اتصالات النفاذ المتعدد بتقسيم التردد المتعامد القائم على التنافس UL-OFDMA

يستقبل جهاز الاتصال إطار إطلاق تم تكوينه من أجل تشغيل إرسال وصول متعدد للتردد المتعامد قائم على التنافس (OFDMA) بواسطة أجهزة اتصال متعددة، ويشير إلى طول محدد مسبقاً لإرسال (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائمة على التنافس، حيث يتوافق الطول المحدد مسبقاً لإرسالات (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائمة على التنافس.

أساسيات اتصالات UL-OFDMA

استجابة لاستقبال إطار المشغل يولد جهاز الاتصال وحدة بيانات لها الطول المحدد مسبقاً، وتستجيب لاستقبال إطار المشغل، وتنقل وحدة البيانات كجزء من الإرسال (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائمة على التنافس.

كما تتضمن طريقة الاتصال في شبكة اتصالات لاسلكية إنشاء إطار تشغيل في جهاز اتصال أول لتشغيل إرسال وصول متعدد التردد متعامد قائم على التنازع (OFDMA)، عن طريق أجهزة اتصال متعددة الثواني حيث يكون المشغل يتم تكوين الرتل للإشارة إلى طول محدد مسبقاً لإرسال (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائمة على التنافس.

كما يتوافق الطول المحدد مسبقًا مع إرسالات (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائمة على التنافس ويحيل باستخدام جهاز الاتصال الأول إطار الزناد إلى أجهزة الاتصال متعددة الثواني، وتلقي عند أول جهاز اتصال إرسال (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائم على التنافس، حيث يكون إرسال (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائم على التنافس بطول محدد مسبقاً.

يشتمل الجهاز على جهاز واجهة شبكة مرتبط بجهاز اتصال أول، ويشتمل جهاز واجهة الشبكة على دائرة متكاملة واحدة أو أكثر تم تكوينها من أجل:

• إنشاء إطار مشغل لتشغيل إرسال وصول متعدد التردد قائم على التنازع (OFDMA) بواسطة أجهزة اتصال متعددة الثواني، حيث يتم تكوين إطار المشغل للإشارة إلى طول محدد مسبقاً الإرسال (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائم على التنافس، ويتوافق الطول المحدد مسبقاً مع إرسالات (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائمة على التنافس.

• نقل إطار الزناد إلى أجهزة اتصال متعددة الثواني.

• استقبال الإرسال (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائم على التنازع، حيث يكون إرسال (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائم على التنازع بطول محدد مسبقًا.

• كما تتضمن طريقة الاتصال في شبكة اتصالات لاسلكية تلقي في جهاز اتصال إطار تشغيل تم تكوينه من أجل تشغيل إرسال وصول متعدد التردد متعامد، وقائم على التنافس (OFDMA) عن طريق أجهزة اتصالات متعددة.

• والإشارة طول محدد مسبقًا لإرسال OFDMA للوصلة الصاعدة القائم على التنافس، حيث يتوافق الطول المحدد مسبقاً مع إرسالات (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائمة على التنافس.

• تتضمن الطريقة أيضاً الاستجابة لاستقبال إطار الزناد وتوليد في جهاز الاتصال وحدة بيانات لها الطول المحدد مسبقاً.

• يستجيب لاستقبال الإطار ويرسل مع جهاز الاتصال وحدة البيانات كجزء من الإرسال (OFDMA) للوصلة الصاعدة القائمة على التنافس.

ملاحظة:“OFDMA” هي اختصار لـ “Orthogonal-frequency-division-multiple-access”.

مبدأ عمل اتصالات UL-OFDMA

إنّ شبكة المنطقة المحلية اللاسلكية (IEEE 802.11 (WLAN)) هي أكثر معايير الاتصال انتشاراً في العالم، وتُعد مسودة معيار (IEEE 802.11ax) حالياً واحدة من أكثر المعايير المتقدمة والواعدة بين معايير الشبكات اللاسلكية المستقبلية، ومع ذلك إنّ طريقة الوصول العشوائي المقترحة للوصلة الصاعدة (UL-OFDMA)، والقائمة على الوصول العشوائي لإطار المشغل (TF-R) من مجموعة المهام (TGax) ولا تُظهر حتى الآن أداءً مرضياً للنظام.

لتعزيز قدرة (UL-OFDMA) لمسودة معيار (IEEE 802.11ax) تم اعتماد (MAC) مركزية قائمة على التنازع (CC-MAC)، كما يتم تحليل أداء (CC-MAC) من خلال حل نموذج سلسلة ماركوف وتقييم إنتاجية (BSS) مقارنة بالطرق الأخرى، مثل (DCF) و(TF-R) عن طريق محاكاة الكمبيوتر.

كما أنّ (CC-MAC) هو مخطط قابل للتطوير وفعال لتحسين أداء النظام في حالة الوصول العشوائي (UL-OFDMA) في (IEEE 802.11ax)، وفي أنظمة (WLAN) يمكن أن يتجاوز الاختلاف في تأخير الانتشار بين المحطات (STAs) طول البادئة الدورية المحددة مسبقاً، ممّا يؤدي إلى تداخل نفاذ متعدد (MAI) ولحل مشكلة (MAI) هذه، من الضروري استخدام طول بادئة دوري أطول للتعامد بين القنوات الفرعية المختلفة.

ومع ذلك فإنّ هذا يضحي بكفاءة النظام بسبب البادئة الدورية، بحيث يتم اعتماد (OFDMA) جماعي قائم على التنازع لحل مشكلة (MAI) بطول بادئة دورية مناسب ودعم عدد أكبر من (STAs)، كما يتم تضمين (STAs) ضمن مدة البادئة الدورية التي تتم مزامنتها مع نقطة وصول (AP)، وفي نفس المجموعة المتنافسة وتتنافس مع (STAs) الأخرى للمجموعة في حزم الإرسال.

يسمح المخطط المقترح باعتماد طول بادئة دورية مناسب بدون (MAI) وهو قادر على تقليل حمل البادئة الدورية، بالإضافة إلى ذلك نظراً لعدم حدوث أخطاء في الحزمة بواسطة (MAI) في أي من (STAs) يمكن لـ (STA) الإرسال في وقت واحد دون مسافات بينية قصيرة زائدة (SIFS) وحزم التحكم الأخرى، ومن خلال التحليل والمحاكاة تم إظهار أنّه بالنسبة لعدد كبير من (STAs) فإنّ المخطط المقترح يحقق إنتاجية أعلى من بروتوكولات (802.11) و(CSMA) التقليدي مع (OFDMA).

• “UL-OFDMA” هي اختصار لـ “up-link-Orthogonal-frequency-division-multiple-access” و”WLAN” هي اختصار لـ “Wireless-Local-Area-Network”.

• “CSMA” هي اختصار لـ “Carrier-Sense-Multiple-Access” و”SIFS” هي اختصار لـ “Short-Inter-frame-Spacing”.

• “MAC” هي اختصار لـ “Media-Access-Control” و”MAI” هي اختصار لـ “Multiple-access-interference”.

• “BSS” هي اختصار لـ “Base-Station-Subsystem” و”AP” هي اختصار لـ “access-point”.

تطور عمل اتصالات UL-OFDMA

في الآونة الأخيرة تمت الموافقة على جهد ثوري للسعي إلى تحسين أساسي لـ (802.11) والمعروف باسم (IEEE 802.11ax)، لتقديم تقنيات شبكة محلية لاسلكية عالية الكفاءة (HEW) لسيناريو كثيف زآلية الوصول العشوائي الواقعية لـ (IEEE 802.11ax)، هي آلية الوصول العشوائي المستند إلى (OFDMA) للوصلة الصاعدة (UL OFDMA RA).

كما ام اعتماد نموذج تحليلي بسيط ودقيق لدراسة كفاءة النظام وتأخير أداء (UL OFDMA RA) تحت ظروف مشبعة، بافتراض عدد محدود من المحطات وظروف القناة المثالية في شبكة (WLAN) أحادية القفزة وكما يتم إجراء المحاكاة للتحقق من صحة النتائج التحليلية، بالإضافة إلى ذلك يتم استخدام هذا النموذج التحليلي لتحديد مجموعة معلمات الوصول العشوائي المستندة إلى (OFDMA) المناسبة (RAPS)، والتي يمكنها تعظيم أداء النظام وهي ميزة ضرورية لتصميم النظام وتكوينه.

يحدد (IEEE 802.11ax) طريقة وصول جديدة تسمى الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDMA) والتي يمكن استخدامها في كل من اتجاهات الوصلة الهابطة (DL) والوصلة الصاعدة (UL)، ويقسم (OFDMA) عرض النطاق الترددي إلى عدة وحدات موارد (RUs)، ويسمح لمحطات متعددة بالإرسال أو الاستقبال في وقت واحد.

يدعم (UL OFDMA) الوصول المجدول ((SA) RUs) والنفاذ العشوائي ((RA) RUs)، ويُسمح فقط للمحطات المجدولة بالإرسال على (SA RUs)، بينما يجب أن تنافس المحطات الأخرى مع وحدات (RA RU) وعلاوة على ذلك يحدد معيار (802.11ax UL MU-MIMO) ويعزز (DL MU-MIMO)، كما يتم تقييم كفاءة الإرسال متعدد المستخدمين (DL) و(UL) باستخدام (OFDMA) و(MIMO).

علاوة على ذلك إنّ زيادة عدد وحدات (RA RU) لا يقلل بشكل فعال من معدل الاصطدام ولكنّه يقلل بشكل كبير من الإنتاجية، وعلاوة على ذلك إنّ (UL MU-MIMO) يحسن بشكل كبير من إنتاجية الشبكة وأنّ أداء (DL MU-MIMO) قد تم تحسينه بشكل واضح بفضل المدة المنخفضة لإجراء سير القناة.

• “MU-MIMO” هي اختصار لـ ” multi-user, multiple input, multiple output”.

• “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.