أساسيات معدل خطأ الرمز Symbol Error Rate

يحصل المستخدم النهائي على مساعدة من مستخدم الهاتف المحمول الآخر في تلقي إشارة ذات جودة أفضل، حيث يعني مصطلح الاتصال التعاوني الخلوي أنّ التعاون سيحدث بين الهواتف الخلوية المختلفة، وفي الاتصالات اللاسلكية تعاني الإشارة بشكل عام من التلاشي، وفي الأوقات التي تكون فيها قوة الإشارة المستلمة منخفضة، يمكن أن يكون الاتصال التعاوني مفيداً بشكل كبير في إحضار الرابط.

أساسيات معدل خطأ الرمز Symbol Error Rate:

يمكن زيادة معدل البيانات مع التنوع التعاوني عند توفر اتصال خط البصر “LOS”، حيث يتم استخدام خوارزمية لاختيار أفضل مُرحّل، كما يتم الإشراف على كل التعاون من قبل المحطة الأساسية ومحاكاة معدل خطأ الرمز “SER” للاتصالات الخلوية التعاونية ضمن قنوات مختلفة، كما أنّ التعاون إذا تم استخدامه سيكون في الواقع مفيداً للغاية لسيناريو الاتصال الخلوي المتنامي بشكل كبير.

يُعد تعديل موضع النبضات المتعددة “MPPM” ذو القرار الناعم أحد تعديلات الاتصالات البصرية المفضلة في الفضاء الحر، كما تستمد التعبيرات النظرية لمعدل خطأ الرمز لكل من ظروف الخبو السريع والبطيء المطبقة على “MPPM” ذات القرار الناعم، وبدون معلومات حالة القناة في المستقبل كحالة معينة لظروف قناة لا ذاكرة لها، كما تم التحقق من التعبيرات النظرية للاضطراب اللوغاريتمي الطبيعي والاضطراب على غرار جاما غاما عن طريق المحاكاة.

يستخدم تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد “OFDM” في المقام الأول للحماية من الآثار الضارة للقنوات متعددة المسارات اللاسلكية، حيث من خلال أخذ عينات الإشارة المستقبلة في الوقت الأمثل يمكن للمستقبل تجنب التداخل بين الرموز “ISI” الناجم عن بيئات الخبو حتى طول البادئة الدورية “CP” المستخدمة، وعلاوةً على ذلك ولهذا السبب يكون “CP” هو تم اختياره ليكون أطول قليلاً من الحد الأقصى لتمديد التأخير لقناة الخبو.

ترسل أنظمة “OFDM” العديد من الموجات الحاملة الفرعية ذات معدل البيانات المنخفض والمقاومة لتعدد المسيرات والكفاءة الطيفية، كما أنّ تمثيل مجال التردد يبسط تصحيح الخطأ في المستقبلات ويقلل من التعقيدات التي ينطوي عليها تعدد المدخلات والمخرجات “MIMO” التنفيذ، حيث يدعم “OFDM” أيضاً العديد من المستخدمين أو جدولة الوصول المتعدد، ومعايير التصميم الأولية لنظام الاتصالات القائم على “OFDM” هي أقصى امتداد للتأخير وأقصى تردد دوبلر وحجم الخلية المستهدفة.

• “LOS” هي اختصار لـ “Line of sight”.

• “SER” هي اختصار لـ “Symbol Error Rate”.

• “MPPM” هي اختصار لـ “Multiple pulse position Modulation”.

• “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal Frequency Division Multiplexing”.

• “ISI” هي اختصار لـ “inter symbol interference”.

• “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-In Multiple-Out”.

الفرق بين معدل خطأ البتات BER ومعدل خطأ الرمز SER:

• في القناة ذات مخطط التشكيل المعياري، مثل “PSK / QAM” فإنّ معدلات الخطأ قبل تطبيق فك تشفير “ECC” تكون في قناة اتصال غير مشفرة.

• في مثل هذه القناة يمثل كل رمز مرسل “M بتات” الحمولة النافعة، لذلك يمثل كل رمز يتم استلامه بشكل صحيح “M بت” بدون أخطاء، وكل رمز يتم استلامه بشكل غير صحيح يمثل “M بتات” منها 1 على الأقل خطأ.

• في الحالة المتطرفة وغير المحتملة، حيث دائماً ما تكون جميع وحدات البت الخاصة بالرمز غير الصحيح خاطئة، فإنّ “BER” و”SER” متساويان، وهذا يعني أنّ معدل “BER” أقل من أو يساوي “SER”، حيث يكون “BER≤SER”.

ملاحظة:“PSK / QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation / phase-shift-keying”.

ملاحظة:“ECC” هي اختصار لـ “Emergency Communications Center”.

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

الفرق بين OFDM و SER:

يُعد تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد “OFDM” أكثر طرق الإرسال المتعدد شيوعاً في أنظمة الإرسال المتعدد “MC”، حيث تم اشتقاق صيغة جديدة مغلقة لمعدل خطأ الرمز “SER” لأنظمة “OFDM” العامة مع تعديل مفتاح إزاحة الطور “M-ary MPSK” وكاشف الطور الأمثل لكل قناة فرعية عبر قناة خبو.

كما يمكن استخدام هذه الصيغة الجديدة لتقييم كل من أنظمة “OFDM” القائمة على تحويل فورييه “DFT” وأنظمة الموجات متعددة الألوان “DWMT” المنفصلة، حيث يمكن أيضاً اعتماده كمعيار لتصميم نظام “OFDM” ويتم إجراء عمليات محاكاة مونت كارلو العددية للتحقق من تحليل “SER” النظري، ويتضح أنّ النتائج النظرية من الصيغة الجديدة المقدمة تتوافق مع نتائج المحاكاة.

• “MC” هي اختصار لـ “Multimedia Communication”.

• “MPSK” هي اختصار لـ “M-ary phase-shift keying”.

• “DWMT” هي اختصار لـ “discrete wavelet multitone”.

• “DFT” هي اختصار لـ “Density Function Theory”.

تحليل معدل خطأ الرموز لتشفير شبكة الطبقة المادية المشكلة M-QAM مع أخطاء الطور:

تُظهر الدراسات النظرية الحديثة لتشفير شبكة الطبقة المادية “PNC” اهتماماً كبيراً بالتشكيل عالي المستوى مثل تعديل سعة التربيع “M-ary M-QAM”، وتستند معظم الأعمال ذات الصلة على افتراض تزامن الطور، كما يهتم الوجود المحتمل لخطأ التزامن وخطأ تقدير القناة الضوء على طلب تحليل أداء معدل خطأ الرمز “SER” لـ “PNC” تحت أخطاء طور مختلفة.

وبافتراض التزامن وطريقة رسم خرائط عامة للكوكبة والتي تعين الإشارة المتراكبة في مجموعة من الرموز المشفرة “M”، يتم اشتقاق بشكل تحليلي “SER” لـ “PNC” المعدل “M-QAM” تحت أخطاء طور مختلفة كما يتم الحصول على تقدير تقريبي لـ “SER” لتعديلات “M-QAM” العامة، وكذلك “SER” الدقيق لمفتاح إزاحة الطور التربيعي “QPSK” أي “4-QAM”، وبعد ذلك يتم التحقق من النتائج النظرية عن طريق محاكاة “مونت كارلو”.

• “PNC” هي اختصار لـ “Physical Node Controller”.

• “QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature phase shift keying”.

1- معدل خطأ الرموز لتشكيل “M-QAM”:

تُستخدم مخططات تعديل السعة التربيعية “QAM” مثل “4-QAM QPSK” و”16-QAM” و”64-QAM” في مواصفات الاتصالات الرقمية اللاسلكية النموذجية، مثل “IEEE802.11a” و”IEEE802.16d”.

• “IEEE” هي اختصار لـ “Institute of Electrical and Electronics Engineers”.

2- تحديد كوكبة “M-QAM” العامة:

يتم تعريف عدد النقاط في الكوكبة، حيث يوجد عدد البتات في كل رمز كوكبة، وفي هذا التحليل من المستحسن التقييد بعدد زوجي للأسباب التالية:

• يتم تمثيل نصف البتات على المحور الحقيقي ويتم تمثيل نصف البتات على المحور التخيلي والإشارات في الطور والتربيع هي إشارات مستقلة لتعديل اتساع النبضة “PAM“، وهذا يبسط تصميم مصمم الخرائط.

• لفك التشفير يمكن تطبيق قرارات الرموز بشكل مستقل على المحور الحقيقي والخيالي، ممّا يبسط تنفيذ المستقبل.

• إنّ الكوكبة المربعة ليست أفضل مخطط لنسبة إشارة إلى ضوضاء معينة، ومع ذلك بالنظر إلى أنّ عمليات التنفيذ النموذجية تفضل التعقيد المنخفض.

ملاحظة:“PAM” هي اختصار لـ “Pulse Analogue Modulation”.

أنواع من نقاط الكوكبة في كوكبة “M-QAM” العامة:

• نقاط كوكبة في الزاوية أي مربعات حمراء، وعدد نقاط الكوكبة في الزاوية في أي كوكبة “M-QAM” هو دائماً 4، أي أنّ نقاط كوكبة في الداخل “ماس ماغنيتا”، وعدد نقاط الكوكبة في الداخل هو على سبيل المثال مع “M = 64″، حيث هناك “36 نقطة كوكبة” في الداخل.

• لا يشير الكوكبة إلى الزاوية ولا في المركز، وعدد نقاط كوكبة هذه الفئة هو على سبيل المثال مع “M = 64″، وهناك “24 نقطة كوكبة” في الداخل.

• نموذج قناة الضوضاء الغوسية البيضاء المضافة.

• يكون الرمز المستلم للطاقة هي عامل التطبيع وهي رمز الإرسال والضوضاء، كما أنّ الضوضاء المضافة تتبع دالة التوزيع الاحتمالي الغاوسي.