ما هي تقنية توسيع نطاق الخلية في الاتصالات CRE

نظراً للزيادة في الطلب على عرض النطاق الترددي اللاسلكي أصبح الخدمة من خلال المحطات الأساسية الكلية (MBS) فقط غير كافٍ لخدمة معدات مستخدمي الشبكة (UEs)، وفي وقت لاحق تلقى حل حديث وهو الشبكات غير المتجانسة (HetNets)، حيث يتم نشر محطات القاعدة منخفضة الطاقة (BS) داخل الخلية الكبيرة اهتمامًا كبيرًا مؤخرًا في الأدبيات.

ما هي توسيع نطاق الخلية CRE

توسيع نطاق الخلية (CRE): هو تقنية لتوسيع نطاق خلية بيكو تقريبًا عن طريق إضافة قيمة التحيز إلى الطاقة المستلمة بيكو، بدلاً من زيادة طاقة الإرسال لمحطة قاعدة بيكو (PBS) بحيث تكون التغطية وإنتاجية حافة الخلية، وتم تحسين الإنتاجية الإجمالية للشبكة.

• “MBS” هي اختصار لـ “Mobile base stations”.

• “CRE” هي اختصار لـ “Cell Range Expansion”.

• “PBS” هي اختصار لـ “pico base station”.

• “UE” هي اختصار لـ “User Equipment”.

أساسيات تقنية توسيع نطاق الخلية CRE

ركزت العديد من الدراسات على تنسيق التداخل بين الخلايا (ICIC) في (CRE)، لأنّ قوة الإرسال القوية لمحطة القاعدة الكلية (MBS)، تضر بمعدات مستخدم المنطقة الموسعة (ER) (UEs) التي تختار (PBS) من خلال قيمة التحيز، بحيث تعتمد قيمة التحيز المثلى التي تقلل من عدد تجهيزات المستعمل للانقطاع إلى أدنى حد على عدة عوامل مثل نسبة قسمة الموارد الراديوية بين (MBSs) و(PBS).

بالإضافة إلى أنّها تختلف من (UE) إلى أخرى، وبالتالي فإنّ معظم المقالات تستخدم قيمة التحيز الشائعة بين جميع تجهيزات المستعمل التي تحددها طريقة التجربة والخطأ، كما يتم اعتماد مخطط لتحديد قيمة التحيز لكل (UE) باستخدام خوارزمية (Q-Learning)، حيث يتعلم كل (UE) قيمة التحيز الخاصة به التي تقلل إلى أدنى حد من عدد (UEs) الانقطاع من تجربتها السابقة بشكل مستقل.

تُظهر نتائج المحاكاة أنّه مقارنةً بالمخطط الذي يستخدم قيمة التحيز المشتركة المثلى يقلل المخطط المقترح من عدد (UEs) الانقطاع ويحسن إنتاجية الشبكة، وإنّ توسيع نطاق الخلية (CRE) هي تقنية تضيف قيمة تحيز إلى الطاقة التي تلقتها بيكو من دعم السلوك الإيجابي أثناء التسليم، كما لو تم توسيع نطاق خلايا بيكو، ويمكن لـ (CRE) إنشاء المزيد من (UEs) للوصول إلى (PBS) حتى إذا كانت الطاقة الكلية المستلمة أقوى من الطاقة المستلمة (pico).

ومع ذلك فإنّ وحدات (UE) التي تصل إلى (PBS) والتي تكون قدرتها المستقبلة (pico) أضعف من القدرة الكلية المستقبلة تتأثر بمقدار كبير من التداخل من (MBS)، ويشار إلى تجهيزات المستعمل هذه على أنّها تجهيزات (UE) للمنطقة الموسعة (ER)، لذلك عند استخدام (CRE) قد يلزم تنسيق التداخل بين الخلايا (ICIC) لإزالة التداخل.

تقليديا يتم تعيين تجهيزات المستعمل لاستخدام نفس القيمة الثابتة والمتحيزة، وأحد الأسباب هو حقيقة أن تغيير قيمة التحيز سيتطلب قياس توزيع (UEs) وهو أمر يصعب الحصول عليه، ومع ذلك تتغير قيم التحيز الأمثل اعتمادًا على موقع (UEs) و(BS) التي تختلف عن بعضها البعض.

• “ICIC” هي اختصار لـ “Inter-Cell Interference Coordination”.

• “ER” هي اختصار لـ “Extended Rang”.

مبدأ تقنية توسيع نطاق الخلية CRE

نظراً لصعوبة تحديد قيمة التحيز المناسبة لكل تجهيزات المستعمل، يتم تحقيق (ICIC) من خلال تقسيم المورد الراديوي بين فئتين من (MBS) و(PBS)، وعادة ما يتم تحقيق (ICIC) عن طريق إيقاف إرسال (MBS) على بعض الموارد الراديوية، كما يتم تطبيق (ICIC) بفصل نطاق التردد في نهج مجال التردد بدلاً من فصل الفاصل الزمني في نهج المجال الزمني.

في نهج المجال الزمني يتم تطبيق الإطار الفرعي الفارغ تقريبًا (ABS) الذي تتوقف فيه (MBS) عن إرسال البيانات وترسل (PBS) إلى (PUEs) وخاصة (ER UEs) بشكل أساسي، ومع ذلك حتى إذا تم استخدام (ABS) فإنّ الإشارات المرجعية لا تزال ترسل بواسطة (MBS)، ممّا يتسبب في حدوث تداخل.

للقضاء على هذا التداخل تشمل المقترحات الواردة في المؤلفات استخدام الإطار الفرعي لإرسال قناة تحكم محملة بخفة (LLCS) أو إلغاء تداخل للإشارة المرجعية المشتركة (CRS-IC)، وبدلاً من استخدام طرق التجربة والخطأ يتم استخدام (Q-Learning)، وهي تقنية تعلم آلي (ML) لتحديد قيم التحيز.

أصبح استخدام (ML) في نظام الاتصالات الراديوية شائعًا لأنّ المواقف التي تختلط فيها أنظمة راديوية مختلفة في نفس المنطقة شائعة جدًا، وبما أن الظروف تتغير ديناميكيًا يصبح تعديل المعلمات أكثر صعوبة وتعقيدًا وتم تطبيق (Q-Learning) في العديد من المجالات الأخرى، مثل الراديو المعرفي ومشكلة التداخل بين الخلايا للشبكة متعددة الخلايا.

كما تم تطبيقه أيضًا على الشبكات الخلوية مثل إدارة التداخل الذاتي التنظيم والموزعة لشبكات femtocell ونظام تخصيص الموارد ذاتية التنظيم ونظام اختيار الخلايا والتحسين الذاتي للقدرة و مخطط التغطية، ويتعلم كل (UE) قيمة التحيز التي تقلل إلى أدنى حد من عدد (UEs) الانقطاع بشكل فردي، عن طريق (Q-Learning) ويمكنها تعيين قيمة التحيز المناسبة بشكل مستقل.

تُظهر نتائج المحاكاة أنّه مقارنةً بنهج التجربة والخطأ للعثور على قيمة التحيز المشتركة المثلى يقلل المخطط من عدد (UEs) الانقطاع ويحسن متوسط ​​الإنتاجية في جميع الحالات تقريبًا، وتهدف خلايا بيكو إلى تفريغ حركة المرور من خلايا الماكرو لزيادة سعة النظام.

نتيجة لذلك عندما تصبح خلية ماكرو محملة بشكل زائد سيكون من المنطقي إلغاء تحميل وحدات (MUE) الموجودة في المنطقة المجاورة لخلية بيكو، كما يمكن أو ينبغي القيام بذلك حتى إذا كانت تجهيزات المستعمل تتلقى إشارة أفضل من خلية ماكرو، ويُطلق على توسيع نطاق خلية بيكو اسم توسيع نطاق الخلية أو (CRE) أو توسيع نطاق الخلية.

تطور تقنية توسيع نطاق الخلية CRE

للتأكد من أنّ (UE) لا يفشل في عملية التسليم يجب استخدام المجال الزمني (ICIC) ويجب أن تستخدم خلية ماكرو (ABS)، ويمكن تكوين وحدات (UE) لإجراء قياسات على (Pico) عندما يستخدم الماكرو (ABS) وتقوم (MUE) بالإبلاغ عن تقارير القياس إلى الماكرو ويتم تسليمها إلى (Pico) لتكون بمثابة (PUE).

تؤدي كل من حالات فشل (HO) و(Ping-Pong HOs) إلى تدهور استمرارية خدمات بيانات المستخدم، لذلك عند تطبيق (CRE)، يجب الإبقاء على كل من حالات فشل (HO) و(Ping-Pong HOs) مكبوتة من أجل ضمان استمرارية الخدمات للمستخدمين، ومع ذلك يتم تطبيق (CRE) دون النظر إلى أداء (HO).

في نطاق تطبيق (CRE) من منظور أداء (HO) من خلال أخذ معدلات فشل (HO) ومعدلات (Ping-Pong HO) كمقاييس أداء (HO)، كما تتوفر قيم تحيز مناسبة لـ (CRE) والتي تحافظ على معدل فشل (HO) ومعدل (Ping-Pong HO) أقل من (1%).

مثل هذا النطاق المناسب لقيمة التحيز (CRE) أصغر من النطاق دون النظر إلى أداء (HO)، وأنّ (Ping-Pong HO) يحدث بسبب قصر وقت بقاء المستخدمين في خلايا (pico) في بيئة عالية السرعة، كما يصبح معدل (Ping-Pong HOs) أكثر من حوالي (1%) عندما تكون سرعة المستخدم أكثر من (60 كم / ساعة)، لذلك يكون العثور على قيم تحيز (CRE) المناسبة أكثر صعوبة في بيئة السرعة العالية منها في بيئة منخفضة السرعة.

توسيع نطاق الخلية (CRE) هو تقنية واعدة لتعزيز تفريغ حركة المرور لخلايا بيكو ,تتحقق CRE عن طريق ضبط توقيت بدء التسليم من أو إلى خلايا بيكو، ومع ذلك يؤدي الإعداد غير المناسب لتوقيت الزناد إلى فشل (Ping-Pong HOs).

• “HO” هي اختصار لـ “Hand-Over”.