نسبة الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى نسبة الضوضاء SINR

تُعد “SINR” بأنّها النسبة بين الإشارة المفيدة أي الإشارة بمعلومات المستخدم والمكونات غير المرغوب فيها التي تزعجها أي الضوضاء والتداخل.

ما هي نسبة الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى نسبة الضوضاء SINR؟

نسبة الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى نسبة الضوضاء “SINR”: هي مقياس مهم لجودة ارتباط الاتصال، كما يُعتبر تقدير النسبة ذا أهمية خاصة لأنظمة البيانات اللاسلكية، حيث يتم مشاركة الموارد ديناميكياً بين المستخدمين.

• “SINR” هي اختصار لـ “Signal to Interference plus Noise Ratio”.

تطبيقات تقديرات SINR:

أولاً: التحكم في القدرة في أنظمة “CDMA”:

يقدر المستقبِل “SINR” ويقارنه بالهدف ويأمر المرسل بزيادة أو تقليل قدرته المرسلة.

• “CDMA” هي اختصار لـ “Code division multiple access”.

ثانياً: تكييف المعدل:

يمكن أن يتغير معدل بتات المعلومات المخصص للمستعمل ديناميكياً بناءً على جودة الوصلة وحمل النظام، وفي حين أنّ هذا التكيف له استخدام محدود في أنظمة الصوت إلّا أنّه مفيد للغاية لأنظمة البيانات اللاسلكية، وبالتالي يمكن لتقديرات “SINR” غير الدقيقة أن تؤدي إلى تدهور شديد في الأداء واستخدام الموارد.

أساسيات نسبة SINR:

تم تطوير طرق مختلفة لتنفيذ تقدير نسبة الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى الضوضاء لأنظمة الاتصالات اللاسلكية، كما يتم استخدام “SINR” من خلال إجراءات التحكم المختلفة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية بما في ذلك قرارات التسليم وخوارزميات تكييف معدل البيانات، حيث تم اشتقاق التعبيرات التحليلية التقريبية لـ “RMSE” للمقدرات وتم التحقق من دقتها باستخدام طرق المحاكاة.

وجد أيضاً أنّ استخدام الأوزان المقدرة بدلاً من الأوزان المثلى غير المعروفة يزيد بشكل متوقع من
“RMSE”، حيث أظهرت النتائج أنّه يتم الحصول على أفضل المقدرات من خلال الجمع الأمثل، واستناداً إلى خصائص “cyclostationarity” لتعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد مع إشارة تعديل سعة تربيع الأوفست “OFDM / OQAM”، فهي طريقة تقدير جديدة حاجبة للإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى نسبة الضوضاء “SINR” لنظام “OFDM / OQAM” في وجود تردد الراديو المتداخل “RFI” المقترح.

من خلال تحليل توزيع القدرة للارتباط الدوري للإشارة المرسلة “RFI” و”AWGN” عن طريق الاختيار المناسب للتردد المتغير لتأخير الوقت والتردد الدوري لإشارة “OFDM / OQAM”، يمكن عزل الإشارة والتداخل بالإضافة إلى قدرة الضوضاء بشكل فعال في مجال القدرة والذي شكلت طريقة تقدير “SINR”.

تتحقق نتائج المحاكاة الحاسوبية من أنّ أداء الطريقة المقترحة أعلى من أداء طريقة اللحظات من الدرجة الثانية والرابعة “M2M4” وأنّ تعقيد الطريقة الجديدة أقل أيضاً من طريقة “M2M4″، كما يمكن للطريقة المقترحة تقدير نسبة الإشارة إلى الضوضاء “SINR” بشكل فعال تحت قناة رايلي سريعة الخبو وهي قوية بالنسبة لكثافة إشارة التداخل “RFI”.

• “RFI” هي اختصار لـ “Radio Frequency Interference”.

• “RMSE” هي اختصار لـ “Root mean square error”.

• “M2M4” هي اختصار لـ “Second and Fourth Order Moments”.

• “OFDM / OQAM” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiplexing / Offset Quadrature Amplitude Modulation”.

• “AWGN” هي اختصار لـ “Additive White Gaussian Noise”.

مبدأ عمل نسبة SINR:

تُعد نسبة الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى الضوضاء “SINR” مقياساً مهماً لجودة ارتباط الاتصال بدون أسلاك، وتقديرات “SINR” لها العديد من التطبيقات الهامة وتشمل هذه تحسين مستوى قدرة الإرسال للحصول على جودة الخدمة المستهدفة، والمساعدة في قرارات التسليم والتكيف الديناميكي لمعدل البيانات لتطبيقات الإنترنت اللاسلكية.

يوفر تقدير “SINR” الدقيق نظاماً أكثر كفاءة وجودة خدمة أعلى يدركها المستخدم، كما يتكون تسلسل البتات المرسلة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية من كل من بتات الدليل، أي المعروفة لكل من المرسل والمستقبل وبتات المستخدم أي التي لا يعرفها إلّا المرسل، حيث تعتمد مقدرات “SINR” التي يتم اعتبارها بشكل بديل على البتات التجريبية حصرياً على بتات المستخدم، أو تستخدم بشكل متزامن كلاً من البتات التجريبية والمستخدم.

بالإضافة إلى ذلك فإنّها المقدرات التي تستخدم آليات التنعيم والتغذية الراجعة، حيث يتم تحفيز المقدرات المتجانسة من خلال حقيقة أنّ مكون التداخل في “SINR” يتغير ببطء نسبياً مع مرور الوقت، وعادةً مع إضافة أو مغادرة مستخدم للنظام، حيث يتم تحفيز مقدّمي التغذية الراجعة بحقيقة أنّ المستقبِلات عادةً ما تقوم بفك تشفير البتات بشكل صحيح مع وجود احتمال كبير جداً، وبالتالي يمكن اعتبار بتات المستخدم على أنّها بتات شبه طيارة.

ولكل مقدر يتم اشتقاق معادلة دقيقة أو تقريبية لJ “MSE” الخاص به، كما تُعد تقديرات “Satterthwaite” وتوزيعات “F” غير المركزية المنفردة والمزدوجة، ونظرية التوزيع للأشكال التربيعية هي الأدوات الإحصائية الرئيسية المستخدمة في تطوير صيغ “MSE”، حيث في حالة صيغ “MSE” التقريبية فإنّه يتم التحقق من دقتها باستخدام تقنيات المحاكاة.

الصيغ التقريبية للمشروعات الصغيرة ومتناهية الصغر ذات الأهمية في حد ذاتها لمقارنة جودة المقدرين كما تُستخدم أيضاً للجمع الأمثل بين المقدرين، وعلى وجه الخصوص يتم اشتقاق الأوزان المثلى للجمع الخطي بين مقدر بناءً على بتات تجريبية مع مقدر يعتمد على بتات المستخدم.

كما تعتمد الأوزان المثلى على “MSE” للمقدرين اللذين يتم دمجهما، وبالتالي يمكن استخدام صيغ “MSE” التقريبية الدقيقة بسهولة، حيث تعتمد الأوزان المثلى أيضاً على “SINR” غير المعروف وبالتالي يجب تقديرها من أجل بناء مقدر مشترك قابل للاستخدام، كما يتم فحص التأثير على “MSE” للمقدر المجمع بسبب تقدير الأوزان.

• “MSE” هي اختصار لـ “Mean Square Error”.

طريقة تقدير نسبة SINR:

في طريقة تقدير نسبة الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى الضوضاء “SINR” يتم إنشاء تقدير أولي لـ “SINR” بناءً على متوسط مجموعة من العينات وتقدير تباين العينة لمجموعة العينات، حيث بعد ذلك يتم قياس تقدير “SINR” الأولي وترجمته، وعلاوةً على ذلك يتم دمج تقديرات “SINR” المستندة إلى الرموز التجريبية ورموز البيانات على التوالي لتشكيل تقدير مركب.

في طريقة تقدير نسبة الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى الضوضاء “SINR” يتم قياس تقدير “SINR” المعروف تقليدياً، وترجمته لإنتاج تقدير “SINR” الذي يحتوي على متوسط خطأ مربع مخفض بشكل كبير كما يعمل مقدر “SINR” إمّا على عينات رمز تجريبي أو عينات رمز بيانات، وعلاوة على ذلك يتم ترجيح تقدير “SINR” المستند إلى رمز تجريبي وتقدير “SINR” المستند إلى رمز البيانات ودمجهما؛ لتوليد تقدير “SINR” مركب به متوسط خطأ تربيعي منخفض مقارنة بأي من المقدرين الفرديين.

عند وصف طريقة تقدير نسبة الإشارة إلى التشعب بالإضافة إلى نسبة الضوضاء يتم النظر فقط في تعديل مفتاح تحول الطور الثنائي “BPSK“، وعلى الرغم من أنّ الطرق والتحليل المتعلق بها يمكن أن يمتد إلى مخططات إرسال إشارات أخرى، كما يتم نمذجة الضوضاء والتداخل معاَ كضوضاء غاوسية بيضاء مضافة “AWGN“، ولكن كما سيتم تقديره من الكشف التالي يجب ألّا يحد هذا من تطبيق الطريقة.

يتم تنظيم الإرسال في فترات زمنية ثابتة وكل منها يحتوي على رموز الدليل والبيانات، كما يتم التعامل مع توهين القناة وانزياح الطور، والمفترض أنّهما ثابتان على مدى فترة زمنية وعلى أنّها ثوابت غير معروفة بدلاً من المتغيرات العشوائية أي لا يوجد افتراض خبو.

• “BPSK” هي اختصار لـ “Binary Phase Shift Keying”.