النطاق العريض

قد تتضمن مكالمة الوسائط المتعددة نقل الصوت، أو البيانات، أو الصور الثابتة، أو مقاطع الفيديو المتحركة ، أو أي مزيج من هذه الوسائط. ولكل وسيط متطلبات مختلفة لجودة الاتصال، مثل:

• متطلبات عرض النطاق الترددي ،
• زمن استجابة الإشارة داخل الشبكة، و
• دقة الإشارة عند تسليمها عبر الشبكة.

قد يؤثر محتوى المعلومات في كل وسيط على المعلومات التي تولدها الوسائط الأخرى. على سبيل المثال، يمكن تحويل الصوت إلى بيانات عبر تقنية التعرف على الصوت، وقد تتحكم أوامر البيانات في طريقة عرض الصوت والفيديو. تحدث هذه التفاعلات غالبًا في محطات الاتصال، ولكنها قد تحدث أيضًا داخل الشبكة. ^{[ 3 ] [ 7 ]}

تعتمد المكالمات الصوتية التقليدية في الغالب على اتصال ثنائي الأطراف، مما يتطلب اتصالاً مباشراً بين طرفين باستخدام الصوت فقط. أما الوصول إلى المعلومات المصورة في قاعدة بيانات بعيدة فيتطلب اتصالاً مباشراً بين طرفين يرسل استعلامات منخفضة معدل البت إلى قاعدة البيانات، وفيديو عالي معدل البت منها. وتعتمد تطبيقات الفيديو الترفيهية في الغالب على اتصالات من نقطة إلى عدة نقاط، مما يتطلب اتصالاً أحادي الاتجاه للفيديو والصوت من مصدر البرنامج إلى المشاهدين. أما مؤتمرات الفيديو عن بُعد فتتضمن اتصالات بين أطراف متعددة، تتواصل عبر الصوت والفيديو والبيانات. ولذلك، يتطلب تقديم الخدمات المستقبلية إدارة مرنة للاتصال وطلبات الوسائط في مكالمة اتصال متعددة النقاط والوسائط المتعددة. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

شبكة الخدمة متعددة المعدلات هي شبكة تُخصّص سعة الإرسال للاتصالات بمرونة. يجب أن تدعم شبكة الوسائط المتعددة نطاقًا واسعًا من معدلات البت التي تتطلبها الاتصالات، ليس فقط لتعدد وسائط الاتصال، بل أيضًا لأن وسيط الاتصال قد يُشفّر بخوارزميات ذات معدلات بت مختلفة. على سبيل المثال، يمكن تشفير الإشارات الصوتية بمعدلات بت تتراوح من أقل من 1  كيلوبت/ثانية إلى مئات  الكيلوبت/ثانية، باستخدام خوارزميات تشفير مختلفة ذات نطاق واسع من التعقيد وجودة إعادة إنتاج الصوت. وبالمثل، يمكن تشفير إشارات الفيديو كاملة الحركة بمعدلات بت تتراوح من أقل من 1  ميجابت/ثانية إلى مئات  الميجابت/ثانية. وبالتالي، قد يتعين على الشبكة التي تنقل إشارات الفيديو والصوت معًا دمج حركة مرور ذات نطاق واسع جدًا من معدلات البت. ^{[ 7 ] [ 9 ]}

في مجال الاتصالات ، تُعرف طريقة الإشارة ذات النطاق العريض بأنها تلك التي تتعامل مع نطاق واسع من الترددات. ومصطلح "النطاق العريض" مصطلح نسبي، يُفهم وفقًا لسياق استخدامه. فكلما اتسع نطاق تردد القناة، زادت سعتها لنقل البيانات، مع ثبات جودة القناة.

في الراديو ، على سبيل المثال، يُستخدم نطاق ترددي ضيق جدًا لنقل شفرة مورس ، ونطاق أوسع لنقل الكلام، ونطاق أوسع بكثير لنقل الموسيقى دون فقدان الترددات الصوتية العالية اللازمة لإعادة إنتاج صوت واقعي . غالبًا ما يُقسّم هذا النطاق العريض إلى قنوات أو نطاقات ترددية باستخدام تقنيات تمرير النطاق للسماح بتقسيم التردد بدلاً من إرسال إشارة ذات جودة أعلى.

في مجال اتصالات البيانات، ينقل مودم 56 كيلوهرتز معدل بيانات يبلغ 56 كيلوبت في الثانية عبر خط هاتف بعرض 4 كيلوهرتز (نطاق ضيق أو نطاق صوتي ). في أواخر ثمانينيات القرن الماضي، استخدمت شبكة الخدمات الرقمية المتكاملة ذات النطاق العريض (B-ISDN) هذا المصطلح للإشارة إلى نطاق واسع من معدلات البت ، بغض النظر عن تفاصيل التضمين الفيزيائي. ^{[ 10 ]} تُعتبر خدمات خط المشترك الرقمي (DSL) ذات نطاق عريض ، حيث تُرسل المعلومات الرقمية عبر قنوات متعددة. كل قناة تعمل بتردد أعلى من قناة الصوت ذات النطاق الأساسي ، مما يسمح لها بدعم خدمة الهاتف التقليدية على زوج واحد من الأسلاك في الوقت نفسه. ^{[ 11 ]} مع ذلك، عند تحويل الخط نفسه إلى سلك مزدوج ملتوي غير مُحمّل (بدون مرشحات هاتفية)، يصبح عرضه مئات الكيلوهرتز (نطاق عريض) ويمكنه نقل ما يصل إلى 100 ميجابت في الثانية باستخدام تقنيات خط المشترك الرقمي عالي معدل البت ( VDSL أو VHDSL). ^{[ 12 ]}

يجب أن تحمل الشبكات الحديثة حركة مرور متكاملة تتألف من الصوت والفيديو والبيانات. وقد صُممت شبكة الخدمات الرقمية المتكاملة ذات النطاق العريض (B-ISDN) لتلبية هذه الاحتياجات. ^{[ 13 ]} ويمكن تصنيف أنواع حركة المرور التي تدعمها شبكة النطاق العريض وفقًا لثلاث خصائص: ^{[ 14 ]}

• عرض النطاق الترددي هو مقدار سعة الشبكة المطلوبة لدعم الاتصال.
• زمن الاستجابة هو مقدار التأخير المرتبط بالاتصال. طلب ​​زمن استجابة منخفض في ملف تعريف جودة الخدمة (QoS) يعني أن الخلايا تحتاج إلى الانتقال بسرعة من نقطة إلى أخرى في الشبكة.
• يُعرَّف تباين تأخير الخلايا (CDV) بأنه نطاق التأخيرات التي تواجهها كل مجموعة من الخلايا المرتبطة. ويعني انخفاض تباين تأخير الخلايا أن مجموعة من الخلايا يجب أن تنتقل عبر الشبكة دون أن تتباعد كثيراً عن بعضها البعض.

تستخدم الشبكات الخلوية معايير مختلفة لنقل البيانات، بما في ذلك تقنية الجيل الخامس (5G) التي يمكنها دعم مليون جهاز منفصل لكل كيلومتر مربع.

تم تلخيص أنواع حركة البيانات الموجودة في شبكة النطاق العريض (مع أمثلة) ومتطلباتها في الجدول 1.

تستخدم العديد من شبكات الحاسوب ترميزًا بسيطًا للخط لنقل نوع واحد من الإشارات باستخدام النطاق الترددي الكامل للوسيط عبر نطاقه الأساسي (من الصفر إلى أعلى تردد مطلوب). وتُسمى معظم إصدارات عائلة إيثرنت الشائعة بأسماء، مثل 10BASE5 الأصلية التي ظهرت في ثمانينيات القرن الماضي ، للدلالة على ذلك. وتُسمى الشبكات التي تستخدم مودمات الكابل على البنية التحتية القياسية لتلفزيون الكابل بشبكات النطاق العريض، للدلالة على النطاق الترددي الواسع الذي يمكن أن يشمل العديد من مستخدمي البيانات بالإضافة إلى قنوات التلفزيون التقليدية على نفس الكابل. وتستخدم أنظمة النطاق العريض عادةً ترددًا لاسلكيًا مختلفًا مُعدَّلًا بواسطة إشارة البيانات لكل نطاق. ^{[ 15 ]}

يبلغ عرض النطاق الترددي الإجمالي للوسط أكبر من عرض النطاق الترددي لأي قناة. ^{[ 16 ]}

تم اعتماد معيار 10BROAD36، وهو نسخة عريضة النطاق من الإيثرنت، بحلول عام 1985، لكنه لم يحقق نجاحًا تجاريًا. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

أصبح معيار DOCSIS متاحًا للمستهلكين في أواخر التسعينيات، لتوفير خدمة الإنترنت لعملاء التلفزيون الكبلي المنزليين. وقد زاد الأمر تعقيدًا أن معيار 10PASS-TS الخاص بشبكة الإيثرنت، الذي تم اعتماده عام 2008، كان يستخدم تقنية DSL، وغالبًا ما تحتوي أجهزة مودم الكابل وDSL على موصلات إيثرنت.

يمكن وصف هوائي التلفزيون بأنه "عريض النطاق" لقدرته على استقبال نطاق واسع من القنوات، بينما يُعتبر هوائي VHF المنخفض "ضيق النطاق" لأنه يستقبل من قناة إلى خمس قنوات فقط. يُعرّف المعيار الفيدرالي الأمريكي FS-1037C مصطلح "عريض النطاق" كمرادف لمصطلح "واسع النطاق" . [ 19 ^{] يُستخدم مصطلح} "عريض النطاق" في توزيع الفيديو التناظري تقليديًا للإشارة إلى أنظمة مثل تلفزيون الكابل ، حيث تُعدّل القنوات الفردية على موجات حاملة بترددات ثابتة. ^{[ 20 ]} في هذا السياق، يُعدّ "النطاق الأساسي " نقيض المصطلح ، إذ يشير إلى قناة واحدة من الفيديو التناظري، عادةً ما تكون في شكل مُركّب مع صوت نطاق أساسي منفصل . ^{[ 21 ]} تُحوّل عملية فك التضمين فيديو النطاق العريض إلى فيديو النطاق الأساسي. تسمح الألياف الضوئية بنقل الإشارة لمسافات أبعد دون تكرار. تستخدم شركات الكابل نظامًا هجينًا يستخدم الألياف لنقل الإشارة إلى الأحياء، ثم يُحوّل الإشارة من الضوء إلى ترددات الراديو لنقلها عبر كابل محوري إلى المنازل. يؤدي ذلك إلى تقليل الحاجة إلى وجود محطات رئيسية متعددة. تقوم المحطة الرئيسية بجمع جميع المعلومات من شبكات الكابل المحلية وقنوات الأفلام، ثم تُدخل هذه المعلومات إلى النظام.

مع ذلك، أصبح مصطلح "الفيديو ذو النطاق العريض" في سياق بث الفيديو عبر الإنترنت يشير إلى ملفات الفيديو ذات معدلات نقل البيانات العالية التي تتطلب اتصالاً بالإنترنت ذي نطاق عريض لمشاهدتها. ويُستخدم مصطلح "الفيديو ذو النطاق العريض" أحيانًا لوصف خدمة IPTV للفيديو حسب الطلب . ^{[ 22 ]}

استُخدمت خطوط الطاقة أيضًا لأنواع مختلفة من اتصالات البيانات . ورغم أن بعض أنظمة التحكم عن بُعد تعتمد على إشارات النطاق الضيق ، فإن الأنظمة الحديثة عالية السرعة تستخدم إشارات النطاق العريض لتحقيق معدلات بيانات عالية جدًا. ومن الأمثلة على ذلك معيار ITU-T G.hn ، الذي يُتيح إنشاء شبكة محلية بسرعة تصل إلى 1 جيجابت/ثانية (وهي سرعة عالية اعتبارًا من عام 2014) باستخدام أسلاك المنازل والشركات الموجودة (بما في ذلك خطوط الطاقة، وخطوط الهاتف، والكابلات المحورية ).

في عام 2014، حقق باحثون في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا تطورات في مجال إنشاء أدوات بصرية واسعة النطاق فائقة الضحالة . ^{[ 23 ]}

يقوم عدد من الهيئات التنظيمية الوطنية والدولية بتصنيف اتصالات النطاق العريض وفقًا لسرعات التحميل والتنزيل، والتي يتم تحديدها بوحدة ميغابت / ثانية ( Mbit/s ).

في أستراليا، تشترط هيئة المنافسة وحماية المستهلك الأسترالية أيضاً على مزودي خدمة الإنترنت تحديد سرعة الإنترنت خلال ساعات الليل وساعات الذروة. ^{[ 44 ]}

لطالما كان توزيع النطاق الترددي غير متكافئ على مستوى العالم، مع ازدياد تركيزه في العصر الرقمي. تاريخيًا، استضافت عشر دول فقط ما بين 70 و75% من سعة الاتصالات العالمية (انظر الشكل البياني الدائري على اليمين). ^{[ 45 ]} في عام 2014، استضافت ثلاث دول فقط (الصين والولايات المتحدة واليابان) 50% من إجمالي سعة النطاق الترددي للاتصالات المُركّبة عالميًا. فقدت الولايات المتحدة ريادتها العالمية من حيث النطاق الترددي المُركّب في عام 2011، لتحل محلها الصين، التي استضافت أكثر من ضعف سعة النطاق الترددي الوطنية المُركّبة في عام 2014 (29% مقابل 13% من الإجمالي العالمي). ^{[ 45 ]}