التنوع الكلي

في مجال الاتصالات اللاسلكية، يُعدّ التنوع الكلي ^{[ 1 ] [ 2 ]} نوعًا من أنظمة تنوع الفضاء التي تستخدم عدة هوائيات استقبال أو إرسال لنقل الإشارة نفسها. وتكون المسافة بين أجهزة الإرسال أطول بكثير من الطول الموجي ، على عكس التنوع الجزئي حيث تكون المسافة في حدود الطول الموجي أو أقصر منه.

في الشبكات الخلوية أو الشبكات المحلية اللاسلكية ، يشير التنوع الكلي إلى أن الهوائيات عادةً ما تكون موجودة في مواقع محطات أساسية أو نقاط وصول مختلفة . يُعدّ التنوع الكلي للمستقبلات شكلاً من أشكال دمج الهوائيات ، ويتطلب بنية تحتية تُحوّل الإشارات من الهوائيات أو المستقبلات المحلية إلى مستقبل أو مُفكِّك مركزي. أما التنوع الكلي للمرسلات فقد يكون شكلاً من أشكال البث المتزامن ، حيث تُرسَل الإشارة نفسها من عدة عُقد. إذا أُرسِلت الإشارات عبر القناة الفيزيائية نفسها (مثل تردد القناة وتسلسل الانتشار)، يُقال إن أجهزة الإرسال تُشكِّل شبكة أحادية التردد - وهو مصطلح يُستخدم بشكل خاص في مجال البث.

يهدف هذا النظام إلى مكافحة التلاشي وزيادة قوة وجودة الإشارة المستقبلة في المواقع المكشوفة بين المحطات الأساسية أو نقاط الوصول. كما يُسهّل التنوع الكلي خدمات البث المتعدد الفعّالة ، حيث يمكن استخدام قناة التردد نفسها لجميع أجهزة الإرسال التي تُرسل المعلومات نفسها. وقد يعتمد نظام التنوع على التنوع الكلي لجهاز الإرسال (الوصلة الهابطة) و/أو التنوع الكلي لجهاز الاستقبال (الوصلة الصاعدة).

• عملية تسليم سلسة عبر شبكة CDMA :
  • عملية تسليم المكالمات عبر نظام UMTS أكثر سلاسة .
• تُعد الشبكات أحادية التردد (SFN) القائمة على تقنية OFDM ومعادلة المجال الترددي (FDE) شكلاً من أشكال تنوع الإرسال الكلي المستخدم في شبكات البث مثل DVB-T و DAB
  • شبكات التردد الأحادي الديناميكية (DSFN)، حيث يقوم نظام الجدولة بتكييف تشكيلات شبكة التردد الأحادي ديناميكيًا مع ظروف حركة المرور و/أو ظروف جهاز الاستقبال
  • 802.16e عملية تسليم التنوع الكلي (MDHO)
  • شبكة 3GPP طويلة المدى (LTE) متعددة البث أحادية التردد (MBSFN)، مما يجعل من الممكن إرسال نفس البيانات بكفاءة إلى العديد من الهواتف المحمولة في الخلايا المجاورة.
  • التنوع التعاوني ، على سبيل المثال التطور طويل المدى 3GPP (LTE) الإرسال/الاستقبال متعدد النقاط المنسق (CoMP)، مما يجعل من الممكن زيادة معدل البيانات إلى جهاز محمول يقع في منطقة تداخل نطاقات إرسال العديد من المحطات الأساسية.

يُطلق على الشكل الأساسي للتنوع الكلي اسم التنوع الكلي أحادي المستخدم. في هذا الشكل، يتواصل مستخدم واحد، قد يمتلك عدة هوائيات، مع عدة محطات أساسية. وبالتالي، وبناءً على درجة الحرية المكانية للنظام، يمكن للمستخدم إرسال أو استقبال تدفقات بيانات مستقلة متعددة من/إلى المحطات الأساسية في نفس الوقت ونفس التردد.

• التنوع الكلي للمستخدم الواحد
  • التنوع الكلي للوصلة الصاعدة
  • التنوع الكلي للوصلة الهابطة

في شكلٍ أكثر تطوراً من أشكال التنوع الكلي، يتواصل العديد من المستخدمين الموزعين مع العديد من محطات القاعدة الموزعة في نفس الوقت وعلى نفس التردد. وقد ثبت أن هذا النوع من التكوين يستغل نطاق الحرية المكانية المتاح على النحو الأمثل، مما يزيد من سعة نظام الاتصالات الخلوية وسعة المستخدمين بشكل ملحوظ.

• التنوع الكلي متعدد المستخدمين
  • قناة الوصول المتعدد للتنوع الكلي (MAC) ^{[ 2 ]}
  • قناة البث للتنوع الكلي (BC) ^{[ 3 ] [ 4 ]}

يتكون نظام الاتصالات الصاعدة متعدد المستخدمين بتقنية MIMO ذي التنوع الكلي الذي تم تناوله هنا من${\displaystyle \scriptstyle N}$مستخدمو الهوائي الفردي الموزعين و${\displaystyle \scriptstyle n_{R}}$محطات قاعدة موزعة ذات هوائي واحد. وفقًا لنموذج نظام MIMO ذي النطاق الضيق والتلاشي المسطح المعروف ، يمكن التعبير عن علاقة الإدخال والإخراج كما يلي:

${\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {H} \mathbf {x} +\mathbf {n} }$

أين${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {y} }$و ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {x} }$يمثلان متجهي الاستقبال والإرسال على التوالي، و${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {H} }$و ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {n} }$يمثلان مصفوفة قناة التنوع الكلي ومتجه ضوضاء AWGN غير المرتبطة مكانيًا، على التوالي. ويُفترض أن تكون كثافة القدرة الطيفية لضوضاء AWGN هي${\displaystyle \scriptstyle N_{0}}$. ال${\displaystyle \scriptstyle i,j}$العنصر رقم 1 من${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {H} }$،${\displaystyle h_{ij}}$ يمثل معامل التلاشي (انظر التلاشي )${\displaystyle \scriptstyle i,j}$الرابط المكون، والذي في هذه الحالة بالذات، هو الرابط بين ${\displaystyle \scriptstyle j}$المستخدم و${\displaystyle \scriptstyle i}$المحطة الأساسية رقم th. في سيناريو التنوع الكلي،

${\displaystyle E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j}$،

أين${\displaystyle \scriptstyle g_{i,j}}$يُطلق عليه اسم متوسط ​​كسب الرابط، وهو يعطي متوسط ​​نسبة الإشارة إلى الضوضاء للرابط.${\displaystyle \scriptstyle {\frac {g_{ij}}{N_{0}}}}$ وبالتالي، يمكن تعريف مصفوفة ملف تعريف قوة التنوع الكلي ^{[ 2 ] على النحو التالي:}

${\displaystyle \mathbf {G} ={\begin{pmatrix}g_{11}&\dots &g_{1N}\\g_{21}&\dots &g_{2N}\\\dots &\dots &\dots \\g_{n_{R}1}&\dots &g_{n_{R}N}\\\end{pmatrix}}.}$

يمكن إعادة صياغة علاقة المدخلات والمخرجات الأصلية بدلالة ملف تعريف قوة التنوع الكلي وما يسمى بمصفوفة القناة المعيارية،${\displaystyle \mathbf {H} _{w}}$، مثل

${\displaystyle \mathbf {y} =\left(\left(\mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}\right)\circ \mathbf {H} _{w}\right)\mathbf {x} +\mathbf {n} }$.

أين${\displaystyle \mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}}$هو الجذر التربيعي لكل عنصر من عناصر${\displaystyle \mathbf {G} }$والمشغل،${\displaystyle \circ }$يمثل هذا الرمز عملية ضرب هادامارد (انظر: ضرب هادامارد ).${\displaystyle \scriptstyle i,j}$العنصر رقم 1 من${\displaystyle \mathbf {H} _{w}}$،${\displaystyle h_{w,ij}}$، يحقق الشرط المحدد بواسطة

${\displaystyle E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j}$.

لقد ثبت وجود علاقة وظيفية بين المصفوفة الدائمة لملف تعريف قوة التنوع الكلي،${\displaystyle \mathbf {G} }$وأداء أنظمة التنوع الكلي متعددة المستخدمين في ظروف التلاشي. ^{[ 2 ]} على الرغم من أنه يبدو كما لو أن التنوع الكلي يظهر فقط في شكل القدرة، إلا أن الأنظمة التي تعتمد على التنوع الكلي عادة ما يكون لديها أنواع أخرى من قيود قدرة الإرسال (على سبيل المثال، كل عنصر من عناصر${\displaystyle \mathbf {x} }$(يمتلك قدرة متوسطة محدودة) ومجموعات مختلفة من أجهزة الإرسال/الاستقبال المنسقة عند التواصل مع مستخدمين مختلفين. ^{[ 4 ]} تجدر الإشارة إلى أنه يمكن بسهولة توسيع علاقة الإدخال والإخراج المذكورة أعلاه لتشمل الحالة التي يحتوي فيها كل جهاز إرسال و/أو استقبال على هوائيات متعددة.

• MIMO
  • تقنية MIMO متعددة المستخدمين
• أنواع الهوائيات
• برامج التنوع
• دمج التنوع
  • الجمع بأقصى نسبة
  • الدمج الانتقائي
• اكتساب التنوع
• التنوع الميكروي
• هوائيات متعددة
• رادار متعدد المواقع
• نظام هوائي موزع