ما هو نظام MISO في الاتصالات

حظيت الأسطح العاكسة الذكية (IRS) باستخدام (MISO) باهتمام كبير في الاتصالات اللاسلكية مؤخراً، وعلى وجه الخصوص كأجهزة منفعلة منخفضة التكلفة، بحيث تتيح (IRS) التحكم في بيئة الانتشار اللاسلكي وهو أمر غير ممكن في الشبكات اللاسلكية التقليدية.

ما هو نظام مخرج واحد متعدد المدخلات MISO

مخرج واحد متعدد المدخلات (MISO): هو نظام هوائي متعدد يتكون من جهاز إرسال متعدد الهوائيات ومستقبل هوائي واحد، و(MISO) هي مجموعة فرعية من (MIMO) ويمكن تمثيل قدرات قناة (MISO) بحالات الحلقة المفتوحة أو الحلقة المغلقة، ويمكن تحقيق سعة الحلقة المفتوحة بدون معلومات حالة قناة الوصلة الهابطة عند المرسل، بينما يمكن تحقيق سعة الحلقة المغلقة بالضرورة باستخدام معلومات حالة قناة الوصلة الهابطة عند المرسل.

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

• “IRS” هي اختصار لـ “Information Retrieval System”.

أساسيات نظام MISO

للاستفادة الكاملة من أنظمة الاتصالات المدعومة من (IRS)، يجب تصميم كل من محوّل الحزمة عند نقطة الوصول (AP) وتحولات الطور في (IRS) على النحو الأمثل، ومع ذلك لم يتم فهم التصميم الأمثل جيداً، ويتم التحقيق في نظام اتصال (IRS) متعدد المدخلات ومخرج واحد (MISO) بمساعدة من نقطة إلى نقطة، كما تم تحسين المحول في (AP) وتحولات طور (IRS) بشكل مشترك لتعظيم الكفاءة الطيفية.

تم تطوير خوارزميتين فعالتين تستغلان تقنيات التكرار بالنقطة الثابتة وتقنيات التحسين المتشعب، على التوالي لحل مشكلة التحسين غير المحدبة الناتجة، ولا تحقق الخوارزميات المقترحة كفاءة طيفية أعلى فحسب بل تؤدي أيضاً إلى تعقيد حسابي أقل من النهج الحديث، كما تكشف نتائج المحاكاة أنّ نشر (IRS) على نطاق واسع في الأنظمة اللاسلكية أكثر كفاءة من زيادة حجم صفيف الهوائي في نقطة الوصول لتعزيز كلاً من الطيف وكفاءة الطاقة.

نظراً للتطور السريع لنظام الاتصالات اللاسلكية، فإنه مطلوب بشدة نظام موثوق يمكنه توفير سعة قناة أعلى ومعدلات نقل بيانات أعلى للمستخدمين، ويتم الحصول عليها عن طريق أنظمة المدخلات المتعددة (MIMO)؛ لأنّ أنظمة (MIMO) تسمح بالتنوع المكاني وتقنية تعدد الإرسال المكاني بسبب هوائياتها المتعددة في كل من جانبي المرسل والمستقبل، والهدف هو إظهار أداء السعة بين أنظمة (SISO) و(SIMO) و(MISO) و(MIMO).

في عصر اليوم، أصبحت شبكات الاتصالات اللاسلكية ضرورة، ومع ذلك فإنّ هذه محدودة من حيث النطاق ومعدل البيانات، وللتغلب على هذه القيود يتم استخدام أنظمة متعددة المدخلات ومخرجات متعددة (MIMO) التي تستخدم أكثر من هوائي واحد على طرفي الشبكة اللاسلكية، كما تتوفر أنظمة (MIMO) مع الشبكات اللاسلكية القديمة، كما تتوفر أهمية كبيرة لأنظمة (MIMO) للجيل المستقبلي من الشبكات اللاسلكية.

في الاتصالات اللاسلكية التقليدية يتم استخدام هوائي واحد عند المصدر ويتم استخدام هوائي واحد آخر في الوجهة، ويؤدي هذا إلى ظهور مشاكل مع تأثيرات تعدد المسارات وعندما يُقابل مجال كهرومغناطيسي عوائق مثل التلال والأودية والمباني وأسلاك المرافق، فإنّ واجهات الموجة متناثرة وبالتالي تأخذ العديد من المسارات للوصول إلى الوجهة.

• “AP” هي اختصار لـ “access point”.

• “SIMO” هي اختصار لـ “Single input and multiple output”.

• “MISO” هي اختصار لـ “multiple input, single output”.

• “SISO” هي اختصار لـ “single input, single output”.

مبدأ عمل نظام MISO

يتم إنشاء نظام اتصال لاسلكي متعدد المدخلات ومخرج واحد (MISO) يتلاشى ببطء مع هوائيات إرسال N، وتعتبر قناة الإرسال مصطلحًا معقدًا للضوضاء الغوسية البيضاء المضافة (AWGN) ثم يتم توزيع سعة القناة بناءً على نظرية الاحتمالات والإحصاءات الرياضية، بعد ذلك تم اشتقاق منحنى الخدمة العشوائية للنظام من خلال الجمع بين سعة القناة وحساب الشبكة العشوائي، وعلاوة على ذلك تم تقديم تحليل الأداء لحركة المرور الدورية.

بالنسبة لاتصالات النطاق العريض، كان تعدد الإرسال بتقسيم التردد وبالنسبة للاتصالات الضوئية كان مضاعفة تقسيم الطول الموجي، ثم بالنسبة لجميع أنواع الشبكات تم تقسيم الكود بحيث أصبحت الاختراقات في سرعة الإرسال ممكنة بفضل هذه التطورات، ممّا بشر بشبكات الجيل التالي ذات القدرة المتزايدة في كل حالة، والفكرة الأساسية هي نفسها وهب المزيد من القنوات يساوي إنتاجية أعلى وأمّا بالنسبة للاتصالات اللاسلكية، يعتبر ترميز الزمكان باستخدام تقنية المدخلات المتعددة والمخرجات المتعددة (MIMO).

من خلال توفير معالجة كاملة لـ (MIMO) تحت غطاء واحد، تجمع تقنية نظام (MIMO) للاتصالات اللاسلكية تغطية لجميع جوانب تقنية (MIMO)، جنباً إلى جنب مع أحدث المعلومات حول القضايا الرئيسية ذات الصلة، و(MIMO) هو المحفز للثورة التالية في الأنظمة اللاسلكية وتضع تقنية نظام (MIMO) للاتصالات اللاسلكية أساسًا شاملاً وكاملاً؛ لبناء الأجيال القادمة والمقبلة من الشبكات اللاسلكية.

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

تطور عمل نظام MISO

نظراً للتطور السريع لنظام الاتصالات اللاسلكية، فإنّه مطلوب بشدة نظام موثوق يمكنه توفير سعة قناة أعلى ومعدلات نقل بيانات أعلى للمستخدمين، بحيث يتم الحصول عليها من خلال أنظمة المدخلات المتعددة (MIMO)؛ لأنّ أنظمة (MIMO) تسمح بالتنوع المكاني وتقنية تعدد الإرسال المكاني بسبب هوائياتها المتعددة في كل من جانبي المرسل والمستقبل، والهدف هو إظهار أداء السعة بين أنظمة (SISO) و(SIMO) و(MISO) و(MIMO).

كما يتم التركيز بشكل أساسي على نظام (MIMO) نظراً لقدرته العالية وخصائص معدلات نقل البيانات الأعلى، وبالنسبة لخصائص أنظمة (MIMO) هذه ستكون مناسبة تماماً لتكنولوجيا الاتصالات الحديثة بحيث يُطلق على مخطط الحلقة المفتوحة اسم تنوع الإرسال ويسمى مخطط الحلقة المغلقة بمصفوفة هوائي الإرسال، كما يوجد أيضاَ نهج هجين يجمع بين تقنيات تشفير الزمكان المستخدمة أصلاً لتنوع الإرسال وتقنيات تشكيل حزم صفيف الهوائي المستخدمة أصلاً لصفيف هوائي الإرسال.

يتم التحقق في مشكلة سرية الطبقة المادية (PLS) في نظام اتصالات الضوء المرئي (VLC) متعدد المدخلات والمخرج الفردي (MISO) بمساعدة التعديل المكاني (SM)، والذي يُطلق عليه النظام (MISO SM-VLC)، ومن خلال معالجة خصائص إشارات إدخال القناة ومخطط (MISO SM-VLC) يتم التحقيق في أداء السرية لنظام (MISO SM-VLC) بالتفصيل لأول مرة، وعندما تخضع إشارات الإدخال للتوزيعات المنفصلة المحدودة.

على وجه التحديد، بمساعدة معلومات توزيع إشارات الإدخال والإخراج للنظام يتم اشتقاق متوسط ​​المعلومات المتبادلة لنظام (MISO SM-VLC)، كما يتم أيضاً الحصول على الحد الأدنى والتعبير الدقيق للمغلق لتقريب متوسط ​​المعلومات المتبادلة، والذي يمكن استخدامه لتقدير معدل السرية الممكن تحقيقه لأنظمة (MISO SM-VLC) بكفاءة.

علاوة على ذلك يتم تحليل احتمالية الخطأ الزوجي ومعدل الخطأ في البتات (BER) لأنظمة (MISO SM-VLC)، بالإضافة إلى بعض التعبيرات ذات الشكل المغلق حول (BER) واحتمال الخطأ الزوجي وتتحقق النتائج العددية والمحاكاة من دقة النتائج النظرية المشتقة لأداء السرية لأنظمة (MISO SM-VLC).

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

• “VLC” هي اختصار لـ “Visible light communication”.

• “SM” هي اختصار لـ “Space Modulation”.

• “PLS” هي اختصار لـ “Physical layer secrecy”.