ما هو الوصول المتعدد بتقسيم النمط في الاتصالات PDMA

يختلف (PDMA) عن مخطط الوصول اللاسلكي الحالي (LTE) وهو عبارة عن تقنية وصول متعددة غير متعامدة جديدة تعتمد على التحسين الكلي لنظام اتصالات المستخدمين المتعددين، كما يعتبر هو التصميم المشترك في كل من المرسل والمستقبل، وفي جهاز الاستقبال يتم تحديد العديد من المستخدمين من خلال الطريقة المتتالية لإلغاء التداخل (SIC).

ما هو الوصول المتعدد بتقسيم النمط PDMA

الوصول المتعدد بتقسيم النمط (PDMA): هو نوع من تقنيات الوصول المتعدد غير المتعامد استنادًا إلى مبدأ التنوع المعقول المقدم بين التصميم متعدد المستخدمين، والتصميم المشترك بين المرسل والمستقبل لتعزيز السعة، كما يمكن استعمال (PDMA) لشبكات الجيل الخامس مثل: (eMBB) و(URLLC) و(mMTC) ممّا يعزز كفاءة الطيف ويزيد الاتصالات ويقلل زمن الوصول.

ملاحظة: “PDMA” هي اختصار لـ “Pattern division multiple access”.

ملاحظة: “SIC” هي اختصار لـ “Self Interference Cancellation”.

ملاحظة: “LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.

ملاحظة: “eMBB” هي اختصار لـ “enhanced Mobile Broadband”.

ملاحظة: “URLLC” هي اختصار لـ “Ultra Reliable Low Latency Communications”.

ملاحظة: “mMTC” هي اختصار لـ “massive Machine Type Communications”.

خصائص الوصول المتعدد بتقسيم النمط PDMA

• يتم تضمين (PDMA) في اتجاهات التكنولوجيا الجديدة لقطاع الاتصالات الراديوية.

• في الآونة الأخيرة، يُعد الوصول المتعدد بتقسيم النمط (PDMA) نظام وصول متعدد غير متعامد يتم تطويره الآن في اتصالات الجيل التالي لتلبية متطلبات الاتصال الجماعي.

• الفرضية الأساسية للنفاذ المتعدد غير المتعامد هي خدمة مستخدمين متعددين في وقت واحد بمستويات طاقة متفاوتة عبر نفس موارد الطيف، مثل: الوقت والتردد والشفرة والمساحة مع الحد الأدنى من التداخل بين المستخدمين.

• يهدف تحليل المحاكاة للتحسينات التكنولوجية الهامة التي تركز على (PDMA) إلى وصف فوائد الخطتين التي يتم فحصها من قبل مشروع شراكة الجيل الثالث لتقنيات (5G)، وهي تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (F-OFDM)، وتعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد بإطار (W-OFDM) ومقارنتها بعمليات التشكيل البديلة مثل التشكيل.

• إنّ (PDMA) هو معدل خطأ بتات أقل يستخدم في تقنيات الوصول المتعددة مقارنة بـ (W-OFDM) و(F-OFDM).

مبدأ عمل الوصول المتعدد بتقسيم النمط PDMA

• يتم اعتماد الوصول المتعدد بتقسيم النمط باستخدام مصفوفة هوائي واسعة النطاق (LSA-PDMA) كمخطط وصول متعدد غير متعامد جديد (NOMA).

• يتم تصميم النمط في كل من مجال الحزمة ومجال القدرة بطريقة مشتركة.

• في جهاز الإرسال تستخدم خرائط النمط تخصيص القدرة لتحسين معدل مجموع النظام وتخصيص الحزمة لتعزيز توصيلية الوصول وتحقيق تكامل (LSA) في الوصول المتعدد تلقائيًا.

• في المستقبل يتم استخدام الكشف الهجين للمرشح المكاني (SF) وإلغاء التداخل المتتالي (SIC) لفصل الإشارات المتراكبة متعددة المجالات.

• علاوةً على ذلك تقوم بصياغة مشكلة تعظيم معدل المجموع للحصول على السياسة المثلى لرسم الخرائط، وثبت أنّ مشكلة التحسين سيئة.

• كما أنّ مخطط (LSA-PDMA) يحقق مكاسب كبيرة في الأداء على معدل مجموع النظام مقارنة بكل من مخطط الوصول المتعدد المتعامد ونظام (NOMA) لمجال القدرة.

ملاحظة:“NOMA” هي اختصار لـ “Non-orthogonal multiple access”.

ملاحظة:“LSA-PDMA” هي اختصار لـ “large-scale antenna array Pattern Division Multiple Access”.

ملاحظة:“SF” هي اختصار لـ “spatial filter”.

ملاحظة:“LSA” هي اختصار لـ “Low Speed Adapter”.

كيفية اختيار النمط وطريقة تحسين التصميم في تكنولوجيا الوصول المتعدد

بتقسيم النمط

• تتضمن طريقة تصميم النمط لنظام الوصول المتعدد بتقسيم النمط (PDMA) إنشاء مصفوفات نمط (PDMA) مرشح للمستخدمين بناءً على (REs) في مجموعة الموارد المستهدفة.

• في نظام الوصول المتعدد بتقسيم الأنماط (PDMA)، يُعد تصميم النمط أحد التقنيات الرئيسية، ويؤثر أيضًا بشكل مباشر على أداء النظام.

• نمط (PDMA) لكل مستخدم هو متجه ثنائي يتكون من (0 و1)، وتشكل جميع أنماط المستخدم المضاعفة في نفس مجموعة الموارد مصفوفة نمط (PDMA).

• تؤثر خصائص مصفوفة نمط (PDMA)، مثل أبعاد المصفوفة والتباين وعلى أداء وتعقيد النظام.

• يمكن أن يوفر النمط ذو الوزن الثقيل للعمود أي عدد العناصر (1) لدرجة تنوع أعلى، ويمكن أن يؤدي إلى نقل بيانات أكثر موثوقية، ولكن يزداد التعقيد.

• وبالتالي إذا كان النظام قادراً على إجراء حسابات معقدة، فمن الأفضل استخدام الأنماط ذات الأوزان الثقيلة وإلّا فسيتعين اختيار أنماط أخف.

• من الناحية العملية، عادةً ما يتم إجراء المفاضلة في الأداء والتعقيد بسبب مشكلات التنفيذ الهندسي.

• كما أنّ سعة قيد الكوكبة، إذا كان لكوكبة الإدخال حجم محدود وتم اختيار رموز تشكيل الكوكبة بتوزيع موحد، فإنّ المعلومات المتبادلة بين مدخلات ومخرجات قناة غاوسية تسمى سعة تقييد الكوكبة للقناة.

• نظراً لأنّه يتم إرسال رموز التشكيل لجميع المستخدمين متراكبة على نفس مجموعة الموارد (RE) وفقًا لنمط (PDMA)، وإذا استخدم جميع المستخدمين تشكيل الكوكبة الأولي فإنّ رموز التشكيل المجمعة سوف تسبب مشاكل الغموض.

ما هي مصفوفة نمط PDMA

من أجل حل مشكلة الغموض في الكوكبة المدمجة، يمكن إدخال عامل القدرة وعامل دوران الطور في مصفوفة نمط (PDMA)، حيث تتم الإشارة إلى عامل القدرة لتسوية الطاقة في كل (RE) إلى (1) ولم يتم دراسة عامل دوران الطور على نطاق واسع، وبالإضافة إلى ذلك عند حساب عامل دوران الطور سيؤدي ذلك إلى زيادة التعقيد إذا تم إجراء بحث المسح على زوايا الدوران لجميع المستخدمين.

بعد الحصول على مصفوفة نمط (PDMA) مستهدفة، يتم حساب زاوية الدوران لكل مستخدم بناءً على سعة قيد كوكبة وعامل دوران طور مُكوّن، وذلك للحصول على مصفوفة نمط (PDMA) المستهدف بما في ذلك عامل دوران الطور، وإنّ حساب زاوية الدوران لكل مستخدم يتضمن تكبير سعة قيد الكوكبة إلى أقصى حد للحصول على زاوية الدوران المثلى المحددة ثيتا للمستخدمين.

بعد الحصول على مصفوفة نمط (PDMA) الهدف، تُحسب زاوية الدوران لكل مستخدم باستخدام مقياس سعة قيد الكوكبة، وينتمي تمثيل سعة قيد الكوكبة إلى حالة التقنية الصناعية والحصول على زاوية مرحلة الدوران المثلى تحدد ثيتا للمستخدمين عن طريق حساب السعة القصوى لقيود الكوكبة، والحصول على مصفوفة نمط (PDMA) مستهدفة تحتوي على عامل دوران الطور.

تجميع عدد كبير من المستخدمين من خلال مخطط اختيار نمط (PDMA) لتقليل التداخل بين المستخدمين ويتم توسيع السعة الفعلية بشكل أكبر من خلال أخذ سعة قيد الكوكبة، كمعيار قياس حسابي لعامل دوران الطور بحيث يقترب مخطط كوكبة متعدد المستخدمين من التوزيع الغوسي، ويتم الحصول على كسب تشكيل الكوكبة.

كما ذكرنا أعلاه، يتم تصميم النمط لنظام الوصول المتعدد بتقسيم النمط (PDMA) بحيث يتم تكوين وحدة المعالجة الأولى لإنشاء مصفوفات نمط (PDMA) مرشح لمستخدميين بناءً على (N REs) في الهدف مجموعة الموارد، والتي تبني مصفوفة نمط (PDMA) مستهدفة بناءً على مصفوفة نمط (PDMA) المرشح.