نظام تمكين إعداد تقارير CSI في أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتقدمة

تُعد طريقة معدات المستخدم “UE” للتغذية المرتدة لمعلومات حالة القناة “CSI” في نظام اتصال لاسلكي، حيث تشتمل الطريقة على تلقي معلومات تكوين ردود الفعل “CSI” من محطة قاعدة “BS” لمؤشر مصفوفة التشفير المسبق “PMI”، والتي تشير إلى مصفوفة تشفير مسبقة تركيبة خطية “LC” تتوافق مع مجموعة خطية من مجموعة “L” الحزم ومجموعة المعاملات .

أساسيات نظام تمكين إعداد تقارير CSI في أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتقدمة

الاتصالات المتنقلة من الجيل الخامس “5G”، والتي من المتوقع أن يتم تسويقها الأولي في حوالي عام 2020م، تجمع مؤخراً زخماً متزايداً مع جميع الأنشطة التقنية في جميع أنحاء العالم على مختلف التقنيات المرشحة من الصناعة والأوساط الأكاديمية، كما تشمل عوامل التمكين المرشحة لاتصالات الهاتف المحمول “5G” تقنيات الهوائيات الضخمة من نطاقات التردد الخلوية القديمة إلى الترددات العالية، لتوفير كسب في تكوين الحزمة ودعم زيادة السعة.

وكذلك شكل موجة جديد وعلى سبيل المثال تقنية وصول لاسلكي جديدة “RAT” لاستيعاب مختلف الخدمات أو التطبيقات ذات المتطلبات المختلفة، وأنظمة الوصول المتعددة الجديدة لدعم الاتصالات الضخمة، كما صنف الاتحاد الدولي للاتصالات “ITU” سيناريوهات الاستخدام للاتصالات المتنقلة الدولية “IMT” لعام 2020م وما بعده إلى 3 مجموعات رئيسية مثل النطاق العريض المتنقل المعزز، والاتصالات الضخمة من نوع الماكينة “MTC” والاتصالات فائقة الموثوقية وذات زمن الوصول المنخفض.

بالإضافة إلى ذلك حدد مركز التجارة الدولية متطلبات مستهدفة مثل معدلات بيانات الذروة البالغة “20 جيجابت في الثانية”، ومعدلات بيانات المستخدم التي تبلغ “100 ميجابت في الثانية” وتحسين كفاءة الطيف بمقدار “3 ×”، ودعم ما يصل إلى “500 كيلومتر في الساعة ” للتنقل وزمن انتقال “1 مللي ثانية” وكثافة اتصال “106 أجهزة / كيلومتر مربع”، وتحسين كفاءة طاقة الشبكة بمقدار 100 × وسعة حركة مرور للمنطقة تبلغ “10 ميجابايت / ثانية / متر مربع”.

بينما لا يلزم تلبية جميع المتطلبات في وقت واحد قد يوفر تصميم شبكات “5G” المرونة لدعم التطبيقات المختلفة التي تلبي جزءًا من المتطلبات على أساس حالة الاستخدام، كما يتم توفير جهاز مستخدم “UE” لتعليقات معلومات حالة القناة “CSI” في نظام اتصال لاسلكي.

• “UE” هي اختصار لـ “user-equipment” و”CSI” هي اختصار لـ “channel-state-information”.

• “PMI” هي اختصار لـ “pre-encoder-matrix-index” و”RAT” هي اختصار لـ “Radio-Access-Technology”.

• “BS” هي اختصار لـ “base-station” و”LC” هي اختصار لـ “Linear-combination”.

مبدأ عمل نظام تمكين إعداد تقارير CSI في أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتقدمة

تشتمل تجهيزات المستعمل على جهاز إرسال واستقبال تم تكوينه لاستقبال معلومات تكوين التغذية المرتدة من محطة قاعدة “BS” لمعلومات تكوين التغذية المرتدة، ولمؤشر مصفوفة التشفير المسبق “PMI” التي تشير إلى مصفوفة تشفير مسبقة توليفة خطية “LC”، وتتوافق مع مجموعة خطية من مجموعة من حزم L ومجموعة معاملات، حيث أنّ:

• كل مجموعة من المعاملات تشتمل على الأقل على معامل اتساع ومعامل طور.

• يشتمل مؤشر “PMI” على النطاق العريض “WB” ومكونات النطاق الفرعي “SB” لمصفوفة التشفير المسبق “LC”.

• يتضمن مؤشر “PMI” الأول المجموعة الأولى ومجموعة ثانية من المؤشرات التي تشير إلى مكونات “WB”، والمشتركة لجميع طبقات مجموعة طبقات ومستقلة مكونات “WB” لكل طبقة من طبقات التعددية.

• يتضمن “PMI” الثاني مجموعة من المؤشرات التي تشير إلى مكونات “SB” المستقلة لكل طبقة من طبقات تعدد الطبقات، ويتم ردع تعدد الطبقات الملغومة على أساس القيمة υ المرتبطة بمؤشر الترتيب “RI”.

• معالج واحد على الأقل تم تكوينه لتحديد مؤشر “PMI”، حيث يتم تكوين جهاز الإرسال والاستقبال لإرسال ردود فعل “CSI” إلى “BS”، بما في ذلك مؤشر “PMI” عبر قناة الإرسال.

علاوة على ذلك يمكن تنفيذ العديد من الوظائف الموضحة أدناه أو دعمها بواسطة واحد أو أكثر من برامج الكمبيوتر، وكل منها يتكون من كود برنامج قابل للقراءة على الكمبيوتر ويتم تجسيده في وسيط يمكن قراءته على الكمبيوتر، كما يشير المصطلحان “تطبيق” و “برنامج” إلى واحد أو أكثر من برامج الكمبيوتر أو مكونات البرامج أو مجموعات التعليمات أو الإجراءات أو الوظائف، أو الكائنات أو الفئات أو المثيلات أو البيانات ذات الصلة أو جزء منها تم تكييفه للتنفيذ في برنامج كمبيوتر مناسب يمكن قراءته الشفرة.

تستثني الوسيط المقروء بالكمبيوتر “غير العابر” روابط الاتصالات السلكية واللاسلكية والبصرية أو غيرها من روابط الاتصالات التي تنقل إشارات كهربائية مؤقتة أو إشارات أخرى، وتشتمل الوسيط المقروء للكمبيوتر غير المؤقت على وسائط يمكن تخزين البيانات فيها بشكل دائم والوسائط ،حيث يمكن تخزين البيانات والكتابة فوقها لاحقاً مثل قرص ضوئي قابل لإعادة الكتابة أو جهاز ذاكرة قابل للمسح.

يوفر نظام تمكين إعداد تقارير “CSI” أداءً عالياً وقابلية للتوسع فيما يتعلق بعدد هوائيات الإرسال وهندستها، وإطار عمل مرن لتعليقات “CSI” وهيكل لتحسينات “LTE” عند “FD-MIMO” مع ثنائي الأبعاد كبير مصفوفات الهوائي مدعومة، ولتحقيق أداء عالٍ هناك حاجة إلى “CSI” أكثر دقة من حيث قناة “MIMO” في “eNB” خاصة لسيناريوهات “FDD“، وتدرك تجسيدات الكشف الحالي أنّه قد يلزم استبدال إطار عمل التشفير المسبق لمواصفات “LTE”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution” و”FDD” هي اختصار لـ “Frequency-division-duplexing”.

تطور عمل نظام تمكين إعداد تقارير CSI في أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتقدمة

يتم أخذ خصائص “FD-MIMO” وعلى سبيل المثال استخدام صفائف هوائيات كبيرة ثنائية الأبعاد متقاربة الأبعاد، وموجهة في المقام الأول نحو كسب عالي للحزمة بدلاً من تعدد الإرسال المكاني مع انتشار زاوي صغير نسبياً لكل تجهيزات المستعمل، لذلك يمكن تحقيق ضغط أو تقليل أبعاد القناة المرتدة وفقاً لمجموعة ثابتة من الوظائف والمتجهات الأساسية.

يمكن الحصول على معلمات التغذية المرتدة للقناة المحدثة وعند تنقل منخفض باستخدام إرسال إشارات الطبقة العليا الخاصة بتجهيزات المستعمل، وبالإضافة إلى ذلك يمكن أيضاً إجراء تقارير “CSI” أي التغذية الراجعة بشكل تراكمي، كما يشتمل على إجراءات إبلاغ “CSI” مع تعليقات مخفضة لمؤشر “PMI” ويتعلق تقرير مؤشر “CSI” بمعدل أقل بإحصاءات قناة الوصلة الطويلة المدى، ويمثل اختياراً لمجموعة من نواقل التشفير المسبق التي أوصت بها تجهيزات المستعمل إلى “eNB”.

يشمل “CSI” مخطط إرسال في الوصلة الهابطة، حيث ينقل “eNB” البيانات إلى تجهيزات المستعمل عبر مجموعة من متجهات تشكيل الحزم أثناء استخدام مخطط تنوع الحلقة المفتوحة، ووفقاً لذلك يضمن استخدام التشفير المسبق طويل الأجل أن تنوع الإرسال، وذي الحلقة المفتوحة يتم تطبيقه فقط عبر عدد محدود من المنافذ أي بدلاً من جميع المنافذ المتاحة لـ “FD-MIMO”.

كما أنّه يتجنب الاضطرار إلى دعم الأبعاد العالية بشكل مفرط لتنوع الإرسال ذي الحلقة المفتوحة الذي يقلل من عبء التغذية المرتدة لـ “CSI”، ويحسن المتانة عندما تكون جودة قياس “CSI” موضع شك وتم تحديد ووصف حالات استخدام نظام الاتصالات “5G”، ويمكن تصنيف حالات الاستخدام هذه إلى ثلاث مجموعات مختلفة، وتم تحديد النطاق العريض المتنقل المحسّن “eMBB” بما يتناسب مع متطلبات “بت / ثانية عالية”، مع متطلبات زمن انتقال وموثوقية أقل صرامة.

• “eMBB” هي اختصار لـ “enhanced-Mobile-Broadband” و”FD-MIMO” هي اختصار لـ “Full-Dimension-Multiple-Input-Multiple-Output”.