قياس التداخل الحامل

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

يُعدّ تداخل الموجة الحاملة (CI) مخططًا للطيف المنتشر مصممًا للاستخدام في نظام اتصالات تقسيم التردد المتعامد (OFDM) من أجل تعدد الإرسال والوصول المتعدد ، مما يُمكّن النظام من دعم مستخدمين متعددين في نفس الوقت عبر نفس نطاق التردد.

على غرار تقنية MC-CDMA ، تقوم تقنية CI-OFDM بتوزيع كل رمز بيانات في نطاق التردد. أي أن كل رمز بيانات يُنقل عبر عدة موجات حاملة فرعية بتقنية OFDM. ولكن على عكس MC-CDMA، التي تستخدم رموز هادامارد ثنائية الطور (قيم الرموز 0 أو 180 درجة) أو الضوضاء الزائفة الثنائية ، فإن رموز CI هي رموز متعامدة ذات قيم مركبة . في أبسط الحالات، تكون قيم رمز CI هي معاملات مصفوفة تحويل فورييه المنفصل (DFT). يوفر كل صف أو عمود من مصفوفة DFT رمز توزيع CI متعامدًا يقوم بتوزيع رمز البيانات. يتم التوزيع بضرب متجه رموز البيانات في مصفوفة DFT لإنتاج متجه من رموز البيانات المشفرة، ثم يتم ربط كل رمز بيانات مشفر بموجة حاملة فرعية بتقنية OFDM عبر خانة إدخال لتحويل فورييه العكسي السريع (IFFT). يمكن اختيار مجموعة من الموجات الحاملة الفرعية المتجاورة، أو لتحقيق تنوع ترددي أفضل، يمكن استخدام موجات حاملة فرعية غير متجاورة موزعة على نطاق ترددي واسع. تُضاف فترة حماية، مثل البادئة الدورية (CP)، إلى إشارة CI-OFDM في النطاق الأساسي قبل معالجتها بواسطة وحدة استقبال الراديو لتحويلها إلى إشارة تردد لاسلكي، والتي تُرسل بعد ذلك بواسطة هوائي.

تتمثل إحدى المزايا الهامة لتقنية CI-OFDM مقارنةً بتقنيات OFDM الأخرى في أن انتشار التداخل (CI) يُشكّل خصائص المجال الزمني للموجة المرسلة. وبالتالي، تتميز إشارات CI-OFDM بنسبة ذروة إلى متوسط ​​القدرة (PAPR) أقل بكثير، أو ما يُعرف بمعامل الذروة ، مقارنةً بأنواع OFDM الأخرى. [ 1 ] وهذا يُحسّن كفاءة الطاقة بشكل كبير ويُقلّل من تكلفة مُضخّمات الطاقة المُستخدمة في جهاز الإرسال اللاسلكي.

يقوم مستقبل CI-OFDM بإزالة البادئة الدورية من إشارة CI-OFDM المُستقبلة، ويُجري عملية فك تشفير OFDM باستخدام تحويل فورييه المنفصل (DFT) (مثل تحويل فورييه السريع FFT) المُستخدم عادةً في مستقبلات OFDM. تُجمع قيم رموز CI-spread من حواملها الفرعية في عملية عكسية، ويمكن مُعادلتها للتعويض عن تلاشي الإشارة الناتج عن تعدد المسارات، أو معالجتها لفك التشفير المكاني . يقوم مُفكك CI-spreader بإجراء تحويل فورييه المنفصل العكسي على رموز الانتشار لاستعادة رموز البيانات الأصلية.

جهاز إرسال واستقبال CI-OFDM
جهاز إرسال واستقبال CI-OFDM

بما أن ترميز CI يُمكنه تشكيل خصائص المجال الزمني للموجة المرسلة، فإنه يُستخدم لتوليد أشكال موجية متنوعة، مثل طيف الانتشار ذي التسلسل المباشر [ 2 ] وإشارات مفتاح إزاحة التردد [ 3 ] [4]. وتكمن الميزة في قدرة جهاز الاستقبال على اختيار معادلة المجال الزمني أو معادلة المجال الترددي بناءً على مقدار التشتت الحاصل في قناة الإرسال. في بيئات التشتت العالي، تتطلب معادلة المجال الترددي باستخدام تحويلات فورييه السريعة (FFT) حسابات أقل من معادلة المجال الزمني التقليدية، وتُحقق أداءً أفضل بكثير.

تاريخ زراعة الخلايا الجذعية

طُوِّرت تقنية CI بواسطة ستيف شاتيل، العالم في شركة إدريس للاتصالات، في براءة الاختراع الأمريكية رقم 5,955,992، [ 4 ] المُسجَّلة في 12 فبراير 1998، وفي أولى أوراقه البحثية العديدة [ 5 ] في أبريل 1999. استُلهم هذا المفهوم من تقنية قفل الأنماط الضوئية ، حيث يُنتج توليف المجال الترددي باستخدام تجويف رنيني خصائص المجال الزمني المطلوبة في الإشارة الضوئية المُرسَلة. في أنظمة الراديو، يتشارك المستخدمون نفس الموجات الحاملة الفرعية، لكنهم يستخدمون رموز CI متعامدة مختلفة لتحقيق الوصول المتعدد لتداخل الموجات الحاملة (CIMA) عبر آليات قياس التداخل الطيفي .

نُشرت العديد من تطبيقات مبادئ التشفير المتكامل (CI) في عشرات طلبات براءات الاختراع اللاحقة، وأوراق المؤتمرات، والمقالات العلمية. وُصف التشفير المتكامل في تقنية OFDM ذات القفز الترددي في طلب براءة الاختراع الدولية WO 9941871. [ 6 ] وُصف التشفير المتكامل في اتصالات الألياف الضوئية وتقنية MIMO في براءة الاختراع الأمريكية US 7076168. [ 7 ] تصف براءة الاختراع الأمريكية US 6331837 [ 8 ] عملية فك التشفير المكاني باستخدام إشارات متعددة الموجات الحاملة، مما يُغني عن الحاجة إلى هوائيات استقبال متعددة. كُشف عن ترميز التشفير المتكامل لإشارات المرجعية في براءة الاختراع الأمريكية US 7430257. [ 9 ] كُشف عن استخدام التشفير المتكامل لترميز الشبكة الخطي وترميز البصل في براءة الاختراع الأمريكية US 20080095121 [ 10 ] ، حيث تُستخدم رموز خطية عشوائية تعتمد على قناة المسارات المتعددة الطبيعية لترميز الإشارات المرسلة التي توجهها العقد في شبكة نظير إلى نظير متعددة القفزات.

لوحظ التشابه بين معالجة مصفوفات الهوائيات ومعالجة CI منذ بدايات العمل في مجال CI. عند دمج CI مع المصفوفات الطورية ، يؤدي التغير المستمر في الطور بين الموجات الحاملة الفرعية إلى مسح نمط شعاع المصفوفة في الفضاء، مما يحقق تنوع الإرسال ويمثل شكلاً مبكراً من أشكال تنوع التأخير الدوري . [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] دُرست تركيبات ترميز CI مع الترميز المسبق لتقنية MIMO، [ 14 ] وكُشف عن فكرة استخدام CI في أنظمة الهوائيات الموزعة ذات الترميز المسبق لتقنية MIMO مع التنسيق المركزي لأول مرة في طلب براءة اختراع مؤقت عام 2001. [ 15 ] طُوّر راديو مُعرّف برمجياً (SDR) قائم على CI، والذي نفّذ أربع حزم بروتوكولات مختلفة، في إدريس عام 2000 ووُصف في براءة الاختراع الأمريكية رقم 7418043. [ 16 ]

الوصف الرياضي

في تقنية OFDM المنتشر، يتم نشر الإشارة عبر الموجات الحاملة الفرعية المتعامدة لإنتاج إشارة إرسال تُعبر عنها المعادلة x = F −1 Sb ، حيث F −1 هي تحويل فورييه المنفصل العكسي، وS هي مصفوفة ترميز OFDM المنتشر، و b هو متجه رموز البيانات. يستخدم تحويل فورييه المنفصل العكسي عادةً عامل أخذ عينات زائد، لذا فإن بُعده K×N (حيث K > N هو عدد عينات المجال الزمني لكل كتلة رمز OFDM)، بينما بُعد مصفوفة ترميز OFDM المنتشر هو N×N .

عند جهاز الاستقبال، تُعبّر إشارة OFDM الموسّعة المستلمة بالمعادلة r = HF −1 Sb ، حيث تمثل H مصفوفة القناة. وبما أن استخدام البادئة الدورية في OFDM يحوّل مصفوفة القناة الشبيهة بمصفوفة توبليتز إلى مصفوفة دائرية، فإن الإشارة المستلمة تُمثّل بـ

r = F −1 Λ H FF −1 Sb

= F −1 Λ H Sb

حيث أن العلاقة H = F −1 Λ H F مستمدة من تعريف المصفوفة الدائرية، و Λ H هي مصفوفة قطرية تتوافق عناصرها القطرية مع العمود الأول من مصفوفة القناة الدائرية H. يستخدم جهاز الاستقبال تحويل فورييه المنفصل (كما هو شائع في تقنية OFDM) لإنتاج

y = Λ H Sb .

في الحالة البسيطة، S = I ، حيث I هي مصفوفة الوحدة ، تعطي OFDM منتظمة بدون انتشار.

ويمكن التعبير عن الإشارة المستلمة أيضاً على النحو التالي:

r = F −1 Λ H FF −1 ( Λ C F ) b ,

حيث S = Λ C F ، و C هي مصفوفة دائرية معرفة بالعلاقة C = F −1 Λ C F ، حيث Λ C هي المصفوفة القطرية للمصفوفة الدائرية. وبالتالي، يمكن كتابة الإشارة المستقبلة، r ، على النحو التالي:

ص = F −1 Λ H Λ C Fb = F −1 Λ C Λ H Fb ,

وتكون الإشارة y بعد تحويل فورييه المنفصل (DFT) للمستقبل هي y = Λ C Λ H Fb

يمكن أن تتضمن مصفوفة الانتشار S مصفوفة قطرية قبل المعادلة (على سبيل المثال، Λ C = Λ H −1 في حالة التصفير القسري)، أو يمكن إجراء المعادلة عند جهاز الاستقبال بين DFT (مزيل تشكيل OFDM) و inverse-DFT (مزيل انتشار CI).

في أبسط حالات CI-OFDM، تكون مصفوفة الانتشار S = F (أي ΛC = I ، وبالتالي فإن مصفوفة انتشار CI هي ببساطة مصفوفة DFT بحجم NxN ). وبما أن DFT المُفرط في أخذ العينات لـ OFDM هو KxN ، حيث K > N ، فإن مصفوفة انتشار CI الأساسية تعمل كمرشح تشكيل نبضات sinc، حيث تُحوّل كل رمز بيانات إلى نبضة مُزاحة دوريًا ومُتعامدة، مُشكّلة من تراكب الموجات الحاملة الفرعية لـ OFDM. ويمكن لإصدارات أخرى من CI إنتاج أشكال نبضات بديلة عن طريق اختيار مصفوفات قطرية مختلفة ΛC .

خصائص مفيدة

  1. انخفاض نسبة ضغط الهواء الإيجابي المستمر ( عامل الذروة )
  2. حساسية منخفضة للتشوه غير الخطي
  3. حساسية منخفضة لانحراف تردد الموجة الحاملة
  4. مقاومة التلاشي العميق (النقاط الصفرية الطيفية)

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ تقنيات متعددة الموجات للاتصالات اللاسلكية (طبعة 2002  ). ستانفورد، كاليفورنيا: سبرينغر. 30 نوفمبر 2001. ISBN 9780804725071.
  2. ↑ تشي تشيانغ وو؛ نصار، سي؛ شاتيل، إس. (2001). "تقنية DS-CDMA فائقة العرض النطاق عبر ابتكارات في تصميم الرقاقة". المؤتمر الرابع والخمسون لتقنيات المركبات IEEE. وقائع مؤتمر VTC خريف 2001 (رقم التصنيف 01CH37211) . المجلد 4. الصفحات 2470-2474 . doi : 10.1109/VTC.2001.957194 . ISBN   978-0-7803-7005-0. S2CID 28052623 . 
  3. ↑ ناتاراجان، ب.؛ نصار، س. ر.؛ شاتيل، س. (2001). "تحسين تقنية البلوتوث ومعيار IEEE 802.11 (FH) عبر تطبيق متعدد الموجات الحاملة للطبقة الفيزيائية". ندوة IEEE للتقنيات الناشئة لعام 2001 حول اتصالات النطاق العريض لعصر الإنترنت. ملخص الندوة (رقم التصنيف 01EX508) . الصفحات 129-133 . doi : 10.1109/ETS.2001.979440 . ISBN  978-0-7803-7161-3. S2CID 16077120 . 
  4. ↑ US 5955992 ، "تجويف تغذية راجعة مُزاح التردد يُستخدم كوحدة تحكم في هوائي المصفوفة الطورية وجهاز إرسال طيف الانتشار متعدد الوصول لتداخل الموجة الحاملة"
  5. ↑ نصار، سي آر؛ ناتاراجان، بي؛ شاتيل، إس. (1999). "مقدمة عن تداخل الموجة الحاملة في الوصول المتعدد ذي الطيف المنتشر". ندوة IEEE للتقنيات الناشئة لعام 1999. الاتصالات والأنظمة اللاسلكية (رقم تصنيف IEEE: 99EX297) . الصفحات 4.1-4.5 . doi : 10.1109/ETWCS.1999.897312 . hdl : 2097/4274 . ISBN  978-0-7803-5554-5. S2CID 37339498 . 
  6. ↑ WO9941871 ، "نظام وطريقة الوصول المتعدد"
  7. ↑ US 7076168 ، ​​"طريقة وجهاز لاستخدام قياس التداخل متعدد الموجات الحاملة لتحسين اتصالات الألياف الضوئية"
  8. ↑ US 6331837 ، "تعدد الإرسال بالتداخل المكاني في الاتصالات اللاسلكية"
  9. ↑ US 7430257 ، "طبقة فرعية متعددة الموجات لقناة التسلسل المباشر وتشفير الوصول المتعدد"
  10. ↑ US 20080095121 ، "شبكات قياس التداخل الحامل"
  11. ↑ زكافات، سيد علي رضا؛ نصار، كارل ر.؛ شاتيل، ستيف (2000). "المسح المكاني للهوائي الذكي لتحقيق التوجيه المختلط وتنوع الإرسال". مجلة الاتصالات والشبكات . 2 (4): 325-330 . doi : 10.1109/JCN.2000.6596766 . S2CID 18877233 . 
  12. ↑ زكافات، س. أ.؛ نصار، س. ر.؛ شاتيل، س. (2002). "دمج تقنية DS-CDMA (مع أشكال رقائق CI) ومصفوفات الهوائيات الذكية ذات الحزمة المتذبذبة: استغلال تنوع الإرسال، وتنوع التردد، والاتجاهية". المؤتمر الدولي للاتصالات IEEE لعام 2002. وقائع المؤتمر. ICC 2002 (رقم التصنيف 02CH37333) . المجلد 2. الصفحات 742-747 . doi : 10.1109/ICC.2002.996954 . ISBN   978-0-7803-7400-3. S2CID 33663974 . 
  13. ↑ شاتيل، س.؛ نصار، س. ر. (1999). "أنظمة التحكم في المصفوفات لبروتوكولات متعددة الموجات الحاملة باستخدام تجويف تغذية راجعة مُزاح التردد". RAWCON 99. مؤتمر IEEE للراديو واللاسلكي لعام 1999 (رقم التصنيف 99EX292) . الصفحات 215-218 . doi : 10.1109/RAWCON.1999.810968 . ISBN  978-0-7803-5454-8. S2CID 108425375 . 
  14. ↑ باربوسا، بي آر؛ تشي تشيانغ وو؛ نصار، سي آر (2003). "تقنية MIMO-OFDM عالية الأداء عبر قياس التداخل الحامل". مؤتمر GLOBECOM '03. مؤتمر IEEE العالمي للاتصالات (رقم تصنيف IEEE: 03CH37489) . المجلد 2. الصفحات 853-857 . doi : 10.1109/GLOCOM.2003.1258360 . ISBN   978-0-7803-7974-9. S2CID 20747953 . 
  15. ↑ طلب براءة اختراع أمريكية رقم 60286850، "طريقة وجهاز لاستخدام قياس التداخل الحامل لمعالجة الإشارات متعددة الحامل"
  16. ↑ US 7418043 ، "بروتوكول نقل متعدد الموجات عالي الأداء قابل للتكيف مع البرمجيات"