يستخدم النفاذ المتعدد للطيف المنتشر “SSMA” إشارات لها عرض نطاق إرسال يكون حجمها أكبر من الحد الأدنى المطلوب لعرض نطاق التردد الراديوي، ويشار أحياناً إلى “CDMA” بالنفاذ المتعدد للطيف الممتد “SSMA”؛ لأنّ عملية ضرب الإشارة في تسلسل الشفرة تتسبب في انتشار قدرة الإشارة المرسلة على عرض نطاق أكبر.
ما هو نظام SSMA
النفاذ المتعدد للطيف المنتشر “SSMA”: هو نظام اتصال واسع الانتشار وطريقة لتوفير اتصالات عالية السعة إلى أو من أو بين مجموعة من مستخدمي النظام، باستخدام إشارات اتصال انتشار الطيف بتقسيم الشفرة، كما يستخدم نظام الاتصال وسائل لتوفير عزل هامشي بين إشارات اتصال المستخدم يتم توفير العزلة الهامشية عن طريق توليد حزم متعددة قابلة للتوجيه في وقت واحد.
- “SSMA” هي اختصار لـ “Spread-Spectrum-Multiple-Access”.
- “CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division-Multiple-Access”.
أساسيات نظام SSMA
تم الابتعاد عن إدارة التردد وهي ميزة ضرورية لـ “FDMA“، وفي “CDMA” عندما يسعى مستخدم آخر في استخدام قناة الاتصالات، يتم تخصيص رمز لها وإرسالها على الفور بدلاً من تخزينها حتى يتم فتح فتحة تردد، وفي اتصالات الطيف المنتشر أي انخفاض في التداخل يتحول مباشرة إلى زيادة في سعة الشبكة.
وبالتالي من الصعب للغاية تقييم الاحتمال الدقيق لنجاح الحزمة في وجود إشارات أخرى، كما تتضمن العديد من الطرق، والتي لديها القدرة على زيادة قدرة أنظمة انتشار الطيف بشكل كبير الكشف عن المستخدمين المتعددين وإلغاء التداخل وقمع التداخل.
تهدف الشبكات اللاسلكية المستقبلية وتكنولوجيا الاتصالات “5G” إلى توفير اتصال سلس للمناطق الجغرافية التي تضم آلاف المستخدمين في نطاق مئات الأمتار، كما يجب أن توفر تقنيات الاتصال الناشئة تقنيات الوصول المتعددة قدرة معززة من أجل تحقيق هذا الهدف، وفشل الوصول المتعدد غير المتعامد لمجال الطاقة “PD-NOMA” وهو تقنية وصول متعددة بارزة لـ “5G” في التمييز بين المستخدمين المتساويين حول المحطة الأساسية على أساس عوامل الطاقة.
وللتغلب على هذا القيد ولزيادة تحسين السعة تم اقتراح تقنية وصول متعددة هجينة تعتمد على الانتشار والتخليط “SSMA”، حيث يجمع المخطط المقترح بين مجال الطاقة “NOMA” والوصول المشترك متعدد المستخدمين “MUSA”، كما أنّ الهدف الرئيسي هو توفير قدرة محسنة وأداء أفضل دون المساس بالكفاءة الطيفية وعدم تعامد الموارد.
وتتمثل إحدى المساهمات الرئيسية في تطوير خوارزمية إلغاء التداخل المشترك التي تجمع بين إلغاء التداخل المتتالي وإلغاء التداخل الموازي لنظام “SSMA”، كما تم تحليل أداء المخطط المقترح ومقارنته مع “MUSA” و”PD-NOMA” لإظهار تفوقه على كليهما من حيث “BER” والسعة والكفاءة الطيفية.
- “BER” هي اختصار لـ “bit-error-rate”.
- “MUSA” هي اختصار لـ “Multi-user-shared-access”.
- “PD-NOMA” هي اختصار لـ “Power-domain-non-orthogonal-multiple-access”.
- “FDMA” هي اختصار لـ “Frequency-Division-Multiple-Access”.
مبدأ عمل نظام SSMA
يتم النظر في نظام اتصالات طيف ممتد متعدد النفاذ يستخدم مفتاح إزاحة التردد الثنائي “BFSK” أو مفتاح إزاحة التردد “MFSK” وإزالة التشكيل غير المتماسكة، وعلى عكس العمل الذي يفترض عادةً أن نغمات مفاتيح تحويل التردد “FSK” غير متداخلة بعد انتشار التتابع المباشر “DS”، كما يُعتبر نظام الوصول المتعدد للطيف الممتد “SSMA” على افتراض أنّ إشارات انتشار “DS” لتكون نغمات “FSK” المختلفة متعامدة فقط خلال مدة رمز المعلومات.
وبالتالي قد يتداخل نطاق التردد الخاص بـ “FSK” المنتشرة كلياً أو جزئياً مع إشارات الانتشار الأخرى، كما يتم الحصول على تقدير للتباين في التداخل متعدد النفاذ، وبافتراض أنّ زوايا الطور والتأخيرات الزمنية للإشارات المستقبلة هي متغيرات عشوائية مستقلة عن بعضها البعض، شريطة استخدام تتابعات التوقيع العشوائية للتمديد.
وعلى أساس الافتراضات من معدل الخطأ في البتات “BER” للنفاذ المتعدد للطيف الموزع “DS-SSMA” ومعدل الوصول المتعدد للطيف الممتد “DS-SFH SSMA” الهجين الخاص، يتم تحليل الأنظمة التي تستخدم تشكيل “FSK”، وعندما يتكون انحطاط القناة من مزيج من الضوضاء الغوسية البيضاء المضافة “AWGN” والتداخل متعدد النفاذ.
كما أنّه بالنسبة لعرض نطاق ترددي معين للنظام ولقيمة معينة من “M” يمكن تحسين أداء “BER” للنظام من خلال التحكم في مقدار التداخل، وأنّ الأنظمة ذات التداخل الأمثل تفوقت على الأنظمة التي لا تستخدم تداخل، كما يستخدم النفاذ المتعدد للطيف الموزع “SSMA” إشارات لها عرض نطاق إرسال أكبر بعدة مرات من الحد الأدنى المطلوب لعرض نطاق التردد الراديوي.
يحول تسلسل الضوضاء الزائفة “PN” إشارة النطاق الضيق إلى ضوضاء واسعة النطاق مثل الإشارة قبل الإرسال، ويوفر “SSMA” أيضاً مناعة للتداخل متعدد المسارات وقدرة قوية على الوصول المتعدد ولا يعتبر الوصول المتعدد للطيف الموزع فعالاً للغاية في عرض النطاق الترددي، وعند استخدامه من قبل مستخدم واحد.
ومع ذلك نظراً لأنّ العديد من المستخدمين يستطيعون مشاركة نفس النطاق الترددي للطيف المنتشر دون التداخل مع بعضهم البعض، فإنّ أنظمة الطيف المنتشر تصبح فعالة في عرض النطاق الترددي في بيئة متعددة المستخدمين وهذا هو بالضبط الموقف الذي يهم مصممي الأنظمة اللاسلكية، ونظراً لأنّ التصادمات ضارة جداً بأداء الشبكة فقد تم تطوير طرق للسماح بالإرسال المتعدد على شبكة البث دون التسبب بالضرورة في تدمير الحزمة المتبادل.
وفي “SSMA” ستقوم عمليات الإرسال المتزامنة إلى زيادة قليلة فقط في احتمال الخطأ في البتات لكل مستعمل إذا لم يتم تحميل القناة بشكل كبير، كما يمكن الوصول إلى الحزم الخالية من الأخطاء باعتماد رمز تحكم مناسب، وتتضمن عيوب “SSMA” عرض نطاق إشارة أكبر وتكلفة وصعوبة أكبر للمعدات مقارنةً بـ “CSMA” التقليدي.
- “CSMA” هي اختصار لـ “Carrier-sense-multiple-access”.
- “PN” هي اختصار لـ “pseudo-noise”.
- “FSK” هي اختصار لـ “Frequency-Shift-Key”.
- “DS” هي اختصار لـ “direct-system”.
- “MFSK” هي اختصار لـ “M-ary- Frequency-Shift-Keying”.
- “BFSK” هي اختصار لـ “Binary-Frequency-Shift-Key”.
تطور عمل نظام SSMA
في نظام اتصالات متعدد الوصول متعدد الطيف ذي التسلسل المباشر تتيح عدة إشارات غير متزامنة نفس القناة في نفس الوقت، وتستعمل كل إشارة تسلسل توقيع يتم اختياره للحصول على خصائص ارتباط معينة مرغوبة، وبالنسبة لاتصالات الوصول المتعدد فإنّ الهدف الأساسي هو إمكانية فصل إشارات انتشار الطيف في المستقبل على الرغم من أنّها تستعمل نفس عرض النطاق الترددي في نفس الوقت.
يتم اعتبار هذه المشكلة مهمة في الأقسام التي تلي الأشكال المختلفة لتشكيل الطيف الممتد بالتتابع المباشر بما في ذلك مفتاح إزاحة الطور الثنائي، ومفتاح إزاحة رباعي الأطوار ومفتاح التحول الأدنى، كما ينصب التركيز على تحليل أداء النظام بدلاً من اختيار التسلسل.
يُعد الطيف المنتشر بالتسلسل المباشر بمقاومته المتأصلة لتعدد المسيرات تقنية واعدة للاتصالات اللاسلكية الداخلية، وللسماح لعدة مستخدمين ضمن نطاق ترددي محدود يلزم الوصول المتعدد بتقسيم الكود “CDMA”، ويتم تحليل كفاءة عرض النطاق لأنظمة “M -ary CDMA” في خبو القنوات الراديوية الداخلية متعددة المسارات، كما أنّ إشارات “M -ary” تحسن كفاءة عرض النطاق الترددي بشكل كبير عند مقارنتها بالإشارات الثنائية.
كانت هناك حاجة طويلة الأمد لتقديم خدمات اتصالات عالية الجودة للعديد من مجموعات مسعملي الخدمة المصنفة على أنّها بعيدة أو متنقلة أو كليهما، ويشمل هؤلاء المستعملون أنظمة الهاتف الريفية والشرطة والوكالات الحكومية الأخرى وأنظمة النقل والاستدعاء التجارية وخدمات الطوارئ والهاتف البحري.
وفي الماضي تم تحقيق هذه الاحتياجات جزئياً عن طريق الراديو المتنقل الأرضي، ومع ذلك فقد واجهت هذه الخدمات دائماً عدداً أكبر من المستعملين المحتملين مقارنة بسعة النظام، ولا تقدم توزيعات التردد أو عرض النطاق الطيفي سعة كافية للتعامل في نفس الوقت مع العدد الإجمالي للمستعملين.
