ما هو نظام SISO في الاتصالات

في نظام (SISO) يستخدم هوائي واحد للإرسال والاستقبال، كما تُستخدم (SISO) عادةً في أنظمة الراديو والأقمار الصناعية و(GSM) و(CDMA)، كما تؤدي الهوائيات نشاط كل من إرسال واستقبال الإشارة من أجل إنشاء وصلة البيانات، وسيحقق رابط بيانات (SISO) النموذجي إنتاجية في المنطقة تبلغ حوالي (20 ميجابت في الثانية)، ويُعد راديو (Wave Relay® MPU4) القديم مثالاً على راديو (SISO).

ما هو نظام SISO

نظام الإدخال الفردي والناتج الفردي (SISO): هو نظام اتصالات لاسلكي يستخدم فيه هوائي واحد في المصدر كجهاز الإرسال ويستخدم هوائي واحد في الوجهة كجهاز الاستقبال.

• “SISO” هي اختصار لـ “Single-Input-Single-Output”.

• “CDMA” هي اختصار لـ “Code-Division-Multiple-Access”.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global-System-for-Mobile”.

أساسيات نظام SISO

يُعد (SISO) هي أبسط تقنية هوائي، وفي بعض البيئات تكون أنظمة (SISO) عرضة للمشكلات التي تسببها تأثيرات تعدد المسارات، عندما يُقابل مجال كهرومغناطيسي كحقل كهرومغناطيسي عوائق مثل التلال والأودية والمباني وأسلاك المرافق، فإنّ واجهات الموجة متناثرة وبالتالي تأخذ العديد من المسارات للوصول إلى الوجهة.

يتسبب الوصول المتأخر للأجزاء المتناثرة من الإشارة في مشاكل مثل الخبو والانقطاع كتأثير الجرف والاستقبال المتقطع كسياج اعتصام، وفي نظام الاتصالات الرقمية ويمكن أن يؤدي إلى انخفاض في سرعة البيانات وزيادة في عدد الأخطاء، ولتقليل أو التخلص من المشاكل التي يسببها انتشار الموجات متعدد المسارات يتم استخدام تقنية الهوائي الذكي.

هناك ثلاثة أشكال من الهوائي الذكي والمعروفة باسم إدخال فردي ناتج متعدد (SIMO) ومدخلات متعددة وناتج فردي (MISO) ومدخلات متعددة ونواتج متعدد (MIMO)، وعندما تنتقل إشارة الراديو عبر الهواء فإنّها تواجه العديد من العوائق، مثل المباني والجبال والأشجار والأعمدة والكابلات والأسطح العاكسة وإشارات الراديو هي موجات كهرومغناطيسية، وتخضع لتأثير التشتت عندما تواجه أي عوائق وتؤثر هذه العوائق سلباً على قوة الإشارة، ممّا يجعلها ضعيفة جدًا عند وصولها من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال.

يمكن أن تأخذ الإشارة مسارات متعددة بين المرسل والمستقبل وتتعرض للخبو متعدد المسارات. عندما يحدث الخبو متعدد المسارات، وتؤدي خصائص تغيير الإشارة إلى انخفاض جودة الإشارة مما يؤدي إلى حدوث أخطاء في الإشارة، كما تتمثل إحدى طرق التغلب على هذا التحدي في التنوع أي التنوع المكاني الذي يتطلب هوائيات متعددة في المرسل أو المستقبل.

عند استخدامها بين محطة قاعدة وهاتف محمول لا تستطيع هوائيات (SISO) التغلب على التأثير السلبي لخبو الإشارة لأنّها لا تستطيع تحقيق تنوع الإرسال أو الاستقبال، بسبب استخدام هوائي واحد فقط للإرسال وهوائي واحد للاستقبال، وعلى الرغم من سهولة تنفيذ (SISO) فإنّ الخيارات المتاحة لتحسين جودة الإشارة وتقليل التداخل في (SISO) محدودة.

• “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-input-multiple-output”.

• “MISO” هي اختصار لـ “Multiple-Input Single-Output”.

• “SIMO” هي اختصار لـ “Single-input-multiple-output”.

الفرق بين نظام SISO ونظام MIMO

• في نظام (SISO)، يتم استخدام هوائي واحد فقط في جهاز الإرسال ويتم استخدام هوائي واحد في جهاز الاستقبال، بينما يتم استخدام هوائيات متعددة في حالة (MIMO).

• يحقق نظام (MIMO) معدل خطأ بت أفضل مقارنة بنظيره (SISO) في نفس (SNR)، ويتم تحقيق ذلك باستخدام تقنية تسمى تشفير كتلة الوقت في الفضاء (STBC)، ويمكن تعزيز تغطية (STBC).

• يوفر نظام (MIMO) معدل بيانات أعلى بسبب إرسال رموز بيانات متعددة في وقت واحد باستخدام هوائيات متعددة، وتسمى هذه التقنية بالتعدد المكاني (SM) ومع معدل بيانات (SM) يمكن تحسينها.

• يمكن استخدام تقنية (MIMO) مع (SM) وتشكيل الحزمة للحصول على تحسين لكل من متطلبات التغطية ومعدل البيانات في نظام لاسلكي.

ملاحظة:“STBC” هي اختصار لـ “Space-Time-Block-Code”.

ملاحظة: “SM” هي اختصار لـ “Space-Modulation”.

ملاحظة:“SNR” هي اختصار لـ “Signal-to-Noise-Ratio“.

مبدأ عمل نظام SISO

تتمتع أنظمة الاتصالات متعددة المدخلات والمخرجات (MIMO) بالعديد من المزايا من حيث معدل البيانات والموثوقية مقارنة بأنظمة الاتصالات ذات المدخلات الفردية (SISO)، ويتم تناول استخدامات لـ (SISO) و(MIMO) باستخدام مبعثرات متعددة النقاط في محطة متنقلة، ويتم تقديم بعض تكوينات الهوائيات الفردية والمتعددة واستخدام تحلل القيمة المفرد (SVD) في حساب سعة (MIMO)، كما يتم عرض النتائج العددية بثلاثة أوضاع فردية جنباً إلى جنب مع قيمها الفردية التي تم تحقيقها من خلال عملية القطر.

إنّ أنظمة الاتصالات اللاسلكية التجارية اليوم مطلوبة لتجهيز اتصالات موثوقة ومعدلات بيانات أكبر، وهناك تحديان كبيران في تصميم النظام هما الخبو المقيد والطيف، بسبب مكونات متعددة المسارات في النظام اللاسلكي، ويمكن استخدام الإرسال والاستقبال المتعدد لتشكيل (MIMO) عدة قنوات إخراج متعددة المدخلات لرفع معدل البيانات والسعة، وتتمثل مزايا استخدام الهوائيات المتعددة في الحصول على أداء موثوق ومعدل بيانات أعلى.

يتم تصميم ومحاكاة أنظمة (SISO) و(SIMO) و(MISO) و(MIMO)، ويتم تحليل ومقارنة أداء هذه الأنظمة بناءً على نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) وقدرة القناة في عدد مختلف من الهوائي، ويتم فحص تأثير عدد الهوائي (4 و8 و16) على سعة القناة عبر مدى (SNR) (0-30 ديسيبل) للأنظمة، كما تم تحديد الاتصالات الضوئية المرئية لتكون بمثابة تقنية جديدة للاتصالات الرقمية اللاسلكية الحديثة.

كما يتم اعتماد نظام (VLC) مبتكراً يتمتع بأداء وكفاءة فائقين مقارنة بالأنظمة السابقة، ويتم اعتماد اتصال (VLC) داخلي في مدخل فردي واحد (SISO)، ومدخلات متعددة متعددة المخرجات (MIMO) باستخدام تعدد الإرسال بتقسيم بصري متعامد محسّن (EO-OFDM)، ويتغلب نظام (MIMO VLC) على قيود سعة القناة الناتجة عن النطاق الترددي المحدود لتعديل (LED)، باستخدام معلمة نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) الخاصة بمتطلبات إضاءة (LED) لقناة (SISO).

تعدد المقارنة بين (OFDM) البصري المحسن (EO-OFDM)، والذي يتم استخدامه كتقنية لعرض النطاق الترددي المحسن مع تعدد الإرسال بتقسيم التردد المعمم التقليدي (GFDM)، والكتلة الزمنية الفضائية المشفرة (STBC-OFDM) والبصري (OFDM)، كما يعزز النظام المقترح أداء معدل الخطأ في البتات (BER) والإنتاجية لجميع مكاسب القنوات الممكنة لـ (MIMO)، عبر اتصالات (SISO VLC) مقارنة بالأنظمة التقليدية الأخرى.

بالرغم من الحفاظ على نفس معدل إرسال البيانات مثل الطريقة التقليدية فقد تم تحسين معدل خطأ البتات (BER) للنظام المقترح بمقدار 10-5 عند نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR)، والتي تساوي (20 ديسيبل)، وبتم تقديم (EO-OFDM) معدلات بيانات أعلى من (OFDM) على القنوات ذات نطاقات التردد المحدودة وأجرى تخفيضًا على نسبة ذروة متوسط ​​القدرة (PAPR).

في تقنية (EO-OFDM)، يتم حساب تحليل أداء الصبيب عبر (SNR) بالمقارنة مع (O-OFDM) و(OAK-OFDM) و(PWM-OFDM) التي تم من خلالها تحقيق صبيب قدره (20 ميجابت في الثانية)، ويضاف إلى ذلك أنّه تم تحقيق أقصى إنتاجية تبلغ (7.6 ميجابت في الثانية) لتقنية (EO-OFDM)، والتي تكون عالية جدًا من (O-OFDM) و(OAK-OFDM) و(STBC-OFDM) في تقنية (MIMO)، والخصائص الخطية لمصابيح (LED) والنطاق الديناميكي المحدود فإنّ الأداء العام لهذه التجربة أفضل من التقنيات الأخرى.

• “SVD” هي اختصار لـ “Simultaneous-Voice-and-Data” و”LED” هي اختصار لـ “Light-Emitting-Diode”.

• “O-OFDM” هي اختصار لـ “optical-orthogonal-frequency-division-multiplexing” و”OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing”.

• “PWM-OFDM” هي اختصار لـ “pulse-width-modulation-orthogonal-frequency-division-multiplexing” و”PAPR” هي اختصار لـ “Peak-to-average-power-ratio”.

• “BER” هي اختصار لـ “Bit-Error-Rate” و”GFDM” هي اختصار لـ “Generalized Frequency Division Multiplexing“.

• “VLC” هي اختصار لـ “Visible-Light-Communication”.