يتم الأخذ في الاعتبار الحدود الأساسية للإرسال التكيفي متعدد المدخلات والمخرجات (MIMO) مع معلومات حالة القناة غير الكاملة في جهاز الإرسال (CSIT)، حيث يتم اشتقاق معدلات (ergodic) التي يمكن تحقيقها لكل من أنظمة (MIMO) للمستخدم الفردي والمتعدد المستخدمين، مع افتراضات مختلفة من (CSIT) ممّا يوضح أنّ (MIMO) المستخدم الفردي قوي إلى (CSIT) غير الكاملة، بينما يفقد (MIMO) متعدد المستخدمين كسب مضاعفة الإرسال المكاني، بما يتناسب مع التأخير والعكس مع قناة تكميم حجم كتاب الشفرة.
أساسيات نظام SU-MIMO
يتم اعتماد قاعدة تبديل الأسلوب لمستخدم واحد متعدد المستخدمين بناءً على متوسط نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) ومقدار التأخير وحجم دفتر الشفرة التكميلي، كما يتم تحديد مناطق التشغيل لأوضاع المستخدم الفردي ومتعدد المستخدمين، والتي يمكن استخدامها لتحديد الوضع المفضل وكما أنّه لا ينبغي تنشيط وضع المستخدمين المتعددين عندما يكون التأخير كبيرًا أو يكون حجم دفتر الشفرات صغيرًا.
يتم الانتباه إلى الحدود الأساسية للإرسال التكيفي متعدد المدخلات والمخرجات (MIMO) مع معلومات حالة القناة غير الكاملة في جهاز الإرسال (CSIT)، حيث يتم اشتقاق معدلات (ergodic) التي يمكن تحقيقها لكل من أنظمة (MIMO) للمستخدم الفردي والمتعدد المستخدمين مع افتراضات مختلفة من (CSIT)، ممّا يدل على أنّ (MIMO) المستخدم الفردي قوي إلى (CSIT) غير الكاملة، بينما يفقد (MIMO) متعدد المستخدمين كسب مضاعفة الإرسال المكاني بما يتناسب مع التأخير والعكس مع قناة تكميم حجم كتاب الشفرة.
ثم يتم اعتماد قاعدة تبديل الأسلوب لمستخدم واحد أو متعدد المستخدمين بناءً على متوسط نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) ومقدار التأخير وحجم دفتر الشفرة التكميلي، بحيث يتم تحديد مناطق التشغيل لأوضاع المستخدم الفردي ومتعدد المستخدمين والتي يمكن استخدامها لتحديد الوضع المفضل، حيث أنّه لا ينبغي تنشيط وضع المستخدمين المتعددين عندما يكون التأخير كبيرًا أو يكون حجم دفتر الشفرات صغيرًا.
تقنية الإرسال المتعدد المدخلات المتعددة (MIMO) هي تقنية لزيادة الكفاءة الطيفية لوصلة اتصال من خلال السماح بنقل تدفقات متعددة في نفس الوقت والتردد، كما يمكن تصنيف إرسال (MIMO) إلى تقنيتين مختلفتين وهذا هو نفسه المستخدم الفردي (SU-MIMO) ومتعدد المستخدمين (MU-MIMO)، ويدعم (SU-MIMO) مستخدماً واحداً فقط ويمكنه الحفاظ على ارتباط اتصال واحد فقط في كل مرة، ومع ذلك يمكن أن تدعم (MU-MIMO) عدة مستخدمين لذلك يمكنها دعم عدة روابط في نفس الوقت.
- “CSIT” هي اختصار لـ “Channel State Information at the Transmitter”.
- “MU-MIMO” هي اختصار لـ “Multi-User multiple input, multiple output”.
- “SU-MIMO” هي اختصار لـ “Single-user multiple input, multiple output”.
- “SNR” هي اختصار لـ “Signal to Noise Ratio”.
مبدأ نظام SU-MIMO
هناك مكاسب محتملة في قدرة (MU-MIMO) في أي نظام حيث يتصل كيان اتصال واحد في وقت واحد مع واحد أو أكثر من كيانات الاتصال الأخرى، حيث تتضمن أمثلة هذه الأنظمة الاتصالات الخلوية المتنقلة وأنظمة الشبكة المحلية اللاسلكية الداخلية (WLAN)، كما يتم استخدام (MU-MIMO) في عدد من أنظمة الاتصالات المختلفة مع تشكيل الحزمة الرقمية، ومن الأمثلة على هذه الأنظمة معايير (IEEE 802.11ac) و(LTE).
توفر الشبكة اللاسلكية عدة مستخدمين ومدخلات متعددة ومخرجات متعددة (MU-MIMO) ومدخلات متعددة ومدخلات متعددة (SU-MIMO) في نظام اتصال لاسلكي، وكما يتم توفير شبكة لاسلكية تعتمد على عدة مستخدمين – مدخلات متعددة ومخرجات متعددة لمستخدم واحد ومدخلات متعددة، باستخدام تشكيل حزم هجين في نظام اتصال لاسلكي.
توفر شبكة لاسلكية تعتمد على تعدد المستخدمين ومدخلات متعددة ومخرجات متعددة ومدخلات متعددة ومخرجات لمستخدم واحد، باستخدام تشكيل حزم هجين يجمع بين تشكيل حزم الترددات الراديوية وتشكيل الحزمة الرقمية في نظام اتصال لاسلكي، كما تشتمل محطة في نظام اتصال لاسلكي على دائرة معالج تم تكوينها لتشكيل مجموعة أولية على الأقل من تدفقات البيانات، ومجموعة ثانية من تدفقات البيانات ومجموعة أولى من تدفقات البيانات.
ويتم تكوين جهاز تشفير رقمي مسبق لاستقبال التدفق ومجموعة ثانية من تدفقات البيانات، حيث تشتمل المحطة اللاسلكية على عدد كبير من سلاسل تشكيل الحزمة للترددات الراديوية (RF)، والمتصلة بجهاز التشفير الرقمي المسبق والتي تم تكوينها لتشكيل مظروف تردد لاسلكي واحد على الأقل، ومجموعة من الهوائيات المتصلة عمليًا بسلاسل تشكيل الحزمة الراديوية.
كما يتم تكوين جهاز التشفير الرقمي المسبق لتوجيه مجموعة من الحزم الرقمية داخل غلاف واحد على الأقل لحزمة الترددات الراديوية، والحزم الرقمية عبارة عن مجموعة من المسارات المتميزة مكانيًا لمجموعة من تدفقات البيانات الأولى، وتشكيل مجموعة من المسارات المتميزة مكانيًا لمجموعة من تدفقات البيانات الثانية.
- “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.
- “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.
- “LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.
تطور نظام SU-MIMO
طريقة الاستخدام في شبكة لاسلكية هي تعدد إرسال متعدد المدخلات ومخرجات متعددة (MIMO) من خلال مجموعة من المشفرات الأولية للنطاق الأساسي، لكل مجموعة من أجهزة التشفير المسبق للتردد الراديوي (RF) من المحطة الأولى، وإرسال إشارة مرجعية لمعلومات حالة القناة (CSI-RS) من الجهاز واستقبال معلومات حالة القناة (CSI) لكل مشفر مسبق للنطاق الأساسي، وكل مشفر مسبق للترددات الراديوية من محطة ثانية.
كما أنّ المحطة الثانية ترسل إشارة إلى مجموعة المشفر المسبق للنطاق الأساسي المثلى والمُشفر المسبق للترددات الراديوية إلى المحطة الثانية، والنطاق الأساسي المختار وتنقل دفق بيانات (MIMO) إلى المحطة الثانية باستخدام مجموعة المشفر المسبق والترميز المسبق للترددات الراديوية، بحيث تتمثل طريقة الاستخدام في شبكة لاسلكية في إرسال إشارة مرجعية لمعلومات حالة القناة (CSI-RS)، من جهاز تعدد إرسال متعدد المدخلات متعددة المدخلات (MIMO) لمشفرات مسبقة للترددات الراديوية المتعددة (RF) من المحطة الأولى.
تلقي ردود الفعل بما في ذلك الإشارة إلى أفضل مؤشر مصفوفة الترميز المسبق من المحطة الثانية وإرسال إشارة إلى مجموعة الترميز المسبق للنطاق الأساسي المختار، ومزيج الترميز المسبق للترددات اللاسلكية إلى المحطة الثانية والرمز المسبق للنطاق الأساسي المحدد، وإرسال دفق بيانات (MIMO) إلى المحطة الثانية باستخدام تركيبة جهاز الترميز المسبق للترددات اللاسلكية.
في أنظمة الاتصالات اللاسلكية يمكن أن يوفر تشكيل الحزمة الرقمية مزايا متعلقة بالمرونة، وقد يوفر تشكيل حزم الترددات الراديوية (RF) مزايا منخفضة التكلفة واستهلاك منخفض للطاقة، كما تجمع تقنية تشكيل الشعاع الهجين بين تشكيل الشعاع الرقمي وتشكيل حزم الترددات الراديوية، بحيث يمكن أن يكون تشكيل الحزمة الهجينة مفيدًا لبعض أنظمة الاتصالات التي تتطلب هوائيات عالية الكسب.
كما أنّ لتشكيل الحزمة الهجينة قيوداً تجعل من الصعب جداً استخدامها في العديد من أنظمة الاتصالات، ومع ذلك يمكن التغلب على هذا القيد، من خلال تمكين استخدام الإرسال متعدد المدخلات والمخرجات المتعددة (MU-MIMO) أو إرسال متعدد المدخلات متعددة المخرجات (SU-MIMO) مع تشكيل الحزمة المختلطة، كما يمكن تصميم عملية تشوير لتسهيل إرسال (SU-MIMO) أو (MU-MIMO) مع تشكيل الحزمة الهجين.
علاوة على ذلك يمكن استخدام إشارات مرجعية خاصة بالمستعمل لتمكين كل مستخدم من إجراء تقدير القناة في كل نظام (MIMO) مرتبط، ويمكن استخدام (Beamforming) في أنظمة اتصالات مختلفة لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) أو الإشارة إلى نسبة ضوضاء التداخل (SINR)، أو لتحسين وصلة اتصال معينة.
- “SINR” هي اختصار لـ “Signal to Interference & Noise Ratio”.
- “CSI-RS” هي اختصار لـ “Channel Status Information-Reference signal”.
