ما هو التداخل بين الموجات الحاملة في الاتصالات ICI

بالنسبة لأنظمة الاتصالات بتقسيم التردد المتعامد (OFDM) يتم فقدان التعامد بين الموجات الحاملة الفرعية في قنوات الراديو المتنقلة بسبب تخالفات التردد التي تسببها التنقلية، وكنتيجة مباشرة لوحظ تداخل الموجات الحاملة (ICI) على كل موجة حاملة فرعية، ممّا يؤدي إلى تدهور كبير في الأداء، كما يتم اقتراح العديد من طرق إلغاء (ICI) مثل النوافذ وتشفير مجال التردد لإلغاء (ICI) وتحسين أداء (BER) لـ (OFDM) في القناة المتنقلة.

ما هو التداخل بين الموجات الحاملة ICI

التداخل بين الموجات الحاملة (ICI): هو ضعف معروف جيدًا أنه يؤدي إلى تدهور أداء عمليات الإرسال المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDM)، وهو ينشأ من تخالفات تردد الموجة الحاملة (CFOs) ومن تمدد دوبلر بسبب تغير زمن القناة وبدرجة أقل، من تخالفات تردد للترميز (SFOs).

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

• “ICI” هي اختصار لـ “Inter-Carrier Interference”.

• “BER” هي اختصار لـ “Bit Error Rate”.

• “SFO” هي اختصار لـ “Sampling frequency offset”.

• “CFO” هي اختصار لـ “Carrier frequency offset”.

أساسيات التداخل بين الموجات الحاملة ICI

تصف بعض الدراسات (ICI) ينتج بسبب اثنتين من حالات الضعف الثلاثة، وعلاوة على ذلك تتضمن معظم النماذج المتاحة مستوى معينًا من التقريب، كما أنّ تنوع الأساليب يجعل من الصعب مقارنة مستويات الطاقة لأنواع مختلفة من (ICI)، كما يتم إجراء مقارنة وجها لوجه بين نسب الإشارة إلى (ICI (SIRs)) الناتجة عن كل ضعف.

يُظهر تحليل (ICI) في عمليات الإرسال من النوع (IEEE-802.16e) أنّه أثناء تتبع الحالة المستقرة وبسرعات أقل من (150 كم / ساعة)، يوكون معدل (SIR) الناتج عن (CFO) عادةً في النطاق بين (25 ديسيبل) و(35 ديسيبل)، ويكون (SIR) بسبب انتشار دوبلر أكبر من (25 ديسيبل) و(ICI) بسبب (SFO)، كما تزدهر تقنية تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM) باعتبارها تقنية الإشارات الأساسية، لأنظمة الاتصالات اللاسلكية من الجيل الرابع.

ومع ذلك فإنّ معدل إرسالها محدود بسبب التداخل بين الموجات الحاملة (ICI) الناجم عن انتقائية الوقت لقنوات الخبو، ويتم تطبيق الاكتشاف متعدد المستخدمين وهو أسلوب معروف جيدًا لقمع التداخل في أنظمة (CDMA) لمعالجة مشكلة (ICI)، وتُشتق صياغة شفرة الانتشار المكافئة بناءً على تشبيه أنظمة (OFDM) و(CDMA).

يتم تطبيق تقنية الكشف الخطي متعدد المستخدمين في أنظمة (CDMA) لقمع (ICI) في أنظمة (OFDM) ويتم تحليل أداء أجهزة الكشف الخطية، والمقاسة بكفاءة متعددة المستخدمين وكفاءة متعددة المستخدمين مقاربة وفي الحالات مع أو بدون معلومات حالة القناة، كما يتم توضيح مكاسب الأداء لمرشح الحد الأدنى لمتوسط ​​الجهد المربع الخطي (LMMSE) على المرشح التقليدي (TF)، في نظام نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) العالية من خلال التحليل النظري ونتائج المحاكاة العددية.

ومع ذلك فإنّ تحسين الأداء الذي حققته جميع طرق إلغاء (ICI) الحالية ليس كافياً، أي أداء (BER) بعد إلغاء (ICI) لا يزال أسوأ بكثير من أداء (BER) لـ (OFDM) الأصلي بدون (ICI)، وعلاوة على ذلك فإنّ طرق إلغاء (ICI) الشائعة مثل الإلغاء الذاتي لـ (ICI) تقلل من (ICI) بسعر خفض معدل الإرسال، وتقليل كفاءة عرض النطاق الترددي.

• “LMMSE” هي اختصار لـ “linear Minimum medium square error”.

• “SNR” هي اختصار لـ “Signal-to-Noise Ratio”.

• “CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division Multiple Access”.

• “SIR” هي اختصار لـ “Signal-to-interference Ratio”.

مبدأ التداخل بين الموجات الحاملة ICI

لا تقلل طرق تشفير مجال التردد الأخرى من معدل البيانات ولكنّها تنتج أيضًا انخفاضًا أقل في (ICI)، كما يتم اعتماد مخطط جديد لإلغاء (ICI) والذي يمكنه القضاء على (ICI) تمامًا وتقديم نظام متنقل (OFDM) بنفس أداء (BER) لنظام (OFDM) بدون (ICI)، والأهم من ذلك أنّ مخطط إلغاء (ICI) أي إلغاء إجمالي (ICI) لا يقلل من معدل الإرسال أو يقلل من كفاءة عرض النطاق الترددي.

على وجه التحديد يستفيد مخطط إلغاء (ICI) الكلي من تعامد مصفوفة (ICI) ويوفر إلغاءًا مثاليًا لـ (ICI) وتحسين (BER) كبير بتكلفة متزايدة خطيًا، كما تؤكد نتائج المحاكاة في قناة (AWGN) وقناة الخبو متعدد المسارات على الأداء الرائع لمخطط إلغاء (ICI) الإجمالي في وجود إزاحة التردد، أو تغيرات الوقت في القناة متفوقةً على جميع طرق إلغاء (ICI) الحالية.

يتم الحد من التداخل بين الموجات الحاملة في أنظمة (OFDM) و(OFDMA) عن طريق قياس عينة الوقت بناءً على عينات البادئة الدورية، حيث يقلل نظام تعدد إرسال التردد المتعامد (OFDM) التداخل بين الموجات الحاملة (ICI) للإشارة المستقبلة، وبشكل عام يتم تقليل (ICI) داخل البرامج أو الأجهزة أو كليهما عن طريق قياس عينات الاستقبال، وفقاً لعوامل القياس المستمدة من عينات البادئة الدورية والعينات المرتبطة في رمز (OFDM) مُستلم.

يمثل التداخل بين الموجات الحاملة (ICI) شكلاً من أشكال تسرب القدرة بين مختلف الموجات الحاملة الفرعية داخل أنظمة اتصالات (OFDMA)، وقد تتضمن مصادر (ICI) القائمة على التغيرات الزمنية للقناة تخالفات تردد الموجة الحاملة، وتمديد دوبلر وتخالفات تردد أخذ العينات وضوضاء الطور ومصادر أخرى، وعلاوة على ذلك قد يكون (CP) أو (GI) غير كافيين مصدرًا لـ (ICI) إذا كان هناك تأخير زائد في القناة.

غالبًا ما يتم نمذجة (ICI) كدالة خطية للتردد الثابت وتعمل على تمثيل مجال التردد للرمز المرسل (OFDM) ويُعد (ICI) سببًا معروفًا لتدهور أداء أنظمة اتصالات (OFDM) و(OFDMA)، مثل (3GPP LTE) للاتصالات الهاتفية الخلوية وأنظمة الاتصالات المتوافقة مع (IEEE 802.11) و(802.15) و(802.16) مثل (WiMax).

كما تضمنت المحاولات لتقليل (ICI) أو لتقليل تأثيره على معدل الخطأ في تدفق الرموز المرسلة تقليل البتات أو رموز مخطط التعديل من أجل زيادة الحد الأدنى من الضوضاء المطلوبة لإحداث خطأ، وزيادة معدل التشفير للتعامل بشكل أفضل معدل خطأ أعلى في البتات الناعم.

وتغيير مخطط الإرسال عن طريق تعيين كل رمز بيانات إلى زوجين متجاورين أو أكثر من الموجات الحاملة الفرعية ،بدلاً من الموجة الحاملة الفرعية الفردية، ومع ذلك فإنّ هذه الأساليب لتقليل تأثيرات (ICI) تستلزم تقليل عرض نطاق الإرسال بينما تتطلب أيضًا تغييرات في جهاز الإرسال.

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

• “AWGN” هي اختصار لـ “Additive White Gaussian Noise”.

العلاقة بين MIMO  وICI

يُعد نظام تعدد الإرسال المتعامد بتقسيم التردد المتعامد متعدد المدخلات (MIMO-OFDM) نهجًا لزيادة معدل البيانات والكفاءة الطيفية لأنظمة الاتصالات اللاسلكية (5G)، حيث من السهل تحليل أداء أي نظام بافتراض المستخدمين غير المتنقلين، ولكن إذا كان المستخدم يتحرك بسرعة متفاوتة فمن الصعب جداً الحفاظ على الاتصال بين المستخدم والمحطة الأساسية (BS).

في ظل التنقل العالي والتلاشي السريع والتشتت المزدوج وبيئة غير ثابتة يفشل النظام التقليدي في الاستجابة ويؤدي إلى مشكلة تداخل الموجات الحاملة (ICI)، وللتغلب على هذه المشاكل يتم استخدام تحويل فورييه الجزئي (FFT)، بدلاً من تحويل فورييه (FT) لزيادة معامل الارتباط وللتخفيف من تأثير (ICI) ولتحسين معدل خطأ البتات.

كما يتم اشتقاق معادلات جديدة لمعامل الارتباط ومتوسط ​​قدرة (ICI) وتعبير خطأ بت الشكل المغلق للنظام المقترح من خلال النظر في نموذج التلاشي السريع ومعلومات حالة القناة غير الكاملة، كما أثبتت المقارنة بين كلا النظامين التقليدي أن النظام قد حسّن معدل خطأ البتات بنسبة (40%) وإلغاء تداخل الموجة الحاملة بنسبة (70%).

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

• “FFT” هي اختصار لـ “fast Fourier transform”.