يُعد تعديل الموجات المتعددة الألوان المنفصلة “DWMT” تقنية قائمة على التحويل المويجي يتم تنفيذها باستخدام بنوك ترشيح إعادة بناء مثالية، كما تم استخدامه مؤخراً لقنوات سلكية مختلفة مثل حلقات المشترك الرقمية “DSLs” كحل للمشكلات التي يطرحها جهاز الإرسال والاستقبال المنفصل متعدد الألوان “DMT”، بما في ذلك التداخل بين الكتل “IBI” وانخفاض الكفاءة الطيفية بسبب استخدام بادئة دورية “CP” في فاصل الحراسة “GI” لرموز “DMT”.
ما هو نظام DWMT
نظام منفصل متعدد الألوان “DWMT”: هو نظام تم تصنيفه من الموجات المويجة للاتصالات عبر شبكات الألياف الهجينة المحورية “HFC”، وهي تقنية تعديل متعددة الناقلات عالية الأداء والتي توفر اتصالات قوية وفعالة في ظل وجود أنواع عيوب القناة التي تمت مواجهتها في “HFC”، كما توفر تقنية الموجات الحاملة هذه ، القائمة على التحويل المويجي وكفاءة طيفية وتحقق مزايا كبيرة في وجود تداخل ضيق النطاق لمواجهة تحديات تقديم خدمات الاتصالات على شبكات “HFC”.
يؤدي توهين الجزء الجانبي الأكبر الذي توفره مصادر مرشح المويجات إلى تحسين الاحتواء الطيفي وانخفاض “IBI” في أجهزة الإرسال والاستقبال “DWMT”، ومع ذلك لا توجد تقنية معادلة قياسية لجهاز الإرسال والاستقبال القائم على “DWMT” لإزالة تأثير القناة على الإشارة المرسلة في أنظمة “DWMT”.
كما يتم تطبيق معادلة مجال التردد المتداخل “OFDE” في أنظمة التشكيل “DWMT” وأداء معدل خطأ البتات “BER” بتقنية معادلة المجال الزمني “TDE”، ومن خلال نتائج المحاكاة يمكن تطبيق “OFDE” على أساس متوسط الخطأ التربيعي الأدنى “MMSE” كتقنية معادلة لقناة “ADSL” غير المتماثلة للوصلة الهابطة مع تعقيد حسابي أقل وأداء “BER” مماثل لأداء “TDE”.
- “DWMT” هي اختصار لـ “discrete-wavelet-multitone” و”DSL” هي اختصار لـ “digital-subscriber-line”.
- “IBI” هي اختصار لـ “Intensive-Behavioural-Intervention” و”DMT” هي اختصار لـ “discrete-multitone-modulation”.
- “CP” هي اختصار لـ “periodic-circular” و”GI” هي اختصار لـ “guard-interval”.
- “HFC” هي اختصار لـ “Hybrid-fiber-coaxial” و”OFDE” هي اختصار لـ “Overlapping-Frequency =-Domain-Equation”.
- “TDE” هي اختصار لـ “Transparent-Data-Encryption” و”BER” هي اختصار لـ “bit-error-rate”.
- “ADSL” هي اختصار لـ “Asymmetric-Digital-Subscriber-Line” و”MMSE” هي اختصار لـ “Minimum-mean-square-error”.
أساسيات نظام DWMT
يمثل التسليم الموثوق للمعلومات عبر قنوات لاسلكية أو سلكية باهتة للغاية تحدياً كبيراً في أنظمة الاتصالات، وفي قلب كل نظام اتصالات توجد الطبقة المادية والتي تتكون من جهاز إرسال وقناة وجهاز استقبال، كما يقوم المرسل بتعيين المعلومات الرقمية المدخلة في شكل موجة مناسب للإرسال عبر القناة، وقناة الاتصال تشوه شكل الموجة المرسلة.
وأحد المصادر العديدة لتشويه الإشارة هو وجود تعدد المسيرات في قناة الاتصال بسبب تأثير انتشار الإشارة عبر مسيرات متعددة، كما يحدث التداخل بين الرموز “ISI” في شكل الموجة المستقبلة، وعلاوةً على ذلك تتشوه الإشارة المرسلة بسبب تأثير أنواع مختلفة من التداخل والضوضاء، حيث تنتشر عبر القناة.
يؤدي “ISI” وضوضاء القناة إلى تشويه اتساع وطور الإشارة المرسلة، ممّا يؤدي إلى اكتشاف البتات الخاطئ في المستقبل، ومن المرغوب فيه لنظام اتصال جيد أن يتمكن جهاز الاستقبال الخاص به من استرداد المعلومات الرقمية من شكل الموجة المستقبلة، وحتى في حالة وجود خلل في القناة مثل تأثير تعدد المسيرات والضوضاء.
- “ISI” هي اختصار لـ “inter-symbol-interference”.
مبدأ عمل نظام DWMT
تعد تقنية تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد “OFDM” تقنية تعديل متعدد الموجات “MCM” تتيح نقل معدل البيانات العالي وهي قوية ضد “ISI”، كما إنّه شكل من أشكال تعدد الإرسال بتقسيم التردد “FDM“، حيث يتم إرسال البيانات في عدة تدفقات ضيقة النطاق عند ترددات حاملة مختلفة، كما تكون الموجات الحاملة الفرعية في نظام “OFDM” متعامدة في ظل ظروف انتشار مثالية.
ومن خلال تقسيم دفق بتات الإدخال إلى تدفقات بتات متعددة ومتوازية يكون الهدف هو خفض معدل البيانات في كل قناة فرعية مقارنةً بمعدل البيانات الإجمالي، وأيضاً جعل عرض نطاق القناة الفرعية أقل من عرض نطاق التماسك الخاص بقناة الاتصال، لذلك ستختبر كل قناة فرعية من حالة الخبو وستكون بها “ISI” صغيرة.
ومن ثم فإنّ نظام “OFDM” يتطلب تقنيات معادلة مبسطة لتخفيف التداخل بين الرموز، كما يمكن التخلص من “ISI” تماماً في أجهزة الإرسال والاستقبال “OFDM” من خلال استخدام مبدأ التحضير الدوري “CP” لذلك تفضل أنظمة الاتصال ذات معدل البيانات العالية تطبيق تقنيات تعديل الموجات الحاملة المتعددة، كما تم توحيد “OFDM” للعديد من أنظمة الاتصالات الرقمية، بما في ذلك معايير “ADSL” و”802.11a” و”802.11g” لشبكة “LAN” اللاسلكية والبث الصوتي .
على مر السنين تطور “OFDM” إلى متغيرات مثل “DMT” وتقنيات التشكيل الهجين مثل الوصول المتعدد بتقسيم الشفرات الحاملة المتعددة “MC-CDMA” و”Wavelet OFDM” المنفصل أي “DWMT”، حيث هناك عدة عوامل مسؤولة عن تطوير هذه المتغيرات وخاصة تقنيات “OFDM” القائمة على “Wavelet”، والتي تستهدف العديد من العيوب المرتبطة بتقنيات التشكيل متعدد الموجات “MCM”، وبعض هذه العيوب هي:
- عدم الكفاءة الطيفية المرتبطة بإدخال فاصل الحارس، والذي يتضمن البادئة الدورية.
- الطيفي بسبب الفصوص الجانبية ذات الحجم الكبير لشكل النبض للحاملات الجيبية.
- حساسية نظام الاتصالات القائم على “OFDM” للتداخل بين الموجات الحاملة “ICI” والتداخل ضيق النطاق “NBI”.
لذلك تم تطوير نظام “MCM” قائم على تحويل الموجات المنفصلة “DWT” كبديل لمخطط “MCM” القائم على “DFT”، ولقنوات الاتصال السلكية القاسية والصاخبة مثل خط المشترك الرقمي “DSL” أو اتصالات خط الطاقة “PLC”.
ملاحظة:“OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal-frequency-division-multiplexing” و”MCM” هي اختصار لـ “Master-Content-Management”.
ملاحظة:“DFT” هي اختصار لـ “discrete-Fourier-transform” و”DWT” هي اختصار لـ “discrete-wavelet-transform”.
ملاحظة:“ICI” هي اختصار لـ “Integrated-Communication-Interface” و”NBI” هي اختصار لـ “Northbound-Interface”.
ملاحظة:“LAN” هي اختصار لـ “local-area-network” و”MC-CDMA” هي اختصار لـ “Multi-carrier-code-division-multiple-access”.
ملاحظة:“DMT” هي اختصار لـ “Discrete Multitone”.
تطور عمل نظام DWMT
يُعد التعديل المنفصل متعدد الألوان “DMT” أحد أشكال “OFDM” المرتبط بخوارزميات تحميل مختلفة وذلك لتحسين أداء جهاز الإرسال والاستقبال في القنوات السلكية، مثل خط المشترك الرقمي غير المتماثل “ADSL” وخط الطاقة، كما تم تطوير العديد من خوارزميات التحميل وتخصيص الموارد مثل بتات البيانات أو الطاقة من أجل تحسين معدل البيانات المرتفع، أو متوسط قدرة الإرسال المنخفضة أو معدل الخطأ المنخفض في البت وعادةً ما يتم الاحتفاظ باثنين من هذه المعلمات ثابتة والثالث هو هدف التحسين.
ينقسم عرض نطاق القناة إلى عدد “N” قنوات فرعية، كما يتم أيضاً تقسيم تدفق البت التسلسلي للإدخال إلى عدد “N” من التدفقات الفرعية المتوازية، حيث تكون بتات البيانات المخصصة للقنوات الفرعية وفقًا لخوارزمية تحميل، وبالنسبة لخوارزمية تحميل البتات، يتم تخصيص عدد أكبر من البتات لقنوات فرعية أعلى من معدلات الضوضاء المنخفضة “SNR”.
وإذا كانت قيمة “SNR” لقناة فرعية أقل من عتبة معينة مسبقاً، فلن يتم تخصيص أي بتات لهذه القناة الفرعية، كما يتم تعيين البتات المخصصة على كوكبة تشكيل اتساع التربيع “QAM” مكونة رمزاً معقداً حيث يتم تشكيل رموز “QAM” على حاملات فرعية متعامدة باستخدام تحويل فورييه السريع المعكوس “IFFT”، كما تتكرر رموز “N QAM” مع نظيراتها المتماثلة المترافقة وتخضع لـ “2N point IFFT”، ومن أجل توليد عينات حقيقية للإرسال عبر القناة وهكذا تمت صياغة رمز “ADMT”.
- “ADMT” هي اختصار لـ “Active Directory Migration Tool” و”IFFT” هي اختصار لـ “inverse Fast Fourier transform”.
- “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation” و”SNR” هي اختصار لـ “Signal-to-Noise Ratio”.
