نظام تعديل متعدد الأبعاد لكود الشبكة في الاتصالات Multi Dimensional TCM 

تُطبَّق شفرات التشكيل متعدد الأبعاد المشفر بالشبكة “Multi-D TCM” على نظام اتصالات للنفاذ المتعدد “DS / SSMA” بالتتابع المباشر في قناة الخبو متعدد المسيرات الحضرية، وبناءً على خصائص القناة تحت “DS / SS” ونماذج المرسل والمستقبل المقابلة لشفرات “TCM” متعددة “D”، كما يُقترح طريقة جديدة لتحليل خصائص أنظمة “DSMA” متعددة “D TCM” عبر هذه القناة.

ما هو تعديل TCM

تعديل “TCM”: هو مخطط نقل رقمي فعال للطاقة وعرض النطاق يوفر تأخيراً هيكلياً منخفضاً للغاية لتدفق البيانات، ويستخدم “TCM” الكلاسيكي كوكبة إشارة ضعف عدد العناصر الأساسية مقارنة بالإرسال غير المشفر مع بت واحد من التكرار لكل رمز “PAM“، أي تطبيق الرموز ذات المعدلات “n-1/2” عندما تشير “2 n” إلى العلاقة الأساسية في كوكبة الإشارة.

• “DS / SSMA” هي اختصار لـ “Direct-succession-spread-spectrum-multiple-access”.

• “TCM” هي اختصار لـ “trellis-coded-modulation”.

• “PAM” هي اختصار لـ “Pulse-amplitude-modulation”.

• “DSMA” هي اختصار لـ “Digital-Sense-Multiple-Access”.

• “DS / SS” هي اختصار لـ “Direct-Sequence-Spread-Spectrum”.

أساسيات نظام Multi Dimensional TCM

من أجل تقديم معدلات تفصيل أعلى تم اقتراح الأبراج متعددة الأبعاد أي الأبعاد “D” عن طريق الجمع بين خطوات التشكيل اللاحقة أحادية أو ثنائية الأبعاد، ممّا أدى إلى مخططات “TCM” مع تكرار بت 1 / D لكل حقيقي البعد، كما يسمح نهج بديل تم نشره مؤخرًا بتعديل معدل “TCM” عن طريق ثقب الشفرة التلافيفية “CC” التي يعتمد عليها مخطط “TCM”.

كما أنّ “TCM” المثقوب لا يوفر مرونة أعلى في تعديل المعدل فحسب بل يوفر أيضاً تعقيداً أقل في فك التشفير عند مقارنته بـ “MD-TCM”، حيث أنّ التأخير الهيكلي هو الحد الأدنى للتأخير الفعلي ويصف التأخير الحتمي اعتماداً فقط على الخصائص الهيكلية لنظام التشفير، ولكن ليس على وقت المعالجة وتأخير الانتشار وما إلى ذلك.

إنّ أداء نظام “DS / SSMA” مع “TCM” بمعدل تشفير أقل أفضل من أداء النظام مع “TCM” التقليدي لـ “Ungerboeck” عبر قناة الخبو متعدد المسارات، ويمكن تحسين أداء أنظمة “DS / SSMA” بشكل كبير من خلال اعتماد رموز “TCM” متعددة “D” مقارنةً بأنظمة ذات بعد واحد رموز “TCM”.

• “CC” هي اختصار لـ “convolutional-code”.

مبدأ عمل نظام Multi Dimensional TCM

في أنظمة نقل كتلة الحامل الفردي “SCBT” يسبق كتلة من الرموز مثل “QAM” أو “PSK” بطول “N” بفاصل حماية “GI” أي بادئة دورية “CP” أو حشوة صفرية “ZP” قبل ذلك، ومثل هذا النظام يكافئ نظام “OFDM” بالتمديد الكامل إذا تم استخدام مصفوفة فورييه “N × N” كمصفوفة انتشار أي شفرة، وإنّ استخدام “GI” ونسق الفترة في “SCBT” يمكّن المستقبل من تجنب أي تداخل بين الفترات واستخدام معادلة مجال التردد المنخفض التعقيد.

وبالتالي على غرار نظام “OFDM” يمكن أيضاً تنفيذ نظام “SCBT” بتعقيد حسابي أقل، كما تتمتع أنظمة “SCBT” بمزايا نظام “OFDM” في التعامل مع تعدد المسيرات، ولكنّها لا تحتوي على بعض عيوب أنظمة “OFDM” وعلى سبيل المثال نسبة الذروة العالية إلى متوسط ​​نسبة الطاقة “PAPR“، ومن حيث الأداء تتفوق أنظمة الموجة الحاملة التي تحتوي على “GI” على أنظمة “OFDM” في الأداء وفي حالة استخدام شفرة قناة ضعيفة أو عالية السرعة أو بدون تشفير.

في التعديل المشفر للشبكة “TCM” لا يتم تنفيذ تشفير البتات وتعيين البتات المشفرة إلى كوكبة بشكل مستقل، وبدلاً من ذلك يتم تعيين البتات إلى الكوكبة بناءً على مستوى الحماية التي تتمتع بها كل بتة من عملية التشفير، وعلى سبيل المثال غالباً ما تُستخدم شفرة تلافيفية لتشفير “k بت” إلى “n بتات” مشفرة، ويتم تعيين هذه البتات مع “m البتات غير المشفرة” إلى كوكبة نقطية “2n + m”.

كما يتم تعيين البتات بحيث يتم وضع القيم 0 و1 للبتات غير المشفرة على نقاط الكوكبة التي تكون على مسافة كبيرة من بعضها البعض، ومن ناحية أخرى يتم تعيين البتات المشفرة بحيث توجد قيمها 0 و1 على نقاط الأبراج الأقرب إلى بعضها البعض، ونتيجة لذلك تزداد الحماية أي المسافة التي تتلقاها كل بتة وفي التعديل المرمز متعدد المستويات يتم تشفير مجموعات مختلفة من بتات البيانات باستخدام أكواد مختلفة أو تُترك غير مشفرة.

ثم يتم تعيين البتات المشفرة إلى نقاط الكوكبة فيما يتعلق بكمية التكرار التي تتلقاها من كل شفرة، كما أنّه من الممكن أيضاً أن تكون بعض البتات المشفرة مدخلة قبل ربطها بالرموز “BIMLCM”، ويمكن أن يوفر “TCM” و”MLCM” أداء أفضل من الشفرات التلافيفية العادية إذا كانت لديهم قناة “AWGN“، وعند وجود خبو في القناة يتدهور أداء “TCM” و”MLCM” بشكل ملحوظ.

ونتيجة لذلك لا تُستخدم هذه الأساليب في أنظمة “OFDM”، حيث يتعرض كل رمز لكسب قناة مختلف وفي “SCBT” بعد المعادلة تواجه الرموز قنوات “AWGN” مكافئة، ومن ثم فإنّ استخدام “TCM” و”MLCM” أو “BIMLCM” يمكن أن يحسن الأداء، وهناك حاجة إلى طريقة لاستخدام أكواد “TCM” و”MLCM” للحصول على أداء متفوق بشكل ملحوظ عند مقارنتها بالشفرات التلافيفية المدخلة.

• “BIMLCM” هي اختصار لـ “Bit-Interleaved-MLCM”.

• “SCBT” هي اختصار لـ “Single-Carrier-Block-Transmission”.

• “AWGN” هي اختصار لـ “Additive-white-Gaussian-noise”.

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

• “PSK” هي اختصار لـ “Phase-shift-keying”.

• “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature-amplitude-modulation”.

تطور نظام Multi Dimensional TCM

توفر طريقة الاستخدام “TCM” أو “MLCM” أو “BIMLCM” في نظام “SCBT” لتشفير أقل من جميع بتات البيانات، وتعيين جميع بتات البيانات المشفرة وغير المشفرة إلى رموز قبل أن تكون الرموز وضعت في كتلة “SCBT”، كما يمكن أن يحقق أداءً فائقاً بشكل ملحوظ مقارنةً بالشفرات التلافيفية المدخلة والتي تُستخدم تقليدياً في أنظمة “SCBT”.

يتمثل أحد مكونات تحسين الأداء هذا من استخدام “TCM” أو “MLCM” أو “BIMLCM” في أنّه يخفف من متطلبات سرعة المشفر ومفكك التشفير، ومقارنة بتلك المطلوبة بواسطة “SCBT” المشفر تلافيفياً ويرجع هذا إلى حقيقة أنّه تُترك واحدة أو أكثر من بتات البيانات غير مشفرة، ومن ثم فإنّ المشفر ومفكك التشفير مطلوبان فقط للتشغيل بجزء من معدل البتات الذي قد يتطلبه “SCBT” المشفر تلافيفياً.

يعتبر نظام “Multi Dimensional TCM” مناسباً لأي نظام SCBT عند استخدام مجموعات نجمية أكبر، كما يعتبر جذاباً بشكل خاص لكفاءة النطاق الترددي العالي، وأنظمة المعدل العالي مثل أنظمة “WPAN” متعددة جيجابت “60 جيجاهرتز”، وبناءً على الكود يمكن استخدام تعيينات مختلفة لتعيين البتات المشفرة وغير المشفرة إلى الرموز، وفي جميع الحالات يقع 0 و1 للبتات غير المشفرة على نقاط الكوكبة البعيدة عن بعضها البعض.

كما سيعتمد تعيين البتات المشفرة على الكود المحدد وما إذا كان يتم استخدام “TCM” أو “MLCM” أو “BIMLCM”، وعلى سبيل المثال في حالة “TCM” يمكن استخدام تقسيم “Ungerboeck (UP)” وتنشأ الحاجة إلى تقسيم مجموعات النقاط الشبكية في العديد من التطبيقات، والمثال الأكثر شهرة هو تصميم أكواد الشبكة ويتم تقسيم مجموعة النقاط الشبكية “2n”، والتي تسمى كوكبة الإشارة إلى “2m” أقسام بهدف تعظيم المسافة الدنيا بين النقاط في كل قسم.

يُعد تعظيم المسافة الدنيا داخل التقسيم أمراً مهماً لتقليل احتمال فك التشفير الخاطئ، كما وضع “Ungerboeck” مخططاً إرشادياً بسيطاً للتقسيم المتتالي للمجموعة الأولية من النقاط، حيث يتم مضاعفة عدد الأقسام في كل مرحلة ويزداد الحد الأدنى من مسافة التقسيم بمعامل الجذر التربيعي على (2) لـ شعرية “Z2″، وبالنسبة لحالة “BIMLCM” يمكن أن يكون التعيين مشابهًا للتعيينات المستخدمة في شفرات “TCM” الواقعية، حيث يتم تعيين البتات المشفرة باللون الرمادي على نقاط الكوكبة.