أولاً. الوصول إلى شبكات الاتصالات غير الأرضية (NTN):قناة الوصول العشوائي (RACH) هي عملية أساسية لـالاتصال الأولي، والمزامنة الصاعدة، وتفويض الجدولةبين معدات المحطة الطرفية (UE) والشبكة. في حين أن هذه عملية ناضجة ومفهومة جيدًا في شبكات الوصول اللاسلكي الأرضية التقليدية (RANs)، فإن تنفيذها في شبكات الاتصالات غير الأرضية (NTNs) يمثل سلسلة من التحديات الفنية الفريدة والأكثر تعقيدًا.
في شبكات الوصول اللاسلكي الأرضية، تنتشر إشارات التردد اللاسلكي عادةً على مسافات قصيرة ويمكن التنبؤ بها، وبيئة الانتشار مستقرة نسبيًا؛ ومع ذلك، في شبكات NTN التي تتضمن أقمارًا صناعية ذات مدار أرضي منخفض (LEO)، ومدار أرضي متوسط (MEO)، ومدار ثابت بالنسبة للأرض (GEO)، تتأثر إشارات التردد اللاسلكي بـمسافات انتشار طويلة للغاية، وحركة الأقمار الصناعية السريعة، ومناطق التغطية الديناميكية، وظروف القناة المتغيرة بمرور الوقت. تؤثر كل هذه العوامل بشكل كبير على التوقيت والتردد وموثوقية القناة التي تعتمد عليها عمليات RACH التقليدية.
ثانياً. خصائص NTN: بسبب مسافات الإرسال الطويلة للغاية، وحركة الأقمار الصناعية السريعة، والتغطية المتغيرة بمرور الوقت وظروف القناة، تقدم NTN عيوبًا حرجة فريدة (مثل، تأخير الانتشار الكبير، ووقت الذهاب والإياب الطويل، وإزاحة دوبلر، وحركة الحزمة، ومجال التنازع الكبير) التي تتحدى بشدة وتؤثر على سلوك وأداء قناة الوصول العشوائي (RACH) للمحطة الطرفية. علاوة على ذلك، تخضع الأقمار الصناعية لقيود صارمة من حيث توفر الطيف وميزانية الطاقة، مما يجعل آليات الوصول العشوائي الفعالة والقوية بالغة الأهمية.
ثالثاً. التأثيرات والحلول:للتغلب على الصعوبات التي تواجهها NTN للوصول إلى المحطة الطرفية، عالجت 3GPP بعض المشكلات في مواصفاتها، ولكن الجوانب التالية تتطلب الاهتمام:
التأثيرات:في شبكات NTN، بسبب مناطق الخلايا الكبيرة، وحركة الأقمار الصناعية، والمسافات المتغيرة بين UE والقمر الصناعي، فإن تقدير توقيت التقدم أكثر تعقيدًا بكثير مما هو عليه في الأنظمة الأرضية. يمكن أن يتسبب تقدير TA غير الصحيح في سقوط عمليات الإرسال الصاعدة خارج نافذة استقبال القمر الصناعي، مما يؤدي إلى الاصطدامات أو فشل الاستقبال الكامل.
الحل:هناك حاجة إلى تقنيات تقدير TA متقدمة، مثل استخدام بيانات التقويم الفلكي للأقمار الصناعية، ومساعدة GNSS، أو الخوارزميات التنبؤية، لضبط محاذاة توقيت UE ديناميكيًا والحفاظ على مزامنة الوصلة الصاعدة.
التأثيرات:تؤدي الحركة النسبية بين القمر الصناعي وUE إلى إزاحات دوبلر كبيرة، خاصة في أنظمة المدار الأرضي المنخفض (LEO). تقلل تحولات التردد هذه من دقة اكتشاف المقدمة، وتضعف مزامنة التردد، وتزيد من احتمالية فشل محاولات RACH.
الحل:مطلوب آليات تعويض دوبلر قوية وتتبع التردد على جانبي UE والشبكة للحفاظ على أداء RACH موثوق به في ظل ظروف التنقل العالية.
التأثير: تخضع روابط NTN للتوهين الجوي، والتظليل، والوميض، وفقدان المسار لمسافات طويلة. تزيد هذه العوامل من معدل خطأ الكتلة وقد تؤثر على قدرة UE على استلام رسائل RAR بشكل صحيح بعد إرسال المقدمة بنجاح.
الحل:هناك حاجة إلى التشكيل والترميز التكيفي، والتحكم في الطاقة، وتصميم طبقة مادية قوية للحفاظ على اكتشاف RACH ومعالجته بشكل موثوق في ظل ظروف القناة المختلفة.
التأثير: تغطي حزم الأقمار الصناعية عادةً مناطق جغرافية كبيرة جدًا، وربما تخدم الآلاف من UEs في وقت واحد. يؤدي هذا إلى زيادة كبيرة في مستوى تنازع RACH واحتمال حدوث اصطدامات، خاصة في سيناريوهات الوصول واسعة النطاق.
الحل:هناك حاجة إلى تقسيم موارد RACH بكفاءة، والتحكم في الوصول المدرك للحمل، وآليات إدارة التنازع الذكية لتوسيع نطاق أداء الوصول العشوائي.
التأثير:تؤدي المسافة المادية الكبيرة بين UE والقمر الصناعي إلى تأخير كبير في الانتشار في اتجاه واحد ووقت RTT أطول. على سبيل المثال، يمكن أن يصل وقت الذهاب والإياب (RTT) لرابط القمر الصناعي ذي المدار الثابت بالنسبة للأرض (GEO) إلى مئات المللي ثانية. تؤثر هذه التأخيرات بشكل مباشر على توقيت تبادل رسائل استجابة الوصول العشوائي (RAR)، مما قد يؤدي إلى انتهاء مهلة المؤقت قبل الأوان، وزيادة معدلات فشل الوصول، وتأخيرات الوصول المطولة.
الحل:يجب تصميم مؤقتات RACH ذات الصلة، مثل نافذة استجابة الوصول العشوائي (RAR) ومؤقتات حل التعارض، بناءً على قيم RTT الخاصة بـ NTN. يعد تكوين المؤقت المدرك لـ NTN أمرًا بالغ الأهمية لمنع عمليات إعادة الإرسال غير الضرورية وفشل الوصول.
التأثير: يؤدي عدد كبير من معدات المستخدم (UEs) التي تتنافس على عدد محدود من مقدمات RACH إلى زيادة احتمالية حدوث اصطدامات المقدمة، وبالتالي تقليل كفاءة الوصول وزيادة الكمون.
الحل:تعد مخططات حل التعارض المتقدمة، وتخصيص المقدمة الديناميكي، وتقنيات منع الوصول المحسّنة لـ NTN هي المفتاح لتقليل احتمالية الاصطدام.
التأثير:تتعقد المزامنة الأولية في NTN بسبب عدم اليقين في التوقيت الكبير وإزاحات التردد. يمكن أن يؤدي الفشل في تحقيق مزامنة دقيقة إلى منع معدات المستخدم (UE) من بدء عملية قناة الوصول العشوائي (RACH) تمامًا.
الحلول:هناك حاجة إلى تقنيات مزامنة محسّنة، تجمع بين الحصول على توقيت دقيق، وتعويض دوبلر، والوعي بموقع القمر الصناعي، للوصول العشوائي الناجح.
التأثير:تواجه UEs في NTN اختلافات كبيرة في فقدان المسار اعتمادًا على موقعها بالنسبة إلى حزمة القمر الصناعي. قد يؤدي عدم كفاية طاقة الإرسال إلى فشل اكتشاف المقدمة، في حين أن الطاقة المفرطة يمكن أن تسبب تداخلًا بين UEs.
الحل:تعد آليات التحكم في الطاقة التكيفية والمدركة للموقع أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق التوازن بين موثوقية الكشف وإدارة التداخل.
التأثير:تعتمد أنظمة NTN بشكل كبير على معماريات متعددة الحزم. قد تحتاج UEs إلى أداء اكتساب الحزمة أو التبديل أثناء عملية RACH، مما يزيد من التعقيد والكمون.الحل:تعد اكتشاف الحزمة الفعال، وتتبع الحزمة، وآليات تبديل الحزمة السلسة ضرورية لضمان تنفيذ RACH موثوق به في الأنظمة المستندة إلى الحزمة NTN.
