تصنيف تعديل وترميز الإشارة في الاتصالات

أثناء الاتصال بين جهازين أو أكثر في نطاق طيف (60 جيجاهرتز) قد ترسل الأجهزة وتستقبل إطارات بيانات وفقًا لمعيار الاتصالات مثل معايير عائلة (Wi-Fi)، وقد يتضمن معيار الاتصال في نطاق الطيف (60 جيجاهرتز) واحدًا أو أكثر من رموز مخطط التشكيل والترميز (MCS) المرتبطة بمدخلات متعددة ومخرجات متعددة (MIMO).

أساسيات تعديل وترميز الإشارة

يتم تمثيل واحد أو أكثر من (MCS) بواسطة القيم، والتي يمكن استخدامها لتحديد معدل البيانات المحتمل لاتصال (Wi-Fi) أثناء الاتصال اللاسلكي بين جهازين، كما تحمل واحدة أو أكثر من (MCS) معلومات عن مخطط التشكيل والترميز المستخدم للحمولة النافعة، وقد يساعد هذا المستقبل في فك كود الحمولة المنقولة في الحزمة أو الرتل المعني.

كما أنّ (QAM) هو تنسيق يستعمل في مجموعة متنوعة من أنظمة الاتصالات مثل: (Wi-Fi)، و(QAM) هو شكل من أشكال التعديل الذي هو مزيج من تعديل الطور وتعديل السعة، كما يمثل مخطط (QAM) وحدات البت، حيث تُعرف النقاط في شبكة رباعي بخريطة كوكبة.

عندما يتواصل جهازان أو أكثر باستخدام نظام اتصالات لاسلكي (60 جيجاهرتز)، يمكن تحديد قيمة فهرس (MCS) واحدة أو أكثر أثناء الاتصال اللاسلكي كوسيلة لتبادل نوع التعديل والمعدل، والذي يتم الاتصال به بناءً على الشبكة أو حالة البيئة، وقد يكون التشكيل أي تشكيل وحيد (SC) أو تشكيل طيف منتشر أو تشكيل متعامد بتقسيم التردد (OFDM).

عادةً يمكن إرسال أو استلام قيمة فهرس (MCS) بين الأجهزة باستخدام رأس حزمة البيانات أو التحكم، كما ستنقل الأجهزة بعد ذلك حزم البيانات بناءً على قيمة (MCS) محددة، وتحدد جزئيًا على الأقل مخطط تشكيل ومعدل إرسال قد يكون مناسبًا للاتصال.

بالإضافة إلى زيادة التغطية أو سعة التحميل، فإنّ العقد المجاورة التي تعاني منها تجهيزات المستعمل في بعض عمليات نشر الخلايا الصغيرة توفر مخططات تشكيل ذات رتبة أعلى للوصلة الهابطة، وتحدث الاتصالات بين جهاز واحد أو أكثر في طبقة مادية وعلى مستوى طبقة (MAC)، كما تساعد الطبقة المادية في ترميز حزمة بيانات طبقة (MAC) المناسبة لإرسالها عبر واجهة هوائية.

ملاحظة:“MCS” هي اختصار لـ “Modulation Coding Scheme”.

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

ملاحظة:“QAM” هي اختصار لـ “Quadrature amplitude modulation”.

إشارات تعديل وترميز الإشارة

بشكل عام قد تتكون الطبقة المادية من جهاز واحد أو أكثر من الأجهزة مثل جهاز تشويش إذاعي أو مشفر (LDPC) أو مشفر (RS) المستخدم كتقنيات (FEC)، أو تعديل أو إرسال إشارات أو تشكيل الطيف أو تحويل الترددات الراديوية، وقد يسهل نظام (MCS) استخدام واحد أو أكثر من قيم مؤشر (MCS) الجديدة لتشكيل الموجة الحاملة الفردية (SC)، من أجل تحسين الأداء وإنتاجية البيانات لنظام اتصالات لاسلكية (60 جيجاهرتز).

قد تبدأ إرسالات طيف التردد الراديوي بين جهازين أو أكثر بتمهيد التزامن متبوعًا ببيانات الرأس والحمولة النافعة إطار بيانات، وحقل الرأس الذي ينقل معلومات حول باقي الحزمة وقد تشير الرأسية إلى قيمة مؤشر (MCS) المستخدمة لجزء الحمولة النافعة من الحزمة، وهذا بدوره سيسمح لجهاز الاستقبال بمعرفة نوع التشكيل المستخدم ومعدل الترميز الذي استخدمه جهاز الإرسال.

ملاحظة:“LDPC” هي اختصار لـ “low-density parity-check”.

كيفية تصنيف تعديل وترميز الإشارة في الاتصالات اللاسلكية

تم تصميم أنظمة الاتصالات اللاسلكية في الأساس للخدمات الصوتية، حيث أدى انفجار استخدام الإنترنت مع الطلب المتزايد باستمرار على تنزيل كميات كبيرة من البيانات في خدمات الوسائط المتعددة، إلى جعل الأنظمة الخلوية (2G) غير كافية تمامًا، ولهذا السبب تم تصميم (3G) وحتى (4G) أكثر للتركيز على الوسائط المتعددة بدلاً من الخدمات الصوتية.

معدلات البيانات العالية اللازمة لتلبية طلبات المستخدمين تجبر أنظمة الاتصالات اللاسلكية على مواجهة تحديات متزايدة باستمرار على النطاق الترددي الشديد وقيود الطاقة، حيث تعتمد الاتصالات اللاسلكية على إمكانية الاستفادة الكاملة من النطاق الترددي المتاح من خلال زيادة كفاءة استخدامه.

علاوةً على ذلك فإنّ الخصائص المتغيرة بمرور الوقت للقناة اللاسلكية وانتقائية التردد التي يسببها الخبو متعدد المسارات تشكل تحديات كبيرة لمصمم النظام، من أجل التعامل مع الجودة العالية للخدمة المطلوبة لتطبيقات الوسائط المتعددة، وتُحدث أدوات الترميز والتشكيل التكييفيين وجهاز الإرسال والاستقبال متعدد الهوائيات (MIMO)، ورموز التوربو و(LDPC) وتقنيات الاستقبال والفك المشترك التكراري المستندة إلى مبدأ التوربو ثورة في نظرية وممارسة الاتصالات الرقمية.

اختبار التكافؤ منخفض الكثافة في عملية التعديل والترميز

من أجل تطبيق كود (LDPC) على نظام اتصال فعلي، يجب تصميم كود (LDPC) لمطابقة كمية نقل البيانات المطلوبة في نظام الاتصال، وعلى وجه الخصوص الاتصالات التي تدعم خدمات البث المختلفة بالإضافة إلى نظام الاتصال التكيفي الذي يطبق طريقة طلب إعادة الإرسال التلقائي الهجين (HARQ)، وطريقة التعديل والتشفير التكيفي (AMC)، كما يتطلب النظام أيضًا رموز (LDPC) ذات أطوال مختلفة لكلمات التشفير لدعم عمليات إرسال البيانات المختلفة وفقًا لمتطلبات النظام.

على عكس ما يحدث عندما يتم تطبيق مخططات التشكيل ذات الترتيب الأعلى على أنظمة الاتصالات التي تستخدم فقط مفتاح إزاحة الطور الثنائي (BPSK) أو مفتاح إزاحة الطور التربيعي (QPSK)، فإنّ مخططات التعديل ذات الترتيب الأعلى لها أطوال مختلفة لكلمة الكود، وكما أنّ موثوقية البتات المضمنة في رموز التشكيل ذات الترتيب الأعلى تختلف عند استخدامها في نظام اتصال يتطلب وجود كود (LDPC).

لإثبات اختلاف الموثوقية في مخطط التشكيل عالي الترتيب سيتم وصف كوكبة الإشارة عند تطبيق مخطط تعديل اتساع التربيع (QAM)، وهو مخطط تعديل عالي الترتيب يستخدم عمومًا في نظام اتصالات ويشتمل الرمز المعدل بواسطة (QAM) على جزء حقيقي وجزء وهمي، ويمكن إنشاء رموز تعديل مختلفة عن طريق تغيير حجم وعلامة كل جزء، يوتم وصف (QAM) بمخطط تعديل (QPSK) لتوفير مزيد من التفاصيل عن خصائص (QAM) بشكل أكثر وضوحًا.

كيفية اختيار تعديل وترميز الإشارة

يمكن لنظام الاتصالات المتنقلة أن يضبط بسهولة العتبة المثلى للاستخدام في اختيار وضع ترميز التعديل اعتمادًا على حالة الارتباط، كما تقارن وحدة التحكم في الاختيار جودة استقبال إشارة دليلية مشتركة تم الكشف عنها بواسطة محطة متنقلة مع مجموعة عتبات مخزنة في جدول عتبة، وتحدد أسلوب ترميز التشكيل الذي سيتم اختياره وتخرج نتيجة التحديد كتعليمات تبديل.

كما تتحكم وحدة التحكم في متغير العتبة بشكل متباين في مستوى العتبة الذي يشير إلى مدى جودة الوصلة المقابلة لأسلوب ترميز التشكيل المستخدم حاليًا، بناءً على محتويات إشعار خطأ الاستقبال من المحطة المتنقلة.

كما يتم استقبال بواسطة محطة أساسية البيانات المرسلة بواسطة جهاز طرفي من خلال عدة تركيبات قدرات الموارد، وتحديد (MCS) المقابلة لكل مجموعة من قدرات الموارد وفقًا لنمط تقسيم وتقسيم الموارد المحدد مسبقًا، وذلك لتحديد (MCS) وعدد فدرات الموارد لإرسال بيانات الوصلة الصاعدة التي يختارها المطراف.

كما يتم تكوين الموارد والتي تشتمل على التخصيص بواسطة محطة أساسية معلومات تكوين الموارد التي تحتوي على موارد وصول متعددة وموارد إشارة مرجعية لإزالة التشكيل (DMRS)؛ للإرسال بدون منح لمضاعفات أجهزة طرفية ونقل معلومات تكوين الموارد المقابلة إلى العديد من المطاريف.

في النهاية، في عملية تصنيف التعديل والترميز في الاتصالات تتضمن طريقة تحديد مخطط التشكيل والترميز والتحكم في القدرة تحديد معدل خطأ لقناة اتصال من المحطة الأساسية.