نظام هوائي يهدف إلي تحسين الاتصالات اللاسلكية المزيد في عالم التكنولوجيا

المحتوي

يعد استخدام الأجهزة اللاسلكية مخاطرة كبيرة للغاية، وقد ذكرت ” Statista“، وهي خدمة بحث دولية في مارس 2019، أن حوالي 13 مليار جهاز محمول، مثل: الهواتف والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، كانت قيد الاستخدام في جميع أنحاء العالم.

كما تتوقع ” Gartner”، وهي شركة عالمية للأبحاث والاستشارات، أن عدد مستخدمي الإنترنت سوف يزيد إلى أكثر من 21 مليار جهاز بحلول نهاية عام 2020.

إن الاستخدام الواسع النطاق للأجهزة المحمولة يخلق بالفعل طلبًا كبيرًا على النظام الخلوي الذي يدعم كل هذه الاتصالات اللاسلكية، وخاصة في المواقع، مثل الحفلات الموسيقية والشبكات الخاصة بالساحات الرياضية، حيث قد يكون هناك عدد كبير من المستخدمين متصلين في وقت واحد.

وسوف تتعرض قدرة التكنولوجيا الخلوية في العصر الحالي أو حتى تقنية الجيل الخامس المقترحة، إلى توتر شديد لتوفير معدلات البيانات العالية ومجموعة الاتصالات واسعة النطاق اللازمة لدعم استخدام الجهاز المتصاعد.

والآن، يبحث مجتمع الاتصالات في تقنية الازدواج الكامل (IBFD) داخل النطاق لزيادة سعة وعدد الأجهزة المدعومة من خلال السماح للأجهزة بالنقل والاستقبال على نفس التردد في نفس الوقت. ولا تضعف هذه القدرة من كفاءة الأجهزة داخل طيف الترددات فحسب، بل تقلل أيضًا من الوقت اللازم لمعالجة الرسالة بين أوضاع الإرسال والاستقبال.

وقد وجد باحثو مختبر (MIT Lincoln)، أن تقنية (IBFD) المدمجة في الأنظمة اللاسلكية يمكن أن تعزز قدرة الأنظمة على العمل في طيف التردد المزدحم اليوم وزيادة الاستخدام الفعال للطيف. وعلي الرغم من ذلك، حذر الباحثون من أن إمكانات تقنية (IBFD) للاتصالات اللاسلكية لا يمكن أن تتحقق إلا إذا طور مصممو النظام تقنيات لتخفيف التداخل الذاتي الناتج عن الإرسال والاستقبال في نفس الوقت على نفس التردد.

يذكر أن أنظمة (IBFD) المطورة حتى الآن محدودة في النطاق الذي يمكنها تحقيقه وعدد الأجهزة التي يمكنها استيعابها؛ لأنها تعتمد على هوائيات متعددة الاتجاهات.

ولكن في الآونة الأخيرة، أظهر باحثو مختبر (MIT Lincoln) تقنية (IBFD) التي تعمل لأول مرة على هوائيات تدريجية. وقال أحد الباحثين: “يمكن للصفيفات المرحلية توجيه حركة الاتصالات إلى المناطق المستهدفة، وبالتالي توسيع المسافات التي تصل إليها إشارات التردد وزيادة عدد الأجهزة التي يمكن لعقدة واحدة الاتصال بها، وهو ما يعد زيادة كبيرة”.

معالجة تحدي التدخل الذاتي

وقد عالج فريق البحث، بقيادة “كولودزيج” و”بيري وجوناثان دوان”، مشكلة التداخل الذاتي من خلال مزيج من تكوين الشعاع الرقمي التكيفي للحد من الاقتران بين حزم هوائية الإرسال والاستقبال والإلغاء الرقمي التكيفي لزيادة إزالة التداخل الذاتي المتبقي.

ويقول كولودزيج: “إن القضاء على التداخل الذاتي يمثل تحديًا خاصًا ضمن مجموعة تدريجية لأن قرب الهوائيات يؤدي إلى مستويات أعلى من التداخل، مضيفًا أن هذا التداخل يمثل صعوبة أكبر، نظرًا لأن قدرات الإرسال تتجاوز نصف واط لأن إشارات التشويه والضوضاء تتولد ويجب إزالتها أيضًا للتنفيذ الناجح”.

ويمكن لهوائيات الصفيف التدريجي استخدام تشكيل الشعاع؛ لتغيير شكل مخطط الهوائي ديناميكيًا إما للتركيز أو تقليل الطاقة في اتجاه معين. أما بالنسبة للنظام الجديد للمختبر، يستخدم إرسال الحزمة الرقمية للإرسال لتقليل إشارة التداخل الإجمالية في كل هوائي استقبال، ويمكّن تكوين الحزمة المستقبلة النظام من تقليل التداخل الذاتي المقبول من كل مرسل.

في الحزمة الرقمية، يتم تقسيم الصفيف التدريجي إلى قسم إرسال من الهوائيات وقسم استقبال مجاور، كما يمكن تخصيص كل هوائي في الصفيف لأي من الوظيفتين، ويمكن تعديل حجم وهندسة مناطق الإرسال والاستقبال لدعم مختلف مخططات ووظائف الهوائي التي يتطلبها النظام الكلي، مع تخصيصها أيضًا لموقع النظام.

من ناحية أخري، حتى بعد الحد من التداخل الذي يوفره التشكيل الرقمي، ستبقى كمية كبيرة من الضوضاء، وكذلك الإشارة المرسلة المتبقية، في الإشارة المستقبلة. ويمكن لتقنيات الإلغاء الرقمية التقليدية إلغاء الإشارة المرسلة المتبقية ولكن لا يمكنها القضاء على الضوضاء.

ولحل هذه المشكلة، اقترن فريق مختبر (MIT Lincoln) لإخراج كل قناة إرسال نشطة بقناة الاستقبال (غير مستخدمة) لهذا الهوائي، ثم قاموا باستخدام نسخة مرجعية من الشكل الموجي المرسَل، بالإضافة إلي خوارزمية الإلغاء التكيفية تصفية إشارة الإرسال والتشويش والضوضاء، وترك الإشارة المستلمة غير التالفة.

ويعمل قمع إشارات الإرسال المتبقية والضوضاء، على تحسين استقبال الإشارات اللاسلكية من الأجهزة التي تعمل على نفس التردد، مما يزيد بشكل فعال من عدد الأجهزة التي يمكن دعمها ومعدلات البيانات الخاصة بها. ويقول دوان: “إننا نتصور هه العملية ضمن نظام الصفيف التدريجي كنموذج جديد قد يؤدي إلى تحسينات كبيرة في أداء أنظمة الجيل التالي اللاسلكية”.

تحسينات متوقعة تخص الخدمة اللاسلكية

ومن خلال التقييمات داخل المختبر لكيفية مقارنة نظام لينكولن المقترح مع التكنولوجيا الخلوية الحالية وأنظمة (IBDF) الحديثة، يُقدر فريق البحث أن نظام هوائي الصفيف التدريجي المزود بقدرة (IBFD) يمكنه دعم أجهزة أكثر 100 مرة و 10 أضعاف معدلات بيانات أعلى من معيار (الجيل الرابع على المدى الطويل) المستخدم للاتصالات اللاسلكية، فضلًا عن تحقيق مدى اتصالات يبلغ 60 ميلًا.

ونظرًا لأن أنظمة الهوائيات ذات المراحل التدريجية تستخدم هوائيات متعددة لتركيز الإشعاع وإجراء عمليات تكوين الشعاع، فإن نظام المختبر أكبر قليلاً من نظام الهوائي الفردي المخطط له في الجيل الخامس، الذي يقدم 1.5 قدم مربع مقابل كل 1 قدم مربع. وعلي الرغم من ذلك، ينبغي استيعاب أي من حجم الهوائي بمعظم المحطات الأساسية.

الجدير بالذكر أن نظام مختبر (MIT Lincoln)، يمكن أن يوفر لمستخدمي الشبكات اللاسلكية في المستقبل تجارب متطورة تشمل توصيل المزيد من الأجهزة داخل منازلهم الذكية، وكذلك الحفاظ على معدلات بيانات عالية في حشود كبيرة، وكلاهما مستحيل من خلال التكنولوجيا الحالية.

فكرة الموضوع من: http://news.mit.edu/2019/novel-antenna-system-aims-improve-wireless-communications-1021?fbclid=IwAR2yG5HggJshVA1Ko6m-wlATtDtLcdWya-h4_-kSTvB5Tqzaj6_CE8Bsagw

بعد قراءة الموضوع يمكنك معرفة المزيد عن الكلمات الآتية: