اقرأ في هذا المقال
- ما هو نظام الوصول المتعدد في نظام اتصالات فضاء زمني متعامد
- أساسيات نظام الوصول المتعدد في نظام اتصالات فضاء زمني متعامد
- خصائص نظام OTFS
- تطور نظام OTFS
تتميز (OTFS) بميزة مميزة عند مقارنتها بأشكال موجة الجيل السابق مثل وضع إشارة تحمل المعلومات في مجال دوبلر التأخير بدلاً من الوضع المعتاد لمثل هذه الإشارات في مجال التردد الزمني، وهذه الميزة الفريدة لـ (OTFS) تمكنها من التغلب على عيوب عديدة لشكل موجة شائع للغاية وناجح للغاية، ألّا وهو مضاعفة تقسيم التردد المتعامد (OFDM).
ما هو نظام الوصول المتعدد في نظام اتصالات فضاء زمني متعامد
نظام الوصول المتعدد في نظام اتصالات فضاء زمني متعامد: هو طريقة وجهاز للاتصال اللاسلكي متوافق مع نظام اتصالات التطور طويل الأمد (LTE)، وتتضمن الطريقة تحويل بيانات الإدخال وفقًا لتحويل مساحة التردد المتعامد ثنائي الأبعاد (OTFS) من أجل إنشاء بيانات محولة (OTFS)، وتتضمن الطريقة إنشاء إطار بيانات يحتوي على البيانات المحولة وهيكلية للاستخدام داخل نظام اتصالات (LTE)، كما تتضمن الطريقة إرسال إطار البيانات باستخدام جهاز إرسال متعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM).
- “OTFS” هي اختصار لـ “Orthogonal-Time-Frequency-Space-Modulation”.
- “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal-frequency-division-multiplexing”.
- “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.
أساسيات نظام الوصول المتعدد في نظام اتصالات فضاء زمني متعامد
على مدى العقود القليلة الماضية تطورت الاتصالات اللاسلكية وخاصة تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة بسرعة فائقة، وسميت صناعة الاتصالات المتنقلة التغييرات الرئيسية المختلفة كأجيال وهي (1G) و(2G) .. و(5G) ولقد بدأ العمل في (6G) بالفعل، كما يُعد شكل موجة محتمل لـ (6G) هو تعديل مساحة التردد الزمني المتعامد (OTFS).
كما أنّ (OTFS) أكثر مرونة لتخالف التردد والدوبلر الذي يعد أحد العيوب الرئيسية في (OFDM)، ومن خلال هذه الميزة يمكن لـ (OTFS) دعم تنقل أعلى بالإضافة إلى نطاقات تشغيل ذات تردد أعلى، والتي تُعد أيضاً أحد المتطلبات الرئيسية لتقنيات الجيل التالي من الاتصالات اللاسلكية، كما يظل تعقيد تنفيذ (OTFS) مشابهاً لتعقيد (OFDM)، ولقد وجد أنّ (OTFS) يوفر ميزة (SNR) كبيرة ومرونة أعلى وانخفاض (PAPR) وتسرب أقل للإشارة خارج النطاق، وكفاءة طيفية أعلى لعدة مستخدمين من تلك التي في (OFDM).
من المتوقع أن توفر الشبكات اللاسلكية المستقبلية اتصالات عالية السرعة وفائقة الموثوقية لمجموعة واسعة من تطبيقات الأجهزة المحمولة الناشئة، بما في ذلك الألعاب عبر الإنترنت وأنظمة النقل من السيارة إلى كل شيء (V2X)، وأنظمة السكك الحديدية عالية السرعة.
تعاني الاتصالات في سيناريوهات التنقل العالي من انتشارات دوبلر الشديدة للقناة والتي تتطلب شكل موجة تعديل جديد يشار إليه باسم مساحة التردد المتعامد الزمني (OTFS)، و(OTFS) هو مخطط تعديل ثنائي الأبعاد (2D) جديد، حيث يتم مضاعفة رموز المعلومات في مجال تأخير دوبلر (DD) بدلاً من مجال التردد الزمني (TF) مثل تقنيات التشكيل التقليدية، كما يوفر (OTFS) إمكانية احتضان التأخير المحلي واضمحلال دوبلر وتحويل القنوات الانتقائية للتردد الزمني إلى قناة ثابتة في مجال (DD).
يحول القنوات الانتقائية للتردد الزمني إلى قناة ثابتة في مجال (DD)، بحيث تتمتع (OTFS) بتنوع التردد الكامل للقناة وهو المفتاح لتوفير عمليات إرسال موثوقة للاتصالات عالية التنقل في (6G)، ومن ناحية أخرى فإنّ دمج وظيفة استشعار الراديو في أنظمة الاتصالات اللاسلكية يمكّن العقدة من تتبع بيئتها المتغيرة ديناميكياً بشكل مستمر والتفاعل وفقاً لذلك.
- “SNR” هي اختصار لـ “signal-to-noise-ratio”.
- “TF” هي اختصار لـ “time-frequency”.
- “DD” هي اختصار لـ “Doppler-delay”.
- “V2X” هي اختصار لـ “Vehicle-to-Everything”.
- “PAPR” هي اختصار لـ “Peak-to-average-power-ratio”.
خصائص نظام OTFS
الغرض المزدوج لاستخدام الإشارات اللاسلكية لكل من الاستشعار والاتصال قادر على تحسين كفاءة الموارد أي الطيف والطاقة، وتقليل حجم النظام وتقليل تكلفة النظام، وبالإضافة إلى ذلك فإنّ تعديل (OTFS) يحول بشكل فعال قناة متغيرة الوقت إلى قناة فعالة ثنائية الأبعاد ثابتة في مجال (DD)، حيث تظهر الخصائص الجذابة مثل القابلية للفصل والاكتناز والاستقرار، وربما التباين ويمكن استغلالها من أجل (OTFS) تصميمات النظام.
تتميز (OTFS) بميزة مميزة عند مقارنتها بأشكال موجية من الجيل السابق بحيث يتم وضع إشارة تحمل المعلومات في مجال دوبلر التأخير، بدلاً من الوضع المعتاد لمثل هذه الإشارات في مجال التردد الزمني وهذه الميزة الفريدة لـ (OTFS) تمكنها من التغلب على العديد من عيوب شكل موجة شائع للغاية وناجح للغاية، وبالتحديد مضاعفة تقسيم التردد المتعامد (OFDM) ومن المعروف أنّ (OTFS) أكثر مرونة لتخالف التردد من (Doppler) الذي يعد أحد العيوب الرئيسية في (OFDM).
باستخدام هذه الميزة يمكن لـ (OTFS) دعم تنقل أعلى بالإضافة إلى نطاقات تشغيل ذات تردد أعلى والتي تعد أيضًا أحد المتطلبات الرئيسية لتقنيات الجيل التالي من الاتصالات اللاسلكية، كما يظل تعقيد تنفيذ (OTFS) مشابهاً لتعقيد (OFDM)، ويوفر (OTFS) ميزة (SNR) كبيرة ومرونة أعلى وانخفاض (PAPR) وتسرب أقل للإشارة خارج النطاق، وكفاءة طيفية أعلى لعدة مستخدمين من تلك الموجودة في (OFDM).
مصفوفة (M) تحتوي على تعدد رموز المعلومات في مصفوفة ثنائية الأبعاد لرموز تعديل فضاء الوقت المتعامد (OTFS) عن طريق نشر تعدد رموز المعلومات، عبر كل من الوقت والتردد من خلال مجموعة مناظرة من وظائف الأساس ثنائية الأبعاد، حيث تكون التعددية المقابلة لها من وظائف الأساس ثنائية الأبعاد متعامدة بشكل متبادل فيما يتعلق بالوقت والتردد، وحيث يتم ترتيب مجموعة رموز تعديل (OTFS) في إطار تردد زمني جنباً إلى جنب مع واحد أو أكثر من رموز الوصول المتعدد المتعامد لتقسيم التردد (OFDM) وفيها (N) و(M) هي أعداد صحيحة.
يتم استخدام تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM) حالياً لتعديل المعلومات في أنظمة (4G) و(5G) الحالية، نظراً لقدرتها على تجنب التداخل بين الرموز في أنظمة الاتصالات عريضة النطاق وأيضًا بسبب انخفاض التعقيد والتعديل، ومع ذلك عندما تكون سرعة الهاتف المحمول عالية جداً كما هو الحال في القطارات والطائرات عالية السرعة، فإنّ التحول الدوبلري في الإشارة المستقبلة يؤدي إلى تداخل بين الموجات الحاملة ممّا يقلل بشدة من أداء احتمالية الخطأ.
تطور نظام OTFS
إنّ تعديل (OTFS) المصمم بشكل صحيح سيحل بالتأكيد مشكلة الموثوقية المنخفضة في أنظمة اتصالات المستويات، والهدف هو فهم القناة اللاسلكية في سيناريو الطائرات عالية السرعة وتصميم تعديل (OTFS) الأمثل الذي يضمن اتصالًا موثوقاً به في ظل قيود وقت الاتصال أو عرض النطاق أو قدرة الإرسال المحددة ومتطلبات معدل البيانات.
من المتصور أن تدعم أنظمة الاتصالات اللاسلكية المستقبلية المتطلبات المتنوعة التي تشمل سيناريوهات تطبيقات عالية الحركة مثل القطارات عالية السرعة، والاتصالات من مركبة إلى مركبة ومن مركبة إلى البنية التحتية، والطبيعة الديناميكية للقنوات اللاسلكية في مثل هذه السيناريوهات تجعلها ذات طبيعة تشتت مضاعف، كما يًعد تعديل مساحة التردد الزمني المتعامد (OTFS) تقنية تعديل ثنائية الأبعاد (2D) حديثة مناسبة بشكل خاص للقنوات اللاسلكية ذات التشتت المزدوج.
الميزة الأساسية لتشكيل (OTFS) هي أنّ رموز المعلومات في تشكيل (OTFS) يتم تعدد إرسالها في مجال دوبلر التأخير بدلاً من مجال التردد الزمني، كما هو الحال في تقنيات التشكيل التقليدية متعددة الموجات الحاملة، وتتمثل ميزة إرسال الإشارات في مجال دوبلر التأخير في أنّ القناة التي تتغير بسرعة في الوقت تظهر كقناة متفرقة متغيرة ببطء عند عرضها في مجال دوبلر التأخير، ممّا يبسط تقدير القناة في القنوات اللاسلكية المتغيرة بسرعة.
