اقرأ في هذا المقال
إنّ التطورات الحديثة في الاتصالات مدفوعة بمتطلبات أنظمة الجيل التالي اللاسلكية لتوفير خدمات عالية الجودة ومعدل بيانات في أي مكان وفي أي وقت، ومع ذلك لا يزال الطيف نادراً ومكلفاً ممّا يخلق تحديات جديدة في تطورات أنظمة الاتصالات، ومن المعروف أنّ الأنظمة الخلوية اللاسلكية تعاني من الخبو والتداخل بين الرموز (ISI) الناجم عن الانتشار متعدد المسارات، ممّا قد يؤدي إلى تدهور أداء النظام بشكل كبير.
أساسيات التداخل متعدد الوصول MAI
إنّ التخفيف الفعال والفعال للتداخل مطلوب من أجل استقبال إشارة عالية الجودة، بحيث يعتمد السطح البيني الجوي للأنظمة الراديوية المتنقلة من الجيل الثالث (UMTS)، على النفاذ المتعدد بتقسيم الشفرات عريض النطاق (WCDMA)، واستخدم النفاذ المتعدد بتقسيم الشفرات عريض النطاق من الجيل الثالث (WCDMA) تنوع الإرسال، كما أنّ قناة (WCDMA) للوصلة الهابطة تنتشر فيها الإشارة المرسلة بواسطة شفرات متعامدة.
يتم تدمير التعامد في (WCDMA) بسبب الخبو الانتقائي للتردد، بحيث أنّه يسبب تداخل وصول متعدد (MAI) ولا يستعيد مستقبل (RAKE) التعامد، كما أنّه تتوفر تقنية فعالة لإلغاء تداخل الوصول المتعدد (MAI) في نظام الوصول المتعدد بتقسيم الكود البصري (OCDMA)، بحيث تعتمد التقنية المقترحة على مفتاح إزاحة التردد الهجين (FSK) مع شفرة أولية مُحسَّنة كتسلسل توقيع لتقنيات التشفير.
يتم فحص تعديل (FSK) المتماسك جنباً إلى جنب مع الاستخلاص غير المتماسك باستخدام مقضب (Arrayed-Waveguide Grating) في هيكل جهاز الإرسال والاستقبال، حيث يتم إنشاء إشارة مرجعية باستخدام أحد تتابعات الانتشار الموجهة، ويتم تنفيذ إلغاء (MAI) بطرح الإشارة المرجعية من الإشارة المستقبلة للمستخدم المطلوب.
- “ISI” هي اختصار لـ “Inter Symbol Interference” و”FSK” هي اختصار لـ “Frequency shift keying”.
- “MAI” هي اختصار لـ “multi access interference” و”OCDMA” هي اختصار لـ “Optical Code Division Multiple Access”.
- “RAKE” هي اختصار لـ “Radio Activated Key Entry” و”WCDMA” هي اختصار لـ “Wideband Code Division Multiple Access”.
- “UMTS” هي اختصار لـ “Universal Mobile Telecommunications System”.
مبدأ عمل التداخل متعدد الوصول MAI
يتم مقارنة أداء نظام (FSK-OCDMA) المقترح مع أداء تعديل موضع النبض الحالي (PPM) أي نظام (OCDMA) وتكشف نتائج المحاكاة أنّ أداء معدل خطأ البتات للتقنية المقترحة، متفوق على أداء تقنية تعديل موضع النبضة (PPM)، وتشير النتائج أيضاً إلى أنّ التقنية المقترحة فعالة للغاية في استهلاك الطاقة وعندما يكون معدل البت ثابتًا، يمكن توسيع سعة الشبكة لاستيعاب عدد كبير من المستخدمين النشطين المتزامنين مع معدل خطأ منخفض.
علاوة على ذلك تعمل التقنية المقترحة على تبسيط أجهزة تصميم جهاز الاستقبال، وأدت معدلات النمو الهائلة في الطلب على السعة في الأنظمة اللاسلكية، وأنظمة النطاق العريض الأخرى إلى زيادة استخدام شبكات الاتصالات التي يتشارك فيها العديد من المستخدمين في موارد الاتصال المشتركة، حيث أنّ إحدى النتائج المهمة لهذا الاتجاه هي الوجود المتزايد للتداخل متعدد الوصول (MAI)، الذي ينشأ في أنظمة الاتصالات التي تستخدم تعدد إرسال غير متعامد أي في أنظمة الوصول المتعدد.
تنشأ هذه المشكلة بشكل طبيعي في أنظمة اتصالات الوصول المتعدد بتقسيم الكود (CDMA) باستخدام أكواد الانتشار غير المتعامدة، بحيث ينشأ أيضاً في القنوات اللاسلكية متعددة الإرسال المتعامدة مثل قنوات الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA) وقنوات الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDMA)، بسبب تأثيرات مثل تعدد المسارات أو قنوات التردد غير المثالية.
وفي القنوات السلكية، مثل تلك تنشأ في أنظمة خط المشترك الرقمي (DSL) أو اتصالات خطوط الطاقة (PLCs)، حيث يمثل الحديث المتبادل وأنواع التداخل الأخرى ضعفًا كبيرًا، كما ينشأ (MAI) أيضًا في أنظمة تعدد الإرسال بتقسيم الموجة الضوئية (WDM) بسبب تفاعلات الوضع التي تسببها اللاخطية، وأدى تنفيذ الحرب المتمركزة على الشبكة إلى زيادة الطلب على أنظمة اتصالات المقاتلين عالية السعة.
على الرغم من إدخال أنظمة (SATCOM) عالية السعة مثل (WGS) في المدى القريب، فإنّ هذه الأنظمة تستخدم نموذج تجنب التداخل الذي يحد بشكل أساسي من الأداء الكلي للشبكة، كما يستغل نموذج الوصول المتعدد للتداخل التداخل متعدد الوصول؛ لتمكين التحسينات الثورية في قدرة الاتصال اللاسلكي وزمن الوصول دون الحاجة إلى البنية التحتية أو التنسيق أو التخطيط المسبق للطيف، كما يمكن تحقيق زيادات أكبر من (3 أضعاف) في إنتاجية الشبكة خاصة في سيناريوهات (SNR المنخفضة) على نهج التنافس التقليدي.
- “PPM” هي اختصار لـ “Pulse position modulation” و”SNR” هي اختصار لـ “Signal to Noise Ratio”.
- “SATCOM” هي اختصار لـ “Satellite Communications” و”WGS” هي اختصار لـ “Wideband Gap-filler Satellite”.
- “DSL” هي اختصار لـ “Digital Subscriber Line” و”WDM” هي اختصار لـ “Wavelength Division Multiplexing”.
- “PLC” هي اختصار لـ “Power Line Communication” و”TDMA” هي اختصار لـ “Time Division Multiple Access”.
- “OFDMA” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency division multiple access” و”CDMA” هي اختصار لـ “Code Division Multiple Access”.
تطور عمل التداخل متعدد الوصول MAI
في النظام العالمي للملاحة بالأقمار الصناعية (GNSS) يمكن أن يتعطل الاتصال بين محطات المراقبة الأرضية ومحطات التحكم الرئيسية بسهولة بسبب التداخل متعدد الوصول (MAI)، كما يتم اعتماد كاشف متعددة المستخدمين لتصفية كالان لمكافحة (MAI) والتي يمكن أن تحسن معدل خطأ بتات المستقبل (BER)، كما توفر المحطة الأساسية خدمة اتصالات عن طريق تبادل “عناصر البيانات” مع المحطة اللاسلكية والطرف اللاسلكي، والتي تمثل عناصر البيانات الصوت والصور والفيديو والبيانات.
يتم تمثيل كل عنصر بيانات برقم مركب يتوافق مع رمز واحد في مخطط تشكيل كوكبة إشارة تربيعية سعة (16 تربيعًا)، ومع ذلك يتوافق كل عنصر بيانات مع رمز في أي مخطط تعديل رقمي وعلى سبيل المثال مفتاح إزاحة التردد ومفتاح إزاحة السعة ومفتاح إزاحة الطور، ويشتمل نظام الاتصالات اللاسلكية على محطة قاعدة واحدة ومحطتين لاسلكيتين.
تكون المحطة الأساسية ثابتة وأرضية وتكون كل محطة قاعدة فيها المحمول أو المحمول جواً ويكون الطرف اللاسلكي والطرف اللاسلكي متحركين، بحيث تشتمل المنطقة الجغرافية على أجسام ترددات لاسلكية طبيعية ومن صنع الإنسان، تعكس إشارات الموجة الحاملة التي تنتشر بين المحطة الأساسية والمطراف اللاسلكية والطرف اللاسلكي وتنكسرها وتحييدها.
وعلاوة على ذلك فإنّ بعض كائنات التردد اللاسلكي ثابتة مثل الأشجار والتلال والمباني وما إلى ذلك وبعضها متحرك مثل الشاحنات والسفن والطائرات وما إلى ذلك، كما تكون المعلمات التي تميز انحطاط مسار الإشارة في القناة الراديوية بين المحطة الأساسية والمطراف اللاسلكي والطرف اللاسلكي ديناميكية أي تتغير فيما يتعلق بالوقت.
- “BER” هي اختصار لـ “Bit Error Rate”.
- “GNSS” هي اختصار لـ “Global Navigation Satellite System”.
