ما هو نظام الوصول المتعدد بتقسيم الاستقطاب في الاتصالات PDMA

تُعد تقنية الوصول المتعدد الموجهة من المساهمات الرائدة لشانون وأبرامسون، وميزة أساسية للاتصالات اللاسلكية الحديثة وتصميم الشبكات الخاصة بها، ومع الطلب المتزايد بشكل كبير من المستخدمين وكما هو الحال في النظام الخلوي لتنفيذ هدف “يمكن لأي شخص التواصل مع أي شخص في أي مكان عبر أي مخطط اتصال”، يركز الباحثون على تصميم تقنية الوصول المتعدد.

أساسيات نظام الوصول المتعدد بتقسيم الاستقطاب PDMA

تم تقسيم التردد المتعامد المتعدد الوصول “OFDMA” المستخدم في “LTE” و”WiMAX” والأنظمة اللاسلكية، وقسم الوصول المتعدد “IDMA” الذي يعد طريقة واعدة للأنظمة اللاسلكية من الجيل التالي وتم اقتراحها وتنفيذها في العمليات العسكرية العملية والأنظمة المدنية، ويستخدمون التردد والوقت والتشفير وإرسال الإشارات كموارد للتخصيص متعدد المستخدمين.

إنّ أي موجات كهرومغناطيسية “EM” تشعها هوائي معين مع بعض وضع الاستقطاب لها خصائص الاستقطاب ويمكن تمثيل أي حالة استقطاب “PS” بمكونين متعامدين، وبالتالي فإنّه يعرف الهوائي المتعامد ثنائي القطب “ODPA”، وتشير معلومات الاستقطاب إلى العلاقة بين الاتساع وفرق الطور بين المكونين المتعامدين المشع بواسطة “ODPA”، مثل الاستقطاب العمودي ومكونات الاستقطاب الأفقي أو “+ 45 °” الاستقطاب الخطي و”-45 °” مكونات الاستقطاب الخطي.

يُظهر التطبيق الناجح للاستقطاب في الاتصالات الضوئية مزاياها الخاصة، بينما تختلف الاتصالات الضوئية عن الاتصالات اللاسلكية بسبب وسيلة الإرسال والقناة، وبالنسبة للاتصالات اللاسلكية تعتبر القناة الدور الرئيسي لتصميم النظام، لذلك تختلف منهجية تصميم نظام الاتصالات اللاسلكية عن تلك الخاصة بالاتصالات الضوئية عند أخذ الاستقطاب في الاعتبار.

يحمل استقطاب الموجات الكهرومغناطيسية ميزة فريدة من نوعها وهي أنها ثابتة في مجالي الوقت والتردد فضلاً عن أنّها مستقلة عن مجالات التردد والفضاء، وفي حين أنّ الاستقطاب لا يجذب الكثير من الاهتمام في الاتصالات اللاسلكية حتى يتم البحث وتطبيق بعض النتائج الجديدة، مثل الاستقطاب السداسي وترشيح الاستقطاب “PF” وتنوع الاستقطاب، وبالنظر إلى تطبيقات “PF” في الرادار والاتصالات اللاسلكية، فإنّ استخدام الاستقطاب يوسع مجالات الموارد المتاحة عند التعامل مع مشاكل التداخل وفصل الإشارات.

• “OFDMA” هي اختصار لـ “Orthogonal-frequency-division-multiple-access” و”PF” هي اختصار لـ “Polarization-filtration”.

• “EM” هي اختصار لـ “Electromagnetic-waves” و”ODPA” هي اختصار لـ “dipole-perpendicular-antenna”.

• “PS” هي اختصار لـ “polarized-state” و”LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.

• “IDMA” هي اختصار لـ “Interleave-division-multiple-access”.

مبدأ عمل نظام الوصول المتعدد بتقسيم الاستقطاب PDMA

الموارد شائعة الاستخدام هي مجالات الوقت والتردد والفضاء والشفرة والتطبيقات المقابلة هي “TDMA” و”FDMA” و”SDMA” و”CDMA” و”OFDMA” و”IDMA”، وفي الآونة الأخيرة تم بحث وتطوير بعض التصاميم القائمة على الاستقطاب، مثل التعديل القطبي في معدلات البيانات المعززة للتطور العالمي “EDGE” الذي يركز على التغلب على مشاكل الاستهلاك العالي للطاقة والكفاءة المنخفضة والحرارة الزائدة والقصور.

وعمر البطارية بسبب متطلبات مكبر الطاقة الخطي عند اعتماد تقنية تعديل “π8-3/8PSK”، وفي التشكيل القطبي الخارج الذي تم إدخاله في “EDGE”، يتم تحويل الناتج المتعامد من قنوات “I / Q” إلى تنسيق الاستقطاب، أي أنّ أحدهما هو مكون السعة والآخر هو مكون الطور قبل إرساله إلى المرسل كما يجعل دائرة تردد الراديو في وضع التشبع، ويمكن لمضخم الطاقة تعديل إشارة الغلاف الخطية ولكن غير الثابتة والتي تتمتع بمزايا التيار الكهربائي الصغير وكفاءة الاستخدام العالية.

جانب آخر من استخدام التعديل القطبي هو أن الاتصالات اللاسلكية المستقبلية تتطلب أجهزة إرسال واستقبال لاسلكية متعددة الأنماط أي قدرة مرنة مع استهلاك منخفض للطاقة، حيث أنّ القدرة متعددة الأنماط واستهلاك الطاقة المنخفض للأنظمة القائمة على التعديل القطبي من خلال تصميم نموذج أولي لجهاز إرسال قطبي “GSM” و”EDGE” و”WCDMA“، وتظهر كفاءة المرسل القطبي كعامل تمكين رئيسي للأنظمة المستقبلية التي تستخدم مخطط “OFDM” مع إشارات ذروة متوسط ​​القدرة العالية “PAPR“.

نأخذ زاوية نظر جديدة في تطبيق الاستقطاب للاتصالات اللاسلكية، وتم تقديم نظاماً جديداً للوصول المتعدد والتعديل، أي الوصول المتعدد بتقسيم الاستقطاب “PDMA” وتعديل الاستقطاب “PM” باستخدام الاستقطاب الذي يختلف نظرياً عن التعديل القطبي للاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى، ويفترض سيناريو التطبيق على أنّه خط الرؤية “LOS” للاتصالات اللاسلكية.

وإذا كان المرسل والمستقبل في حالة عدم وجود “LOS”، فإنّ “PS” يتغير بعد الانعكاس والانحراف والتشتت بواسطة الكائنات، ويكون تحليل الظاهرة معقداً إلى حد كبير بسبب المعلمة العازلة للعاكس ولتحليل المعلمة العازلة، فهي خارج نطاق هذا العمل ومن ثم فإنّه يتم تحليل تطبيق “PDMA-PM” في سيناريو “LOS” .

ولا يكون هناك علاقة بين المخططات ومعلمات الإشارات لأنّ الاستقطاب مستقل عن شكل الموجة، كما يتم نقل معلومات البت بواسطة زوج من موجات “PS” المتعامدة من الموجات الكهرومغناطيسية في التعديل الثنائي، بينما يتم تنفيذ بتات التعديل الرباعي من خلال مجموعة من الاستقطاب المتعامد والاستقطاب المتقاطع ويمكن تمديد مخططات التعديل الأخرى عالية الترتيب بشكل مباشر طريق.

• “FDMA” هي اختصار لـ “Frequency-Division-Multiple-Access” و”LOS” هي اختصار لـ “Line-of-sight”.

• “WCDMA” هي اختصار لـ “Wideband-Code-Division-Multiple-Access” و”PDMA” هي اختصار لـ “Polarization-division-multiple-access”.

• “EDGE” هي اختصار لـ “Enhanced-Data-GSM-Environment” و”GSM” هي اختصار لـ “Global-System-for-Mobile”.

• “PAPR” هي اختصار لـ “Peak-average-high-power” و”CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division-Multiple-Access”.

• “TDMA” هي اختصار لـ “Time-Division-Multiple-Access” و”SDMA” هي اختصار لـ “space-division-multiple-access”.

تطور عمل نظام الوصول المتعدد بتقسيم الاستقطاب PDMA

يمكن تمييز المستخدمين المختلفين من خلال استخدام “PS” مختلفة، وعلاوة على ذلك يمكن أيضاً دمج “PDMA” مع “FDMA” أي “PDMA-FDMA”، أو للتغلب على مشكلة “PAPR” العالية في أنظمة “OFDMA” يمكن أيضاً استخدام “PDMA-OFDMA”، وثبت أنّ الإشارة المرغوبة يمكن تحقيقها وإزالة تشكيلها من خلال الاستفادة من تقنية “PF”.

كما يمكن استخدامه بشكل مستقل إلى جانب مجالات الوقت والتردد والمساحة والرمز، وعلاوة على ذلك من المتوقع الحصول على كفاءة عالية في استخدام الطيف، ويتم إجراء بعض الاستنتاج والتحليل النظري لإثبات جدوى الطريقة ويتم إجراء نتائج المحاكاة لإظهار فعالية النظام المقترح.

يمكننا أيضاً الإشارة إلى “PS” على سطح “Poincare” الكروي، حيث يمثل القطب الشمالي الاستقطاب الدائري الأيسر والقطب الجنوبي يمثل الاستقطاب الدائري الأيمن، ثم يشير خط الاستواء إلى الاستقطاب الخطي ويشير سطح نصف الكرة الشمالي إلى الاستقطاب الإهليلجي الأيسر، بينما يشير سطح نصف الكرة الجنوبي إلى اليمين استقطاب إهليلجي يدوي، حيث يؤسس التعيين الفردي بين الحالة المستقطبة وكل نقطة على سطح “Poincare” الكروي، وهناك “PSs” لانهائية بشكل حدسي.

مخطط وصول وتعديل متعدد محتمل قائم على الحالات المستقطبة “PS” للموجات الكهرومغناطيسية “EM” لاتصالات خط البصر “LOS”، والمخطط المقترح يختلف نظرياً عن التعديل القطبي الحالي لأنظمة “EDGE” و”WCDMA”، حيث يتم تمثيل البتات المفصل أي التعديل ونظام الوصول المتعدد باستخدام “PS”.

وبسبب عدم مرونة معلومات الاستقطاب في مجالات الوقت والتردد بالإضافة إلى استقلالية التردد والفضاء يمكن استخدام معلومات الاستقطاب بشكل مستقل للاتصالات اللاسلكية، أي مجال موارد مستقل آخر يمكن استخدامه، ونظراً للاستقلالية بين “PS” والسمات المحددة للإشارات مثل شكل الموجة وعرض النطاق ومعدل البيانات، ومن المتوقع أن يؤدي الوصول المتعدد لقسم الاستقطاب “PDMA” وتشكيل الاستقطاب “PM” إلى تحسين استخدام الطيف بشكل فعال.

كما أنّه يمكن اعتماد تقنية ترشيح الاستقطاب في الاتصالات اللاسلكية “PDMA-PM” لفصل الإشارات متعددة المستخدمين وإزالة تشكيل معلومات البت التي تمثلها “PS” للمستخدم المطلوب، حيث يتم إجراء بعض التحليلات النظرية لإثبات جدوى المخطط، ويتم إجراء نتائج المحاكاة لتقييم أداء النظام المقترح.