اقرأ في هذا المقال
- أساسيات عمل الاتصالات متعدد الهوائيات في الشبكة اللاسلكية
- مبدأ عمل الاتصالات متعدد الهوائيات في الشبكة اللاسلكية
- تطور عمل الاتصالات متعدد الهوائيات في الشبكة اللاسلكية
يحقق نظام الاتصالات معدلات بت عالية عبر قناة اتصالات فعلية بين هوائيات جهاز إرسال الوحدة الأولى وهوائيات مستقبل الوحدة الثانية، حيث من خلال إنشاء قنوات فرعية افتراضية من قناة الاتصالات الفعلية وكما ينشئ نظام الهوائي المتعدد القنوات الفرعية الافتراضية، ومن قناة الاتصالات الفعلية باستخدام معلومات الانتشار التي تميز قناة الاتصالات الفعلية في الوحدتين الأولى والثانية.
أساسيات عمل الاتصالات متعدد الهوائيات في الشبكة اللاسلكية
ترسل إشارة إرسال افتراضية عبر مجموعة فرعية على الأقل من القنوات الفرعية الافتراضية باستخدام جزء على الأقل من معلومات الانتشار، كما تسترد إشارة استقبال افتراضية مقابلة من نفس مجموعة القنوات الفرعية الافتراضية باستخدام جزء آخر على الأقل من معلومات الانتشار.
كما يمكن اشتقاق معدل البت النهائي الذي يمكن لنظام الاتصال اللاسلكي الرقمي من خلاله توصيل البيانات باستخدام نهج شانون لنظرية المعلومات ويشار إليه عادةً باسم حد شانون، ويعتمد معدل البتات النهائي على عدد من المعلمات المختلفة، بما في ذلك:
- إجمالي القدرة المشعة عند المرسل.
- عدد الهوائيات في المرسل والمستقبل.
- قوة الضوضاء في جهاز الاستقبال.
- خصائص بيئة الانتشار.
بالنسبة للإرسال اللاسلكي باستخدام هوائيات متعددة في جهاز الإرسال أو المستقبل في ما يسمى ببيئة تلاشي “Rayleigh”، يمكن أن يكون معدل البت النهائي هائلاً وعلى سبيل المثال مئات البتات في الثانية لكل هرتز لنظام يستخدم “30 هوائياً” في كل من جهاز الإرسال والمستقبل، وتشهد متوسط نسبة إشارة إلى ضوضاء تبلغ “16 ديسيبل”.
هناك حاجة إلى نظام اتصالات لاسلكي يحقق معدلات بت عالية بطريقة فعالة من حيث التكلفة وبسيطة نسبياً، وكما تصف مصفوفة انتشار معاملات الانتشار انتشار إشارات الاتصال بين هوائي الإرسال للوحدة الأولى وهوائي الاستقبال للوحدة الثانية، ومن خلال معرفة خصائص الانتشار لقناة الاتصالات الفعلية أي قناة متعددة الهوائيات، يمكن لنظام الهوائي المتعدد أن يحلل قناة الاتصالات الفعلية إلى قنوات فرعية افتراضية متعددة.
مبدأ عمل الاتصالات متعدد الهوائيات في الشبكة اللاسلكية
للإرسال من الوحدة الأولى إلى الوحدة الثانية تحصل كل من الوحدة الأولى والوحدة الثانية على معلومات الانتشار التي تميز عمليات الإرسال من الوحدة الأولى إلى الوحدة الثانية، وفي نماذج معينة تحصل الوحدة الأولى على جزء على الأقل من معلومات الانتشار، وتحصل الوحدة الثانية على جزء آخر على الأقل من معلومات الانتشار.
باستخدام الأجزاء ذات الصلة من معلومات الانتشار تقوم الوحدتان الأولى والثانية بشكل تعاوني بتحويل قناة الاتصالات الفعلية إلى قنوات فرعية افتراضية، وبالتالي تحقيق معدل بتات مرتفع أو معدل نقل مرتفع بطريقة بسيطة نسبياً، وتحصل الوحدتان الأولى والثانية على مصفوفة الانتشار كمعلومات الانتشار للإرسال من الوحدة الأولى إلى الوحدة الثانية.
تحصل الوحدة الأولى والوحدة الثانية على مصفوفة الانتشار عن طريق تبادل الإشارات، وعلى سبيل المثال ترسل الوحدة الأولى إشارات التدريب إلى الوحدة الثانية، وبمجرد تحديد مصفوفة الانتشار يمكن لكل وحدة إجراء تحليل قيمة مفردة لمصفوفة الانتشار، كما ينتج عن تحلل القيمة المفردة لمصفوفة الانتشار مصفوفة الانتشار كمنتج لثلاثة عوامل “D” و”ψ”، حيث “D” عبارة عن مصفوفة قطرية و”ψ” هما مصفوفتان وحدويتان للدلالة على تبديل مترافق.
يعمل التحلل ذو القيمة الفردية على مائل مصفوفة الانتشار ويتوافق عدد العناصر القطرية غير الصفرية في المصفوفة القطرية “D”، مع عدد القنوات الفرعية الافتراضية المستقلة المتوازية لقناة الاتصالات الفعلية، وللإرسال من الوحدة الأولى إلى الوحدة الثانية تحصل الوحدة الأولى على الأقل على جزء من معلومات الانتشار التي تتضمن المصفوفة القطرية “D” والمصفوفة الموحدة “Φ”.
توفر الوحدة الأولى المصفوفة القطرية “D” إلى مشفر أو معدل قناة لتشفير وتعديل بت وارد أو تدفق معلومات على القنوات الفرعية الافتراضية المستقلة، ووفقاً لقيم المصفوفة القطرية “D” لإنتاج إشارة إرسال افتراضية، كما يمكن أن توفر المصفوفة القطرية “D” تحجيماً نسبياً لمعدل البتات، كما تقوم الوحدة الأولى بعد ذلك بإجراء تحويل أحادي على الإشارة المرسلة الافتراضية بضرب الإشارة المرسلة الافتراضية مع التحويل المقترن للمصفوفة الموحدة “Φ” لإنتاج الإشارة المرسلة الفعلية.
يمكن تنفيذ نظام اتصالات الهوائيات المتعددة لتوفير معدل بتات مرتفع وأداء محسن، كما يحقق نظام الهوائيات المتعددة ذلك باستخدام صفائف هوائيات متعددة في المرسل أو المستقبل، والاستفادة من خصائص الانتشار التي تم الحصول عليها للقناة متعددة الهوائيات بين هوائي الوحدة الأولى وهوائي الوحدة الثانية.
تطور عمل الاتصالات متعدد الهوائيات في الشبكة اللاسلكية
من خلال معرفة خصائص انتشار معينة لقناة الاتصالات الفعلية أي قناة متعددة الهوائيات في الوحدة الأولى والوحدة الثانية، يمكن لنظام الهوائي المتعدد تحقيق معدلات بتات عالية من خلال جعل الوحدة الأولى والوحدة الثانية تحلل بشكل تعاوني قناة الاتصالات الفعلية إلى متعددة القنوات الفرعية الافتراضية.
للإرسال من الوحدة الأولى إلى الوحدة الثانية تحصل الوحدتان الأولى والثانية على الأقل على الأجزاء المعنية من معلومات الانتشار التي تميز عمليات الإرسال من الوحدة الأولى إلى الوحدة الثانية، كما تستخدم الوحدتان الأولى والثانية على الأقل الأجزاء الخاصة بهما من معلومات الانتشار لتحليل قناة الاتصالات الفعلية إلى قنوات فرعية افتراضية متعددة تُرسل عبرها إشارات الاتصال.
على هذا النحو يحقق نظام اتصالات الهوائيات المتعددة معدلات بت عالية بطريقة بسيطة نسبياً دون زيادة القدرة الإجمالية، أو عرض النطاق الترددي باستخدام القنوات الفرعية الافتراضية داخل نفس نطاق التردد، بالإضافة إلى ذلك يوفر نظام الهوائي المتعدد أداءً محسناً عن طريق إرسال المزيد من البتات عبر القنوات الفرعية الأقوى على النحو الذي تحدده معلومات الانتشار.
يتيح نظام الهوائي المتعدد زيادة معدل البتات دون زيادة القدرة أو عرض النطاق مقارنةً بأنظمة الهوائي الفردي، وفي نماذج معينة يتم نمذجة انتشار الإشارات على أنه خبو ثابت لا يعتمد التردد على الخبو حيث بالإضافة إلى ذلك في حالة ضوضاء المستقبِل والتداخل الخارجي.
يمكن لنظام الهوائي المتعدد استخدام مصفوفة التغاير أو ما شابه ذلك الذي يميز ضوضاء المستقبل أو التداخل الخارجي لتغيير معلومات الانتشار بشكل فعال، أو لتضمين مصفوفة التغاير أو ما شابه ذلك كجزء من معلومات التكاثر.
وإذا كانت عناصر مصفوفة الانتشار “H” مستقلة إحصائياً وموزعة بشكل متماثل مع حجم توزيع رايلي وطور موزع بشكل موحد، فإنّ سعة القناة تزداد خطياً مع العدد الأصغر من هوائيات المرسل والمستقبل حيث لا يوجد حد لعدد الهوائيات التي يمكن استخدامها في نظام الهوائيات المتعددة، ممّا يوفر إمكانية السعات الهائلة في عرض نطاق ضيق.
على سبيل المثال إذا تم استخدام “170 هوائياً” في جهاز الإرسال والمستقبل في عرض نطاق ترددي يبلغ “30 كيلو هرتز” مع نسب إشارة إلى ضوضاء تبلغ “20 ديسيبل”، فيمكن إرسال “20 ميجابايت / ثانية” من التلفاز عالي الوضوح “HDTV”، وعبر قناة الهوائي المتعدد بعد تحللها إلى “170 قناة فرعية افتراضية” وفقاً لمبادئ الاتصالات متعدد الهوائيات في الشبكة اللاسلكية.
- “HDTV” هي اختصار لـ “High Definition Television”.
