تتكون الأبراج الخلوية من مكونات مثل الهوائيات وأجهزة الإرسال والاستقبال الأساسية والصواري والمعدات الأرضية التي تتيح اتصالات خلوية فعالة من خلال إدارة الإشارات الواردة من الأجهزة المحمولة. الفرق بين أبراج الخلايا 4G و 5G هو أن تقنية 5G تعمل على تحسين سرعة أبراج الخلايا وقدرتها وزمن الوصول إليها. يضمن إجراء الاختبار الشامل أداء وموثوقية برج الخلية الأمثل.
تساعد NI في بناء بنية تحتية لاسلكية موثوقة
تقديم المساعدة
لقد أصبح العالم أكثر اتصالاً من أي وقت مضى، ويتطلب الحفاظ على الشبكات التي نعتمد عليها موارد هائلة. تعد الأبراج الخلوية (وتسمى أيضًا أبراج الخلايا أو محطات الإرسال والاستقبال الأساسية) جزءًا مهمًا من أنظمة الاتصالات الحديثة. يحتوي هيكلها المادي على المعدات اللازمة لإرسال واستقبال "خلايا" معينة أو إشارات راديوية لمنطقة معينة، ومن هنا اسمها. تعمل الأبراج الخلوية على تسهيل الاتصالات اللاسلكية بين الأجهزة المحمولة والشبكات. تعد هندسته المعمارية جزءًا مهمًا من النظام البيئي للاتصالات اللاسلكية الذي يساعد الأشخاص على إجراء المكالمات وإرسال الرسائل النصية والوصول إلى الإنترنت من أجهزتهم المحمولة، لذا فهو يتطلب اختبارات مكثفة.
تلتزم NI بتوفير حلول مرنة وقابلة للتطوير وفعالة من حيث التكلفة لاختبار التقنيات الجديدة المعقدة ومساعدتك بشكل كامل في بناء بنية تحتية لاسلكية موثوقة. مع تطور التكنولوجيا اللاسلكية بسرعة وتزايد تعقيدها مع ظهور شبكة الجيل السادس (6G)، يمكن للحلول المبتكرة أن تساعد مهندسي الاختبار على اكتساب رؤى حول تصميم الشبكة وتقنيات الاختبار المطلوبة للحفاظ على عمل الأبراج الخلوية بشكل صحيح.
مكونات برج الخلية
إذا نظرت حولك، ستلاحظ بالتأكيد أبراجًا خلوية، وبعضها لن يبرز. تأتي محطات الإرسال والاستقبال الأساسية بأحجام مختلفة، بدءًا من الأبراج العالية الشائعة وحتى الأجهزة الصغيرة بحجم كاشفات الدخان. كل هذا يتوقف على التغطية وكثافة الاتصالات المطلوبة في المنطقة.
لكن كيف تبدو الأبراج الخلوية؟ تشبه الأبراج الخلوية الصواري العمودية الطويلة وهي مزينة بمصفوفات هوائي 3-مسار أو 4-متجه، مما يمنحها مظهرًا مميزًا يسهل التعرف عليها. لكن ليست كل الأبراج الخلوية مرئية بهذه الدرجة. تعتبر الأبراج غير المرئية أكثر سرية ويمكن إخفاؤها داخل بيئتها، وتندمج بشكل سري مع المباني القائمة، مثل أسطح المنازل أو حتى أبراج الكنائس. سواء كانت مرئية بوضوح في لمحة أو تمتزج بمهارة مع المناطق المحيطة بها، فإن هذه الوحدات المرتفعة مجهزة بمجموعة من المعدات الرئيسية لضمان الاتصال الخلوي السلس داخل مناطق الخدمة الخاصة بها.
في حين أن الأبراج الخلوية تختلف قليلاً حسب احتياجات الشبكة ومتطلبات منطقة الخدمة المحددة، فإن معظمها يحتوي على المكونات التالية:
الهوائيات - تعتبر الهوائيات ضرورية للأجهزة المحمولة لإرسال واستقبال الإشارات داخل منطقة تغطية برج خلوي معين. هناك نوعان رئيسيان من هوائيات الأبراج الخلوية:
هوائي اللوحة - هذا جهاز مسطح مستطيل يستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات. فهي متعددة الاستخدامات ويمكن ترتيبها في تكوينات مختلفة لتحقيق التغطية والسعة المطلوبة. يمكن للهوائيات المسطحة استخدام تقنية MIMO (مدخلات متعددة ومخرجات متعددة) لزيادة السعة عن طريق إرسال تدفقات بيانات متعددة على نفس القناة.
هوائيات القطاع - توجد عادةً هوائيات القطاع في مجموعات من 3 أو 4 على أبراج خلوية وهي مصممة لتغطية اتجاه أو "قطاع" محدد. يعمل هذا التقسيم على توسيع التغطية الشاملة بشكل فعال ويقلل من التداخل بين الإشارات. عادة ما يتم ترتيب هوائيات القطاع في تكوين هندسي لتوفير تغطية إشارة شاملة الاتجاهات بزاوية 360 درجة.
محطة الإرسال والاستقبال الأساسية (BTS) - تحتوي محطة BTS على أجهزة إرسال واستقبال لاسلكية لاستقبال وإرسال إشارات التردد اللاسلكي. تدعم كل من أجهزة الإرسال والاستقبال أو القنوات عددًا معينًا من المكالمات المتزامنة. تحتوي BTS أيضًا على معدات وأدوات تصفية الطيف وأجهزة الإرسال المزدوجة ومكبرات الصوت لتشفير وفك تشفير الاتصالات.
البرج أو الصاري - يسمح هذا الهيكل المادي الطويل بوضع الهوائي في مكان مرتفع، وعادة ما يكون مصنوعًا من الفولاذ. يتم التركيز على الارتفاع: كلما كان الهوائي أطول، كانت منطقة التغطية أوسع. يجب أن يكون الهيكل أيضًا قادرًا على تحمل الضغوط البيئية مثل الرياح ووزن المعدات.
المعدات الأرضية - تشمل العبوات أو الدروع المستخدمة لإيواء الأنظمة المساعدة المختلفة، مثل أنظمة طاقة الأبراج الخلوية (غالبًا ما تكون بطارية احتياطية لزيادة الموثوقية)، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) للتحكم في درجة الحرارة، والنطاق الأساسي لمعالجة مستقبل بيانات المكالمات.
هوائيات الموجات الدقيقة – بالنسبة للأبراج الخلوية غير المتصلة بشبكة الاتصالات من خلال الكابلات المادية (غالبًا ما تكون موجودة في المناطق النائية)، يمكن استخدام هوائيات الموجات الدقيقة للاتصالات الخلفية. يسهل هذا الهوائي الاتصالات من نقطة إلى نقطة مع أبراج الخلايا الأخرى أو عقد الشبكة. يتم تثبيتها عادةً على جوانب الأبراج الخلوية وهي مثالية للمناطق التي لا يمكن فيها تمديد الكابلات.
الكابلات – يتم توصيل جميع مكونات برج الخلية عن طريق الكابلات، مما يسمح لها بالتواصل مع بعضها البعض. يتم استخدام أنواع مختلفة من الكابلات في الكابلات، مثل الكابلات المحورية، وأدلة الموجات لنقل الموجات الدقيقة، وكابلات الألياف الضوئية. كابلات الترددات اللاسلكية من BTS إلى الهوائي، وكابلات الشبكة لنقل البيانات.
يشكل التآزر السلس بين مكونات البرج الخلوي أعلاه أساس العمود الفقري لشبكة الاتصالات اللاسلكية.
كيف تعمل أبراج الخليوي؟
تعمل الأبراج الخلوية كوسيط بين الأجهزة المحمولة وشبكات الاتصالات. بعبارات عامة، يعمل البرج الخلوي عن طريق استقبال إشارة من جهاز محمول، وتحويلها إلى تنسيق رقمي، ثم إرسال الإشارة إلى وجهة (مثل هاتف خلوي آخر أو الإنترنت). عملية المكالمات أو البيانات الواردة هي عكس ذلك. قد تبدو العملية بسيطة، ولكنها تتطلب العديد من الخطوات والمعدات. المزيد عن هذا أدناه.
تبدأ عملية الاتصال عندما يرسل جهاز محمول، مثل الهاتف الخلوي، إشارة. هذه الإشارة عبارة عن موجة كهرومغناطيسية (موجة الترددات اللاسلكية، على وجه التحديد) وهي في الأساس نسخة معدلة من صوت المستخدم أو بياناته. يتم استقبال الإشارة بواسطة هوائي مثبت على السارية. يمكن لهذه الهوائيات استخدام تقنية MIMO لنقل تدفقات بيانات متعددة على نفس القناة لزيادة السعة.
بعد أن يستقبل الهوائي الإشارة، تنتقل عبر سلسلة من الكابلات المحورية عالية التردد أو أدلة الموجات إلى BTS الموجودة في قاعدة برج الخلية. تقوم BTS بتحويل إشارات التردد اللاسلكي إلى تنسيق رقمي يمكن للشبكة معالجته. يتم إرسال الإشارة المعالجة إلى مركز التبديل المحمول (MSC) عبر اتصال التوصيل الخلفي. اعتمادًا على الموقع والبنية التحتية، قد يكون الاتصال ماديًا (على سبيل المثال، كابلات الألياف الضوئية للمناطق الحضرية أو الضواحي) أو لاسلكيًا (على سبيل المثال، وصلات الموجات الدقيقة للمناطق النائية).
يعد MSC هو المركز العصبي للشبكة الخلوية ويستخدم لتوجيه المكالمات أو البيانات إلى الوجهة الصحيحة، والتي قد تكون جهازًا محمولًا آخر أو خادمًا على الإنترنت. عملية المكالمات أو البيانات الواردة هي عكس ذلك. يرسل MSC الإشارة إلى BTS، والتي تقوم بعد ذلك بتحويلها مرة أخرى إلى إشارة RF. يتم بعد ذلك إرسال إشارة التردد اللاسلكي هذه بواسطة هوائي برج الخلية إلى الجهاز المحمول المقصود.
ما مدى جودة تغطية إشارات برج الخلية؟
يمكن للأبراج الخلوية إرسال إشارات إلى الهواتف المحمولة الموجودة في المناطق الريفية على مسافة تصل إلى 20 ميلاً. في المدن ذات الكثافة السكانية العالية التي بها المزيد من العوائق المادية مثل المباني، قد يتم تقليل التغطية إلى ميل واحد أو ميلين. يمكن للأبراج الخلوية التعامل مع آلاف اتصالات الهاتف أو الإنترنت في وقت واحد.
هناك العديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على منطقة تغطية برج الخلية (وتسمى تقنيًا نصف قطر الخلية). تنتقل الإشارات عالية التردد، مثل تلك المستخدمة بشكل شائع في شبكات 5G، لمسافات أقصر ولكنها تتمتع بقدرة أكبر، في حين أن إشارات 4G LTE منخفضة التردد، والتي تستخدم عادةً في المناطق الريفية، تنتقل لمسافات أطول ولكنها تحمل بيانات أقل. يؤثر ارتفاع الهوائي ونوعه أيضًا على التغطية. كلما ارتفع الهوائي، كان من الأسهل تجنب العوائق وبالتالي تغطية مساحة أكبر. توفر أنواع الهوائيات مثل هوائيات القطاع تغطية مستهدفة في اتجاه محدد، بينما توفر هوائيات اللوحة المسطحة تغطية أوسع. يمكن أيضًا استخدام تقنية Beamforming في إعدادات MIMO المتقدمة لتركيز الإشارات لمستخدمين محددين لتوسيع التغطية وتحسين جودة الإشارة.
للتعامل مع آلاف الطلبات في وقت واحد، تستخدم الأبراج الخلوية الحديثة تكنولوجيا متقدمة لزيادة عدد المكالمات المتزامنة أو جلسات البيانات التي يمكنها التعامل معها. يدعم MIMO إرسال واستقبال تدفقات بيانات متعددة في وقت واحد، مما يؤدي إلى توسيع السعة بشكل فعال دون الحاجة إلى عرض نطاق ترددي إضافي. يمكن لتقنيات الكفاءة الطيفية المتقدمة مثل تعديل السعة التربيعية (QAM) أيضًا زيادة سعة عرض النطاق الترددي لكل هرتز. ويمكن أيضًا أن تتنوع القدرات من خلال تقنيات محددة. على سبيل المثال، يمكن أن تدعم تقنية mmWave نطاقات ترددية أعلى، مما يؤدي إلى زيادة السعة بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، فإن نطاق الترددات المخصصة للاستخدام الخلوي في منطقة معينة (المعروف أيضًا باسم مقدار الطيف المتاح) يؤثر أيضًا على السعة.
خط البصر في الاتصالات اللاسلكية
في الاتصالات اللاسلكية، يشير خط البصر إلى مسار الإرسال دون عائق لموجات الراديو من هوائي الإرسال (مثل برج الخلية) إلى هوائي الاستقبال (مثل الهاتف الذكي).
للحصول على قوة الإشارة وجودتها المثلى، يجب الحفاظ على خط رؤية واضح بين المرسل والمستقبل. يمكن أن تتسبب العوائق مثل المباني والأشجار والتلال وحتى الظروف الجوية في تخفيف الإشارة أو إضعافها، كما يمكن أن يتداخل الانتشار متعدد المسارات (حيث ترتد الإشارة عن الأسطح وتصل إلى جهاز الاستقبال في أوقات مختلفة) مع الإشارة ويؤدي إلى انخفاض الأداء.
ويعد خط البصر مهمًا بشكل خاص في نطاقات التردد الأعلى، مثل شبكات الجيل الخامس، لأن أطوالها الموجية أقصر وأكثر سهولة في امتصاصها أو انعكاسها بواسطة العوائق. لذلك، غالبًا ما يتم بناء الأبراج الخلوية على ارتفاع عالٍ نظرًا لاعتبارات خط البصر، ويتم استخدام تقنيات مثل تشكيل الشعاع لتركيز إشارات الراديو نحو أجهزة الاستقبال.
