تعدد الإرسال المكاني

تُصمَّم الألياف متعددة النوى بأكثر من نواة واحدة. وتوجد أنواع مختلفة من هذه الألياف، وأكثرها شيوعًا "الألياف متعددة النوى غير المقترنة"، حيث تُعامل كل نواة كمسار بصري مستقل. ويتمثل القيد الرئيسي لهذه الأنظمة في وجود تداخل بين النوى. وفي الآونة الأخيرة، طُرحت ووُضِّحت تقنيات وصل وربط مختلفة، وعلى الرغم من أن العديد من تقنيات المكونات لا تزال قيد التطوير، فإن أنظمة الألياف متعددة النوى تتمتع بالفعل بقدرة على نقل بيانات ذات سعة هائلة.

في الآونة الأخيرة، تم عرض بعض التقنيات المطورة لمكونات الألياف الضوئية متعددة النوى، مثل مقسمات Y ثلاثية الأبعاد بين ألياف متعددة النوى مختلفة، ^{[ 1 ]} ووصلة عالمية بين نوى الألياف نفسها، ^{[ 2 ]} وجهاز للتبديل السريع لبيانات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي بين نوى الألياف الضوئية متعددة النوى. ^{[ 3 ]}

تتميز الألياف متعددة الأنماط بنواة أكبر تسمح بانتشار أنماط عرضية أسطوانية متعددة (تُعرف أيضًا بالأنماط المستقطبة خطيًا)، على عكس الألياف أحادية النمط التي تدعم النمط الأساسي فقط. كل نمط عرضي متعامد مكانيًا، مما يسمح بالانتشار في كلا الاستقطابين المتعامدين.

لا تُعدّ الألياف متعددة الأنماط التقليدية حاليًا خيارًا عمليًا لتقنية تقسيم الفضاء المكاني (SDM)، نظرًا لأنّ العدد الكبير من الأنماط يؤدي إلى مستويات غير قابلة للتحكم من اقتران الأنماط وتشتتها. ويجري حاليًا دراسة استخدام الألياف قليلة الأنماط، وهي ألياف متعددة الأنماط ذات حجم لب مصمم خصيصًا للسماح بعدد قليل من الأنماط المكانية.

بسبب العيوب الفيزيائية، تتبادل الأنماط الطاقة وتتعرض لمعاملات انكسار فعالة مختلفة أثناء انتشارها عبر الألياف. ^{[ 4 ]} ينتج عن تبادل الطاقة اقتران الأنماط، ومن المعروف أن هذا التأثير يقلل من السعة الممكنة للألياف، ^{[ 5 ]} إذا تعرضت الأنماط لكسب أو توهين غير متساويين. لذلك، إذا لم يتم التعويض، فإن زيادة السعة لا تتناسب خطيًا مع عدد الأنماط. ينتج عن اختلاف معامل الانكسار الفعال تداخل بين الرموز، بسبب انتشار التأخير. ^{[ 6 ]}

تتكون أجهزة تعدد الإرسال من الفوانيس الضوئية، وتحويل الضوء متعدد المستويات، وغيرها.

تعتبر الألياف المجمعة أيضاً شكلاً من أشكال SDM.

في نظام MIMO ذي الحلقة المفتوحة مع${\displaystyle N_{t}}$هوائيات الإرسال و${\displaystyle N_{r}}$هوائيات الاستقبال، يمكن وصف علاقة الإدخال والإخراج على النحو التالي:

${\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {Hx} +\mathbf {n} }$

أين${\displaystyle \mathbf {x} =[x_{1},x_{2},\ldots ,x_{N_{t}}]^{T}}$هو${\displaystyle N_{t}\times 1}$متجه الرموز المرسلة،${\displaystyle \mathbf {y,n} }$ هي${\displaystyle N_{r}\times 1}$ متجهات الرموز المستلمة والضوضاء على التوالي و${\displaystyle \mathbf {H} }$هو ${\displaystyle N_{r}\times N_{t}}$ مصفوفة معاملات القناة. من المشاكل الشائعة في تقنية الإرسال المكاني ذي الحلقة المفتوحة، الحماية من حالات الارتباط العالي بين القنوات وعدم توازن القدرة بين التدفقات المتعددة. أحد هذه التحسينات، الذي يجري النظر فيه لأنظمة DVB-NGH، هو ما يُعرف بتقنية الإرسال المكاني المحسّن (eSM) .

يستخدم نظام MIMO ذو الحلقة المغلقة معلومات حالة القناة (CSI) عند جهاز الإرسال. في معظم الحالات، لا تتوفر سوى معلومات جزئية عن حالة القناة عند جهاز الإرسال بسبب قيود قناة التغذية الراجعة. في نظام MIMO ذي الحلقة المغلقة، يمكن وصف علاقة الإدخال والإخراج باستخدام نهج الحلقة المغلقة كما يلي:

${\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {HWs} +\mathbf {n} }$

أين${\displaystyle \mathbf {s} =[s_{1},s_{2},\ldots ,s_{N_{s}}]^{T}}$هو${\displaystyle N_{s}\times 1}$متجه الرموز المرسلة،${\displaystyle \mathbf {y,n} }$هي${\displaystyle N_{r}\times 1}$متجهات الرموز المستلمة والضوضاء على التوالي،${\displaystyle \mathbf {H} }$هو ${\displaystyle N_{r}\times N_{t}}$ مصفوفة معاملات القناة و${\displaystyle \mathbf {W} }$هو ${\displaystyle N_{t}\times N_{s}}$مصفوفة التشفير الخطي المسبق .

مصفوفة التشفير المسبق${\displaystyle \mathbf {W} }$يُستخدم لترميز الرموز في المتجه مسبقًا لتحسين الأداء. بُعد العمود${\displaystyle N_{s}}$ل${\displaystyle \mathbf {W} }$يمكن اختيار حجم أصغر من${\displaystyle N_{t}}$وهذا مفيد إذا كان النظام يتطلب${\displaystyle N_{s}(\neq N_{t})}$يحدث انقطاع في تدفق البيانات لعدة أسباب. ومن أمثلة هذه الأسباب ما يلي: إما أن يكون ترتيب قناة MIMO أو أن يكون عدد هوائيات الاستقبال أقل من عدد هوائيات الإرسال.