تطور تقنيات النفاذ المتعدد
تعريف النفاذ المتعدد
يقصد بمصطلح النفاذ المتعدد القدرة على الوصول إلى مكانٍ محددٍ من قِبل عدة مستخدمين، والأمر مشابهٌ في عالم التكنولوجيا، ويعّرف في عالم الاتصالات على أنه السماح لكميةٍ محددةٍ من المستخدمين باستعمال طيفٍ واحدٍ.
تطبق هذه التقنية في الشبكات الحاسوبية والسلكية واللاسلكية، وذلك عبر مشاركة وسيطٍ مركزيٍّ واحدٍ (مخدم) للإرسال والانتفاع بإمكانياته.
تقنيات النفاذ المتعدد والاتصالات
يقسم أي نظامٍ للاتصالات المنطقة الجغرافية إلى خلايا، بحيث تتصل جميع الخلايا مع محطةٍ أساسيةٍ BS (Base Station)، والهدف في هذا التصميم الخلوي هو تجنب التداخل الذي قد يحصل عند التقاء تزامن ترددين معًا في آنٍ واحدٍ، وذلك لإدارة أكبر عددٍ من المكالمات في النطاق الترددي مع ضمان الحفاظ على جودة خدمةٍ عاليةٍ.
هناك عدة طرقٍ نستطيع من خلالها السماح بالوصول إلى القناة وسنذكر لكم أشهر التقنيات المستخدمة في النفاذ المتعدد وهي:
Frequency Division Multiple Access) FDMA)
يعتبر نظام النفاذ المتعدد باستخدام التردد نظامًا تماثليًا، حيث يقسم النطاق الترددي إلى عددٍ من القنوات المتساوية بحيث يتم إرسال عدة إشاراتٍ على ترددٍ مختلفٍ عن الآخر كما هو موضحٌ في الصورة التالية.
كما هو ملاحظٌ من الصورة السابقة، يستخدم هذا النظام من النفاذ المتعدد نطاقات للحماية بين أطياف الإشارات المجاورة، وذلك لتقليل الحديث المتبادل بين القنوات، بحيث يتم إعطاء نطاقٍ تردديٍّ لكل مستخدمٍ، ويتم الاستقبال عن طريق تحديد كل نطاق ترددي بحسب الإرسال، وتم استخدامه في أنظمة الجيل الأول.
لكل لنظامٍ توجد إيجابيات وسلبيات وسنذكر منها:
- إيجابيات FDMA:
- يستخدم رموزًا رقميةً فعّالةً مما يزيد من السعة ويقلل معدل نقل البتات.
- يقلل من التكلفة ويخفض التداخل بين الرموز أي ضوضاء أقل وموثوقية أعلى.
- سهل التطبيق والتنفيذ كما أنه يمكن التعديل وإضافة التحسينات إلى النظام.
- سلبيات FDMA:
- يعتمد تحسين السعة على تقليل نسبة الإشارة إلى الضجيج (SNR).
- معدل التدفق الأعظمي لكل قناةٍ ثابت وصغير.
- يتضمن النظام مرشحات ضيقة النطاق، وهذا الأمر سيزيد بدوره من الكلفة.
Time Division Multiple Access) TDMA)
يستخدم نظام النفاذ المتعدد هذا في الاتصالات اللاسلكية حيث يُسهل على العديد من المستخدمين استخدام نفس التردد دون حدوث أي تداخلٍ، وذلك عبر تخصيص فتراتٍ زمنيةٍ لكل مستخدمٍ في القناة.
يتم استعمال هذا النظام في أنظمة الراديو الرقمية المنتقلة، حيث يتم تحديد تردد دوري مخصص للاستخدام الحصري، مع العلم أن هذا النظام يتطلب تزامنًا تامًا بين المرسل والمستقبل، وهذا يجعل TDMA من الأنظمة المعقدة.
في معظم الحالات، لا يتم حجز النطاق الترددي الرئيسي بأكمله لفترةٍ زمنيةٍ، وإنما هذا التردد نفسه مقسم إلى نطاقاتٍ فرعيةٍ هي بدورها التي تنفذ هذه التقنية فيها، وتعرف هذه النطاقات باسم ترددات الموجة الحاملة.
من المثال الموضح في الصورة التالية، تتم مشاركة نطاق التردد من قِبل ثلاثة مستخدمين، بحيث يتم تعيين فترات زمنية محددة لكل مستخدمٍ ليستقبل ويرسل البيانات، أي يرسل المستخدم B بعد إرسال المستخدم A ومن ثم يرسل C وهكذا
- إيجابيات نظام TDMA:
- معدلات نقل مرنة في النظام وذلك لأنه يمكن تخصيص أكثر من مسارٍ لمستخدم.
- لا يحتاج لوجود مرشح ضيق الحزمة في النظام.
- يستطيع التعامل مع النظام المتقطع بعكس FDMA.
- سلبيات نظام TDMA:
- يحتاج إلى معادلات بيانات تستخدم مخصصة للنطاق العريض للتعامل مع عمليات المعالجة المعقدة.
- هذا النوع من التقنيات يتطلب إلكترونيات ذات استطاعةٍ عاليةٍ مما يجعله مستهلكا كبيرًا للطاقة.
- المسارات المستخدمة صغيرةٌ جدًا بالمقارنة لحجم البيانات المطلوب معالجتها.
Code Division Multiple Access) CDMA)
هو أحد الأنواع المتطورة من أنظمة النفاذ المتعدد تسمح بإرسال أكثر من إشارةٍ على نفس القناة، ويختلف هذا النظام عن TDMA وFDMA، حيث يعتمد مبدأ عمله على تقنية الطيف المنتشر (Spread-Spectrum)، حيث تُدمج أكثر من مكالمةٍ أو خدمةٍ على نفس القناة الترددية مع إعطاء شيفرةٍ مخصصةٍ لها بحيث يلتقطها المستقبل وفقًا للشيفرة التي تم ترميزها من قبل النظام.
شاع استخدام هذه الخدمة في الأنظمة عالية التردد التي تتراوح في المجال بين 800 ميغا هرتز، حتى 1800 غيغا هرتز؛ أي الجيل الثاني لأنظمة الاتصالات الخلوية 2G.
يوضح الشكل الآتي مبدأ عمل تقنية CDMA، حيث أننا قمنا بدمج كلٍّ من الإشارتين A وB ضمن إشارةٍ واحدةٍ، ومن ثم إرسالها عبر الطيف الراديوي ضمن القناة إلى أن تصل إلى المستقبل، وعندها يتم فك التعديل الإشارة ومعرفة الإشارتين A وB.
- إيجابيات تقنية CDMA:
- جودة عالية في نقل الصوت والبيانات.
- أكثر أمان وموثوقية.
- توفر استهلاك بطارية الأجهزة النقالة.