نظام الوصول المتعدد المتقطع للرمز في الاتصالات SCMA

يُعد الاتصال الهائل من بين المتطلبات الأخرى غير المسبوقة التي من المتوقع تلبيتها من أجل متابعة الزيادة الدائمة للأجهزة المتصلة في عصر إنترنت الأشياء، وعلى النقيض من عائلة أنظمة الوصول المتعددة المتعامدة التقليدية فإنّ السمة المميزة الرئيسية للوصول المتعدد غير المتعامد (NOMA)، هي قدرتها على دعم الاتصال الهائل.

ما هو الوصول المتعدد المتقطع للرمز SCMA

الوصول المتعدد المتقطع للرمز (SCMA): هو مخطط وصول متعدد غير متعامد غير متعامد (NOMA) لمجال التعليمات البرمجية للاتصال الهائل، وزمن انتقال منخفض للغاية في شبكات الاتصالات من نوع الجهاز في المستقبل، وبصفته متغيرًا متطورًا من الوصول المتعدد بتقسيم الكود (CDMA) يتم فصل العديد من المستخدمين في (SCMA) عن طريق تعيين دفاتر الشفرات المميزة التي تعرض تباينًا معينًا.

• “SCMA” هي اختصار لـ “Sparse Code Multiple Access”.

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

• “NOMA” هي اختصار لـ “Non-orthogonal multiple access”.

مبدأ نظام الوصول المتعدد المتقطع للرمز SCMA

يُعد الوصول المتعدد المتقطع للرمز (SCMA) أحد المخططات القوية لنطاق الكود (CD-NOMA) وهو من بين المرشحين الواعدين لتقنيات الوصول المتعددة، والتي سيتم استخدامها في الأجيال القادمة من أنظمة الاتصالات اللاسلكية بفضل نمط التباين الخاص بها كتب الشفرات، ويتم التحقيق في هذه التقنية بنشاط في السنوات الأخيرة، أمّا أحدث تقنيات (SCMA) هي:

• مكان (SCMA) في مشهد (NOMA) بما في ذلك مجال الطاقة (NOMA) و(CD-NOMA) بهدف تبرير سبب بروز (SCMA).

• بنية النظام الخاصة به ويتم تقديم مبادئه الأساسية، وبعد ذلك يتم تقديم مراجعة لتصميمات دفتر الشفرات وأجهزة الكشف عن (SCMA) المتاحة قبل توضيح كيفية تخصيص الموارد.

• إمكانية دمج (SCMA) مع التقنيات الأخرى الحالية والناشئة .

وفي مستقبل (SCMA)، يتم إجراء اكتشاف فعال متعدد المستخدمين من خلال استخدام خوارزمية تمرير الرسائل (MPA) التي تستغل تباين دفاتر الشفرات؛ لتحقيق أداء معدل خطأ يقترب من الحد الأقصى لمستقبل الاحتمال.

ملاحظة:“MPA” هي اختصار لـ “message passing algorithm”.

المفهوم الأساسي لـ SCMA

• يمكن اعتبار (SCMA) كمخطط وصول متعدد بتقسيم الكود والذي تم وصفه بواسطة دفاتر الشفرات المتفرقة.

• يتم بناء دفاتر الشفرات على أساس الأبراج متعددة الأبعاد، ويساعدها كسب التشكيل على التفوق في الأداء على المخططات التقليدية القائمة على كود الانتشار.

• في (SCMA) سينقل العديد من المستخدمين على نفس مجموعات الموارد باستخدام أجهزة كمبيوتر مختلفة.

• مع دفاتر الشفرات المتناثرة يتم تقليل التصادم بين المستخدمين، وبالتالي فإنّ (SCMA) تكون مرنة للتدخل بين المستخدمين.

• يفيد التباين أيضاً في تعقيد المستقبِل، ويمكن تطبيق خوارزمية تمرير الرسائل لتحقيق أداء شبه مثالي.

كيفية رسم خرائط SCMA

• يمكن أن يكون (SCMA) من خرائط مماثلة للطبقة مثل (LTE)، ممّا يعني أنّه يمكن تعيين طبقة (SCMA) واحدة أو أكثر إلى دفق بيانات أو مستخدم.

• الفرق هو أنّه في كل طبقة (SCMA)، سيقوم (SCMA) أيضاً بالتخطيط من بتات المعلومات إلى كلمات التشفير، وبعبارة أخرى يقوم مُعدِّل (SCMA) بتعيين بتات الإدخال إلى كلمة تشفير متعددة الأبعاد أكثر تعقيدًا يتم اختيارها من دفتر رموز (SCMA) الخاص بالطبقة.

• كلمات تشفير (SCMA) قليلة ممّا يعني أنّ عددًا قليلاً فقط من إدخالاتها ليست صفرية والباقي منها صفر.

• تحتوي جميع كلمات تشفير (SCMA) المقابلة لطبقة (SCMA) على موقع فريد للإدخالات غير الصفرية ويشار إليها باسم نمط التباين من أجل البساطة.

ملاحظة:“LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.

الخصائص الرئيسية للوصول المتعدد باستخدام SCMA

1- تراكب إشارة المجال غير المتعامد

يخلق تراكباً لرموز متعددة من مستخدمين مختلفين في كل عنصر من عناصر الموارد (RE)، وعلى سبيل المثال في (RE) تتداخل الرموز من (UE) مع بعضها البعض، كما يمكن تكوين نمط الموضع الفائق على كل (RE) بشكل ثابت أو شبه ثابت.

• “RE” هي اختصار لـ “Resource Equipment”.

• “UE” هي اختصار لـ “User Equipment”.

2- انتشار متفرق

يستخدم (SCMA) انتشاراً متناثرًا لتقليل عدد تصادمات الرموز، وعلى سبيل المثال هناك (3 رموز) من وحدات استخدام مختلفة تتعارض مع كل طاقة طاقة بدلاً من (6) في حالة الانتشار غير المتناثر.

أسباب استخدام SCMA في 5G

• نظراً لأنّ الوصول إلى الموارد باستخدام تقنية الوصول المتعدد المتعامد يتناسب مع عدد المستخدمين فإنّه لا يمكن أن يفي بسعة (5G) ومتطلبات الوصول إلى زمن الوصول المنخفض والاتصال الهائل.

• سيكون الوصول المتعدد غير المتعامد هو بحث (5G) للوصول المتعدد الذي يركز على الوصول.

• يتم تصميم (SCMA) لتوليد الطلب في حالة ما إذا كانت (5G) عبارة عن تقنية وصول متعددة غير متعامدة.

تطور تقنية SCMA

توجت التطورات الحديثة في أنظمة الاتصالات بفئة جديدة من أنظمة الوصول المتعددة وتسمى الوصول المتعدد غير المتعامد (NOMA)، حيث يتمثل الهدف الرئيسي في زيادة كفاءة الطيف من خلال تداخل البيانات من مستخدمين مختلفين في مورد تردد زمني واحد مستخدم من الطبقة المادية.

كما يمكن لمستقبلات (NOMA) حل التداخل بين رموز البيانات من مستخدمين مختلفين ممّا يزيد من كفاءة طيف النظام الإجمالية دون إدخال خسارة أداء معدل خطأ الرموز (SER)، وممّا يجعل هذه الفئة من تقنيات الوصول المتعددة مثيرة للاهتمام لأنظمة الاتصالات المتنقلة المستقبلية.

كتقنية منافذ مهمة في الاتصالات المتنقلة، يمكن أن يؤدي الوصول المتعدد إلى تحسين عدد وصول المستخدم في نظام الاتصال بشكل فعال، ومع ذلك فإنّ تقنية الوصول المتعدد المتعامد (OMA) لم تكن قادرة على تلبية المتطلبات الأعلى لكفاءة الطيف وسعة النظام في المستقبل، لذلك من الأهمية العملية دراسة وتصميم تقنية وصول متعددة جديدة.

إنّ الوصول المتعدد المتقطع للرموز (SCMA) كمخطط جديد للنفاذ المتعدد غير المتعامد (NOMA) يحسن عدد وصول المستخدم واستخدام الطيف، عن طريق تراكب معلومات المستخدمين المتعددين على نفس مورد التردد الزمني، ويمكن أن تتكيف بشكل جيد مع جميع أنواع سيناريوهات التطبيقات الجديدة في 5G.

نظراً لأنّ شبكات (5G) تنتشر في العديد من البلدان المختلفة في الوقت الحاضر فقد حان الوقت للتحقيق في كيفية ترقيتها وتوسيعها نحو (6G)، حيث من المتوقع أن تدرك الأخيرة الترابط بين كل شيء بالإضافة إلى تطوير عالم متنقل ذكي في كل مكان حياة ذكية، وهو مخطط وصول متعدد غير متعامد ناشئ (NOMA) لتمكين الاتصال الهائل.

كما يتم تطبيق (SCMA) على نظام الوصول الموزع على نطاق واسع (MDAS) الذي تعتمد بنيته على اتصالات الضوء المرئي القائمة على الألياف (FVLC) والشبكة فائقة الكثافة (UDN) و(NOMA)، وضمن هذا الإطار تتوفر التفاعلات بين الارتباطات الضوئية الأمامية وروابط الوصول اللاسلكي، وكما يتم تحديد عدد من الاتجاهات الواعدة المرتبطة بـ (SCMA) للوصول المتعدد الأسرع والأكثر موثوقية، والأكثر كفاءة في شبكات اتصالات (6G) المستقبلية.

إنّ (SCMA) هي تقنية وصول متعددة غير متعامدة يتم استخدامها للاستخدام المحتمل مع (5G) وأنظمة الاتصالات المطورة الأخرى، والهدف هو أنّ (SCMA) أي الوصول المتعدد للتعليمات البرمجية المتفرقة ستعمل على ترقية الكفاءة الطيفية للوصول اللاسلكي اللاسلكي، وفي كثير من النواحي يمكن اعتبار (SCMA) كمزيج من (CDMA) والوصول المتعدد بتقسيم الكود و(OFDMA) والوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد.

• “FVLC” هي اختصار لـ “Fiber-based visible light communications”.

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

• “UDN” هي اختصار لـ “Ultra Dense Networks”.

• “MDAS” هي اختصار لـ “mighty distributed access system”.