ةعزوملا تايئاوهلا مظن Distributed Antenna Systems Das

‫نظم الهوائيات الموزعة‬ ‫‪Distributed Antenna Systems DAS‬‬ ‫بقلم م‪ .‬سامي عليو‬

‫مقدمة وتعريف‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫الموزعة ‪DAS: Distributed Antenna Systems‬‬ ‫يتعلق هذا البحث المختصر بالحديث عن نظم الهوائيات‬ ‫صة بهذا النظام والية التوصيل والعمل‪.‬‬ ‫المكونات الخا ّ‬ ‫و ّ‬

‫ّ‬ ‫الموزعة ‪ DAS‬هي عبارة عن شبكة من الهوائيات المتباعدة عن بعضها البعض على شكل عقد‬ ‫بالتعريف نظم الهوائيات‬ ‫‪ nodes‬متصلة مع بعضها ومغذاة من منبع مشترك ‪ Common source‬عبر وسيلة نقل وذلك لتأمين التغطية الالسكلية‬ ‫لبناء أو مج ّمع أو منطقة صغيرة‪ ,‬تؤمن هذه النظم اداء ممتاز‪ ,‬تغطية وسعة (تخديم) عالية للمستخدمين داخل بناء ما حيث‬ ‫من المقدر أن حوالي ‪ 90-70‬بالمائة من المكالمات الخلوية داخل هذا البناء تتم عبر هذا النظام في حال تنصيبه‬ ‫يوجد نوعان رئيسيان لنظم الهوائيات الموزعة‬ ‫•‬ ‫•‬

‫‪Indoor iDAS‬‬ ‫‪Outdoor oDAS‬‬

‫تتألف هذه النظم بشكل عام من هوائي ‪ Signal antenna source‬والذي يؤمن االشارة ليتم توزيعها السلكيا عبر نظم‬ ‫الهوائيات الموزعة في كل طابق من هذا البناء‪ ,‬يتواجد منابع ‪ Signal source‬لتأمين تضخيم أو تكرير االشارة ليتم‬ ‫توزيعها بأقل ضياعات ممكنة‪.‬‬

‫صبة عادة ذي استطاعة منخفضة ‪ Low power antenna‬ومنفصلة بالمسافة عن بعضها‪ ,‬تستقبل‬ ‫تكون الهوائيات المن ّ‬ ‫وترسل اشارات النظام الخلوي حسب الترخيص الترددي المستخدم‪ ,‬تأ ّمن هذه النظم الحصول على اتصال صوت وبيانات‬ ‫سن وبتغطية عالية للمستخدمين داخل البناء‬ ‫‪ Voice and Data‬مح ّ‬

‫يبين الشكل التالي بناء مؤلف من عدة طوابق ومغطى بنظام الهوائيات الموزعة الداخلي ‪: iDAS‬‬

‫مالحظة‪ :‬من الممكن في بعض الحاالت الخاصة استخدام الكابالت المحورية كهوائيات مشعّة ‪ Leaky cable‬في االماكن‬ ‫التي من الصعب فيها جدا تنصيب هوائيات متل محطات القطارات مثال‪.‬‬

‫مم تتالف نظم الهوائيات الموزعة؟‬ ‫المكونات التالية‪:‬‬ ‫تتألف نظم الهوائيات الموزعة من‬ ‫ّ‬ ‫أوال‪Signal Source :‬‬ ‫صب على سطح البناء‬ ‫وهو منبع االشارة المغذية للهوائيات‪ ,‬من الممكن أن يكون هوائي مانح ‪ Donor Antenna‬من ّ‬ ‫الرسال واستقبال اإلشارة ومن ثم إرسالها للموزعّات والهوائيات وهذا ما يسمى ب ‪ Off-Air‬ويجب ان تكون االشارة‬ ‫المستقبلة من البرج الخلوي القريب جيدة جدا (أي ذات قيمة اشارة مستقبلة عالية) وإال فشل النظام الحقا في الحصول‬ ‫المرجوة‪,‬‬ ‫على نتائج التغطية الداخليو‬ ‫ّ‬

‫من الممكن أن يكون المنبع ‪ On-Site BTS‬وذلك للحصول على تخديم مشتركين أكبر أي سعة أعلى ‪ Capacity‬وذلك‬ ‫عبر الوصل المباشر من أقرب برج للتغطية الخليوية وبالتالي إمكانية أخذ اإلشارة من ع ّدة مزودي خدمة‬ ‫وأخيرا من الممكن أن يكون المنبع خلية صغيرة متكاملة ‪ Small Cell‬داخل البناء – من الممكن أن تكون ‪Femto‬‬ ‫‪Cell / Nano Cell or Metro Cell‬‬

‫يبيّن الشكل التالي المصادر الثالثة المذكورة أعاله‪:‬‬

‫ّ‬ ‫الموزع‬ ‫ثانيا‪ :‬النظام‬

‫يتم توزيع االشارة المستقبلة والمرسلة الحقا عبر المك ّونات التالية‪:‬‬ ‫‪ -1‬موزعات ‪ Splitter‬الهدف منها توزيع االشارة القادمة من كبل محوري وحيد ( قادمة من المنبع) إلى كبلين أو اكثر‬ ‫وبالعكس‪ ,‬بحيث عندما نقوم بتوزيع االشارة بالتالي نوزع الطاقة ايضا بين المنافذ‬ ‫يتم حساب الضياعات الخاصة بالموزع عبر العالقة‬ ‫‪Splitter Loss = 10 Log ( Number of ports ) + Insertion loss‬‬

‫يبين الشكل التالي الـ ‪: Splitter‬‬

‫ّ‬ ‫الموزع ولكن يتم التحكم بقيمة استطاعة االشارة في الخرج عبر استخدام‬ ‫‪ : Tapper -2‬وهي قطعة قريبة تماما لعمل‬ ‫قطعة متغيرة تتحكم باستطاعة الخرج عبر المنفذ كما في الشكل التالي‪:‬‬

‫‪ -3‬المخ ّمد ‪ : Attenuator‬وهي قطعة تستخدم لتخميد االشارة بقيمة محددة بالديسيبل ‪Db‬‬

‫‪ -4‬المنهي ‪ : Terminator‬ويستخدم للعمل كحمل ‪ Matching load‬لخطوط النقل او المنافذ الغير مستخدمة لئال‬ ‫يحدث تسريب لإلشارات وبالتالي الحصول على تشويش غير مرغوب به‬

‫‪ -5‬الكابالت المحورية )‪ (Feeders‬لنقل اإلشارة من المنبع المغذي للهوائيات‪ ,‬يوجد ضياعات متوقعة في الكابالت مع‬ ‫المسافة لذلك يلجأ إلى استحدام مضخمات أو مكررات ف ّعالة للتغلب على هذا الضياع في بعض الحاالت‬

‫ثالثاً‪ :‬الهوائيات ‪Antennas‬‬ ‫صبة داخل البناء وهي‪:‬‬ ‫يوجد ثالثة أنواع رئيسية للهوائيات المن ّ‬

‫•‬

‫هوائيات ‪ Omni‬غير موجّهة بربح قد يصل إلى ‪ dBi 2‬بتغطية ‪ 360‬درجة تتميز بالحجم الصغير وسهولة‬ ‫التركيب‬ ‫يبين الشكل التالي هوائي ‪Omni‬‬

‫•‬

‫هوائيات سطحية ‪ Panel‬مو ّجهة بربح قد يصل إلى حدود ‪ dBi 7‬وهي مؤلفة من هوائي ثنائي القطب ‪Dipole‬‬ ‫مع عاكس لزيادة الربح باتجاه محدد ‪ , Flat panel reflector‬تتميز هذه الهوائيات بحجم أكبر من هوائيات‬ ‫‪ Omni‬ومن الممكن تثبيتها باألسقف بسهولة‬ ‫يبين الشكل التالي هوائي ‪Panel‬‬

‫•‬

‫هوائيات ‪ Flat Patch omni‬بربح قد يصل لحدود ‪dBi 5‬‬ ‫يبين الشكل التالي هوائي ‪Flat Patch‬‬

‫ما هي أنواع نظم الهوائيات‬

‫الموزعة‪:‬‬

‫أوالً‪Passive DAS :‬‬ ‫في هذا النوع يتم وصل منبع االشارة مع مضخم أو مكرر‪ ,‬ومن ثم باستخدام الكابالت المحورية يتم نقل اإلشارة إلى‬ ‫موزعات ومنها للهوائيات لتحقيق التغطية‪ ,‬التوجد عملية تضخيم لالشارة بين المكرر والهوائيات ولذلك يسمى بغير‬ ‫الغ ّعال ‪Passive‬‬ ‫يتميز هذا النوع بانه منخفض التكلفة‪ ,‬ال يوجد عملية تحويل من الشكل التماثلي لإلشارة إلى شكل رقمي‪ ,‬كما أنه نظام‬ ‫بسيط للصيانة وال يحتاج لمكونات اضافية لدعم عدة مزودات‬ ‫أما المساوئ فتتمثل في الكابالت المحورية وخصوصا إن كانت المسافات طويلة وبالتالي ضياعات باالشارة‪ ,‬كما يحتاج‬ ‫ذلك للحصول على قياسات صحيحة ونتائج تغطية جيدة في تحقيق ربح وصلة ‪ Link budget‬مالئم بدون وجود أي‬ ‫‪ Drop‬لإلشارات‬ ‫يبين الشكل التالي نظام ‪Passive DAS‬‬

‫ثانيا ً ‪Active DAS‬‬ ‫يتم تحويل االشارة الراديوية الخاصة بالمنبع ‪ RF Signal‬الى اشارة رقمية ‪ Digital‬للتوزيع حيث توجد قطعة تسمى‬ ‫‪Master unit‬هي من تقوم بعملية التحويل إلى الشكل الرقمي لإلشارة‬ ‫يتم استخدام الكابالت الضوئية ‪ Fibre‬عبر البناء لنقل االشارة وذلك للحصول على أقل قيمة ضياع لإلشارة ممكنة عبر‬ ‫استخدام هذه الكابالت‪ ,‬أو من الممكن استخدام كبالت محورية أو ‪ Network cables‬مع وحدة ‪Radio Remote‬‬ ‫‪ RRU Unit‬ويعاد تحويل االشارة الرقمية الى اشارة ذات تردد راديوي ‪ RF Signal‬للبث عبر الهوائيات‬ ‫من السهولة تطوير هذا النظام بوضع هوائيات اكثر واستخدام عدة مزودات خدمة لزيادة السعة واالستجابة لعدد‬ ‫المستخدمين في البناء‪ ,‬ولكنه ذات كلفة اعلى من الذي سبقه خصوصا أ ّن التجهيزات التي تقوم بالتحويل بين االشارات‬ ‫تحتاج لمنابع تغذية ايضا‬

‫يبين الشكل التالي نظام ‪Active DAS‬‬

‫ثالثاً‪Hybrid DAS :‬‬ ‫يجمع هذا النظام بين النظامين السابقين ‪ Passiva and Active DAS‬من حيث استخدام الكابالت الضوئية لتوزيع‬ ‫االشارة بشكل عمودي رئيسي ومن ثم يتم استخدام الكابالت المحورية لتوزيع االشارة على الطوابق عبر استخدام ‪RRU‬‬ ‫أي الحويل من الكابالت الضوئية الى المحورية‬ ‫يعتبر هذا النظام أرخص كلفة من النظام الفعّال ولكن ال يوجد حدود للكابالت المستخدمة أما السيئات فتتمثل بأنه اغلى من‬ ‫النظام الغير فعّال ويجب الحصول على قيمة ربح وصلة جيد جدا ‪ Link Budget‬لكل طابق بسبب استخدام كابالت‬ ‫محورية ذات ضياعات كبيرة في الطوابق‬ ‫يبين الشكل التالي نظام ‪ Hybrid DAS‬الهجين‪:‬‬

‫رابعاً‪Digital DAS :‬‬ ‫وهو أحدث ما توصل إليه التقنيات في هذا المجال‪ ,‬يتم استخدام ‪ BBU Base Band Unit‬كالتي تستخدم في محطات‬ ‫االرسال واالستقبال القاعدية في نظم االتصاالت الخلوية او ما يسمى ‪ BTS‬للتواصل مع ‪ DAS Master Unit‬مباشرة‬ ‫وبالتالي يتم التوصيل مع الهوائيات بدون اي عمليات تحويل لالشارات‬ ‫يتميز هذا النظام بالبساطة في التركيب والرخص أيضا ولكن استخدام عدة تجهيزات من عدة شركات وعدم التوافق قد‬ ‫يجعل تنصيبه صعبا‬ ‫يبين الشكل التالي نظام ‪Digital DAS‬‬

‫ميّزات استخدام نظم الهوائيات الموزعة ‪: DAS‬‬ ‫هنالك العديد من الميّزات نذكر منها‪:‬‬ ‫‪ -1‬زيادة في ‪ capacity‬السعة وبالتالي تخديم عدد كبير من المستخدمين في بناء ما وذلك عبر التغطية بعدد كبير من‬ ‫الهوائيات وبالتالي تخديم اكبر عدد ‪Users‬‬

‫‪ -2‬من الممكن تامين التغطية الخلوية وبالتالي خدمات البيانات واالنترنت والصوت في مكان ما عبر االستفادة من عدة‬ ‫مخدمات ومزودي خدمة بنفس الوقت كما أسلفنا في السيناريوهات السابقة‬

‫‪ -3‬تسمح هذه النظم بتجاوز مشاكل التداخل الراديوي حيث ان المنطقة المغطاة تتم تغطيتها بهوائي منخفض الطاقة ارساال‬

‫‪ -4‬تأمين سعادة وراحة المستخدمين في الحصول على تغطية ممتازة‪ ,‬ال يوجد أي فشل في المكالمات وال مشاكل في‬ ‫اإلشارة واستقبالها وال حتى ضياعات في التغطية‬

‫‪ -5‬من الممكن استخدام هوائيات ‪ MIMO / Beamforming‬وبالتالي الحصول على سرعات نقل بيانات عالية جدا في‬ ‫البناء‬

‫مساوئ استخدام نظم الهوائيات الموزعة ‪: DAS‬‬ ‫تتعلق المساوئ بشكل عام بالكلفة العالية في التنصيب والتركيب خصوصا ألنظمة من الشكل ‪ Active/Hybrid‬كما‬ ‫وتتعلق الكلفة بعدد الهوائيات حسب حجم البناء او الفندق مع عدد المكررات والمضخمات وأطوال الكابالت المستخدمة‪.‬‬ ‫قد تتعلق المساوئ أيضا بالتعقيد في اإلدارة لهذا النظام بحسب حجم البناء أو بالوصل مع المنبع‪ ,‬كما من الصعوبة بمكان‬ ‫إجراء عملية تطوير ‪ Upgrade‬لهذا النظام مستقبال بعد تنصيبه‬

‫استخدامات نظم الهوائيات الموزعة ‪: DAS‬‬ ‫•‬

‫المشافي‪ ,‬الفنادق‪ ,‬المنتجعات ومراكز المؤتمرات‬

‫•‬

‫األماكن العامة كالمطارات والمالعب‬

‫•‬

‫األماكن الحكومية متل بناء المحافظة أو البناء الحكومي المكتظ بالمراجعين‬

‫•‬

‫األماكن المختلطة مثل المجمعات التجارية وأماكن السكن وااللعاب‬

‫العوامل المؤثرة للحصول على شبكة ‪ DAS‬ممتازة‬ ‫•‬

‫االنتشار الراديوي الفعال ‪ :‬يتم ذلك من خالل التخطيط السليم و الصحيح للهوائيات وعددها و تقليل قيم الضياع‬ ‫في الكبالت قدر االمكان باستخدام مكونات متعددة‬

‫•‬

‫االبتعاد عن مصادر الضجيج والتاثيرات على الهوائيات‪ ,‬مثل االشارات الكهربائية الصادرة عن التجهيزات‬ ‫الكهربائية‪ ,‬الحرارة العالية ‪ ,‬التداخل مع غير شبكات‪.‬‬

‫•‬

‫حسابات ال ‪ Near-Far‬كأن يكون هاتفك الخليوي متصل على برج تغطية بعيد وبنفس الوقت يوجد شبكة‬ ‫هوائيات موزعة في البناء‪.‬‬

‫انتهى‬ ‫‪1.4.2020‬‬ ‫م‪ .‬سامي عليو‬