اقرأ في هذا المقال
في النظام الخلوي المتنقل تتطلب خصائص القناة المتغيرة بسرعة بسبب الخبو وتأثيرات دوبلر أساليب تكيفية لتحديث معاملات القناة إلى مستقبل “MLSE”، حيث تقوم التقنية المقترحة باستمرار بتقدير خصائص القناة مباشرة ضمن الحساب المتري لـ “VA”، وفي كل خطوة من خطوات “VA” يتم استخدام التسلسل المرتبط بالمسار بأفضل قيمة مترية أي طريقة الحد الأدنى للناجين، وبين مسارات الناجين لتحديث تقدير القناة باستخدام الخوارزميات التكيفية التقليدية طوال التسلسل الإعلامي بأكمله.
أساسيات جهاز استقبال MLSE
إنّ الكشف عن تتابع البيانات المرسلة يتم بواسطة “VA” فقط في نهاية كل رشقة، حيث تسمح التقنية المقترحة بتنفيذ أبسط للمستقبل، وتظهر المحاكاة أداءً جيداً لمستقبل “MLSE” التكيفي في بيئات “GSM” النموذجية، وفي العديد من أنظمة الاتصالات المتنقلة يلزم وجود معادلة تكيفية لمكافحة آثار تشتت الوقت متعدد المسارات والقناة غير الثابتة، تُستخدم مبادئ تقدير تسلسل الاحتمالية القصوى “MLSE” لتطوير معادل تكيفي وهو امتداد لـ “Ungerboeck” المتلقي.
كما تتطلب مستقبلات “MLSE” العاملة في قنوات غير ثابتة تقدير القناة وغالباً ما تتطلب تتبع القناة والتنبؤ بها، حيث يظهر أنّ جهاز استقبال “Ungerboeck” الممتد يتطلب قدراً كبيراً من التنبؤ بالقناة وتم تطوير شكلين بديلين “MLSE” لتقليل مقدار التنبؤ بالقناة، والنموذج الأول الذي تم تطويره والمشار إليه باسم “النموذج المباشر” يستخدم مقياس المسافة الإقليدية القياسي، أمّا الشكل الثاني الجديد المشار إليه باسم “شكل Ungerboeck الجزئي”، يوفر إدراكاً أقل تعقيداً من “الشكل المباشر”.
يوفر مستقبل الاتصالات الرقمية دمجاً مشتركاً بين التوازن والتنوع في “MLSE”، كما تتم معالجة العديد من الفروع المتنوعة لإنتاج عينات بيانات معقدة ومعلومات التزامن، حيث تشكل مقدرات القناة بعد ذلك تقديرات القناة من عينات البيانات ومعلومات المزامنة، ثم يتم استخدام عينات البيانات وتقديرات القناة من قبل المعالجات المسبقة لإنتاج مضاعفات مترية.
كما يتم دمج المضاعفات المترية مع تسلسل البيانات المفترضة لتوليد المقاييس وتجميعها باستخدام خوارزمية تقدير التسلسل لإنتاج دفق بيانات تمت إزالته، وفي السنوات الأخيرة تم استخدام أنظمة الاتصالات اللاسلكية الرقمية لنقل مجموعة متنوعة من المعلومات بين مواقع متعددة، حيث باستخدام الاتصالات الرقمية تُترجم المعلومات إلى شكل رقمي أو ثنائي ويُشار إليه بالبتات لأغراض الاتصالات.
- “MLSE” هي اختصار لـ “Maximum likelihood sequence estimation”.
- “GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile”.
كيفية عمل جهاز استقبال MLSE
يقوم المرسل بتعيين تدفق البتات هذا في تدفق رمز مُشكل ويتم اكتشافه في المستقبل الرقمي ويعاد تعيينه إلى بتات ومعلومات، وفي الاتصالات اللاسلكية الرقمية تعرض بيئة الراديو العديد من الصعوبات التي تعيق الاتصالات الناجحة، حيث تتمثل إحدى الصعوبات في أن مستوى الإشارة يمكن أن يتلاشى لأنّ الإشارة قد تنتقل في مسارات متعددة.
ونتيجة لذلك تصل صور الإشارة إلى هوائي المستقبل خارج الطور، كما يشار إلى هذا النوع من الخبو عادة باسم تلاشي رايلي أو التلاشي السريع، حيث عندما تتلاشى الإشارة تنخفض نسبة الإشارة إلى الضوضاء ممّا يتسبب في تدهور جودة ارتباط الاتصال، كما تحدث مشكلة ثانية عندما تكون مسارات الإشارات المتعددة مختلفة كثيراً في الطول.
وفي هذه السهولة يحدث تشتت الوقت، حيث تصل صور إشارات الخبو المتعددة إلى هوائي المستقبل في أوقات مختلفة ممّا يؤدي إلى ظهور أصداء للإشارة، كما يتسبب هذا في حدوث تداخل بين الرموز “ISI” حيث تتداخل أصداء رمز واحد مع الرموز اللاحقة ويمكن التخفيف من خبو رالي باستخدام التنوع مثل تنوع الهوائي في المستقبل.
كما يتم استقبال الإشارة على عدد هوائيات، ونظراً لأنّ الهوائيات لها مواقع أو أنماط مختلفة قليلاً للهوائيات فإنّ مستويات الخبو على الهوائيات مختلفة، حيث في المستقبل يتم الجمع بين إشارات الهوائي المتعددة هذه إمّا قبل أو بعد اكتشاف الإشارة باستخدام تقنيات، مثل الجمع بين الراديو الأقصى والجمع المتساوي في الكسب والجمع الانتقائي.
يمكن التخفيف من تشتت الوقت باستخدام المعادل، كما يتم توفير الأشكال الشائعة للمعادلة من خلال المعادلات الخطية ومعادلات القرار-التغذية المرتدة، ومعادلات تقدير تسلسل الاحتمالية القصوى “MLSE” ويحاول المعادل الخطي التراجع عن تأثيرات القناة عن طريق تصفية الإشارة المستقبلة، كما يستغل معادل القرار-التغذية المرتدة اكتشافات الرموز السابقة لإلغاء التداخل بين الرموز من أصداء هذه الرموز السابقة، كما يفترض معادل “MLSE” تسلسلات مختلفة من الرموز المرسلة ومع نموذج للقناة المشتتة يحدد الفرضية الأنسب لعبوة المستلم.
- “ISI” هي اختصار لـ “Inter symbol interference”.
خوارزمية عمل جهاز استقبال MLSE
من بين تقنيات المعادلة الثلاثة الشائعة يفضل معادلة “MLSE” من وجهة نظر الأداء، وفي معادل “MLSE” يتم أخذ جميع تتابعات الرموز الممكنة في الاعتبار، ولكل تتابع افتراضي يتم توقع عينات الإشارة المستقبلة باستخدام نموذج للقناة متعددة المسارات، كما يعطي الفرق بين عينات الإشارات المستقبلة المتوقعة وعينات الإشارة المستقبلة الفعلية المشار إليها باسم خطأ التنبؤ، مؤشراً على مدى جودة فرضية معينة.
يتم استخدام الحجم التربيعي لخطأ التنبؤ كمقياس لتقييم فرضية معينة، كما يتم تجميع هذا المقياس لفرضيات مختلفة لاستخدامها في تحديد الفرضيات الأفضل، حيث يتم تحقيق هذه العملية بكفاءة باستخدام خوارزمية “Viterbi” وهي شكل من أشكال البرمجة الديناميكية، ومن الناحية المثالية ينبغي الجمع بين عملية الجمع بين التنوع وعملية التعادل بطريقة أمثل، حيث أظهرت الأبحاث الحديثة أنّه من أجل معادلة “MLSE” يجب أن يتم الجمع بين التنوع داخل المعادل.
الخطوة الثانية التي يستخدمها “Ungerboeck” هي إعادة ترتيب الحسابات المترية، وباستخدام معادلة “MLSE” القياسية، يتم حساب المقاييس وتحديثها بناءً على عينات البيانات المستلمة على التوالي، كما يتوافق كل تكرار لخوارزمية “Viterbi” مع عينة بيانات مستلمة جديدة، وباستخدام الخطوة الثانية يتوافق كل تكرار لخوارزمية “Viterbi” مع رمز تم إرساله حديثاً.
يمكن شرح هاتين الخطوتين بمثال بسيط، ويتم افتراض أنّ المرسل ينقل تيار رمز “s (n)”، حيث يمكن أن تأخذ كل “s (n)” إحدى قيم S المعقدة الممكنة، وفي المستقبل يتم أخذ عينات من الإشارة المستقبلة مرة واحدة كل “T ثانية”، حيث T هي فترة الرمز لإعطاء تدفق الإشارة المستقبلة “r (n)”، كما يتم افتراض أنّ القناة المتداخلة تتكون من شعاعين يتلاشى وشعاع رئيسي وصدى، حيث يصل الصدى بعد T ثوانٍ، وبعد ذلك يمكن نمذجة الإشارة المستقبلة على النحو التالي:
r(n) = c(0) s(n) +c(1) s(n-1) + n(n)
حيث c (0) وc (1) عبارة عن قيم نقر قناة معقدة وn (n) عبارة عن ضوضاء مضافة من نوع ما، وفي معادل “MLSE” عند التكرار “n”، سيكون هناك S “حالات” سابقة مختلفة وتتوافق مع قيم S الممكنة لـ “s (n-1)” وسيكون المرتبط بكل حالة سابقة مقياساً متراكماً من التكرارات السابقة، كما سيكون هناك أيضاً حالات S الحالية والمقابلة لقيم S الممكنة لـ “s (n)”، وكل اقتران محتمل لحالة سابقة مع حالة حالية تقابل تسلسل افتراضي “sh (n)، sh (n-1)” لكل فرضية.
