شبكة حزم DS-CDMA مع الوصول العشوائي في الاتصالات

في الشبكات اللاسلكية الحديثة متعددة المستخدمين، تُبذل جهود كبيرة لاستخدام موارد الطيف الراديوي النادرة بأكثر الطرق فعالية، كما تستخدم طرق تحسين أداء شبكات تبديل الحزم مع حركة المرور المتدفقة عادةً تقنيات إرسال متقدمة مثل الوصول المتعدد بتقسيم الكود (CDMA)، أو بروتوكولات الوصول إلى الوسائط المتقدمة مثل خوارزميات الشجرة أو المكدس لتحليل التصادم، كما يعتمد أداء شبكة راديو الحزمة التي تستخدم الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة بالتتابع المباشر (DS) إلى حد كبير على عامل الانتشار.

تعريف شبكة حزم DS-CDMA مع الوصول العشوائي

على الرغم من أنّ انتشار النطاقات بإشارات متعامدة تمامًا قد يعزز من الناحية النظرية سعة النظام إلّا أنّه لا يحل عدم استقرار الوصول العشوائي (ALOHA)، ما لم يتم اتخاذ تدابير خاصة للتحكم في حركة إعادة الإرسال، وباستخدام خوارزمية (Stack) عند أحمال مرور صغيرة، يتم تقليل تأخير الحزمة إذا لم يتم تطبيق أي انتشار.

في أحمال المرور الكبيرة يعمل (CDMA) المثالي على تحسين الأداء ولكن بالنسبة لفصل الإشارات غير التام في المستقبل يتم فقد مزايا (CDMA)، كما يمكن تحسين قدرة خوارزمية (Stack) عادةً من (0.32 إلى 0.40) على الأقل إذا تم استخدام عامل انتشار كبير مع فصل إشارة مثالي.

يخفف مستقبل الارتباط النموذجي تداخل (CDMA) بعامل (C)، ويفترض أنّ جميع الإشارات يتم إرسالها عبر قناة ضوضاء غوسية بيضاء مضافة غير انتقائية (LTI) تردد خطي غير انتقائي، كما يتم أخذ الطاقة لكل بت متطابقة وثابتة لجميع المستخدمين ويشار إليها على أنّها (Eb)، وكثافة القدرة الطيفية للضوضاء هي (N0) ونسبة الإشارة إلى الضوضاء هي (Eb / N0).

كما يتم استخدام معدل الخطأ في البتات نظرًا لمسببات التداخل (K) هو افتراض أن إشارات (CDMA) المتداخلة تتصرف في (AWGN)، ولكنّها تضعف بواسطة عامل الانتشار (C)، وأنّ جميع الإشارات يتم تلقيها بنفس قوة الإشارة ويتيح ذلك حساب احتمال ألا يزيد عدد أخطاء (t) في الحزمة، وعدد الحزم (k) من (K) لالتقاط الحزم المتضاربة للمستقبل توزيع احتمالي ذي حدين.

كما يتم تحليل البروتوكول المدمج في إطار حركة بواسون ويتم تحليل أداء صبيب التأخير لمعلمات النظام المختلفة وتحت ظروف الخبو المختلفة، ومن خلال الجمع بين (DS-CDMA) الجزئي مع (CRA) يتم الحصول على بروتوكول جديد مستقر وقابل للتنفيذ وله العديد من المزايا.

ملاحظة:“CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division Multiple Access” و”AWGN” هي اختصار لـ “Additive white Gaussian noise”.

ملاحظة: “Eb / N0” هي اختصار لـ “energy per bit to noise power spectral density ratio” و”LTI” هي اختصار لـ “linear time-invariant”.

ملاحظة: “DS-CDMA” هي اختصار لـ “Direct Sequence Code-Division Multiple Access”.

خصائص شبكة حزم DS-CDMA مع الوصول العشوائي

• يتم فحص وتحليل استراتيجيات تجميع الحزم في (CDMA) مثل دمج الكود ودمج التنوع، بحيث يعمل تجميع الحزم على تقليل معدل الخطأ في البتات (BER) عند زيادة عدد عمليات الإرسال، ممّا يؤدي بدوره إلى تحسين أداء النظام بشكل كبير، كما يتم تحليل مخطط التحكم في إعادة الإرسال التكيفي (ARC) لشبكات النفاذ العشوائي (DS-CDMA) وتم تحليل الطيف المنتشر بقفزات التردد.

• يغير مخطط (ARC) بشكل تكيفي احتمالية إعادة الإرسال لمستخدمي التراكم ويحافظ على إنتاجية النظام في أفضل حالاته في منطقة حركة المرور العالية، كما يتم تحليل خوارزمية تحكم مشتركة لدمج الحزم و(ARC) في شبكات الوصول العشوائي (DS-CDMA).

• يتم تقييم الأداء التحليلي لفئة قنوات الوصول العشوائي (CDMA)، وفي النظام الذي تم النظر فيه تقوم العديد من المطاريف التفاعلية بإرسال حزم بيانات متغيرة الطول غير مرمزة منتشرة على قناة واسعة النطاق مشتركة، ونظراً لأنّ التشغيل غير المحدد على المستوى المادي يحول دون تطبيق إجراءات الوصول المتعدد الخاضع للرقابة، يتم تحقيق عملية موثوقة على مستوى الارتباط باستخدام إجراء (ALOHA-Iike)، حيث يتم إعادة إرسال الحزم المستلمة بشكل غير صحيح بتأخير عشوائي.

• في ضوء احتمالية نجاح الحزمة المعتمدة على حركة المرور الناتجة، قد يُتوقع أن تعرض قناة غنية حزمة (CDMA) أو انتشار (ALOHA) خصائص صبيب، واستقرار مماثلة نوعياً لتلك الخاصة بـ (ALOHA) ضيق النطاق ويتم تقديم نموذج تحليلي قائم على توازن التدفق؛ لتقييم الأداء واستخدامه لتحديد كل من خصائص تأخير الإنتاجية والثبات لمثال على نظام (CDMA) غير المراقب بالتسلسل المباشر للرموز العشوائية.

• كما أنّ قناة (DS-CDMA) النموذجية للحزمة غير المشفرة تحقق أقصى عرض نطاق ترددي معياري أي استخدام في منطقة (0.15-0.2)، وبالتالي فهي قادرة على المنافسة مع (ALOHA) ضيق النطاق الذي يحمل حركة بيانات مماثلة، وتتم أيضاً معالجة قضايا الاستقرار لقنوات الخبو المحدودة ممّا يؤدي إلى استنتاج مفاده أنّ متوسط ​​التأخيرات الطويلة نسبيًا في إعادة الإرسال، قد يكون مطلوبًا في كثير من الأحيان لمنع السلوك القابل للثبات ما لم يتم اتباع سياسات تكيفية.

ملاحظة:“BER” هي اختصار لـ “Bit Error Rate” و”ARC” هي اختصار لـ “Adaptive Rate Conversion”.

مبدأ عمل شبكة حزم DS-CDMA مع الوصول العشوائي

• في السنوات الأخيرة حظيت بروتوكولات النفاذ العشوائي باهتمام كبير باعتبارها تقنيات نفاذ متعددة مفيدة للأنظمة ذات معدلات الحركة المرتفعة إلى متوسط ​​الحركة أي الحركة المتتالية.

• في معظم بروتوكولات الوصول العشوائي التقليدية، عندما يتم إرسال حزمة واحدة في فترة زمنية معينة يتم استلامها بشكل صحيح، بينما في حالة حدوث عمليتي إرسال أو أكثرو يتم تدمير جميع الحزم.

• إذا تم استخدام النفاذ المتعدد بتقسيم رمز التسلسل المباشر (DS-CDMA)، فيكون هذا هو الحال لأن نظام (DS-CDMA) يسمح للعديد من الحزم بالتواجد في فتحة معينة.

• وبالتالي يتم استقبال الحزم بشكل صحيح مع وجود احتمال معين يعتمد على العدد المتزامن للحزم في الفتحة، ويشير هذا إلى إمكانية استخدام (DS-CDMA) في وضع تشغيل وصول عشوائي.

• بالإضافة إلى ذلك، من المعروف أنّ إرسال (CDMA) يمكن أن يوفر فوائد أخرى مثل زيادة المناعة ضد التداخل والاعتراض ومقاومته المتأصلة للخبو متعدد المسارات.

• كما يتم استخدام (DS-CDMA) في نمط تشغيل وصول عشوائي لشبكات حزم بيانات الأقمار الصناعية المتنقلة.

• يتم تحليل (DS-CDMA) عبر قناة خبو متعددة المسيرات ونطور تقديرات تقريبية جديدة ودقيقة لاحتمال خطأ البتات واحتمال نجاح الحزمة.

• تُستخدم عملية غاوسية محسّنة لنمذجة تداخل النفاذ المتعدد (MAI) ويؤخذ في الاعتبار الاعتماد من البت إلى البت الذي يسببه (MAI) والخبو، وتُستخدم هذه التقديرات التقريبية لاستقصاء أداء شبكات حزم (DS-CDMA).

• كما يتطلب عدداً محدوداً من رموز الطيف الممتد، ومن المعروف أنّ المشكلة الرئيسية في تصميم شبكات حزم (DS-CDMA) هي العدد الكبير المطلوب من رموز الانتشار، عندما تهدف الشبكة إلى خدمة عدد كبير من المستخدمين.

• يتواءم (DS-CDMA) الجزئي مع هذه المشكلة ويتم استخدام عدد محدود فقط من أكواد الانتشار بسعر تدهور طفيف نسبيًا على الأداء.

ملاحظة:“MAI” هي اختصار لـ “Multiple Access Interference” و”CRA” هي اختصار لـ “Call Record Assembler”.

في نهاية المقال، في نظام (DS-CDMA) الجزئي يتم اعتماد خوارزمية استبانة التصادم (CRA) كبروتوكول وصول عشوائي لاستخدامها.