الشركة المصنعة لهوائي MIMO

مقدمة

تلعب الهوائيات دورًا رئيسيًا في الاتصالات اللاسلكية الحديثة، حيث أنها المكون الرئيسي المسؤول عن إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية عبر مسافة بعيدة. واحدة من التقنيات الرائدة في تكنولوجيا الهوائيات الحديثة هي تقنية الهوائي متعدد المدخلات والمخرجات (MIMO). تستخدم هذه التقنية هوائيات متعددة للإرسال والاستقبال بدلاً من تكوين الهوائي الواحد المعتاد. وبالتالي، زيادة تنوع تشغيل الهوائي. يوفر التنوع المعزز للهوائيات المزيد من الفرص لاستقبال البيانات وإرسالها. علاوة على ذلك، فهي تزيد أيضًا من معدل البيانات وجودة الإشارة.

في هذه المقالة، سنناقش تقنية MIMO بالتفصيل، وأنواع هوائيات MIMO، والمزايا والعيوب المختلفة لهوائيات MIMO، ومستقبل هوائيات MIMO.

ما هي تقنية MIMO؟

توفر تقنية MIMO أجهزة إرسال واستقبال متعددة، وبالتالي استغلال التداخل متعدد المسارات على الإشارات اللاسلكية. كما توفر المزيد من الفرص لتلبية احتياجات التعامل مع إشارات متعددة مع مزيد من التنوع. يشير التنوع إلى المرونة في تلبية أكثر من نطاق تردد واحد. تزيد تقنية MIMO أيضًا من إنتاجية النظام وموثوقية شبكة الاتصالات. ويكمن المبدأ الأساسي لتقنية MIMO في تعدد الإرسال المكاني حيث يتم استخدام مسارات متعددة كقنوات مختلفة للحفاظ على العديد من قنوات الاتصال. ويستند العامل الوحيد الذي يحد من كمية البيانات المنقولة في القناة إلى قانون شانون. وقد تم تقديم طريقة MIMO القائمة على تعدد الإرسال بتقسيم المساحة من قبل أروجياسوامي بولراج وتوماس كايلاث في عام 1993. بعد فهم موجز للمميزات الرئيسية والتطور التاريخي لتقنية MIMO، من المهم تحديد بعض المزايا البارزة لتقنية MIMO على النحو التالي:

• زيادة إنتاجية البيانات: يعزز ذلك من قدرات شبكة الاتصالات الحديثة، لا سيما تلبية الطلب العالي على البيانات.
• المرونة تجاه التداخل متعدد المسارات: بسبب تعدد الإرسال المكاني، يتم تقليل خطأ الانتشار متعدد المسارات في تقنية MIMO
• منطقة تغطية محسّنة: توفر تقنية MIMO تغطية أكبر عند مقارنتها بتقنيات الهوائي التقليدية
• عرض النطاق الترددي العالي: تسهّل تقنية MIMO عرض نطاق ترددي أوسع للتطبيقات التي تتطلب بيانات عالية

ما هو هوائي MIMO وكيف يعمل؟

تعد هوائيات MIMO أهم مكون في إعداد MIMO. وهي تتألف من هوائيات متعددة المدخلات (المرسلات) والمخرجات (المستقبلات) تتيح قنوات متعددة في الشبكة للاتصال. المبدأ الأساسي وراء هوائي MIMO هو تعدد الإرسال المكاني، حيث يتم توجيه تدفقات بيانات متعددة على قنوات مختلفة مخصصة لنفس المستخدم أو عدة مستخدمين. ومع ذلك، في معظم الحالات، يتم إرسال هذه البيانات على نفس نطاق التردد. من خلال إرسال نفس الإشارة عبر هوائيات متعددة، تحقق هوائيات MIMO مكاسب التنوع. وهذا يساعد في تعزيز موثوقية الإشارة. علاوة على ذلك، هناك تقنية أخرى تستخدمها هوائيات MIMO وهي تشكيل الحزمة. يسمح لنا تشكيل الحزمة بضبط الإشارات بشكل بنّاء للتركيز على وجهة الاهتمام. الآن في نهاية جهاز الاستقبال، يتم استخدام خوارزميات تجميع مختلفة لإعادة إنشاء الإشارة المرسلة من أجهزة إرسال متعددة.

أنواع تكوينات هوائيات MIMO

تحتوي هوائيات MIMO على فئات وتكوينات مختلفة. تعتمد إحدى فئات التكوين على عدد المستخدمين القادرين على التفاعل مع نظام هوائي MIMO. وبناءً على ذلك، هناك نوعان من التكوينات:

• SU-MIMO: تكوين MIMO أحادي المستخدم حيث تتفاعل تدفقات البيانات في الشبكة مع جهاز واحد فقط في كل مرة.
• MU-MIMO: تكوين MIMO متعدد المستخدمين MIMO حيث يمكن لعدة مستخدمين التفاعل مع الشبكة.

علاوة على ذلك، هناك العديد من التكوينات بناءً على عدد الهوائيات في تيار الإدخال والإخراج. هذه التكوينات هي:

• SISO - مدخل واحد ومخرج واحد - SISO - مدخل واحد ومخرج واحد
• SIMO - مدخل واحد متعدد المخرجات - SIMO - مدخل واحد متعدد المخرجات
• MISO - مخرج واحد متعدد المدخلات المتعددة
• MIMO - مدخلات متعددة ومخرجات متعددة

MIMO-SISO هو أبسط أشكال تكوين MIMO حيث يتم تكوين مدخل ومخرج واحد فقط. أما باقي التكوينات الأخرى فلها تعقيد معين مع كون MIMO هو التكوين الأكثر تعقيدًا. وعلاوة على ذلك، بالنسبة لتكوين MIMO، يتم تكوين الهوائيات على النحو التالي:

• 2×2
• 4×4
• 6×6
• 8 × 8 - التكوين الأكثر شيوعًا في أنظمة MIMO الحديثة مثل 5G

وبصرف النظر عن هذه التكوينات، فإن تقنية MIMO الضخمة هي تكوين آخر يُستخدم على نطاق واسع مع زيادة شعبية تقنيات الجيل الخامس وما بعده. تعتمد تقنية MIMO الضخمة على ثلاثة جوانب رئيسية:

• التنوع المكاني
• تعدد الإرسال المكاني
• تشكيل الشعاع

تشمل تطبيقات كل هذه التكوينات ما يلي:

• التطبيقات والخدمات القائمة على تكنولوجيا الجيل الخامس 5G
• إنترنت الأشياء الضخم
• تطبيقات الصناعة 4.0
• تطبيقات واسعة النطاق مثل سلسلة التوريد والخدمات اللوجستية

تطبيقات هوائيات MIMO

دعونا الآن نبحث أكثر في بعض تطبيقات هوائيات MIMO. تتضمن بعض تطبيقات MIMO البارزة ما يلي:

• اتصالات الشبكة الخلوية: تُستخدَم هوائيات MIMO على نطاق واسع في التقنيات الخلوية الحديثة مثل الجيل الخامس وما بعده. مع تزايد عدد المستخدمين، من الضروري تلبية احتياجات الكثيرين.
• الاتصالات الساتلية: أصبحت هوائيات MIMO بالغة الأهمية في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية حيث يمكنها تحمل التداخلات الشديدة في القنوات.
• شبكات LAN اللاسلكية وشبكات Wi-Fi: تلعب تطبيقات هوائي MIMO أيضًا دورًا حاسمًا في هذه الأنظمة اللاسلكية لتعزيز معدلات البيانات والتغطية وعرض النطاق الترددي.
• وصلات لاسلكية من نقطة إلى نقطة: تُعد هوائيات MIMO مثالية أيضًا للشبكات من نقطة إلى نقطة مثل وصلات الربط بالموجات الدقيقة والاتصالات الساتلية.
• شبكات إنترنت الأشياء الضخمة: تُعد هوائيات MIMO مهمة لشبكات إنترنت الأشياء الضخمة حيث يتم توصيل آلاف أو ملايين أجهزة إنترنت الأشياء عبر الإنترنت. يتطلب مثل هذا النظام معدلات بيانات ونطاق ترددي محسّنين.

مزايا وتحديات هوائيات MIMO

تتمثل المزايا الأساسية لهوائيات MIMO في التطبيقات المختلفة فيما يلي:

• تتيح هوائيات MIMO إشارات قوية وموثوقة عند مقارنتها بتكوينات الهوائي البسيطة
• تجربة وسائط متعددة موسعة وقدرة على البث. نظرًا لمعدلات البيانات المحسّنة وجودة هوائيات MIMO، يمكن أن تتيح هوائيات MIMO بث الوسائط المتعددة وتجربة بث الوسائط المتعددة بجودة عالية.
• عند مقارنتها بالأنظمة التقليدية، يمكن أن تضمن هوائيات MIMO الاتصال الآمن مع الحد الأدنى من فقدان الحزمة بسبب التداخل متعدد المسارات.
• يمكن أن توفر هوائيات MIMO أيضًا تغطية وموثوقية محسّنة.

ومع ذلك، تأتي هذه المزايا مصحوبة بتحديات معقولة مثل:

• هوائيات MIMO معقدة في التصميم
• عادةً ما تستهلك هوائيات MIMO قدرًا كبيرًا من الطاقة
• يتطلب ذلك تقنيات معالجة إشارات متقدمة ذات صفات تكيفية مختلفة

مستقبل هوائيات MIMO

فيما يلي بعض الاتجاهات الحديثة المرتبطة بتقنية MIMO:

• MIMO هائل MIMO لعدد كبير من الأجهزة المتصلة التي تتعامل مع
• تقنية MIMO بموجة Mm MIMO لتقنيات الجيل الخامس (5G) وما بعدها من التقنيات الخلوية
• الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل (RIS) لتلبية متطلبات التغطية المخصصة وعرض الحزمة

من خلال الاتجاهات المذكورة أعلاه، يمكننا أن نرى أن تقنية MIMO لها تقدم واعد في الاتصالات الخلوية واتصالات إنترنت الأشياء.

الخاتمة

قدمنا في هذه المقالة مقدمة موجزة عن تقنية MIMO والهوائيات. علاوة على ذلك، تم توضيح تكوينات هوائيات MIMO المختلفة وتطبيقاتها. علاوةً على ذلك، ناقشنا أيضًا بعض مزايا تقنية MIMO والتحديات التي تواجهها، وأخيرًا أوجزنا الاتجاهات الحديثة المرتبطة بهوائيات MIMO.