ما هو التداخل بين الخلايا في الاتصالات ICI

مع الطلب المستمر على النطاق الترددي العالي وكفاءة الطيف العالية، يصبح التداخل بين الخلايا (ICI) أكثر خطورة وتلعب إدارة (ICI) دوراً متزايد الأهمية في الشبكات الخلوية المتنقلة، كما تتوفر العديد من مخططات إدارة (ICI) الرئيسية، والمستخدمة في أنظمة الاتصالات المتنقلة من الجيل الثاني (2G) إلى الجيل الرابع (4G).

ما هي مخططات إدارة ICI

• مخطط إعادة استخدام التردد الأساسي والتحكم في الطاقة للجيل الثاني والثالث.

• المخططات المحسّنة مثل إعادة استخدام التردد الجزئي (FFR).

• إطار فرعي شبه فارغ (ABS).

• نقل متعدد النقاط منسق (CoMP) في (4G).

ملاحظة:“ABS” هي اختصار لـ “Almost empty subframe” و”CoMP” هي اختصار لـ “Coordinated Multi-Point transmission and reception”.

ملاحظة:“FFR” هي اختصار لـ “fractional frequency reuse” و”ICI” هي اختصار لـ “inter-cell interference”.

مبدأ عمل التداخل بين الخلايا ICI

قد لا تكون مخططات إدارة (ICI) الحالية قوية بما يكفي لـ (5G)، والتي تواجه (ICI) خطيرة للغاية نظرًا لطوبولوجيا شبكتها فائقة الكثافة (UDN)، لذلك يتم تقديم خطط إدارة متقدمة وواعدة لـ (ICI) لـ (5G) لإدارة (ICI) مثل تقنيات الاتصال المنسق المتقدمة، حيث يتم التنسيق على جانب الشبكة وجانب المحطة المتنقلة (MS)، وتقنيات الواجهة الهوائية المتقدمة مع إمكانية التخفيف من (ICI) مثل التردد المتعامد وتعدد الإرسال بتقسيم الكود (OFCDM)، ونشر التوقيع منخفض الكثافة (LDS) والنفاذ المتناثر للشفرة المتعددة (SCMA).

علاوة على ذلك تتم أيضًا مناقشة التطورات الحديثة في محاذاة التداخل (IA)، والتداخل بين الخلايا (ICI) هو مشكلة تقليدية للشبكات الخلوية المتنقلة، ونظرًا لندرة مورد الطيف يجب إعادة استخدام التردد بين الخلايا المختلفة ممّا يجعل (ICI) لا غنى عنه، ويعتمد مستوى ICI في الشبكات الخلوية على عوامل مختلفة مثل هيكل الخلية ونظام إعادة استخدام التردد وقدرة الإرسال وتقنيات الوصول المتعددة، ونظرًا لتطور الشبكات الخلوية المتنقلة من الجيل الثاني (2G) إلى الجيل الخامس (5G)، يصبح (ICI) أكثر خطورة، نظرًا للمطالبة المستمرة بكفاءة أعلى للطيف ونشر أكثر كثافة للخلايا.

كما أنّه في عرض النطاق الترددي للنظام لأنظمة (2G) و(3G) و(4G) النموذجية مثل النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (GSM)، والوصول المتعدد بتقسيم رمز النطاق العريض (WCDMA) والتطور طويل المدى (LTE)، هو (200 كيلو هرتز) و(5 ميجاهرتز) و(20 ميجاهرتز) على التوالي، ومع ذلك يظل الطيف المناسب للاتصالات الخلوية المتنقلة دون تغيير.

لذلك ينبغي زيادة كفاءة الطيف بشكل كبير لدعم معدل بيانات أعلى باستخدام نفس مورد الطيف، حيث في هذه الحالة يجب إعادة استخدام مورد الطيف بشكل متكرر ممّا يؤدي إلى ارتفاع (ICI)، ومن ناحية أخرى فإنّ الطلب على سعة الشبكة آخذ في الازدياد أيضًا، ومن المتوقع زيادة قدرة الشبكات الخلوية المتنقلة إلى (1000 ضعف) قدرة الشبكات الحالية.

كما تتمثل إحدى التقنيات الفعالة لتعزيز قدرة الشبكة في نشر المزيد من المحطات القاعدية (BS) في نفس منطقة التغطية أو استخدام خلايا ذات نصف قطر أصغر بشكل مكافئ، ونظراً لأنّ الشبكات الخلوية تصبح أكثر كثافة وغير منتظمة مع زيادة عدد (BS)، يتم تقليل المسافة بين خليتين تستخدمان نفس مورد التردد، وعلاوة على ذلك من الصعب التمييز بين مستخدمي مركز الخلية ومستخدمي حافة الخلية في الخلايا الأصغر، لذلك يصبح (ICI) أكثر جدية وتعقيداً.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution” و”GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile communications”.

• “WCDMA” هي اختصار لـ “Wideband Code Division Multiple Access” و”IA” هي اختصار لـ “Interface alignment”.

• “UDN” هي اختصار لـ “Ultra-dense networking” و”OFCDM” هي اختصار لـ “Orthogonal Frequency Code-Division Multiplexing”.

• “SCMA” هي اختصار لـ “Sparse Code Multiple Access” و”LDS” هي اختصار لـ “Low Density Signature”.

نمذجة وتحليل التداخل بين الخلايا في التطور طويل المدى LTE

يُعد التطور طويل الأمد (LTE) معيارًا واعدًا لمعدل البيانات وسعة النظام أي التغطية في تاريخ اتصالات الشبكات اللاسلكية، التداخل بين الخلايا (ICI) هو ضعف مهيمن في أنظمة (LTE) وفي التداخل ركزت النمذجة والتحليل على المستوى الأول فقط، ولكن اعتبار (ICI) ينشأ من المستوى الثاني أمر بالغ الأهمية في معيار نظام الاتصالات والتطبيقات أيضًا.

يتم اعتماد نماذج التداخل وتحليلها لأول إطارين متتابعين تحت بيئات قنوات مختلفة، ويتم قياس العمل تحليلياَ فيما يتعلق بالمعايير القياسية، ونماذج النظام باستخدام (Matlab) والأدوات الداعمة الأخرى وبالتالي تظهر نتائج محاكاة مستوى الارتباط أنّ (ICI) بعد المستوى الأول يصبح نشطًا في البيئة الحضرية ويزيد حجم الخلية الأصغر من طاقة (ICI) في (LTE).

كما إنّ القضية الأكثر أهمية في الشبكة الخلوية لتقسيم التردد المتعامد (OFDMA) هي التداخل بين الخلايا (ICI) بسبب إعادة استخدام التردد العالمي. في هذا العمل، ويتم اشتقاق التعبير التحليلي للتداخل على مستخدم معين في خلية مرجعية من جميع الخلايا المتداخلة، بغض النظر عن موضع المستخدم وأخذ تأثير خسارة المسار والتظليل والخبو على التداخل من ثلاث طبقات من الخلايا، ثم نحسب (ICI) لشبكة مرحل قفزتين.

ويتضمن الوصلة الهابطة (OFDMA) مجموع المتغيرات العشوائية المترابطة، لذلك يتم اشتقاق تعبير عام لحل مشاكل المتغيرات العشوائية المترابطة بغض النظر عن النظام، وفي الموجات الحاملة (OFDM) معبأة بكثافة، حيث تكون الموجات الحاملة الفرعية في ذروة موجة حاملة فرعية خالية من الموجات الحاملة الفرعية الأخرى، ويشار إلى هذا باسم التعامد ولكي يكون (OFDM) تشكيلًا فعالاً يجب أن تكون الموجات الحاملة الفرعية متعامدة مع بعضها البعض، ويحدث التداخل بين الناقل الداخلي (ICI) عندما تفقد الناقلات الفرعية التعامد.

• “OFDMA” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiple access”.

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

أسباب ظهور التداخل بين الخلايا ICI

• تجاوز تأخير تمديد القناة الراديوية الفاصل الزمني (CP) أي فاصل الحراسة.

• إزاحة التردد في جهاز الاستقبال.

ملاحظة:يتم تقليل (ICI) أو يمكن تخفيفه عن طريق تقدير تخالف التردد وتصحيح المباعدة بين الموجات الحاملة الفرعية وفقًا لذلك.

تنسيق التداخل بين الخلايا في شبكات 5G فائقة الكثافة

أدى الطلب المتزايد بشكل كبير على الاتصالات المتنقلة ذات النطاق العريض إلى الانتشار الكثيف للشبكات الخلوية ذات أنماط إعادة استخدام التردد القوية، ومن المتوقع أن تتغلب شبكات الجيل الخامس المستقبلية (5G) على تحديات السعة والإنتاجية من خلال اعتماد بنية متعددة المستويات، حيث يتم نشر العديد من المحطات الأساسية منخفضة الطاقة (BSs) داخل منطقة التغطية للخلية الكلية.

ومن ثم فإنّ التداخل بين الخلايا (ICI) الناجم عن الاستخدام المتزامن لنفس الطيف في خلايا مختلفة يخلق مشاكل خطيرة، ويقلل (ICI) من إنتاجية النظام وقدرة الشبكة وله تأثير سلبي على مستخدمي حافة الخلية والأداء العام للنظام، لذلك هناك حاجة إلى تقنيات تنسيق التداخل الفعال ولا سيما للارتباط بين المستخدم والخلية، وتخصيص الموارد للتخفيف من التأثير الشديد للتدخل الداخلي على أداء النظام في شبكات الجيل الخامس غير المتجانسة (HetNets).

هذا لتحسين جودة الخدمة (QoS) وزيادة إنتاجية النظام الناشئة عن نشر تراكب الخلايا الصغيرة على (BS) الكلية في الشبكات الخلوية غير المتجانسة، ممّا يؤدي إلى اختلال في حمل حركة المرور بسبب قوة الإرسال المتغيرة من (BS) مختلفة في الوصلة الهابطة، ويتم اعتماد مخطط ارتباط الخلايا القائم على توسيع نطاق الخلية (CRE) والمدمج مع تقنيات التحكم في الطاقة.

• “CRE” هي اختصار لـ “Cell Range Expansion” و”QoS” هي اختصار لـ “Quality of service”.