[التكنولوجيا والمستقبل] تطور الشبكات اللاسلكية

التطور اللاسلكي
http://image.slidesharecdn.com/evolutionmobilecommunication-130617141030-phpapp02/95/evolution-in-mobile-communication-10-638.jpg?cb=1373176105
ECOVACS

إذا كانت الهواتف الذكية اليوم بوابة إلى عالم من الخدمات والمعلومات ، يمكن أن يصبح الغد الواجهة الرئيسية بين الأنا الرقمية المتغيرة والعديدة ميزات ذكية جلب المهر من الإنترنت للأشياء. بعبارة أخرى ، فإن أجهزتنا ، في هذا المستقبل الافتراضي ولكن الواقعي ، سيكون لها مهمة تحقق المعدات الإلكترونية القريبة ل الاستجابة في الوقت الحقيقي لاحتياجاتنا.

مثل هذا السيناريو سيكون ممكنا ، ولكن بفضل فقط تبادل كثيف للمعلومات، وبالتالي لا يمكن تحقيقه في حالة عدم وجود بروتوكولات لاسلكية قوية وفعالة. هذه الضرورة الأخيرة تمثل حقيقة واحدة التحدي التكنولوجي والتي ، لبعض الوقت الآن في قلب أكثر الشركات بعيدة النظر ، تبدو اليوم قابلة للتغلب عليها بفضل ترسانة ضخمة من جديد معيار مصممة لتلبية الاحتياجات الخاصة.

البروتوكولات اللاسلكية
http://www.wirelessdesignmag.com/sites/wirelessdesignmag.com/files/legacyimages/1010/TI_Fig1_lrg.jpg

اليوم سوف نقوم بتعميق معرفتنا بالتكنولوجيا MIMOالتي تستغلها العديد من البروتوكولات الجديدة ، وبالطبع سنحلل كل حالة على حدة المعايير الأكثر إثارة للاهتمام واعدة. ولكن قبل القراءة المستمرة ، نوصي بقراءة (إذا لم تكن قد قمت بذلك بالفعل) مقالنا السابق فريد البروتوكولات الحالية، حيث شرحنا بعض المفاهيم التحضيرية لفهم جيد لما سنقوله.

للحصول على إشارة أفضل: MIMO والعديد من النفوس

قد يبدو تافها ، ولكن إشارة قوية ونظيفة إنها مساعدة كبيرة عندما تريد الحصول على اتصالات مستقرة وسريعة. استخدام الموجات الكهرومغناطيسية خاصة potenti لذلك قد يبدو طبيعيا ، ولكن الحاجة إلى ذلك تحتوي على استهلاك و حدود قانونية (تفرضها الرغبة في حماية الصحة العامة) تجبر جميع المعايير على الاستخدام إشارات الطاقة المنخفضة.

وبما أننا نتحدث عن الموجات ، فإن مسار السلطة ليس هو الوحيد الذي يمكن تبنيه. تخيل ، على سبيل المثال ، أنك تريد إرسال رسالة من جانب إلى آخر من جسم مائي باستخدام الموجات التي تم إنشاؤها بواسطة غمر العصا: هذه سينتشروا بالتساوي في كل اتجاه وسيصبح من الصعب اكتشاف المعلومات قريبًا.

2d موجة كروية

إذا كانت العصي في الماء أكثر من واحد، من ناحية أخرى، يمكن للمرء أن يستغلتدخل تعظيم كثافة الموجات على طول اتجاه واحد، والذي سيكون بطبيعة الحال هو المكان الذي نرغب في إرسال الإشارة إليه. لقد وصفنا للتو حالة تكوين الشعاع حيث يتم الحصول على موجة من خلال إرسال نفس الإشارة مع عدة هوائيات ومراحل مناسبة قوية بشكل خاص في النقطة المطلوبة.

أيضا استخدام المزيد من أجهزة الاستقبالمن ناحية أخرى ، يمكن أن يكون من الملائم جدًا تحسين جودة الخدمة اللاسلكية. في معظم الحالات الحقيقية ، في الواقع ، تنعكس الإشارة المرسلة عدة مرات قبل استلامها ، ويمكنها السفر طرق مختلفة للوصول إلى نفس النقطة (الانتشار متعدد المسارات). في البروتوكولات اللاسلكية التقليدية يتم أخذ الموجة التي اتبعت أقصر مسار (وبالتالي وصلت أولاً) في الاعتبار ، ولكن في الجيل الجديد من الممكن ، من خلال مقارنة إشارة عدة هوائيات أيضا استخدام الحزم التي وصلت في وقت متأخر دون خلق مشاكل النظام.

MIMO
http://www.electronicproducts.com/images2/F51METAE0206.gif

باستخدام العديد هوائيات إرسال واستقبالثم هناك تكوين MIMO (متعددة المدخلات والمخرجات المتعددة) التي تعد متعددة الاستعمالات بشكل لا يصدق لتحسين جودة الإشارة ، وقبل كل شيء ، السرعة من الاتصال. الهدف الأخير ، على وجه الخصوص ، يمكن أن يتحقق باستخدام نظم تعدد الإرسال المكاني حيث يستخدم كل هوائي إرسال نفس نطاق التردد ونفس البروتوكول لبث إشارات مختلفة.

يمكن مقارنة هذا السيناريو بالحالة التي يتحدث فيها العديد من الأشخاص في نفس الوقت في الغرفة. في الصخب العام ، لن يكون من الممكن عادة التمييز بين الأصوات المختلفة ، ولكن بما يكفي المعلومات المكانية (على سبيل المثال من خلال البصر) يمكن لعقلنا عزل خطاب الشخص عن خطاب أحد الجيران. وبالمثل استخدام عدد من الهوائيات على الأقل مساوية لتدفقات المعلومات يسمح لجهاز الاستقبال ، من خلال حسابات شاقة للغاية ، للحصول على معلومات كافية لإعادة إنشاء الإشارات الفردية.

MIMO
http://hiddenwires.co.uk/wp/wp-content/uploads/2014/01/home-networking-8x8MIMO.jpg

يمكن استخدام تقنية MIMO أيضًا أكثر قوة الإشارة وضمان تغطية في النقاط التي ، مع التكنولوجيا التقليدية ، لا يمكن الوصول إليها في القوى المنخفضة. يمكن تحقيق هذا الغرض من خلال استغلال على سبيل المثال الفضاء-الوقت التشفير ، حيث يتم إرسال نفس تدفق المعلومات بواسطة عدة هوائيات بترميزات مختلفة.

الفكرة الأساسية لذلك هو استغلال وفرة، على أمل أن تتمكن نسخة واحدة على الأقل من كل حزمة ، بغض النظر عن الترميز المستخدم ، من الوصول إلى جهاز الاستقبال. مرة أخرى ، ومع ذلك ، يتم إعادة إنشاء الدفق الأصلي فقط على حساب حسابات معقدة للغاية (تتطلب بعض إصدارات تشفير الزمكان من المتلقي استخدامخوارزمية Viterbiعلى سبيل المثال).

وبالتالي ، فإن معظم تقنيات MIMO تحسن جودة الإشارة باستخدامها حسابات مكثفة والتي بفضل التطور التكنولوجي المستمر ، ستصبح في المستقبل متاحة بشكل متزايد على الصعيدين النشط والاقتصادي. لذلك سنرى غدا أكثر وأكثر محطات مجهزة مع هوائيات متعددة، والتي ستستغل واحدًا على الأقل من الاحتمالات العديدة لهذه التكنولوجيا.

التطور طويل الأجل

إن إمكانات MIMO كثيرة حقًا ، وإذا كانت مصحوبة ببروتوكول حديث ، يمكن أن تؤدي بسهولة إلى اتصالات سريعة بشكل لا يصدق. أثبت نظام UMTS القديم المستند إلى W-CDMA ، من وجهة النظر هذه ، أنه بمرور الوقت غير مناسب لتحقيق أحد عرض النطاق النظري لا يقل عن 1 جيجابت / ثانية أنه ، وفقا للاتحاد الدولي للاتصالات (الاتحاد الدولي للاتصالات) ، من الضروري لشبكات الجيل الرابع (4G).

لهذا السبب فإن 3GPP كونسورتيوم، التي أدت بالفعل تطوير شبكات UMTS و HSPA ، أنشأت (مع 3GPP الإصدار 8) معيارًا جديدًا قادرًا على التعامل بنجاح مع تحديات المستقبل. نشير بالطبع إلى LTE (التطور على المدى الطويل) ، التكنولوجيا التي مهدت الطريق "صحيح 4G".

صحيح 4g
http://blog.parts-people.com/wp-content/uploads/2012/01/4g-speeds-v2.jpg

يجب أن نوضح ، في الواقع ، أنه في نسخته الأصلية (الإصدار 8 وإصدار 9) ، لا يمكن لهذا المعيار استيفاء جميع متطلبات الاتحاد. لم يسقطوبالتالي ، من بين شبكات الجيل الرابع. ومع ذلك ، فرض التسويق هذه الفئة ، وكان على الاتحاد الدولي للاتصالات التكيف من خلال إنشاء هذه الفئة صحيح 4G (التي تنتمي إليها LTE Advanced).

ومع ذلك ، ينص بروتوكول LTE على أن نقل المعلومات يمكن أن يكون من النوع جبهة الدفاع عن الديمقراطية أن TDD (هذا الأخير منتشر بشكل رئيسي في آسيا) ، مع عرض نطاق ترددي قد يختلف من 1.4 MHz إلى 20 MHz (قفزة لطيفة مقارنة UMTS 5 ميغاهرتز). إذن ، الوصول المتعدد إلى القناة ، يحدث بفضل OFDMA (النفاذ المتعدد بتقسيم التردد المتعامد) ، أي إنشاء العديد من الموجات الحاملة الفرعية وتخصيص جزء منها لكل مطراف.

ومع ذلك ، تتطلب التكنولوجيا الأخيرة استخدام مكبرات الصوت ذات الخصائص الخطية الممتازة والتي تكون باهظة الثمن أيضًا poco فعالة. لهذا السبب ، يتطلب بروتوكول LTE أيضًا استخدام حامل واحد FDMA، المعروف أيضًا باسم OFDMA المشفر خطيًا مسبقًا.

SC-FDMA
http://ecee.colorado.edu/~ecen4242/LTE/Pictures/sc_fdma_ofdma.JPG

وهو ، في الواقع ، نسخة معدلة من OFDMA التي تستخدم بدلاً من استخدام العديد من الموجات الحاملة الفرعية التي نستخدمها تحويل فورييه منفصلة لإرسال جميع المعلومات على ناقل واحد. باستخدام التحويل العكسي ، سيتمكن برج الراديو من إعادة بناء الإشارة الأولية.

يمكن أن يكون للإرسال تشكيلات مختلفة في الوصلة الصاعدة والهابطة ، وكلها تستند إلى QAM (تشكيل اتساع التربيع). من بين هؤلاء ، الشخص الذي يضمن عرض نطاق أقل يرسل 2 بت في كل مرة ويعرف باسم QPSK (مفتاح إزاحة الطور التربيعي) ، في حين أن الارتفاع هو 16-QAM (بت 4 في وقت واحد) و 64-QAM (بت 6 في كل مرة).

QAM
https://en.wikipedia.org/wiki/Quadrature_amplitude_modulation#/media/File:QAM16_Demonstration.gif

ثم دفع الرغبة في الوصول إلى True 4G 3GPP لتحرير الإصدار الجديد LTE المتقدمة (3GPP الإصدار 10) والذي ، على الرغم من كونه متوافقًا تمامًا مع الإصدار الأصلي من المعيار ، فإنه يوفر استخدام تقنيات مختلفة لزيادة سرعة الاتصال. هذا ممكن في المقام الأول باستخدام المزيد من القنوات في نفس الوقت (تجميع الناقل) ، وإدخال تشكيلات من الدرجة العليا (128-QAM و 256-QAM). MIMO ، والتي هي أيضا موجودة في LTE ، ثم اتقن مع إمكانية استخدام ما يصل إلى دفق 8 في نفس الوقت.

وقد أدى هذا إلى وجود اتصالات ، على الورق ، يجب أن تكون جاهزة بشكل لا يصدق. لقد انتقلنا بالتحديد من حولنا 300 ميغابت / ثانية على تيارات 4 MIMO في LTE تنزيل cat.5 ai 3916.6 ميغابت / ثانية النظرية على دفق 8 من LTE-A cat.15. يجب علينا أيضا أن نتذكر أنه في المدى المتوسط ​​يتم تصور تعريف المعيار LTE متقدم للمحترفين الذي يجب أن يشير إلى مزيد من التحسن في سرعة الاتصال (باستخدام ، على سبيل المثال ، الترددات دون ترخيص) وفي الوقت نفسه ، هبوط هذا المعيار في المقطع التواصل المباشر ed الاستهلاك المنخفض بين الأجهزة (LTE-M).

LTE متقدم برو

Wimax ، المنافس الأبدي

ربما كنت أعرف أن LTE ليست التكنولوجيا 4G الوحيدة في السوق اليوم، ونظريا، حتى واي ماكس (قابلية التشغيل البيني في جميع أنحاء العالم للوصول إلى الميكروويف) هو مرشح صالح للهواتف الذكية لدينا. لكن دعونا نوضح أن اهتمام الصناعة بهذه التكنولوجيا يبدو أنه قد خفّض في السنوات الأخيرة ، لدرجة أن فجوة الأداء بين المعيارين ينمو بسرعة.

إنها تقنية تم إنشاؤها في الأصل لجلب النطاق العريض إلى المناطق الحضرية ، والتي في الإصدار Wimax المتقدم (IEEE 802.16m) ، تقع ضمن مجموعة ضيقة من شبكات True 4G. ينشأ المعيار ، في الواقع ، عن تنسيق ثلاثة بروتوكولات إرسال مختلفة يمكن استخدامها اليوم بشكل صحيح من قبل جميع الأجهزة المعتمدة من Wimax.

واي ماكس

أول هذه البروتوكولات الثلاثة هو WirelessMAN (IEEE 802.16) ، والثاني هو منافسه الأوروبي HiperMAN والثالث هو ايبرو. الأخير ، على وجه الخصوص ، هو المعيار الكوري الذي يقوم عليه Wimax mobile (IEEE 802.16e) ، وهو المعيار الوحيد المثير للاهتمام حقًا لهواتفنا الذكية.

المعيار ، على وجه الخصوص ، يوفر لنقل البيانات مع OFDMA ، مع قنوات واسعة من 1.25 ميجا هرتز إلى 20 ميجا هرتز وتصل إلى 2048 subcarriers. كالعادة تستخدم التكنولوجيا كثيرًا MIMOوالتشكيل من النوع QAM (حتى 64-QAM). ولذلك، وهو البروتوكول الذي له قواعده على نفس التقنية التي اختارها LTE على نطاق أوسع بكثير، وأنه لهذا السبب، لم يكن نجاحا كبيرا من المشغلين والشركات.

واي ماكس
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Wimax.svg

يختلف الخطاب ، بالطبع ، فيما يتعلق بالنسخة غير المتنقلة من المعيار ، والتي يمكن الاعتماد عليها تكاليف التركيب منخفضة، يلعب دورًا مهمًا جدًا في محاربة الفجوة الرقمية.

اتصالات قصيرة المدى: NFC و DASH7 و Wireless HD و USB اللاسلكي ...

غالبًا لا تحتاج أجهزتنا إلى الاتصال بالشبكة العالمية ، ولكن ببساطة للتواصل مع الكائنات أقرب بكثير. هذه الوظيفة ، كما رأينا في المقالة الأخيرة ، يمكن تنفيذها اليوم بفضل البروتوكول بلوتوث ومع ذلك ، يثبت نفسه غير كاف في سيناريوهات الاستخدام المختلفة.

لنفترض ، على سبيل المثال ، أننا نريد نقل كمية كبيرة من البيانات من الكمبيوتر إلى الهاتف الذكي دون استخدام كابل USB بث فيديو نحو عرض أو الرغبة مزامنة في الوقت الحقيقي جهاز استهلاك منخفض جدا. في جميع هذه الحالات ، تكون Bluetooth غير فعالة تمامًا ، ويجب استخدام معايير جديدة مصممة خصيصا.

USB لاسلكي
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/3/32/Certified_Wireless_USB.svg/1280px-Certified_Wireless_USB.svg.png

للحالات التي تكون فيها مطلوبة نقل سريع على مسافة منخفضة، على وجه الخصوص ، سوف نميل إلى استخدام ترددات عالية جدا. أوسب اللاسلكية، على سبيل المثال ، يعد بعرض نطاق ترددي قدره 480 ميغابت / ثانية باستخدام تردد يمكن الوصول إليه 10.6 غيغاهرتز، في حين واجهة لاسلكية منزلية رقمية e لاسلكي HD، ولدت لنقل تيارات الفيديو ، على التوالي استخدام ط 5GHz و 60 غيغاهرتز.

لا يمكننا نسيان ذلك واي فاي ل التي ولدت لجعل منازل المستقبل لاسلكية تماما. أيضا هذه التكنولوجيا تقوم على نطاق 60 غيغاهرتز وكما هو الحال مع جميع الأشخاص المذكورين سابقًا ، فإن استخدامهم واسع النطاق MIMO ويستند على OFDMA. ومع ذلك ، فإن العديد من هذه المعايير مقدر لها أن تختفي أو تتجمع مع بعضها البعض ، وربما تكون الهواتف الذكية في المستقبل متوافقة فقط مع عدد محدود من الناجين.

14295873293768

الحاجة للتدفقات بطيء ولكنه مستمر وفعالبدلا من ذلك ، فإنه يؤدي بشكل متناظر لاعتماد ترددات منخفضة، مثل تلك المختارة ل زيجبي (2.4 جيجا هرتز ، 915 ميجا هرتز ، 868 ميجا هرتز) e Dash7 (433 ميجا هرتز ، 868 ميجا هرتز ، 915 ميجا هرتز). على وجه الخصوص ، هذان بروتوكولان تم إنشاؤهما لإدارة أجهزة الاستشعار ومثالية للمستقبل المنزل الذكي، والتي لا يزال يتعين عليها التغلب على المنافسة من مماثلة والآن قريبة واي فاي آه.

أخيرا ، لا يمكننا أن ننسى جميع التطبيقات التي يجب أن تكون فيها المسافة بين الهوائيات بضعة سنتيمترات. نحن لا نشير فقط إلى NFC (قرب مجال الاتصالات)، التي تعمل في 13.56 ميغاهيرتز وولدت كتطور لأنظمة RFID السلبية التي نجدها عادة كعلامة لمكافحة سرقة المتاجر ، ولكن أيضا إلى علامة أقوى بكثير TransferJetالتي تعمل على 4.48 غيغاهرتز وتصل سرعات الاتصال الحقيقية لل 375 ميغابت / ثانية.

خريطة طريق 5G
http://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/PublishingImages/IMT-2020-Timeplan.png

أخيرا ، يجب أن نضيف إلى ترسانة المعايير الجديدة هذه إصدارات جديدة من واي فاي والقادم تقنيات 5G التي ، مع الأسف ، ما زلت بعيدا عن التعريف. ومع ذلك ، فإن الاتجاه نحو المستقبل واضح للغاية ، وفي يوم من الأيام يمكننا الوصول إلى الهواتف الذكية لا منافذ خارجية للاتصال كابل. ولذلك ، سيتم الاحتفاظ بإمكانية استخدام اتصال سلكي فقط من أجل التحديثات وتصحيح الأخطاء.

لذلك ، لا يمكننا إخبارك بأي من هذه التقنيات ستبقى وما إذا كان المستقبل سيكون حقًا كما تخيلناه ، لكن في الختام ، يمكننا توقع أنه في الأسبوع المقبل سنصل أخيرًا إلى دماغ من أجهزتنا وسوف نقوم بتحليل شركة نفط الجنوب، رامات و ROM!