اقرأ في هذا المقال
تدعم الألياف الضوئية مجتمع المعلومات العالمي وقد شهدت تطوراً مذهلاً على مدى العقود الأربعة الماضية وكما يمكن للأنظمة التجارية المنتشرة حالياً، والتي تعتمد على ألياف أحادية النمط أن تنقل معدلات بيانات تزيد عن “10 تيرابايت / ثانية” لكل ليف.
أساسيات تشكيل الإشارة
تنتشر الألياف أحادية الوضع على نطاق واسع للبنية التحتية للاتصالات العالمية وتحمل حالياً أكثر من “99%” من حركة الإنترنت العالمية، وهي مكون رئيسي في الشبكات الأساسية للهواتف المحمولة والإنترنت، وأصبح استمرار هذا النمو الهائل في الإنتاجية مقيداً بسبب التشوه غير الخطي المعتمد على الطاقة في الألياف أحادية النمط الناشئة عن ظاهرة تُعرف باسم تأثير كير، ويعتبر التخفيف من عدم خطية الألياف حالياً مجالاً للبحث المكثف.
ويمكن استخدام تشكيل الإشارة لزيادة معدلات إرسال النظام البصري، كما يمكن تصنيف تشكيل الإشارة على نطاق واسع إلى تشكيل هندسي واحتمالي، وفي التشكيل الهندسي يتغير شكل الكوكبة وعلى سبيل المثال عن طريق اختيار نقاط كوكبة من شبكة غير متباعدة بشكل متساوٍ، وفي التشكيل الاحتمالي يتم اختيار احتمالات نقاط الكوكبة من التوزيع غير المنتظم.
في حين أنّ كلا الأسلوبين معروفان جيداً ومفهومان جيداً لقناة “AWGN” الخطية، إلّا أنّ تصميمهما وإمكانياتهما غير واضحين بالنسبة لقناة الألياف الضوئية غير الخطية، وبالنسبة لقناة “AWGN” يكون كسب التشكيل النهائي هو “1.53 ديسيبل”، ومكسب التشكيل النهائي للقناة غير الخطية غير معروف لكنّ بعض النتائج الأولية تظهر أنّه في بعض الأنظمة يمكن أن يصل هذا الرقم إلى “1.88 ديسيبل”.
- “AWGN” هي اختصار لـ “Additive-white-Gaussian-noise”.
مبدأ تشكيل الإشارة
تنتشر أشكال موجة الإشارة في العديد من أنظمة الاتصال والتخزين والاستشعار والقياسات والمراقبة وفي بعض الحالات يتم إرسال واستقبال أشكال موجة مختلفة، مثل أشكال موجات التردد الراديوي أو أشكال الموجات الصوتية أو أشكال الموجات الضوئية، ومن خلال أنواع مختلفة من وسائط الاتصال مثل الهواء أو تحت الماء أو عبر الفضاء الخارجي.
في بعض الحالات ترسل أشكال الموجة “RF” المعلومات التي يتم تشكيلها على شكل موجة حاملة واحد أو أكثر يعمل على ترددات “RF”، وفي الحالات الأخرى تكون أشكال موجات التردد الراديوي هي نفسها معلومات مثل مخرجات أجهزة الاستشعار أو المجسات، وعادةً ما تتم معالجة المعلومات التي يتم نقلها في أشكال موجات التردد اللاسلكي أو تخزينها أو نقلها من خلال أشكال الاتصال الأخرى، مثل من خلال ناقل نظام داخلي في جهاز كمبيوتر أو عبر شبكات محلية أو واسعة النطاق.
وفقاً لأحد الجوانب يتم تنفيذ طريقة بواسطة معالج واحد أو أكثر تم تكوينه لتدريب شبكة أو أكثر من شبكات التعلم الآلي لمعالجة المعلومات المنقولة عبر قناة اتصال، حيث تتضمن الطريقة:
- تحديد المعلومات الأولى للإرسال عبر قناة اتصال.
- توليد أول إشارة “RF” لإرسالها عبر قناة الاتصال عن طريق معالجة المعلومات الأولى باستخدام شبكة التعلم الآلي للتشفير.
- تحديد إشارة “RF” ثانية تمثل أول إشارة “RF” تم تغييرها عن طريق الإرسال عبر قناة الاتصال.
- تحديد الخاصية الأولى لإحدى إشارات التردد الراديوي الأولى على الأقل أو إشارة التردد الراديوي الثانية.
- حساب أول قياس للمسافة بين القيمة المستهدفة للخاصية الأولى والقيمة الفعلية لواحدة على الأقل من إشارة “RF” الأولى أو إشارة “RF” الثانية، والتي تولد المعلومات الثانية كإعادة بناء للمعلومات الأولى عن طريق معالجة إشارة “RF” الثانية باستخدام شبكة التعلم الآلي لفك التشفير.
- حساب مقياس ثانٍ للمسافة بين المعلومة الأولى والمعلومات الثانية.
- تحديث واحد على الأقل من شبكة التعلم الآلي الخاصة بجهاز التشفير أو شبكة التعلم الآلي الخاصة بفك الشفرة بناءً على المقياس الأول للمسافة بين القيمة الفعلية، والقيمة المستهدفة للممتلكات الأولى والمقياس الثاني للمسافة بين المعلومة الأولى والثانية.
ملاحظة:“RF” هي اختصار لـ “Radio-frequency”.
تطور عمل مبدأ تشكيل الإشارة
تتضمن عملية تحديث شبكة واحدة على الأقل من شبكة التعلم الآلي لجهاز التشفير أو شبكة التعلم الآلي الخاصة بفك التشفير ما يلي:
- تحديد وظيفة موضوعية بما في ذلك المقياس الأول للمسافة والمقياس الثاني للمسافة.
- حساب معدل تغيير الوظيفة الموضوعية بالنسبة للاختلافات في واحدة على الأقل من شبكة التعلم الآلي للتشفير أو شبكة التعلم الآلي الخاصة بفك التشفير.
- تحديد قيمة الهدف للوظيفة الموضوعية باستخدام معدل تغيير الوظيفة الهدف بالنسبة إلى الاختلافات في واحدة على الأقل من شبكة التعلم الآلي الخاصة بأداة التشفير، أو شبكة التعلم الآلي الخاصة بفك التشفير وتتوافق قيمة الهدف مع قيمة تقع ضمن نطاق محدد مسبقاً من حد أدنى لوظيفة الهدف.
كما قد تتضمن عملية تحديث شبكة واحدة على الأقل من شبكة التعلم الآلي الخاصة بأداة التشفير أو شبكة التعلم الآلي لوحدة فك التشفير، تحديد وزن أول واحد على الأقل لشبكة التعلم الآلي لجهاز التشفير أو الوزن الثاني لجهاز فك التشفير، حيث يتيح الوزن الأول أو الوزن الثاني الوظيفة الموضوعية لتحقيق قيمة الهدف.
وفي بعض الأمثلة تتضمن عملية تحديد الوزن الأول على الأقل لشبكة التعلم الآلي الخاصة بجهاز التشفير أو الوزن الثاني لشبكة التعلم الآلي الخاصة بفك التشفير، وتحديد وزن واحد على الأقل من الوزن الأول لشبكة التعلم الآلي لجهاز التشفير أو الوزن الثاني لشبكة التعلم الآلي لوحدة فك التشفير لتحقيق:
- قيمة أولى على الأقل ضمن نطاق محدد مسبقاً من قيمة قصوى أو أدنى قيمة للمقياس الأول للمسافة.
- قيمة ثانية يقع ضمن نطاق محدد مسبقًا من قيمة دنيا للمقياس الثاني للمسافة.
وفي بعض التطبيقات ينتج عن التحديث قيمة للمقياس الأول للمسافة أقل من أو أعلى من العتبة الأولى المحددة مسبقاً، وقيمة المقياس الثاني للمسافة أقل من العتبة الثانية المحددة مسبقاً وفي بعض الأمثلة تتضمن الخاصية الأولى شكلاً طيفياً مستهدفاً لواحدة على الأقل من إشارة “RF” الأولى، أو إشارة “RF” الثانية.
وتشمل عملية حساب القياس الأول للمسافة تحديد مقياس مسافة التشكيل والذي يمثل فرقًا بين الهدف شكل طيفي وشكل طيفي لإحدى إشارات التردد الراديوي الأولى على الأقل، أو إشارة التردد الراديوي الثانية وعلى سبيل المثال قد تتضمن عملية تحديد مقياس مسافة التشكيل حساب:
- مجموع الفروق التربيعية بين الشكل الطيفي لإشارة التردد الراديوي الأولى والشكل الطيفي المستهدف لإشارة التردد الراديوي الأولى.
- مجموع تربيع الاختلافات بين الشكل الطيفي المستهدف لإشارة التردد الراديوي الأولى والحد الأقصى بين الشكل الطيفي لإشارة التردد الراديوي الأولى وقيمة العتبة المحددة مسبقًا.
كيفية تشكيل إشارة المرسل
يشتمل المرسل على دائرة غير خطية واحدة على الأقل ودائرة تشكيل ذات كثافة طيفية للقدرة “PSD” ويمكن تشغيل دائرة تشكيل “PSD” لاستقبال رمز إشارة مشكلة، حيث يتوافق الرمز مع أول واحد أو أكثر من صناديق التردد ودائرة تشكيل “PSD” قابلة للتشغيل لإجراء معالجة تكرارية للرمز، حيث تشتمل كل عملية تكرار للمعالجة على:
- توليد إشارة ما قبل التشويه بناءً على نموذج لدائرة غير خطية واحدة على الأقل، حيث تتوافق الإشارة غير الخطية المشوهة مع ثانية حاوية تردد واحدة أو أكثر.
- مجموعة من الرمز أو نسخة مشوهة مسبقاً من الرمز مع الإشارة المشوهة غير الخطية، وقد يشتمل توليد الإشارة المشوهة مسبقاً على توليد إشارة مشوهة غير خطية، وتعديل واحد أو أكثر من مكونات الإشارة المشوهة غير الخطية.
ملاحظة:“PSD” هي اختصار لـ “Power-Spectral-Density”.
