اقرأ في هذا المقال
يُعد تقنية (UFMC) بأنّه مخطط بديل متعدد الموجات الحاملة لـ (FBMC)، حيث يتم الترشيح لمجموعة من الموجات الحاملة الفرعية بدلاً من الموجة الحاملة الفرعية الفردية، كما إنّه نظام متعدد الموجات الحاملة يعتمد على عملية ترشيح النطاق الفرعي للعمليات غير المتزامنة، وتعمل عملية الترشيح على تقليل مستويات الأقسام الجانبية خارج النطاق، وبالتالي تقليل التداخل بين الموجات الحاملة (ICI) بين المستخدمين المتجاورين.
ما هي تقنية الموجات الحاملة UFMC
تقنية الموجات الحاملة (UFMC): هي عبارة عن تقنية شكل موجي غير متعامد متعدد الوصول (NOMA) لأنظمة (5G) اللاسلكية، وهي تجمع بين بساطة تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM) مع ميزة مرشح بنك متعدد الناقل (FBMC).
- “UFMC” هي اختصار لـ “Universal-Filtered-Multi-Carrier”.
- “NOMA” هي اختصار لـ “Non-orthogonal-multiple-access”.
- “FBMC” هي اختصار لـ “Filter-bank-multi‐carrier”.
- “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal-frequency-division-multiplexing”.
- “ICI” هي اختصار لـ “Inter-Carrier-Interference”.
أساسيات تقنية UFMC
في أنظمة الاتصالات المتزامنة بسبب عيوب المعدات وتحول دوبلر، من المستحيل الحصول على معرفة كاملة بتردد الموجة الحاملة، بحيث يتم فحص تأثير إزاحة تردد الموجة الحاملة (CFO) لنظام (UFMC) ومقارنة النتائج بأداء أنظمة تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد، والمبني على البادئة الدورية (CP-OFDM) مع تقنيات الكشف المختلفة.
وإنّ الحد الأدنى لمتوسط الخطأ المربع (MMSE) بتم فيه توسيع أنظمة (UFMC) لتشمل المستخدمين المتعددين (MU-UFMC) و(MIMO-UFMC) باستخدام تقنية الكشف المثلى، وتقييم الأداء عن طريق حساب معدل خطأ الرمز (SER) فيما يتعلق بنسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR)، كما أنّه بالنسبة لأداء (SER) بالنسبة لبيئات الاتصال المختلفة، فإنّ نظام (UFMC) أفضل من (OFDM) لمستخدم واحد ومستخدم متعدد، ويتفوق (UFMC) مع تقنية اكتشاف (MMSE) على (OFDM) في حالة المستخدمين المتعددين.
تحتاج أنظمة (5G) اللاسلكية إلى استيعاب عدد أكبر من الاتصالات اللاسلكية لدعم التطبيقات الحالية والمستقبلية بشكل أفضل مثل آلة إلى آلة (M2M)، وإنترنت الأشياء (IoT) واتصالات (MIMO) الضخمة وغيرها الكثير التي تتطلب جودة الخدمة (QoS)، مثل التأخير والموثوقية وكفاءة الطاقة الطيفية العالية ولمواجهة هذه التحديات والمتطلبات، يلزم إجراء تغييرات مختلفة في الطبقة المادية والطبقات العليا لدعم المتطلبات الحالية للتقنيات اللاسلكية.
وعلى وجه الخصوص يجب إعادة النظر في تصميم شكل الموجة لـ (5G) لأنّ تقنية (OFDM) قد لا تكون مناسبة للـ (WA) في المستقبل ونظراً لفاصل وقت الإرسال الأطول (TTI)، ويتم اعتماد مخطط إرسال متعدد الموجات للتغلب على مشكلة تداخل الموجات الحاملة (ICI) في أنظمة تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM)، ويتم تطبيق عملية ترشيح على مجموعة من الموجات الحاملة الفرعية المتتالية، مثل تخصيص معين لمستخدم واحد من أجل تقليل مستويات الفص الجانبي خارج النطاق وبالتالي تقليل (ICI) المحتمل بين المستخدمين المتجاورين في حالة الإرسال غير المتزامن.
كما يتم اعتبار تقنية استقبال منسقة متعددة النقاط (CoMP)، حيث يرسل عدد من المحطات القاعدية (BSs) الإشارات المستلمة من معدات المستخدم (UEs) إلى الوحدة المركزية (CCU) للكشف عن المفاصل ومعالجتها، وتحديد تأثير إزاحة تردد الموجة الحاملة (CFO) على الأداء ومقارنة أداء أنظمة تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد القائمة على بادئة دورية (CP-OFDM)، ويتم استخدام تجارب الكمبيوتر لتوضيح كفاءة مخطط الناقل المتعدد.
- “CFO” هي اختصار لـ “Carrier-frequency-offset” و”CP-OFDM” هي اختصار لـ “Cyclic-Prefix-Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing”.
- “CCU” هي اختصار لـ “Central-Control-Unit” و”CoMP” هي اختصار لـ “Coordinated-Multi-Point-transmission-and-reception”.
- “TTI” هي اختصار لـ “Transmission-Time-Interval” و”M2M” هي اختصار لـ “Machine-to-machine”.
- “QoS” هي اختصار لـ “Quality-of-service” و”MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-input-multiple-output”.
- “MMSE” هي اختصار لـ “Minimum-Mean-Squared-Error” و”SNR” هي اختصار لـ “signal-to-noise-ratio”.
- “SER” هي اختصار لـ “Symbol-Error-Rate” و”UE” هي اختصار لـ “User-Equipment”.
مبدأ تقنية UFMC
إنّ مخطط (UFMC) يتفوق في الأداء على OFDM في تزامن الترددات الكاملة وغير المثالية بين تجهيزات المستعمل والمحطات القاعدة، واعتماد تقنيات اتصال منسقة متعددة النقاط (CoMP) لأنظمة (OFDM) في معيار (3GPP LTE-Advanced) من أجل تخفيف التداخل بين الخلايا، وتحسين أداء النظام خاصة لمستخدمي حافة الخلية، وفي الشبكات اللاسلكية متعددة الخلايا يحقق (CoMP) هذه الأهداف من خلال التعاون بين عدة محطات قاعدة منفصلة جغرافيًا (BS)، حيث يمكن النظر في التعاون في نقل البيانات في الوصلة الهابطة أو استقبال إشارات المستخدمين في الوصلة الصاعدة.
تستخدم الوصلة الهابطة نهج الإرسال المشترك (JT) أو الجدولة المنسقة أو تشكيل الحزمة المنسق (CS / CB) لإلغاء التداخل بشكل فعال ويقوم (Uplink CoMP) بإجراء استقبال مشترك (JR)، حيث تقوم محطات قاعدية متعددة بمعالجة الإشارات المستلمة من معدات المستخدم (UEs) في وقت واحد لتحسين جودة الإشارات المكتشفة.
يمكن استخدام الأنظمة اللاسلكية في مختلف المجالات زتتطلب هذه الأنظمة اللاسلكية آلية مرنة لتخصيص موارد الوقت والتردد المتاحة، ويُعد تعيين التكرار الزمني لإطار العمل أمرًا مزعجًا للغاية في أطر (OFDM) العادية، وكان الإجراء متعدد النواقل تقنية مذهلة في تطوير إطار عمل المراسلات عن بُعد المستمر مثل (LTE) و(4G) و(5G)، ويتم فحص تعدد الإرسال بتقسيم التكرار المتماثل (OFDM) على نطاق واسع ممّا يشير إلى أنّه يحتوي على أوجه قصور مختلفة، ممّا يجعل استخدامه أقل فائدة مقارنة مع (UFMC).
والحامل المتعدد المرشحة العالمي (UFMC) هو شكل موجة جديد واعد يزيل البادئة الدورية ويقوم بالترشيح على جزء من الموجات الحاملة الفرعية المتعاقبة، لذلك فهي مناسبة للتطبيقات التي تتطلب كفاءة طيفية عالية وزمن انتقال منخفض، ومع ذلك قد يكون عرض النطاق المحدود عقبة أمام الاتصال الموثوق به في القنوات الانتقائية للترددات، واعتماد بنية إرسال جديدة لنظام الاتصال اللاسلكي للوصلة الصاعدة على أساس شكل الموجة (UFMC).
- “3GPP” هي اختصار لـ “The-3rd-Generation-Partnership-Project”.
- “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.
الهدف من تقنية UFMC
الفكرة الأساسية هي السماح للمستخدم بنقل معلوماته على أكثر من نطاق فرعي واحد في وقت واحد ممّا يزيد من متانته ضد انتقائية التردد، وللقضاء على التداخل متعدد المستخدمين الناجم عن استراتيجية الإرسال المتداخلة يتم تصميم جهاز استقبال تكراري بإلغاء التداخل المتوازي، ويتم إجراء عمليات محاكاة لأداء معدل خطأ الرمز للتحقق من صحة تصميم جهاز الإرسال والاستقبال، ولقد وجد أنّ المخطط المقترح يتفوق على تصميم (UFMC) الحالي دون التضحية بأي مقاييس أداء أخرى، مع زيادة التعقيد بشكل معتدل فقط.
كما أنّ أشكال الموجة المطلوبة المقابلة يجب أن تكون قادرة على التعامل مع أكبر قدر ممكن من أنواع الحركة في نفس النطاق، ويتم مقارنة ثلاثة أشكال موجية متعددة الموجات مرشحة للواجهة الهوائية لـ (5G)، وهي البادئة الدورية الأصلية (OFDM) المطبقة في أنظمة (4G) اليوم، ومرشح (FBMC) و(UFMC) وستكون هذه الأشكال الموجية الجديدة أكثر قوة في مواجهة مشكلة تزامن التردد الزمني، ولديها القدرة على مزج مواصفات مختلفة للحركة، وكما تدعم سيناريوهات تجزئة الطيف بسبب التحسن في توطين الطيف.
في نفس الوقت فهي تدعم جميع سيناريوهات وتطبيقات المدخلات والمخرجات المتعددة (MIMO)، كما أظهرت نتائج المحاكاة أنّ هناك فرقًا جيدًا في كفاءة التردد الزمني لإرسال رشقات نارية صغيرة جداً، حيث يكون وقت الاستجابة مطلوبًا مثل الاتصالات من سيارة إلى سيارة، وبسبب البادئة الدورية التي يعاني منها (FBMC) و(CP-OFDM) عند إرسال رشقات قصيرة، يتفوق (UFMC) على (CP-OFDM) بنسبة (10%) لأي حالة و(FBMC) للحزم القصيرة جدًا وهو مشابه لـ (FBMC) للتسلسلات الطويلة.
