نسبة طاقة الذروة إلى متوسط الطاقة في دوائر الاتصالات peak-to-average power ratio

يحتوي كل من “OFDM” و”CDMA” على ما يُعرف باسم “نسب الذروة إلى المتوسط” العالية أو “PAR” وبترتيب “10 مرة” – “20 مرة” أو “10 dB” إلى “13 dB” في كل إشارة لها قوة متوسطة، ومستوى “الذروة إلى القدرة المتوسطة” والذي يُعبر عنه عادةً بالديسيبل هو مستوى القدرة لأعلى قدرة فورية مقارنة بمستوى القدرة المتوسط.

ما هي نسبة القدرة من الذروة إلى المتوسط ​​PAPR

نسبة القدرة من الذروة إلى المتوسط “PAPR”: هي المعروفة أيضاً باسم عامل الذروة وهي خاصية مهمة للإشارات المرسلة متعددة الموجات الحاملة، كما يمكن أن تكون ذروة الإشارة في كثير من الأحيان أكبر بمقدار “N مرة” من متوسط ​​مستوى الطاقة، حيث تسبب هذه القمم الكبيرة تشوهاً في التشكيل البيني ويمكن أن يؤدي إلى زيادة معدل الخطأ، كما تحدث هذه التشوهات من القيود الكامنة في مكبر الإرسال.

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

• “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal Frequency Division Multiplexing”.

• “PAR” هي اختصار لـ “peak average power”.

• “PAPR” هي اختصار لـ “peak average power ratio”.

نسبة PAPR في اتصالات VLC

يمكن لأنظمة اتصالات الضوء المرئي “VLC” توفير الإضاءة والاتصال في وقت واحد عبر الثنائيات الباعثة للضوء “LED“، حيث إنّ الأشكال الموجية لتعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد “OFDM” المرسلة في نظام “VLC” سيكون لها نسب قدرة عالية من الذروة إلى المتوسط ​​”PAPRs”، ونظراً لأنّ مؤشر “LED” للإرسال محدود النطاق الديناميكي، يمكن قص قمم شكل موجة “OFDM” ممّا يتسبب في تدهور الإشارة.

تحدث هذه الظاهرة نفسها أيضاً في نظام الاتصالات اللاسلكية على الرغم من أنّه من السهل تحديد الأداء من حيث كفاءة تحويل طاقة التردد اللاسلكي في أنظمة التردد اللاسلكي، ونتائج قياس أداء “VLC” نادرة على وجه التحديد، ونظراً لأنّ “VLC” يختلف عن اتصالات التردد اللاسلكي في قيود النظام وتنسيق إشارة النطاق الأساسي، والخصائص غير الخطية لجهاز الإرسال فليس من الواضح كيف ترتبط “PAPR” بكفاءة تحويل الإضاءة إلى الاتصال في “VLC”.

• “VLC” هي اختصار لـ “Visible light communication”.

• “LED” هي اختصار لـ “Light-Emitting Diode”.

نظام وطريقة تقليل نسبة الذروة إلى متوسط ​​القدرة لأنظمة الاتصالات متعددة الموجات الحاملة

يقدم إنتاج إشارة تنبؤية على تحديد مستويات قدرة ناتج المرسل بشكل فعال في نظام اتصالات متعدد الموجات الحاملة، وتؤدي إلى الاقتراب من أداء مكبر الصوت المرتبط عادةً بأشكال موجة الموجة الحاملة الثابتة، كما توفر نماذج الحل الذي تم الكشف عنه تخفيض بمقدار “dB 10” في القدرة من الذروة إلى المتوسطة المطلوبة لدعم إرسال، فعلى سبيل المثال تقنيات التشكيل المتعامد بتقسيم التردد “OFDM”.

تعمل نماذج النظام والطريقة الجديدة على زيادة تقليل نسبة الذروة إلى القدرة المتوسطة “PAPR” إلى الحد الأقصى باستخدام التخطيط الانتقائي والقص الناعم، والذي قد يتضمن الترشيح مجتمعين، كما يقلل هذا النهج الجديد أيضاً من النفقات العامة ومعدل خطأ البت وإعادة الإرسال ويزيد من زمن الوصول بالإضافة إلى تنفيذ دورات المعالجة مع عدد من التكرارات.

يعمل النظام والطريقة التي تم الكشف عنها على تحسين الكفاءة الكلية لطاقة التيار المستمر للنظام ويوفر الحل الأمثل لتقليل “PAPR” في أنظمة الاتصالات متعددة الموجات الحاملة مثل “OFDM”، ومن أجل منع مضخم الإرسال من الحد يجب أن تبقى قوة الإشارة المتوسطة منخفضة بما يكفي للحفاظ على الإشارة خطية نسبياً عبر مكبر الصوت.

ومن أجل إرسال إشارة عالية الطاقة يلزم وجود مضخم عالي الطاقة يتطلب طاقة كبيرة من نظام التيار المستمر، ومطلوب مضخم قدرة أعلى بكثير لإرسال أشكال موجية متعددة الموجات مقارنة بأشكال موجة الغلاف الثابتة، وعلى سبيل المثال باستخدام “64 شكل موجة حاملة” سيتطلب مضخم طاقة “40 ديسيبل مللي واط” حوالي “15 ديسيبل” من التراجع.

لذلك بدلاً من التشغيل عند “40 ديسيبل ميلي واط” أي 10 واط” يكون مكبر الصوت قادراً فقط على العمل عند “25 ديسيبل ميلي واط” أي “0.316 واط”، وبالتالي من أجل الإرسال عند “40 dBm” المطلوب يلزم وجود مضخم “55 dBm” أي “316 واط”، كما يمكن زيادة إمدادات الطاقة المصاحبة واستهلاك الطاقة بشكل كبير، بالإضافة إلى ذلك تؤدي متطلبات الطاقة الكبيرة هذه إلى زيادة متطلبات المساحة وتبديد الحرارة.

مع القدر الكبير من الاهتمام والنشاط مع تعديل تقسيم التردد المتعامد “OFDM “وعلى وجه الخصوص تقنية الاتصال “802.11a” و”802.11g” فإنّ مشكلة “PAPR” مبالغ فيها، كما يتطلب “802.11” مع استخدامه لأشكال موجية معقدة مكبرات صوت “RF” خطية للغاية، ولم تنفذ الدوائر المتكاملة للطبقة المادية “802.11” الحالية مخططات تقليل “PAPR”.

وعلى وجه الخصوص يتطلب تعدد النغمات “OFDM” عادةً ارتداداً أكبر من “10 dB” لمضخم القدرة بسبب ارتفاع نسبة القدرة إلى الذروة إلى المتوسط، والنتيجة الصافية لهذه العوامل هي زيادة الطلب على طاقة التيار المستمر بما يتجاوز ذلك الذي تمت مواجهته مع تقنيات “802.11” الأخرى، كما قد يكون التأثير أقل وضوحاً بالنسبة لإشارات دورة العمل القصيرة ولكن يمكن أن يكون مهماً في المواقف التي تتطلب نقلاً مستمراً للبيانات.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.

نسبة الذروة إلى متوسط ​​القدرة لنظام OFDM

تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد “OFDM” هو طريقة لإرسال البيانات في وقت واحد عبر عدة ترددات حاملة متزامنة ومتباعدة بشكل متساوٍ باستخدام معالجة تحويل فورييه للتشكيل وإزالة التشكيل، كما تم اقتراح هذه الطريقة واعتمادها للعديد من أنواع أنظمة الراديو مثل الشبكات المحلية اللاسلكية “LAN” والبث الصوتي الرقمي والفيديو الرقمي، ويوفر “OFDM” العديد من المزايا الموثقة جيداً للإرسال متعدد الموجات الحاملة بمعدلات بيانات عالية لا سيما في التطبيقات المتنقلة.

وعلى وجه التحديد لديها مقاومة متأصلة للتشتت في قناة الانتشار، وعلاوةً على ذلك عند إضافة التشفير، يمكن استغلال تنوع التردد في قنوات الخبو الانتقائي للتردد للحصول على أداء ممتاز في ظل ظروف منخفضة للإشارة إلى الضوضاء، ولهذه الأسباب يُفضل تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد “OFDM” غالباً على التشكيل الثابت للغلاف مع التعادل التكيفي ويمكن إن يكون تنفيذه أقل تعقيداً.

تتمثل الصعوبة الرئيسية في تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد “OFDM” في أنّه عندما تضيف الإشارة الجيبية للحاملات “N” في الغالب بشكل بنّاء، فإنّ قدرة الذروة للغلاف تساوي “N” ضعف قدرة الغلاف المتوسطة، وإذا كانت قدرة الغلاف القصوى خاضعة لتصميم أو حد تنظيمي ، فسيكون لذلك تأثير تقليل متوسط ​​قدرة الغلاف المسموح بها بموجب تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد “OFDM” بالنسبة إلى تلك المسموح بها في ظل التشكيل الثابت للغلاف.

وإذا كانت طاقة البطارية قيداً كما هو الحال عادةً مع المعدات المحمولة مثل الأجهزة الاستهلاكية المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأنظمة الاتصالات المتطورة، فيجب تشغيل مضخمات الطاقة المطلوبة للتصرف الخطي حتى ذروة طاقة الغلاف بشكل غير فعال مع تراجع كبير عن الضغط، ولقد ثبت أنّ التحديد الرقمي الصارم للإشارة المرسلة يخفف من حدة المشكلة ولكن فقط على حساب نمو الفص الجانبي الطيفي وتدهور أداء خطأ البتات المترتب على ذلك.

• “LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.