كيفية إرسال معلومات التحكم في نظام اتصالات

قد تؤدي تقنيات الهوائيات المتعددة إلى زيادة معدلات البيانات وموثوقية نظام الاتصال اللاسلكي بشكل كبير ويتحسن أداء النظام بشكل خاص، إذا تم تجهيز كل من المرسل والمستقبل بهوائيات متعددة وينتج عن هذا الاستخدام للهوائيات المتعددة قناة اتصال متعددة المدخلات ومخرجات متعددة (MIMO)، ويشار إلى هذه الأنظمة أو التقنيات ذات الصلة عادةً باسم (MIMO).

أساسيات إرسال معلومات التحكم في نظام اتصالات

أحد المكونات الأساسية في (LTE) هو دعم عمليات نشر هوائي (MIMO) والتقنيات ذات الصلة بـ (MIMO)، وبالنسبة للوصلة الهابطة يتم دعم أسلوب تعدد الإرسال المكاني مع التشفير المسبق المعتمد على القناة، ويهدف أسلوب تعدد الإرسال المكاني إلى معدلات بيانات عالية في ظروف القناة المواتية، وفي هذا الوضع توجد معلومات تحمل متجه على جانب المحطة الأساسية (eNodeB) في (LTE) مضروبة في مصفوفة NT × r مُسبقة الترميز يُشار إليها على أنّها:

W N T × r

غالباً ما يتم اختيار المصفوفة لمطابقة خصائص قناة (NR × NT MIMO)، حيث تمثل (NR) و(NT) عدد هوائيات الاستقبال والإرسال على التوالي، وتتوافق كل من رموز r مع طبقة ويشار إلى r باسم رتبة الإرسال، ويستخدم (LTE OFDM) وبالتالي فإنّ متجه (NR × 1) الذي يستقبله جهاز المستخدم (UE) لعنصر مورد معين على الموجة الحاملة الفرعية k، أو بدلاً من ذلك رقم عنصر مورد البيانات k بافتراض عدم وجود تداخل بين الخلايا، ويتم نمذجة بواسطة:

y _k =HW _N T ×r s _k +e _k

حيث (e _k) هو ناقل ضوضاء تم الحصول عليه كتحقيق لعملية عشوائية، ويجوز لتجهيزات المستعمل بناءً على قياسات القناة في الوصلة الأمامية، أن ترسل توصيات إلى المحطة الأساسية لمُشفر مسبق مناسب لاستخدامه، ويمكن إعادة إرسال جهاز تشفير واحد من المفترض أن يغطي نطاقاً ترددياً كبيراً أي تشفير مسبق عريض النطاق.

وقد يكون من المفيد أيضاً مطابقة اختلافات التردد للقناة وبدلاً من ذلك تغذية تقرير الترميز المسبق الانتقائي للتردد، وعلى سبيل المثال عدة أجهزة ترميز مسبقة وواحدة لكل نطاق فرعي وفي مجال الإرسال متعدد الهوائيات عالي السرعة، ومن أهم خصائص ظروف القناة ما يسمى رتبة القناة.

كما قد يختلف ترتيب القناة من واحد إلى الحد الأدنى لعدد هوائيات الإرسال والاستقبال ويميز عدد الطبقات التي يمكن أن تدعمها القناة للإرسال، وبالاقتران مع التشفير المسبق فإنّ تكييف الإرسال مع رتبة القناة ينطوي على استخدام العديد من الطبقات مثل رتبة القناة، ويتم تسهيل ذلك من خلال معلومات التغذية المرتدة من جهاز الاستقبال إلى المرسل، وقد تشتمل معلومات التغذية المرتدة هذه ليس فقط على جهاز التشفير المسبق أو أجهزة التشفير المسبق التي يجب استخدامها.

ولكن أيضاً توصية برتبة الإرسال وربما ضمنياً كجزء من معلومات جهاز التشفير المسبق وتقييمات الجودة للطبقات أو كلمات مشفرة وغالباً ما يُشار إليه باسم مؤشر جودة القناة (CQI)، بينما قد يُشار إلى معلومات التغذية الراجعة المتعلقة بترتيب الإرسال على أنها مؤشر التصنيف (RI)، والذي يمكن استخدامه بالاقتران مع مؤشر مصفوفة المشفر المسبق (PMI)؛ للإشارة بشكل لا لبس فيه واحد أو أكثر من مصفوفات جهاز الترميز المسبق.

• “MIMO” هي اختصار لـ “multiple-input-multiple-output”.

• “PMI” هي اختصار لـ “Precoding-Matrix-Indicator”.

• “RI” هي اختصار لـ “rating-index”.

• “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal-frequency-division-multiplexing”.

• “UE” هي اختصار لـ “User-Equipment”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.

مبدأ إرسال معلومات التحكم في نظام اتصالات

قد يكون حجم الحمولة النافعة لمعلومات التغذية المرتدة كبيراً بشكل خاص إذا تم استخدام الترميز المسبق الانتقائي للتردد، وقد تكون هناك حاجة بعد ذلك إلى الإشارة إلى العديد من أجهزة التشفير المسبق (PMI) وقد يؤدي ذلك إلى حمل إشارة كبير، ومن أجل تجنب مثل هذا الحمل الكبير للإشارة أيضًا من أجل إرسال إشارات الوصلة الأمامية، وعلى سبيل المثال في الوصلة الهابطة من (eNodeB) إلى UE).

وبالتالي بدلاً من إؤسال الإشارات بشكل صريح واحد أو أكثر من أجهزة التشفير أكد للمستقبل أن نقل البيانات يستخدم نفس أجهزة التشفير المسبق ورتبة الإرسال التي أوصى بها جهاز الاستقبال، ويُشار إلى هذا غالباً بتأكيد أو التحقق من قبل المشفر وهو جزء من معلومات التحكم المرتبطة بنقل البيانات في الارتباط الأمامي.

من الناحية العملية فإنّ تقارير التغذية الراجعة بعيدة كل البعد عن المثالية بسبب التغيرات الزمنية للقناة وتأخر التغذية المرتدة، وأخطاء البت في ارتباط التغذية الراجعة وعدم التطابق بين الافتراضات الخاصة بمعلمات معينة يستخدمها المستقبِل لحساب أو اختيار معلومات التغذية الراجعة وما هو الفعلي قيم المعلمات في جهاز الإرسال، ويُعد عرض النطاق الترددي للجدولة أحد الأمثلة المهمة على مثل هذه المعلمة.

في (LTE) تُبلغ معدات المستخدم (UE) عن رتبة واحدة موصى بها إلى المحطة الأساسية (eNodeB) في (LTE) التي تم الحصول عليها عن طريق فحص جودة القناة، كما هو ظاهر على أقصى عرض نطاق ممكن للجدولة والذي ربما تم تكوينه بشكل شبه ثابت ليكون أصغر من عرض النطاق الترددي للنظام.

ومع ذلك قد يكون عرض النطاق الفعلي المستخدم عند جدولة تجهيزات المستعمل أصغر بكثير وفي سيناريوهات قناة انتقائية للترددات، يعني ذلك وجود خطر كبير يتمثل في أن الرتبة الفعالة في عرض النطاق المقرر قد تكون مختلفة تمامًا عن رتبة الإرسال “المتوسطة” التي توصي بها تجهيزات المستعمل.

تطور عمل إرسال معلومات التحكم في نظام اتصالات

كما إنّه مفهوم أساسي للتجسيدات للتخفيف من المشكلات عن طريق إضافة دعم فعال في إرسال الإشارات الوصلة الأمامية؛ لتجاوز الرتبة عند استخدام التحقق من تقرير المشفر المسبق وعلى وجه الخصوص بالاقتران مع الترميز المسبق الانتقائي للتردد، وقد يكون دعم تجاوز التصنيف هذا على سبيل المثال بما في ذلك اختيار أعمدة مصفوفات المشفر المسبق الموصى باستخدامها وأيضاً إمكانية الإشارة إلى الطبقة أو كلمة الشفرة التي ينبغي استخدامها وكلمة تشفير إضافية أو معدلة لتعيينات الطبقة.

بالإضافة إلى ذلك يتم اعتماد جهاز اتصال يشتمل على ترتيب استقبال تم تكييفه لتلقي بيانات التغذية الراجعة من جهاز اتصال أول، وتشتمل بيانات التغذية المرتدة على إشارة إلى أجهزة التشفير الأولية الموصى بها وتوصية بمرتبة إرسال أولى يمكن استخدامها أثناء نقل البيانات، ويشتمل جهاز الاتصال الثاني كذلك على وحدة تحكم مرتبة لتحديد رتبة إرسال ثانية لاستخدامها في إرسال البيانات، وترتيب إرسال مكيف لإرسال رسالة تأكيد إلى جهاز الاتصال الأول.

تتضمن رسالة التأكيد تأكيداً على أنّ إرسال البيانات يستخدم على الأقل أجزاء من كل جهاز تشفير مُوصى به مرتبط بمورد تردد يقع ضمن عملية إرسال البيانات، ومؤشراً لمرتبة الإرسال الثانية التي يجب استخدامها، ويحدد جهاز الاتصال الأول أجهزة التشفير المُوصى بها ورتبة الإرسال الأولى التي يمكن استخدامها عند إرسال البيانات من جهاز اتصال ثانٍ.

يتم إرسال بيانات التغذية الراجعة التي تشتمل على إشارة إلى أجهزة التشفير الأولية الموصى بها ورتبة الإرسال الأولى، والتي يتم استخدامها أثناء إرسال البيانات من جهاز الاتصال الأول إلى جهاز الاتصال الثاني وبعد ذلك يستقبل جهاز الاتصال الأول، من جهاز الاتصال الثاني ورسالة تأكيد تشتمل على تأكيد بأن إرسال البيانات من جهاز الاتصال الثاني، يستخدم على الأقل أجزاء من كل أداة ترميز مُوصى بها مرتبطة بمورد تردد يقع ضمن نقل البيانات و مؤشر لرتبة الإرسال الثانية التي يجب استخدامها.