التداخل هو ضعف حاسم في الاتصال اللاسلكي الجدير بالثقة، وللتغلب على مشكلة التداخل هذه تم وضع العديد من استراتيجيات إدارة التداخل، وتُعد محاذاة التداخل (IA) أحد أساليب إدارة التداخل المهمة التي تعالج تحديد موضع الإشارات بحيث تشكل ظلًا متداخلاً عند المستقبلات غير المقصودة، تظل الإشارات الخالية من التداخل المرغوبة قابلة للفصل عند المستقبلات المقصودة.
ما هي محاذاة التداخل IA
محاذاة التداخل (IA): هي تقنية ناشئة لإدارة التداخل وهي درجات الحرية (DoFs) المثلى، ممّا يعني أنّها يمكن أن تقترب من قدرة شبكة التداخل عند نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية جدًا (SNR).
- “IA” هي اختصار لـ “Alignment Interference”.
- “DoFs” هي اختصار لـ “degrees of freedom”.
- “SNR” هي اختصار لـ “Signal to Noise Ratio”.
أساسيات محاذاة التداخل IA
إنّ الحاجة إلى معلومات حالة القناة العالمية عند جهاز الإرسال (CSIT) تعمل كقيد عملي لـ (IA) في نظام الاتصالات اللاسلكية في العالم الحقيقي، ويمكن لـ (IA) تخفيف هذا القيد المرتبط بمعلومات حالة القناة بدون (CSIT)، والذي يُطلق عليه أيضًا اسم (IA) الأعمى (BIA).
لذلك (BIA) هي استراتيجية لإدارة التداخل تستخدم مفهوم (IA) دون معرفة (CSIT)، ولذلك استنادًا إلى عدد كبير من الأعمال المهمة السائدة، يتمثل الهدف في توفير مسح شامل لرسم صورة لـ (BIA) من حيث طوبولوجيا الشبكة، والتطبيقات في الشبكات المختلفة ومجالات البحث الشائعة ودرجات الحرية (DoF) ومشاكل البحث المفتوح وتوجهات البحث المستقبلية.
قدرة شبكة التداخل هي قضية أساسية استعصت على الباحثين لعقود، حيث في شبكات (IA) يتم تقييد الإشارات في نفس المساحات الفرعية في المستقبلات غير المقصودة، من خلال التشفير المسبق التعاوني، ويمكن استرداد الإشارة المرغوبة في كل مستقبل عن طريق إزالة التداخلات المحاذاة باستخدام مصفوفة فك التشفير.
ونظراً لأدائها الواعد في إدارة التداخل فقد تم تطبيق (IA) بنجاح على أنواع كثيرة من الشبكات اللاسلكية متعددة المستخدمين ذات الأداء الممتاز، ومع ذلك لا تزال هناك بعض التحديات للاستخدام العملي لـ (IA) وعلى سبيل المثال النفقات العامة لتعليقات معلومات حالة القناة (CSI)، وتدهور الأداء عند انخفاض معدل الإشارة إلى الضوضاء (SNR) والمتوسط وما إلى ذلك، والجوانب الأساسية لـ (IA) هي شروط الجدوى ومقاييس الأداء والخوارزميات التكرارية و(CSI).
أمّا المشكلات حول (IA) هي الانتهازية ومشاركة الطيف و(IA) الأخضر وإدارة الطوبولوجيا وأمن الطبقة المادية، وتم اعتبار محاذاة التداخل (IA) على نطاق واسع كأداة لتخفيف التداخل في أنواع مختلفة من قنوات التداخل اللاسلكي، والهدف الرئيسي من IA هو تحقيق المحاذاة عن طريق التقليل التدريجي لتسرب قدرة التداخل، وتقاس جودة المحاذاة بقدرة التداخل الموجودة في الإشارة المستقبلة بعد تطبيق مرشح قمع التداخل.
كما أنّ الهدف من هذه الفئة من محولات الشعاع هو تعظيم الإشارة إلى قدرة التسرب بالإضافة إلى نسبة الضوضاء (SLNR)، وتتمثل إحدى الصيغ البديلة لمشكلة تشكيل الحزمة هذه في استخدام متوسط الخطأ التربيعي الأدنى لتسرب الإشارة والتداخل (MMSE-SL) كدالة تكلفة.
ينفذ مخطط محاذاة التداخل (IA) المقترح للأنظمة اللاسلكية ذات قنوات التداخل متعددة المدخلات والمخرجات (MIMO) مهمة تحسين معدل المجموع في دورة تكرارية، وفي كل دورة يتم استخدام آلية (MTLI) مبدئيًا لإيجاد حل مؤقت مرشح، وبعد ذلك تستخدم آلية دعم الدعم في البرنامج المرشح للمساعدة في البحث عن حلول مجدية لتعظيم معدل المجموع الإجمالي.
في نهاية كل دورة يتم تمرير أفضل مرشح مشتق من آلية (PSO) إلى الدورة التالية لمساعدة آلية (MTLI) على تحسين المرشح، وبسبب التعاون الدوري بين آليات وحدات فك التشفير (MTLI) وأجهزة الترميز المسبقة لـ (MTLI) وآلية (PSO)، يمكن تحسين المرشحين دورة تلو الأخرى وتظهر نتائج المحاكاة وتحليل التعقيد أنّ المخطط لا يقلل فقط من التعقيد الحسابي بشكل كبير، ولكنّه يحقق أيضاً مكاسب أداء أفضل من الأساليب الحالية.
- “CSIT” هي اختصار لـ “Channel State Information at the Transmitter”.
- “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-input multiple-output”.
- “SLNR” هي اختصار لـ “signal to leakage noise ratio”.
- “BIA” هي اختصار لـ “Alignment Interference blind”.
- “MMSE-SL” هي اختصار لـ “Minimum-Mean-Squared Error Sidle link “.
- “CSI” هي اختصار لـ “Channel State Information”.
خصائص محاذاة التداخل
- يقوم المبدأ الأساسي لـ (IA) على محاذاة التداخل على فضاء فرعي للإشارة فيما يتعلق بالمستقبل غير المقصود، بحيث يمكن ترشيحه بسهولة بالتضحية ببعض أبعاد الإشارة.
- الافتراضات الأساسية التي تجعل (IA) ممكناً هي أنّ هناك العديد من المجالات المتاحة كالمكان والتردد والوقت أو الشفرة وأن المرسل على دراية بـ (CSI) تجاه المستقبل غير المقصود.
- كما إنّ محاذاة التداخل في الفضاء الجزئي أمر ممكن في سيناريوهات الوصلة الساتلية للوصلة الهابطة باستخدام قيود ترتيب هندسي معينة فقط.
- بالنسبة لـ (IA) في إرسال الوصلة الصاعدة لأنه في الوصلة الهابطة، بشكل عام تكون تغطية السواتل كبيرة جغرافياً ومن المعقد محاذاة الإشارة من القمر الصناعي في أبعاد معينة لمستقبلات الأرض.
- و(DSS) للإرسال عبر الوصلة الصاعدة، حيث يتم تطبيق (IA) على مطاريف ساتلية متعددة الحزم لتخفيف التداخل تجاه الساتل أحادي الحزمة.
ملاحظة:“DSS” هي اختصار لـ “Dynamic Spectrum Sharing”.
تقنيات IA
1- Static IA
أبسط حالة (IA) المستخدمة في (ST2’s) تستند إلى المفهوم الأولي لـ (IA) والذي وفقًا له يتم اختيار متجه مرجعي غير صفري (v) والذي يجب محاذاة التداخل معه، بحيث يمكن تحديد اتجاه المحاذاة مسبقًا بإشارة من البوابة المقصودة، كما يمكن إزالة التداخل المحاذي عبر v باستخدام مرشح بدون تأثير ويؤدي نهج (IA) الأساسي هذا إلى كسب وحدة تعدد إرسال وليس هو الأمثل.
2- IA المنسق
تؤدي إضافة قدر أكبر من الإدراك إلى (IA) إلى تنسيق (IA)، حيث تنسق الأنظمة الأولية والثانوية لتبادل معلومات (CSI) ومتجه المحاذاة ديناميكيًا اعتمادًا على أفضل الظروف.
3- IA غير منسق
- في هذا النهج يكون الإدراك بجانب (PU) ولا يتم تنسيق الأنظمة الأولية والثانوية.
- تختار (ST2s v) لتعظيم صبيبها وبعد ذلك يستشعر (SAT1 v) ويطبق المرشح المناسب.
إنّ محاذاة التداخل (IA) هي استراتيجية ثورية للإرسال اللاسلكي تقلل من تأثير التداخل، وتتمثل فكرة محاذاة التداخل في تنسيق أجهزة إرسال متعددة، بحيث يتم محاذاة تداخلها المتبادل عند المستقبلات ممّا يسهل تقنيات إلغاء التداخل البسيطة.
منذ بداية (IA) حقق الباحثون في أدائها واقترحوا تحسينات وللتحقق من قدرة (IA) على تحقيق أقصى درجات الحرية أي تقريب سعة المجموع في مجموعة متنوعة من الإعدادات، وتطوير خوارزميات لتحديد حلول المحاذاة وتعميم استراتيجيات الإرسال التي تخفف من تحتاج إلى محاذاة مثالية ولكنها تؤدي إلى أداء أفضل.
