النمذجة الدقيقة لقناة ميمو MIMO في الاتصالات اللاسلكية

تشتمل قناة (MIMO) على مستقبل تم تكوينه لاستقبال المرشحين لدوران الطور في اتجاه أفقي والمرشحين لدوران الطور في اتجاه رأسي للتشفير المسبق، حيث تحتوي معدات المستخدم أيضاً على معالج تم تكوينه للإبلاغ عن معلومات التغذية المرتدة، بما في ذلك دوران الطور في الاتجاه الأفقي ودوران الطور في الاتجاه الرأسي إلى محطة قاعدة لاسلكية، بناءً على المرشحين لدوران الطور في اتجاه أفقي والمرشحين للمرحلة الدوران في الاتجاه العمودي.

أساسيات النمذجة الدقيقة لقناة ميمو MIMO

تعد أنظمة المدخلات المتعددة (MIMO) مجالًا مهمًا للأنظمة اللاسلكية المستقبلية، حيث يمكنها توفير سعة عالية وتنوع جيد وتداخل أقل، هذه التقنية جذابة للغاية للاتصالات اللاسلكية؛ لزيادة معدلات البيانات وأداء النظام، وقناة الانتشار الراديوي هي قناة تعطي خصائص أنظمة (MIMO).

كما يتم تصميم طرق مختلفة لقناة (MIMO)، لذا فإنّ النمذجة الدقيقة لقناة (MIMO) مطلوبة لتصميم نظام (MIMO) والمحاكاة والنشر، ونتيجة لذلك أصبح نظام (MIMO) الخيار المفضل لكثير من الباحثين، وتُعد أنظمة متعددة المدخلات ومخرجات متعددة (MIMO) مرشحًا واعدًا لأنظمة الاتصالات اللاسلكية المستقبلية، وإنّ قناة الانتشار الراديوي هي التي تحدد بشكل حاسم خصائص نظام MIMO بأكمله.

لذلك تُعد النمذجة الدقيقة لقنوات (MIMO) شرطًا مهمًا لتصميم ومحاكاة ونشر نظام (MIMO)، وعلاوةً على ذلك فإنّ السلوك الإحصائي متعدد الأبعاد لقناة الخبو (MIMO) له أهمية قصوى لأداء النظام، وعلى سبيل المثال تأثير ارتباط الخبو المكاني، لذلك من المهم لمصمم نظام اتصالات (MIMO) أن يكون لديه نموذج محاكاة قناة (MIMO) مناسب، وباستخدام مقاييس مختلفة ذات مغزى للجودة.

ملاحظة:“MIMO” هي اختصار لـ “Multiple Input Multiple Output”.

أهمية النمذجة الدقيقة لقناة MIMO

تلعب نماذج القنوات دورًا مهمًا في تصميم وتحليل أنظمة الاتصالات اللاسلكية، حيث إنّها تمكن مصممي النظام من تحليل أداء الأنظمة اللاسلكية وتحسين معلمات التصميم حتى قبل بناء الأنظمة فعلياً، وإنها مكونات أساسية في تمارين تقييم الأداء والتصميم، والتي يتم إجراؤها غالبًا من خلال التحليل الرياضي أو محاكاة الكمبيوتر أو مزيج من الاثنين معًا.

يُعد نموذج القناة الجيد الذي يلتقط بدقة سلوك القناة الحقيقي أداة قيمة للغاية يمكنها تسريع تطوير الأنظمة اللاسلكية العملية، وإنّ الحاجة إلى نماذج قنوات جيدة للمساعدة في تصميم وتحليل وتطوير أنظمة (MIMO) بشكل عام وأنظمة (MIMO) الكبيرة على وجه الخصوص وهي حاجة هائلة، كما يتم توجيه الكثير من الجهود نحو حملات صوت قناة (MIMO) ونمذجة قناة (MIMO).

كما ساعدت القياسات من هذه الحملات في صياغة نماذج قنوات (MIMO) في المعايير اللاسلكية، حيث ظهرت أيضًا حملات سبر القنوات بأعداد كبيرة من الهوائيات، في كل من الأماكن الخارجية والداخلية وإنّ كانت قليلة.

ومع الاهتمام المتزايد بتطبيقات نظام (MIMO) الكبيرة وهناك اهتمام ونشاط متجدد في سبر قناة (MIMO) الكبيرة، بينما يمكن أن تسفر قياسات القنوات هذه عن نماذج دقيقة وواقعية لقنوات (MIMO) الكبيرة ومن المتوقع أن تجد نماذج قنوات (MIMO) التحليلية التقليدية المعروفة، على نطاق واسع في استخدامات مستمرة.

نماذج قنوات الانتشار القياسية لأنظمة اتصالات MIMO

شهد مجال شبكات الاتصالات اللاسلكية تغيرًا جذريًا خلال العقد الماضي بسبب التقنيات المتطورة التي تم نشرها لتلبية المتطلبات المختلفة الخاصة بالتطبيقات اللاسلكية المختلفة كثيفة البيانات، وبالتالي أدى ذلك إلى الاستخدام الجاد لقنوات الانتشار المتاحة للوفاء بمتطلبات الحد الأدنى من جودة الخدمة (QoS)، وكذلك المقياس الرئيسي المستخدم لقياس أداء نظام الاتصالات اللاسلكية هو الكفاءة الطيفية (SE)، لقنوات الاتصال الخاصة به.

التكنولوجيا الرئيسية المستخدمة لتحسين (SE) بشكل كبير هي تقنية المدخلات المتعددة والمخرجات (MIMO)، كما يتم توفير نموذج تحليل القنوات لنظام متعدد المدخلات ومخرجات متعددة (MIMO) وطريقة نمذجة القنوات لنظام (MIMO) ووسيط تخزين يمكن قراءته بواسطة الكمبيوتر.

وكما يشتمل نموذج تحليل القناة لنظام (MIMO) على مكون هوائي ووحدة تحليل، حيث يشتمل مكون الهوائي على صفيف هوائي إرسال مكون من مجموعة من عناصر صفيف هوائي الإرسال، وصفيف هوائي استقبال مكون من مجموعة عناصر صفيف هوائي الاستقبال، ويتم تكوين وحدة التحليل لإنشاء نموذج قناة لنظام (MIMO) وفقًا للارتباط بين عناصر صفيف هوائي الإرسال، والارتباط بين عناصر صفيف هوائي الاستقبال ومصفوفة القناة بين صفيف هوائي الإرسال وصفيف هوائي الاستقبال.

ملاحظة:“SE” هي اختصار لـ “spectral efficiency”.

ملاحظة: “QoS” هي اختصار لـ “Quality of Service”.

كيفية نمذجة قنوات نظام ميمو MIMO

تعتمد أنظمة الاتصالات الحديثة على هوائيات متعددة في المرسل أو المستقبل لتحسين أداء الوصلة، حيث يُعرف هذا النوع من التكنولوجيا باسم متعدد المدخلات ومخرجات متعددة (MIMO)، والذي يستخدم الأبعاد المكانية من خلال استخدام فك الترميز المكاني، وتُعد تقنية (Massive MIMO) اتجاهًا مهمًا للبحث والتطوير لأنظمة الاتصالات.

كما أنّها واحدة من أكثر التقنيات شيوعًا في أنظمة الاتصالات اللاسلكية (5G)، ومن المتوقع أن يحقق مكاسب عالية في الأداء، ممّا يوفر معدلات بيانات أعلى وأداء أعلى وتستوعب الموثوقية الجيدة عددًا أكبر من المستخدمين مع استهلاك طاقة أقل.

وتستخدم أنظمة (MIMO) الضخمة عددًا كبيرًا من الهوائيات على جانب المحطة الأساسية لتقليل الطاقة في قناة معينة باستخدام تقنيات الترميز المسبق؛ لتركيز الطاقة على المستخدم المحمول المستهدف أي عن طريق توجيه الطاقة اللاسلكية إلى مستخدم معين، ممّا يقلل من الطاقة في القناة في نفس الوقت تقلل من التداخل مع المستخدمين الآخرين.

عناصر نموذج تحليل قناة نظام MIMO

يوفر نموذج تحليل قناة نظام (MIMO) بما في ذلك مكون هوائي ووحدة تحليل، ومكون الهوائي بما في ذلك صفيف هوائي الإرسال المكون من مجموعة من عناصر هوائي الإرسال، وصفيف هوائي الاستقبال المكون من مجموعة من عناصر هوائي الاستقبال.

كما يتم تكوين وحدة التحليل لإنشاء نظام (MIMO) وفقًا للعلاقة بين عناصر هوائي الإرسال، والارتباط بين عناصر هوائي الاستقبال، ومصفوفة القناة من صفيف هوائي الإرسال إلى نموذج قناة صفيف هوائي الاستقبال وتوفر نمذجة قناة نظام (MIMO) باستخدام نموذج تحليل قناة نظام (MIMO):

• الارتباط بين عناصر هوائي الإرسال في صفيف هوائي الإرسال وفقًا لنموذج تحليل قناة نظام (MIMO).

• ارتباط (MIMO) بين عناصر هوائي الاستقبال في صفيف هوائي الاستقبال لنموذج تحليل قناة النظام.

• مصفوفة القناة من صفيف هوائي الإرسال لنموذج تحليل قناة نظام (MIMO) إلى صفيف هوائي الاستقبال لنموذج تحليل قناة نظام (MIMO) ونموذج القناة لأنظمة (MIMO).

• يوفر وسيط تخزين يمكن قراءته بواسطة الكمبيوتر تم تخزينه عليه برنامج كمبيوتر تم تنفيذه لتنفيذ طريقة نمذجة قناة نظام (MIMO).