يعد تعدد الإرسال في شبكات الاتصالات والكمبيوتر أحد أنواع التقنيات المستخدمة لدمج ونقل العديد من إشارات البيانات عبر وسيط واحد. في ال تعدد الإرسال طريقة، معدد تلعب أجهزة (MUX) دورًا مهمًا في تحقيق تعدد الإرسال عن طريق دمج خطوط الإدخال 'n' لإنشاء خط إخراج واحد. لذا فإن هذه الطريقة تتبع بشكل أساسي مفهوم متعدد إلى واحد والذي يعني خطوط إدخال n وخط إخراج واحد. هناك أنواع مختلفة من تقنيات تعدد الإرسال مثل؛ إف دي إم، تي دي إم، آلية التنمية النظيفة وSDM وOFDM. توفر هذه المقالة معلومات موجزة عن أحد أنواع تقنيات تعدد الإرسال مثل؛ مضاعفة تقسيم الفضاء أو SDM.

ما هو مضاعفة تقسيم الفضاء (SDM)؟

تقنية تعدد الإرسال داخل شبكة لاسلكية نظام الاتصالات يتم استخدامه لتعزيز قدرة النظام ببساطة عن طريق استغلال الفصل المادي للمستخدمين المعروف باسم مضاعفة تقسيم الفضاء أو تعدد إرسال التقسيم المكاني (SDM). في تقنية تعدد الإرسال هذه، هناك عدة هوائيات يتم استخدامها على طرفي جهاز الإرسال والاستقبال لإنشاء قنوات اتصال متوازية. قنوات الاتصال هذه مستقلة عن بعضها البعض، مما يسمح للعديد من المستخدمين بإرسال البيانات في وقت واحد ضمن نطاق تردد مماثل باستثناء التداخل.

“مولد يعمل بالطاقة الذاتية للبيع ”

يمكن تحسين قدرة نظام الاتصالات اللاسلكية ببساطة عن طريق تضمين المزيد من الهوائيات لتشكيل قنوات أكثر استقلالية. تُستخدم تقنية تعدد الإرسال هذه بشكل شائع في أنظمة الاتصالات اللاسلكية مثل؛ واي فاي، أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية والشبكات الخلوية.

SDM في مثال الكابلات الضوئية البحرية

ينقسم تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء في تطبيق الكابلات الضوئية البحرية إلى ثلاثة أنظمة نقل؛ نطاق ألياف C أحادي النواة، ونطاق ألياف C+L أحادي النواة، وألياف C متعددة النواة. يظهر أدناه مخطط مسار ضوء نظام النقل الثلاثة.

تم تجهيز نطاق C من الألياف أحادي النواة في نظام نقل الكابلات الضوئية البحرية فقط بمعدات EDFA لتحسين الإشارة. EDFA (مضخم ألياف الإربيوم المخدر) هو أحد أنواع OFA وهو مضخم ضوئي من خلال أيونات الإربيوم الموجودة في قلب الألياف الضوئية. EDFA لديه بعض الميزات مثل؛ ضوضاء منخفضة، مكاسب عالية واستقطاب مستقل. يعمل على تضخيم الإشارات الضوئية ضمن نطاق 1.55 ميكرومتر (أو) 1.58 ميكرومتر.

SDM في الكابلات الضوئية البحرية

يتطلب نظام نقل النطاق C + L أحادي النواة اثنين من EDFAs لتحسين إشارات النطاقين في المقابل. يعد نظام نقل النطاق C من الألياف متعدد النواة معقدًا للغاية ويتطلب تهوية كل نواة من الألياف وإدخالها إلى مكبر الإشارة، وبعد ذلك يتم إدخال المروحة في إشارة مكبر الصوت في كابل الألياف متعدد النواة.

“مرشح تمرير مرتفع مقابل مرشح تمرير منخفض ”

عندما تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء لنظام النقل ثلاثي القنوات حوالي 9.5 ديسيبل، فإن نظام نقل النطاق C+L من الألياف أحادية النواة يحتاج إلى 37 زوجًا من الألياف الضوئية لتحقيق الحد الأقصى لقدرة نقل الكابل البصري.

يحتاج نظام نقل النطاق C بالألياف متعددة النواة إلى 19 إلى 20 زوجًا من الألياف لتحقيق أعلى قدرة نقل. يتطلب نظام نقل الألياف أحادية النواة C+L ثلاثة عشر زوجًا فقط من كابلات الألياف لنشر أعلى سعة؛ ومع ذلك، فإن أعلى سعة لها هي 70% من نقل الألياف أحادية النواة في النطاق C فقط.

في تقنية SDM، يتم ضبط مسافة كل كابل ضوئي بحري على 60 كم لحساب الفولتية المطلوبة بواسطة أنظمة النقل الثلاثة. يحتاج النطاق C أحادي النواة والنطاق C + L إلى جهد أقل خلال 15 كيلو فولت من الجهد الأقصى. بالمقارنة مع أنظمة نقل FOC متعددة الخطوط، فإن جهودها أقل لأن أنظمة نقل الألياف متعددة النواة تحتاج إلى مكبرات صوت إضافية لإكمال الإرسال.

في ثلاثة أنظمة نقل لتعدد الإرسال بتقسيم الفضاء، تكون قدرة الإرسال للنطاق C+L من الألياف أحادية النواة والنطاق C متعدد النواة أقل مقارنةً بنقل النطاق C من الألياف أحادية النواة. يمكن لأنظمة الألياف أحادية النواة C-band وC+L-wave الاستفادة من الفولتية المنخفضة واستخدام الطاقة مقارنة بالأنظمة متعددة النواة إذا كان من الممكن تحقيق سعة مماثلة من خلال النواة المتعددة.

عمل مضاعفة تقسيم الفضاء

يعمل تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء (SDM) من خلال استغلال البعد المكاني لنقل تدفقات بيانات مستقلة متعددة في وقت واحد. وفيما يلي شرح مبسط لكيفية العمل:

الفصل المكاني : يعتمد SDM على فصل مسارات النقل فعليًا لتدفقات البيانات المختلفة. ويمكن تحقيق هذا الفصل باستخدام تقنيات مختلفة اعتمادًا على وسيلة الإرسال، مثل استخدام ألياف بصرية مختلفة أو عناصر هوائيات أو مسارات صوتية.
قنوات متعددة : يمثل كل مسار منفصل مكانيًا قناة اتصال مميزة. يمكن استخدام هذه القنوات لنقل تدفقات البيانات المستقلة بشكل متزامن دون التداخل مع بعضها البعض.
ترميز البيانات وتعديلها : قبل الإرسال، تخضع البيانات المخصصة لكل قناة لتقنيات التشفير والتعديل لتحويلها إلى تنسيق مناسب للإرسال عبر الوسيط المختار. يتضمن هذا عادةً تحويل البيانات الرقمية إلى إشارات تناظرية معدلة بترددات محددة أو خصائص أخرى مناسبة لوسط النقل.
الإرسال المتزامن : بمجرد تشفير البيانات وتعديلها، يتم إرسالها في وقت واحد عبر القنوات المنفصلة مكانيًا. يسمح هذا النقل المتزامن بزيادة إنتاجية البيانات والاستخدام الفعال لموارد الاتصال المتاحة.
فك تشفير جهاز الاستقبال : عند الطرف المتلقي، يتم استقبال الإشارات من جميع القنوات المكانية ومعالجتها بشكل منفصل. تتم إزالة تشكيل كل قناة وفك تشفيرها لاستعادة تدفقات البيانات الأصلية. نظرًا لأن القنوات منفصلة مكانيًا، يكون هناك حد أدنى من التداخل بينها، مما يسمح باستعادة البيانات بشكل موثوق.
تكامل تدفقات البيانات : أخيرًا، يتم دمج تدفقات البيانات المستردة من جميع القنوات لإعادة بناء البيانات المرسلة الأصلية. تعتمد عملية التكامل هذه على التطبيق المحدد وقد تتضمن مهام مثل تصحيح الأخطاء والمزامنة وتجميع البيانات.

بشكل عام، يتيح تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء النقل المتزامن لتدفقات بيانات مستقلة متعددة من خلال الاستفادة من الفصل المكاني، وبالتالي زيادة قدرة الاتصال وكفاءته. ويشيع استخدامه في أنظمة الاتصالات المختلفة، بما في ذلك شبكات الألياف الضوئية، والاتصالات اللاسلكية، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، والاتصالات الصوتية تحت الماء.

“عينة وعقد الدائرة باستخدام المرجع أمبير ”

أمثلة على مضاعفة تقسيم الفضاء

المثال الأول لـ SDM هو الاتصال الخلوي لأنه في هذا الاتصال يتم استخدام مجموعة متساوية من ترددات الموجة الحاملة مرة أخرى داخل الخلايا غير القريبة من بعضها البعض.

اتصالات الألياف الضوئية : في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية، يمكن نقل قنوات متعددة في وقت واحد عبر نفس الألياف باستخدام مسارات مكانية مختلفة. يمكن أن يمثل كل مسار مكاني طولًا موجيًا مختلفًا (تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي - WDM) أو حالة استقطاب مختلفة (تعدد الإرسال بتقسيم الاستقطاب - PDM). وهذا يسمح بزيادة سعة نقل البيانات دون الحاجة إلى مد كابلات ألياف مادية إضافية.
أنظمة هوائيات متعددة : في الاتصالات اللاسلكية، تستخدم أنظمة الإدخال المتعدد والمخرجات المتعددة (MIMO) هوائيات متعددة في كل من المرسل والمستقبل لتحسين الكفاءة الطيفية. يشكل كل زوج من الهوائيات قناة مكانية، ويتم نقل البيانات عبر هذه القنوات في وقت واحد، مما يزيد بشكل فعال من سعة الارتباط اللاسلكي.
الاتصالات عبر الأقمار الصناعية : تستخدم أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية غالبًا تقنيات SDM لإرسال إشارات متعددة في وقت واحد باستخدام نطاقات تردد أو مسارات مكانية مختلفة. وهذا يسمح باستخدام أكثر كفاءة لموارد الأقمار الصناعية وزيادة إنتاجية البيانات لتطبيقات مثل البث وخدمات الإنترنت والاستشعار عن بعد.
الاتصالات الصوتية تحت الماء : في البيئات تحت الماء، تستخدم الموجات الصوتية للاتصالات نظراً لقدرتها على الانتقال لمسافات طويلة. يمكن استخدام SDM باستخدام عدة هيدروفونات وأجهزة إرسال لإنشاء قنوات منفصلة مكانيًا، مما يسمح بالنقل المتزامن لتدفقات بيانات متعددة وزيادة قدرة الاتصال الإجمالية.
وصلات الدوائر المتكاملة : داخل الأجهزة الإلكترونية، مثل معالجات الكمبيوتر أو معدات الشبكات، يمكن تطبيق تقنيات تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء لربط مكونات أو نوى متعددة على الشريحة. ومن خلال توجيه الإشارات عبر مسارات مادية مختلفة، يمكن نقل البيانات بشكل متزامن بين وحدات المعالجة المختلفة، مما يعزز الأداء العام للنظام والإنتاجية.

إيجابيات - سلبيات

ال مزايا مضاعفة تقسيم الفضاء تشمل ما يلي.

تعمل تقنية SDM على تحسين الكثافة المكانية للألياف الضوئية في المقطع العرضي للوحدة.
إنه يعزز عدد قنوات النقل المكانية داخل الكسوة المشتركة.
SDM عبارة عن مزيج من FDM أو مضاعفة تقسيم التردد و TDM أو الوقت بتقسيم .
فهو ينقل الرسائل باستخدام تردد معين، بحيث يمكن استخدام قناة معينة مقابل نطاق تردد معين لبعض الوقت.
تتيح تقنية تعدد الإرسال هذه ببساطة للألياف الضوئية إرسال عدة إشارات يتم إرسالها بأطوال موجية مختلفة باستثناء التداخل مع بعضها البعض.
يعمل SDM على تطوير كفاءة استخدام الطاقة ويسمح بشكل كبير بخفض التكاليف لكل جزء.
تعمل تقنية SDM على تحسين الكفاءة الطيفية لكل ألياف عن طريق مضاعفة الإشارات ببساطة ضمن أوضاع LP المتعامدة في FMF (ألياف قليلة الوضع) والألياف متعددة النواة.
التطوير بسيط إلى حد ما ولا يلزم وجود مكونات بصرية جديدة أساسية.
أفضل استخدام لعرض النطاق الترددي.
يمكن استخدام التردد الثابت مرة أخرى داخل SDM.
يمكن تنفيذ SDM ضمن الكابلات الضوئية النقية.
إنتاجيتها عالية للغاية بسبب الكابلات الضوئية.
أفضل استخدام للتردد بسبب العديد من تقنيات تعدد الإرسال والألياف الضوئية.

ال عيوب مضاعفة تقسيم الفضاء تشمل ما يلي.

لا تزال تكلفة SDM تتزايد بشكل كبير بسبب تحسين عدد قنوات الإرسال.
يستخدم تعدد الإرسال خوارزميات وبروتوكولات معقدة لدمج وتقسيم الإشارات المختلفة التي يتم بثها. وهذا يؤدي إلى تحسين صعوبة الشبكة ويجعل صيانتها واستكشاف أخطائها وإصلاحها أكثر صعوبة.
يؤدي تعدد الإرسال إلى حدوث تداخل بين الإشارات التي يتم بثها، مما قد يؤدي إلى إتلاف قيمة البيانات المرسلة.
تحتاج تقنية تعدد الإرسال هذه إلى كمية معينة من عرض النطاق الترددي لإجراء تعدد الإرسال، مما قد يقلل من مقدار عرض النطاق الترددي المتاح لنقل البيانات الحقيقية.
يعد تنفيذ وصيانة هذا الإرسال المتعدد مكلفًا بسبب التعقيد والمعدات المتخصصة المطلوبة.
يؤدي تعدد الإرسال هذا إلى زيادة صعوبة حفظ البيانات المرسلة لأنه يتم إرسال عدة إشارات فوق قناة مماثلة.
في SDM، قد يحدث استنتاج.
يواجه SDM خسائر عالية في الاستدلال.
في SDM، يتم استخدام نفس مجموعة الترددات أو نفس مجموعة إشارات TDM في مكانين مختلفين

تطبيقات مضاعفة تقسيم الفضاء

ال تطبيقات مضاعفة تقسيم الفضاء تشمل ما يلي.

يُستخدم تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء في الشبكات الأرضية من خلال طريقتين مختلفتين؛ المكونات المتوافقة مع SDM مرتبة داخل كل من البنى التحتية للإرسال والتبديل (أو) تنفيذ SDM فقط ضمن بنية التبديل.
تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء داخل الاتصالات اللاسلكية MIMO و الألياف الضوئية يتم استخدام الاتصال لبث القنوات المستقلة المنفصلة داخل الفضاء.
يتم استخدام SDM في الشبكات الخلوية في شكل تقنية الإدخال المتعدد والمخرجات المتعددة، والتي تستخدم عدة هوائيات على طرفي جهاز الإرسال والاستقبال لتعزيز قيمة رابط الاتصال وقدرته.
يشير SDM إلى طريقة لفهم تعدد إرسال الألياف الضوئية مع تقسيم المساحة.
تُستخدم تقنية SDM لنقل البيانات البصرية حيثما يتم استخدام قنوات مكانية متعددة كما هو الحال في الألياف متعددة النواة.
تساعد تقنية تعدد الإرسال بالتقسيم المكاني لنقل الألياف الضوئية في التغلب على الحد الأقصى لقدرة WDM.
يتم استخدام SDM في تقنية GSM.

هكذا هذا نظرة عامة على مضاعفة تقسيم الفضاء ، العمل، الأمثلة، المزايا، العيوب، والتطبيقات. تتوافق تقنية SDM مع اتجاه نمو OFC أو اتصالات الألياف الضوئية. تعد تقنية تعدد الإرسال هذه بمثابة ابتكار رئيسي وطريقة مطورة لتقنية OFC. وهنا سؤال لك، ما هو تعدد الإرسال بتقسيم الزمن أو TDM؟