التحكم في الطاقة باستخدام تصنيف التعديل والترميز

في أنظمة وطرق أداء الاتصالات الموفرة للطاقة، يتم وصف جهاز الإرسال والاستقبال للاستخدام في ارتباط اتصال قائم على الحزمة من نقطة إلى نقطة مع محو الحزمة، حيث يمكن أن يشتمل جهاز الإرسال والاستقبال على مصدر بيانات لتوفير أجزاء من البيانات لإرسالها إلى جهاز بعيد.

كيفية التحكم في الطاقة باستخدام تصنيف التعديل والترميز

يمكن لجهاز الإرسال والاستقبال تعيين بتات البيانات إلى رموز في كوكبة وفقًا لمخطط تعديل ويمكن أن يوفر الرموز على موجة حاملة فرعية واحدة أو أكثر، كما يمكن أن يشتمل جهاز الإرسال والاستقبال على عناصر هوائي ذات استقطاب متعامد مشتركة في الموقع أو عناصر هوائي منفصلة مكانيًا أو كليهما.

يمكن إرسال الرموز في حزم عبر واحد أو أكثر من عناصر الهوائي، حيث يمكن لجهاز الإرسال والاستقبال تحديد مقياس متوسط ​​طاقة الإرسال لكل بت تم فك ترميزها بنجاح، ويمكنه ضبط قوى الإرسال في عناصر الهوائي لتقليل متوسط ​​طاقة الإرسال لكل بت تم فك ترميزها وتجاهلها.

أصبح التشغيل الموفر للطاقة لأجهزة الراديو التي تعمل بالبطاريات أكثر أهمية لتحسين أوقات تشغيل الجهاز عند شحن البطارية وتصبح هذه المشكلة أكثر أهمية، حيث يتم استخدام أجهزة راديو المستقبل بتكرار أكبر وللتطبيقات التي تتطلب نقل كميات أكبر من البيانات، ومن المحتمل أيضًا أن تلعب أجهزة الراديو المستقبلية دورًا أكثر نشاطًا في المراقبة المنسقة واستخدام الطيف في بيئات الطيف المشتركة، ممّا يضع مطالب إضافية على إدارة الطاقة.

كيفية التحكم في حزم الطاقة

في الوقت نفسه وبسبب زيادة الطلب على موارد الطيف أصبحت الكفاءة الطيفية (SE) أحد مواصفات التصميم الأكثر أهمية للأنظمة الراديوية المستقبلية، وبالتالي من المتوقع أن تكون تقنية المدخلات المتعددة والمخرجات المتعددة (MIMO) أساسية لأجهزة الراديو المستقبلية.

ونظرًا لتطور سياسات مشاركة الطيف إلى ممارسة واسعة النطاق في المستقبل من المتوقع أيضًا أن تصبح قدرة الراديو على العمل مع تحمل التداخل أكثر أهمية، ويشتمل جهاز الإرسال والاستقبال المستخدم في وصلة اتصال قائمة على الحزم من نقطة إلى نقطة مع محو الحزمة على:

1- مصدر بيانات

لتوفير بتات من البيانات لإرسالها إلى جهاز بعيد عبر قناة.

ملاحظة:“MIMO” هي اختصار لـ “multiple input, multiple output”.

ملاحظة:“SE” هي اختصار لـ “spectral efficiency”.

2- معالج

لتعيين بتات البيانات إلى رموز في كوكبة وفقًا لمخطط تعديل ولتوفير الرموز على موجة حاملة فرعية واحدة أو أكثر.

3- عناصر الهوائي المتعددة

عناصر الهوائي المتعددة التي تشتمل على عناصر مستقطبة متعامدة متواجدة في مكان واحد أو عناصر منفصلة مكانيًا أو كليهما، حيث يتم إرسال الرموز إلى الجهاز البعيد في حزم عبر واحد أو أكثر من عناصر الهوائي المتعددة، وحيث يكون المعالج كذلك تم تكوينه لتحديد مقياس متوسط ​​طاقة الإرسال لكل بت.

كيفية التحكم في هوائيات الطاقة

على مستوى الأنظمة والشبكات يتم إعادة تكوين النظام والجدولة متعددة المجالات بالنسبة للوقت والتردد والمجالات المكانية والتصميم أو التحسين عبر الطبقات، وكما يتم النظر في كفاءة الطاقة المرتبطة بطبقة الارتباط المادية، بحيث يتم مقارنة كفاءات الطاقة بين العديد من مخططات الإرسال بما في ذلك الروابط اللاسلكية المباشرة وروابط الترحيل مع معرفة القناة المتوسطة وردود الفعل الفورية لحالات القناة.

كما يتم اعتماد كفاءة الطاقة للترحيل باستخدام مخطط تضخيم وإرسال مرحل واحد (AF) للنفاذ المتعدد بتقسيم التردد على الموجة الحاملة الفردية (SC-FDMA)، وكفاءة الطاقة التي تشمل النشر والكفاءة الطيفية وعرض النطاق الترددي والقدرة والتأخير، ويستخدم تعريف (EE) مع محو الحزمة أيضًا في تحسين الشبكة مع التحكم في الطاقة، حيث يتم تعريف (EE) على أنّه طاقة الإرسال المطلوبة لكل بت ناجحة.

ومع ذلك يتم العمل على التحقق في تأثير محو الحزم على كفاءة الطاقة في أنظمة اتصالات (MIMO) التي تستخدم الترميز المسبق التكيفي وتعمل في تداخل القناة المشتركة (CCI)، وكان النهج المتبع للتحليل هو توصيف كفاءة الإرسال لبنى أنظمة (MIMO) المختلفة عبر قنوات انتقائية وحساسة للاستقطاب، بحيث يمكن مقارنة كفاءات الطاقة النسبية لأنماط اتصالات (MIMO) المختلفة في الاتصالات القائمة على الحزم.

كما يتم استكشاف كفاءة الطاقة لأبنية الاتصالات من حيث البتات المستلمة بنجاح بعد محو الحزمة أي متوسط ​​طاقة الإرسال لكل بت تم استلامه بنجاح أو بتات تم تلقيه بنجاح لكل وحدة طاقة إرسال، ويُعتبر مقياس الأداء هذا مناسبًا بشكل خاص لأجهزة الراديو التي تعمل بالبطارية لإطالة تشغيل الراديو على شحن البطارية.

يتم إجراء تحليل موفر للطاقة يفترض أن الحزم التي تحتوي على أخطاء بتات تؤدي إلى محو الحزمة، ممّا يتطلب إعادة الإرسال، وباستخدام اختبار محاكاة القناة يمكن تقدير المعدات وتحسينهما لكل من معماريات (MIMO) عبر مختلف عمليات إدراك القنوات وبيئات التداخل.

ملاحظة:“SC-FDMA” هي اختصار لـ “Single Carrier Frequency Division Multiple Access”.

ملاحظة:“CCI” هي اختصار لـ “Common Communications Interface”.

أساسيات كفاءة تحليل الطاقة

يتم تعريف كفاءة الطاقة بشكل تقليدي على أنها نسبة السعة إلى معدل استهلاك الطاقة أو السعة لكل وحدة تكلفة، وفي نظام اتصالات مقيدة الطاقة يمكن أيضًا تعريف كفاءة الطاقة على أنها نسبة الحد الأقصى لمقدار البتات التي يوفرها النظام إلى إجمالي الطاقة المقدمة، والتي يتم الإبلاغ عنها عادةً من حيث البت لكل جول (bit/J).

كما يُظهر استهلاك طاقة الدائرة الإلكترونية للنقل المفاضلات الأساسية بين كفاءة الطاقة ومعدل البيانات، ومع ذلك غالبًا ما يتم إهمال استهلاك الطاقة باستخدام طاقة الدائرة الإلكترونية في تحليل النظام، حيث من المتوقع أن يهيمن استهلاك الطاقة بسبب الإرسال في الاتصالات اللاسلكية بعيدة المدى.

كما تمت مقارنة استهلاك طاقة الإرسال للأنظمة الفرعية والتأكد من أنّ طاقة الإرسال مهيمنة على استهلاك الدائرة في أنظمة الاتصالات طويلة المدى، لذلك يتم استخدام استهلاك الطاقة بسبب الإرسال حصريًا لحساب أداء (EE) النسبي بين معماريات الاتصالات، ونتيجة لذلك يمكن حساب متوسط (​​EE) للإرسال كنسبة من عدد البتات المستلمة بنجاح إلى إجمالي طاقة الإرسال أي بت ناجحة لكل جول.

تقنيات تحليل الطاقة

تُستخدم تقنيات إرسال (MIMO) التكيفية القائمة على استراتيجيات الترميز الخطي والتحكم في القدرة لتحقيق كفاءات الطاقة في قنوات محو الحزم، حيث يتيح الترميز الخطي المسبق استغلال القيم الذاتية للقناة لتحقيق كفاءة طاقة محسّنة بالنسبة إلى البنى المقابلة دون ترميز مسبق خطي، بينما يتيح التحكم في القدرة ضبط مستويات قدرة الإرسال لتحسين كفاءة الإرسال بطريقة توازن تقليل طاقة الإرسال مع خسائر الكفاءة الناتجة بسبب محو الحزمة.

كما أنّ القناة تتغير ببطء وتكون متبادلة، بحيث يمكن للنظام غير المأهول الحصول على (CSIT) من خلال تبديل مصفوفة معلومات حالة القناة، ومع ذلك لا يبدو أنّ استخدام (CSIT) قد تم اعتباره في سياق أداء كفاءة الطاقة في قنوات محو الحزمة، حيث لا يكون تعظيم السعة مرادفًا لكفاءة الطاقة المثلى.

ملاحظة:“CSIT” هي اختصار لـ “Channel State Information Transmitter”.