اقرأ في هذا المقال
- أساسيات نظام الاتصالات اللاسلكية من خلال برنامج الكمبيوتر
- مبدأ عمل نظام الاتصالات اللاسلكية من خلال برنامج الكمبيوتر
- تطور عمل نظام الاتصالات اللاسلكية من خلال برنامج الكمبيوتر
عند إجراء إرسال (SVD-MIMO) يتم تبسيط إجراء الإعداد مع ضمان قدرة فك تشفير مُرضية مع عدد أقل من الهوائيات، ويقدّر جهاز الإرسال معلومات القناة بناءً على الإشارات المرجعية المرسلة من جهاز الاستقبال ويحدد مصفوفة معامل ترجيح هوائي الإرسال بناءً على معلومات القناة، ويحسب الوزن الذي يجب تخصيصه لكل مكون من مكونات إشارة متعددة الإرسال.
أساسيات نظام الاتصالات اللاسلكية من خلال برنامج الكمبيوتر
يرسل جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال إشارات لمكونات الإشارة المعنية ويتم ترجيح إشارات التدريب بالأوزان المحسوبة، ويحدد المستقبل مصفوفة معامل ترجيح هوائي الاستقبال بناءً على إشارات التدريب المستقبلة، ويتعلق بنظام وجهاز وطريقة وبرنامج كمبيوتر للاتصال اللاسلكي بين مجموعة من المحطات اللاسلكية مثل الاتصال عن طريق شبكة LAN لاسلكية.
كما يتعلق بنظام وجهاز وطريقة وبرنامج كمبيوتر يعزز قدرة الإرسال من خلال استخدام اتصال، حيث يتواصل كل من المرسل والمستقبل بهوائيات متعددة مع بعضها البعض، وباستخدام تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء أي (MIMO) الاتصالات، وعلى وجه الخصوص بمثل هذا النظام والجهاز والطريقة وبرنامج الكمبيوتر والتي يتم تكييفها لأداء إرسال (MIMO)، باستخدام تحلل القيمة المفرد (SVD) لمصفوفة معلومات القناة التي يمثل كل عنصر فيها معلومات انتشار أحد العناصر الفرعية، وكل قنوات تربط كل زوج من هوائي المرسل وهوائي المستقبل.
تتيح شبكات الكمبيوتر مثل (LAN) بكفاءة مشاركة المعلومات وموارد الجهاز وتجذب الشبكة المحلية اللاسلكية انتباه الناس كنظام لإعفاء المستخدمين من إنشاء شبكات (LAN) السلكية التقليدية، ويمكن الاستغناء عن معظم الكابلات والأسلاك من خلال استخدام شبكة (LAN) لاسلكية ممّا يسهل نقل محطة اتصال مثل الكمبيوتر الشخصي، وزاد الطلب على الشبكة المحلية اللاسلكية مع تحسين السرعة وخفض أسعار الشبكة المحلية اللاسلكية.
وذلك لإنشاء شبكة لاسلكية صغيرة من عدد كبير من الأجهزة الإلكترونية الموجودة حول الأشخاص لتمكين الاتصالات فيما بينهم ويتم النظر في إدخال شبكة المنطقة الشخصية (PAN)، وهناك العديد من أنظمة وأجهزة الاتصال اللاسلكي المحددة باستخدام نطاقات التردد المعنية، كنطاقي (2.4 جيجاهرتز) و(5 جيجاهرتز) المسموح باستخدامهما بدون ترخيص.
يدعم معيار (IEEE 802.11a) طريقة تعديل تحقق سرعة اتصال تصل إلى (54 ميجابت في الثانية)، ومع ذلك هناك طلب لمعيار لاسلكي قادر على تحقيق معدل بت أعلى مثل سرعة الاتصال، وفي هذه الحالة جذبت تقنية الاتصال (MIMO) اهتماماً متزايداً مؤخراً، وتهدف هذه التكنولوجيا إلى تعزيز سرعة الاتصال من خلال تزويد كل من المرسل والمستقبل بمجموعة من الهوائيات، وذلك لتحقيق تعدد إرسال بتقسيم الفضاء أي مجموعة من القنوات الفرعية المستقلة منطقياً عن بعضها البعض لزيادة الإرسال.
وباستخدام مضاعفة تقسيم الفضاء تُعد (MIMO) فعالة في عرض النطاق الترددي، ويتم تجهيز نظام اتصالات (MIMO) من المرسل والمستقبل بمجموعة من الهوائيات، ويشفر المرسل الزمان والمكان البيانات N لإرسالها بتعدد إرسال، ويوزع البيانات المشفرة على هوائيات M لجهاز الإرسال الذي يتم إرسال البيانات منه عبر قناة إلى المستقبل بطريقة متعددة الإرسال.
- “SVD-MIMO” هي اختصار لـ “singular-value-decomposition-multiple-input-multiple-output”.
- “PAN” هي اختصار لـ “Personal-Area-Network”.
- “LAN” هي اختصار لـ “Local-area-network”.
مبدأ عمل نظام الاتصالات اللاسلكية من خلال برنامج الكمبيوتر
يستقبل المستقبل ويفكك تشفير البيانات المستلمة من خلال N هوائيات عبر القناة للحصول على البيانات المستلمة، وبالتالي فإنّ اتصال (MIMO) يختلف عن اتصال من خلال صفيف تكيفي بسيط للإرسال أو الاستقبال، وفي (MIMO) يشتمل نموذج القناة على بيئة التردد اللاسلكي وظيفة النقل على جانب المرسل، وبناء وظيفة النقل لمساحة القناة وبيئة التردد الراديوي وظيفة النقل على جانب المستقبل.
عندما يتم إرسال إشارة من الهوائيات بطريقة متعددة الإرسال يحدث الحديث المتبادل، ومن خلال معالجة الإشارة التي يتم إجراؤها على جزء من جهاز الاستقبال، ويتم استرداد الإشارة المضاعفة بشكل صحيح ونظام (MIMO) هو نظام اتصالات يستخدم خاصية القناة، وفي النظام يرسل المرسل البيانات أو الإشارة المرسلة عن طريق توزيع مكونات البيانات على الهوائيات الجمع لها، ويحصل المستقبل على البيانات المستلمة عن طريق معالجة مكونات الإشارة المستلمة من خلال الجمع هوائياتها.
على الرغم من أنّ التطبيقات المختلفة لتقنية الإرسال (MIMO) معروفة، فإنّ أحد الأساليب المثالية لـ (MIMO) هو استخدام تحليل القيمة المفردة (SVD) لوظيفة الانتشار، أي نظام (SVD-MIMO) ونظام إرسال (SVD-MIMO) تخضع لمصفوفة من الأرقام أي مصفوفة معلومات القناة H، والتي يمثل كل عنصر من عناصرها معلومات عن كل قناة فرعية تربط أزواج الهوائيات الخاصة بكل منها، لتحليل قيمة مفردة للحصول على (UDVH)، ومصفوفة معامل ترجيح الهوائي (V) على جزء من المرسل ومصفوفة معامل ترجيح الهوائي (UH).
وفقاً لذلك يتم التعبير عن معلومات القناة بواسطة مصفوفة قطرية تكون عناصرها القطرية هي الجذور التربيعية لقيم (eigenvalues) ذات الصلة i، وبالتالي يمكن إرسال إشارة بطريقة متعددة دون المعاناة من الحديث المتبادل على الإطلاق، ومع ذلك في نظام النقل (SVD-MIMO) ليس من السهل إجراء تشغيل (SVD) في الوقت الفعلي، كما أنّ إجراء الإعداد مثل أن يتم توصيل V أو UH المشتق مسبقاً إلى الجزء الآخر من الاتصال.
من الممكن تحقيق أقصى سعة اتصال نظرياً بواسطة نظام النقل (SVD-MIMO)، وعندما يكون للمرسل والمستقبل على التوالي هوائيان يمكن تحقيق سعة إرسال أكبر مرتين كحد أقصى، وعندما تكون أرقام هوائيات المرسل والمستقبل M وN على التوالي، يتم تمثيل الإشارة المرسلة x كمتجه (M × 1) بينما يتم تمثيل الإشارة المستقبلة y بالمتجه (N × 1).
في هذه الحالة يمكن تمثيل معلومات القناة كمصفوفة H لـ N × M، ويمثل (hij) دخول مصفوفة معلومات القناة H وظيفة نقل فيما يتعلق بقناة فرعية من هوائي إرسال j إلى هوائي استقبال i، والمتجه y الذي يمثل الإشارة المستقبلة يساوي مضاعفة المصفوفة H بواسطة متجه الإشارة المرسلة، بالإضافة إلى متجه الضوضاء n ويتم التعبير عنه بالمعادلة التالية:
y = Hx + n (1)
تطور عمل نظام الاتصالات اللاسلكية من خلال برنامج الكمبيوتر
في نظام (SVD-MIMO) يجب أن يحصل المستقبل على مصفوفة معلومات القناة H وينفذ تحلل القيمة المفردة وينقل VH كعامل (UDVH) الذي تم الحصول عليه نتيجة التحلل إلى المرسل، كما يستخدم جهاز الإرسال V وبالتالي يجب إرسال V إلى جهاز الإرسال ويحدد أحد أنظمة (LAN)، حيث يكون إرسال (SVD-MIMO) قابلاً للتطبيق أي تعدد الإرسال المتعامد لقسم التردد (OFDM) بنطاق (5 جيجاهرتز).
عندما يكون لكل من المرسل والمستقبل ثلاثة هوائيات تكون مصفوفة معامل ترجيح هوائي الإرسال V عبارة عن مصفوفة 3 × 3 تتكون من تسعة عناصر، وعندما يكون كل عنصر رقماً مركباً يتم تمثيله باستخدام (10 بتات) ويتم توفير (52 حاملاً)، وما مجموعه (9360 بت) من المعلومات أي 9 (عدد عناصر المصفوفة) × 2 (الجزء الحقيقي والخيالي من عدد مركب) × 10 × 52 (عدد الموجات الحاملة الفرعية OFDM) ويجب إعادتها إلى المرسل من المستقبل.
تسمى (MIMO) التي تتطلب مثل هذه التغذية المرتدة (MIMO) ذات الحلقة المغلقة بينما عكسها هي (MIMO( ذات الحلقة المفتوحة، كما يجب أن يقوم نظام (SVD-MIMO) ذو الحلقة المغلقة بإرجاع معلومات بهذا القدر (9360 بت) إلى جهاز الإرسال عند بدء الاتصال وكما أنّ المعلومات يتم إرجاعها، حيث يتم استخدام أكثر المعلومات موثوقية في مخططات التشكيل التي يوفرها (IEEE 802.11a).
يتم استخدام (BPSK) كطريقة تعديل أولى ومعدل التشفير هو ½، ويتم استخدام (OFDM) كطريقة تعديل ثانية، ونظراً لأنّ رمزاً واحداً من رموز (OFDM) يمكنه حمل (24 بت) فقط فإنّ (390 رمزاً) من رموز (OFDM) مطلوبة لإرسال المعلومات ممّا يجعل (SVD-MIMO) غير عملي.
