية مكافئة أو أفضل، كما نشأت فوائد بيئية: انخفاض في عدد الأبراج يعني انخفاض استهلاك الطاقة وانخفاض الأثر البصري - وهو ميزة ملموسة في الأحياء الحضرية الكثيفة.

وفي وقت لاحق، مكّن برنامج آلية التنمية النظيفة لعام 2000 من استخدام النطاق العريض المتنقل في الممرات الحضرية، مما أتاح سرعة تنزيل العالم الحقيقي يتراوح بين 400 و700 كيلوبتر مما أتاح للهواتف الذكية المبكرة الوصول إلى البريد الإلكتروني، والشبكة الإلكترونية، والفيديو الأساسي، وهذا الأداء، وإن كان متواضعاً وفقاً لمعايير اليوم، كان يُحدِّد في ذلك الوقت، وأثبت أن إعادة استخدام طيف آلية التنمية النظيفة لم تكن نظرية فحسب بل كانت قابلة للنشر عملياً على نطاقها. [2000-60]

The Legacy of CDMA in Modern Wireless Systems

وعلى الرغم من أن معظم عمليات النشر الخلوية الجديدة في جميع أنحاء العالم قد تحولت إلى نظام LTE (الذي يستخدمه مكتب الشؤون الإدارية) و5G NR (على أساس نظام إدارة المعلومات الإدارية المتكامل ذي الرقم المرن)، فإن مبادئ آلية التنمية النظيفة لم تختفي، كما أن معيار المنظمة العالمية لمكافحة التصحر (آلية التنمية النظيفة) المستخدم في شبكات الاتصالات الهاتفية الثلاثية النطاق هو منحرف مباشر، ويستخدم نطاق الترددات المتوسطة المدى لمعدلات البيانات العالية.

وحتى في حقبة 4G و5G، تم تكييف بعض مفاهيم التدخل في الإدارة القائمة على آلية التنمية النظيفة، فعلى سبيل المثال، فإن تنسيق التدخل بين الأطراف في الشبكة (LTE) وتعزيز اللجنة الدولية للتصنيف الصناعي (eIC) للشبكات غير المتجانسة التي تقترض من منطق المناولة المتناقلة التابع لآلية التنمية النظيفة من أجل إدارة التدخل بين الخلايا الكلية والصغيرة.

خاتمة

(أ) قدرة آلية التنمية النظيفة على التمكين من إعادة استخدام الطيف في بيئات حضرية كثيفة، جعلتها تكنولوجيا تحولية خلال فترة الانتقال الثلاثية، حيث إن كل خلية تعمل بنفس التواتر، وتدير التدخل من خلال الترميز بين أجهزة التنصت المزودة بأجهزة التنصت الكهربائي المزودة بالأجهزة اللاسلكية ذات الترددات العالية، وتدعم عمليات التسليم غير المستقرة للتنقل غير المستقر، فقد حلت الآلية المشكلة المؤلمة المتمثلة في خدمة الملايين من المستخدمين في إطار قاعدة جغرافية.