مبادئ وأهمية تعدد الإرسال بتقسيم التردد المعمم GFDM

تتطلب تطبيقات (5G) اللاسلكية المستقبلية معدل بيانات محسنًا وتأخيرًا منخفضًا واستخدامًا فعالًا للطيف وتقليل الانبعاثات خارج النطاق (OOB) وتعقيدات التنفيذ، حيث لا يمكن الحصول على اتصال (GFDM) موثوق به مع إشارة (GFDM) التي لها تأثيرات أكثر خطورة على التداخلات والضوضاء.

ما هو تعدد الإرسال بتقسيم التردد المعمم GFDM

تعدد الإرسال بتقسيم التردد المعمم (GFDM): هو أحد الموجات الحاملة الجديدة المرشحة لشكل الموجة (5G)، والتي تحقق متطلبات تطبيقات (5G) بشكل جيد عند مطابقتها مع مضاعفة تقسيم التردد المتعامد (OFDM)، ومع ذلك فإنّ لها بعض العيوب مثل: التداخل بين الرموز (ISI) والتداخل بين الناقلات (ICI) وتعقيدات التنفيذ.

ملاحظة:“GFDM” هي اختصار لـ “Generalized frequency division multiplexing”.

ملاحظة:“OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiplexing”.

ملاحظة:“ICI” هي اختصار لـ “Inter-Carrier Interface”.

ملاحظة:“ISI” هي اختصار لـ “inter symbol interference”.

أهمية استخدام تعدد الإرسال بتقسيم التردد المعمم GFDM

للقضاء على التداخل في نظام الاتصالات يتم استخدام خوارزميات (DGT) المحلية مع نوع جديد مقترح من ترشيح النموذج الأولي، كما سيكون للترشيح المقترح مرشحات منفصلة للحاملات الفرعية الفردية وحتى الموجات الحاملة الفرعية على التوالي.

يقدم شروط التعامد التي سيتم استخدامها للتخلص من التداخلات في أنظمة الاتصالات، حيث تظهر نتائج المحاكاة أنّ نظام (GFDM) يتمتع بأداء أفضل لمعدل (BER) عند مقارنته بنظام (GFDM) التقليدي، وفي المستقبل يمكن تطبيق بعض خوارزميات تقدير القناة مباشرة وتكوينات مختلفة لهوائي (MIMO) في نظام (GFDM) المعدل لتحسين الأداء.

ملاحظة:“BER” هي اختصار لـ “Bit Error Ratio”.

ملاحظة:“MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-input-multiple-output”.

مبدأ تقليل تعقيدات نظام GFDM

إنّ إزالة التشكيل الرقمي، حيث يتم تقليل تعقيدات نظام (GFDM) بتقسيم التردد الواسع النطاق وتعقيد الحساب والاستفادة من انفتاح مصفوفات نظام (GFDM) بتقسيم التردد ذي المعنى الواسع النطاق، وأوجه القصور التي تعاني منها خوارزمية الخطأ التربيعي الأدنى.

كما لا يمكن استخدام الطريقة تحت قناة متعددة المسارات من خلال التغلب على محطة الاستقبال لأنظمة (GFDM) متعددة الإرسال بتقسيم التردد الواسع، وفي الوقت نفسه منخفضة التعقيد لن تتسبب طريقة خوارزمية الخطأ التربيعي الأدنى في فقدان أداء خطأ نظام (GFDM) لتقسيم التردد ذي المعنى الواسع.

في الوقت الحاضر تتم مقارنة تقنية إرسال نظام (OFDM) بتقسيم التردد المتعامد على نطاق واسع وتعدد الإرسال بتقسيم التردد العريض لأنظمة (GFDM) غير مستطيلة، باستخدام تشكيل النبضات الجانبية المنخفضة وذلك لتقليل خارج النطاق تسرب الطاقة، ولكن هناك أيضًا استخدام عالي للطيف ومرونة عالية وتأخير زمني منخفض.

عادةً ما تستخدم مطاريف استقبال نظام (GFDM) متعدد الإرسال بتقسيم التردد واسع النطاق مرشحًا متطابقًا (MF) أو تأثير صفري (ZF) أو أقل خطأ متوسط ​​التربيع، كما يتم اكتشاف (MMSE) لإشارة الاستقبال للقضاء على التداخل بين الموجة الحاملة الفرعية وتداخل الرموز بين الرقم، وتحسين الوظيفة المنهجية.

وبسبب اكتشاف تعدد الإرسال بتقسيم التردد الواسع، ترتبط محطات استقبال (GFDM) بمصفوفة كبيرة الأبعاد تكون مضاعفة وعملية انعكاس المصفوفة ذات الأبعاد الكبيرة، والتعقيد الذي يحدث عند التسبب في تعدد الإرسال بتقسيم التردد الواسع لمحطات استقبال (GFDM)، كما يتحول هذا إلى عامل مهم لتقييد تطوير تقنيات أنظمة (GFDM) بتقسيم تردد واسع النطاق.

ملاحظة: “MMSE” هي اختصار لـ “Multimedia Messaging Service Environment”.

هيكلة إطار تعدد الإرسال بتقسيم التردد المعمم GFDM

إنّ (GFDM) مع العدد الصغير من الموجات الحاملة الفرعية يهدر موارد التردد بسبب عرض نطاق الموجة الحاملة الفرعية الأوسع، كما يحتاج الإرسال متعدد الموجات إلى جعل الناقل الفرعي للتيار المستمر فارغًا لتجنب أي إزاحة للتيار المستمر، ويتسبب عرض النطاق الترددي للناقل الفرعي الأوسع وإلغاء التيار المستمر في إهدار المورد بشكل أكبر.

بالإضافة إلى ذلك يتسبب (GFDM) في حدوث تداخل بين الموجات الحاملة (ICI) بسبب عدم تعامد الموجة الحاملة الفرعية، حيث ركزت دراسات جدوى (GFDM) على تقييم الأداء ولم تأخذ في الاعتبار مشكلة (DC) الفارغة، ومن ناحية أخرى تمت دراسة مخطط تخفيض (ICI) لـ (GFDM)، ومع ذلك تفترض هذه الدراسات أنّ كتلة تخفيض (ICI) مثبتة على جانب المستقبل من نظام الاتصال.

بسبب عدم تعامد الحامل الفرعي يمكن أن تستفيد أنظمة (GFDM) من كتلة تقليل (ICI)، وتقليدياً يتم تثبيت كتلة تخفيض (ICI) على جانب المستقبل، ومع ذلك نظرًا لأن تقليل (ICI) من جانب المستقبِل يحتاج إلى تقدير الإشارة وخفض (ICI) لكل ناقل فرعي، فإنّ التكلفة الحسابية واستهلاك الطاقة مرتفعان.

إذا كان جانب المستقبِل طرفًا متنقلًا فقد يؤدي ذلك إلى زيادة استهلاك الطاقة وزيادة الطلب الحسابي وما إلى ذلك ويمكن أن يؤدي إلى استنفاد البطارية بشكل أسرع، ومع ذلك نظرًا لأن (ICI) الخاص بـ (GFDM) هو تدخل ذاتي يمكن لجانب المرسل في نظام الاتصالات حساب (ICI)، والقضاء عليه من خلال المعالجة المسبقة.

مبدأ عمل تعدد الإرسال بتقسيم التردد المعمم GFDM

طريقة تحسين اتصالات (GFDM) وفقًا للتقنيات، حيث يتم إنشاء إطار واحد أو أكثر للإشارة إلى قدرة (GFDM) وبعد ذلك عندما يكون المرسل والمستقبل قادرين على إرسال (GFDM)، يتم إنشاء بروتوكول إرسال (GFDM) باستخدام تنسيق رأسية (PDU) الذي تم الكشف عنه، وبعد ذلك يتم إبلاغ جهاز الاستقبال عن تكوين (GFDM).

كما أنّ مستقبل (GFDM) ثنائي المحرك لنموذج بيانات وطريقة، حيث تشتمل الطريقة على خطوات الحصول على شبكة لتقدير القناة وشبكة عصبية لاكتشاف الإشارة، وأخذ المصفوفة التي تحتوي على معلومات التردد الطيار للإرسال والنتيجة الحقيقية القيمة لمتجه التردد الطيار للمجال الزمني، والمستقبَل كمدخل لشبكة عصبية لتقدير القناة وإخراج تقدير معلومات حالة قناة مجال التردد.

كما يتم الحصول على مصفوفة قناة مكافئة وأخذ مصفوفة القناة المكافئة ونتيجة ذات قيمة حقيقية لمتجه إشارة مجال الوقت المستقبَل كمدخل للشبكة لاكتشاف الإشارة وإنتاج المدخلات والمخرجات، كتقدير لرمز (GFDM)، ومع أخذ تقدير لمخرج رمز (GFDM) بواسطة شبكة لاكتشاف الإشارة كمدخل واتخاذ الإخراج كتقدير لمعلومات البت الأصلية.

وكذلك الحكم على ناتج شبكة إزالة الخرائط وحجم العتبة المحددة وإخراج نتيجة الكشف لمعلومات البت الأصلية وفقًا لنتيجة الحكم، كما يتمتع بمزايا تتمثل في أنّ المعلمات لا تتغير جنبًا إلى جنب مع بُعد البيانات وسرعة التدريب عالية والقدرة على التكيف مع بيئات القنوات المختلفة قوية.

ملاحظة:“PAPR” هي اختصار لـ “Peak to average power ratio”.

في النهاية، من أجل تقليل (PAPR) تمت دراسة تعدد الإرسال بتقسيم التردد المعمم (GFDM) الذي يتميز بخصائص الإرسال الفردي والحامل المتعدد، ومن خلال إدخال (GFDM) يمكن تقليل عدد الموجات الحاملة الفرعية مع الحفاظ على إنتاجية عالية.