يمكن تحقيق مكاسب الترميز عن طريق تشفير البيانات الثنائية مباشرة إلى كلمات مشفرة متعددة الأبعاد والتي تتحايل على تعيين رمز (QAM) الذي تستخدمه تقنيات تشفير (CDMA) التقليدية، وعلاوة على ذلك يمكن تحقيق الوصول المتعدد عن طريق تعيين دفاتر رموز مختلفة لطبقات متعددة متعددة الإرسال، كما يمكن استخدام كلمات التشفير المتفرقة لتقليل تعقيد معالجة النطاق الأساسي على جانب المستقبل من الشبكة، حيث يمكن اكتشاف كلمات التشفير المتفرقة داخل كلمات التشفير متعددة الإرسال وفقًا لخوارزميات تمرير الرسائل (MPAs).
أساسيات نظام SCMA
يتم توفير طريقة لتعدد إرسال البيانات، بحيث تتضمن الطريقة تلقي أول بيانات ثنائية مرتبطة بطبقة أولية متعددة الإرسال، وترميز البيانات الثنائية الأولى عن طريق اختيار كلمة مرور أولية من كتاب كود أول وتعدد إرسال أول كلمة مشفرة بكلمة كود ثانية على الأقل من كتاب كود ثانٍ إلى الحصول على كلمات مشفرة متعددة.
كما يتم تخصيص دفتر الشفرات الأول حصريًا للطبقة الأولى متعددة الإرسال، بينما يتم تخصيص دفتر الشفرات الثاني حصريًا لطبقة مضاعفة الإرسال الثانية، وتتضمن الطريقة كذلك إرسال كلمات الترميز متعددة الإرسال عبر الموارد المشتركة للشبكة، ويتم أيضًا توفير جهاز لتنفيذ هذه الطريقة.
يتم استقبال إشارة تحمل كلمات مشفرة متعددة الإرسال، وتتضمن كلمات الترميز متعددة الإرسال كلمات مشفرة تنتمي إلى العديد من دفاتر الرموز، مع تخصيص كل دفتر رموز لطبقة متعددة الإرسال مختلفة وتتضمن كذلك تحديد كلمات مشفرة أولى ضمن كلمات الترميز متعددة الإرسال، بواسطة مستقبل مرتبط بطبقة أولى متعددة الإرسال.
تنتمي كلمة الرمز الأولى إلى دفتر الشفرات المخصص حصريًا للطبقة الأولى متعددة الإرسال وتتضمن فك ترميز أول كلمة مشفرة للحصول على ثنائي أول ويتم أيضًا توفير جهاز لتنفيذ هذه الطريقة، وأمّا تقنية الترميز (SCMA) فإنّها تقوم بتشفير تدفقات البيانات الثنائية مباشرة إلى كلمات مشفرة متعددة الأبعاد.
من خلال ترميز البيانات الثنائية مباشرة إلى كلمات ترميز متعددة الأبعاد، فإنّ تقنيات ترميز (SCMA) تتحايل على تعيين رمز (QAM)، وبالتالي تحقيق مكاسب ترميز على ترميز (CDMA) التقليدي وأنّ تقنيات ترميز (SCMA) تنقل البيانات الثنائية باستخدام كلمة الترميز متعددة الأبعاد، بدلاً من رمز (QAM).
وعلاوة على ذلك توفر تقنيات ترميز (SCMA) وصولاً متعددًا من خلال تعيين دفتر رموز مختلف لكل طبقة متعددة الإرسال، بدلاً من استخدام تسلسل انتشار فريد وكما هو شائع في ترميز (CDMA) التقليدي وتشتمل دفاتر الترميز (SCMA) على كلمات مشفرة متفرقة، بحيث يمكن للمستقبلات استخدام خوارزميات تمرير الرسائل منخفضة التعقيد (MPAs) لاكتشاف كلمات الترميز الخاصة بها بين كلمات الترميز متعددة الإرسال، ممّا يقلل من تعقيد معالجة النطاق الأساسي على جانب المستقبل.
بينما في سياق البيانات الثنائية، فإنّه يمكن التطبيق بشكل متساوٍ على أنواع أخرى من البيانات مثل بيانات (M-ary)، ويتوفر النفاذ المتناثر للشفرة (SCMA) ومنهجية تصميم متعددة المراحل دون المستوى الأمثل لـ (SCMA) ومنهجية تصميم لتوقيعات (LDS)، وخوارزمية تمرير الرسائل القائمة على الرموز لاكتشاف (SCMA).
- “LDS” هي اختصار لـ “Low Density Signatures”.
- “SCMA” هي اختصار لـ “Sparse Code Multiple Access”.
- “MPAs” هي اختصار لـ “Message passing algorithms”.
- “CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division Multiple Access”.
- “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation”.
مزايا SCMA
- منهجية تقييم مخطط (EXIT) المعتمدة لهياكل (SCMA) و(LDS).
- (SCMA) هو مخطط وصول متعدد جديد يمكن استخدامه كتقنية شكل موجي أو وصول واعدة لمعيار (5G).
- تتمتع (SCMA) بميزة محتملة لتتفوق على (LDS) في الأداء.
- (SCMA) الذي لديه القدرة على تحسين إنتاجية الشبكة اللاسلكية أو تمكين إرسال (UL) أو (DL) أو (D2D) أو (M2M) بدون منح.
- وجود الكم الهائل من المحطات الأساسية والمطاريف في الشبكة.
ملاحظة:“UL” هي اختصار لـ “Uplink” و”D2D” هي اختصار لـ “Device-to-Device”.
ملاحظة:“M2M” هي اختصار لـ “Machine-to-machine” و”DL” هي اختصار لـ “Downlink”.
خصائص SCMA
- الوصول المتنوع للترميز المتعدد (SCMA) هو مخطط الوصول أو الترميز المتعدد.
- يتم ترميز بيانات المجال الثنائي مباشرةً إلى كلمات مشفرة ذات نطاق معقد متعدد الأبعاد.
- يمكن تحقيق الوصول المتعدد عن طريق إنشاء العديد من دفاتر الرموز لكل طبقة.
- كلمات الترميز الخاصة بكتب الشفرات قليلة، بحيث تكون تقنية (MPA) للكشف عن المستخدمين المتعددين قابلة للتطبيق للكشف عن الكلمات المشفرة متعددة الإرسال ذات التعقيد المعتدل.
مبدأ عمل تقنية SCMA
يقوم مشفر (SCMA) بتعيين البيانات الثنائية المستلمة من مشفر (FEC) مباشرة إلى كلمات مشفرة متعددة الأبعاد للحصول على دفق البيانات المشفر (x1 ، x2 ، x3 ، x4)، بحيث قد تنتمي الكلمات المشفرة متعددة الأبعاد إلى دفاتر شفرات متعددة الأبعاد مختلفة، حيث يرتبط كل كتاب كود بطبقة مختلفة متعددة الإرسال.
قد تتضمن الطبقات متعددة الإرسال أي طبقة يمكن من خلالها توصيل تدفقات بيانات متعددة عبر الموارد المشتركة لشبكة ما، وعلى سبيل المثال قد تشتمل الطبقات متعددة الإرسال على طبقات مكانية متعددة المدخلات ومخرجات متعددة (MIMO)، ونغمات الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDMA) وطبقات الوصول المتعدد بالتقسيم الزمني (TDMA) وغيرها.
- “TDMA” هي اختصار لـ “Time Division Multiple Access”.
- “MIMO” هي اختصار لـ “multiple input, multiple output”.
- “OFDMA” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiple access”.
- “FEC” هي اختصار لـ “Forward error correction”.
أولاً: الاستقبال عن طريق جهاز إرسال
يتم استقبال بيانات أول ثنائية أو بيانات (M-ary) مرتبطة بطبقة مجال رمز أول من مجموعة طبقات مجال الكود وبيانات ثنائية ثانية، أو بيانات (M-ary) مرتبطة بطبقة مجال رمز ثانية من تعدد مجال الكود طبقات.
ثانياً: الترميز
1- بواسطة جهاز الإرسال
البيانات الثنائية أو بيانات (M-ary) الأولى عن طريق تعيين أول بيانات ثنائية أو بيانات (M-ary) إلى كلمة تشفير أولية متفرقة مرتبطة بقيمة أول ثنائية، أو (M-ary) لأول بيانات ثنائية أو بيانات M-ary والمرتبطة بها مع طبقة مجال الكود الأولى، وأول كلمة مشفرة متفرقة تشتمل على متجه أول والمتجه الأول يتضمن أول عنصر صفري واحد على الأقل وأول عنصر واحد على الأقل غير صفري.
2- الترميز بواسطة المرسل
البيانات الثنائية الثانية أو بيانات (M-ary) عن طريق تعيين البيانات الثنائية الثانية أو بيانات (M-ary) إلى كلمة تشفير ثانوية متفرقة مرتبطة بقيمة ثنائية، أو (M-ary) ثانية من البيانات الثنائية أو بيانات (M-ary) والمرتبطة بها مع طبقة مجال الكود الثانية، والكلمة المشفرة المتفرقة الثانية التي تشتمل على متجه ثانٍ والمتجه الثاني يتضمن عنصرًا صفريًا واحدًا على الأقل وثانيًا عنصرًا واحدًا على الأقل غير صفري.
ثالثاً: النقل بواسطة جهاز الإرسال
أول كلمة مشفرة متفرقة وكلمة ترميز متفرقة ثانية عبر الموارد المشتركة لشبكة ما. يتم توفير طريقة لتصميم كود الوصول المتعدد للتعليمات البرمجية المتفرقة (SCMA)، بحيث تتضمن الطريقة إنشاء مجموعة من دفاتر الشفرات متعددة الأبعاد، وتوليد مجموعة من دفاتر الشفرات المتفرقة من مجموعة دفاتر الشفرات متعددة الأبعاد، كما يتم أيضاً توفير طريقة لتصميم التوقيعات منخفضة الكثافة (LDS).
