يتبقى بضعة أيام قبل بدء الدورة التدريبية
"مهندس شبكات" . في هذا الصدد ، نريد مشاركة الجزء الأول من المادة معك حول موضوع "Delta-OMA (D-OMA): طريقة جديدة للوصول الجماعي المتعدد في 6G". دعنا نذهب.
الخلاصة - يتم تقديم طريقة جديدة للوصول المتعدد ، وهي الوصول المتعدد المتعامد دلتا (D-OMA - الوصول المتعدد المتعامد دلتا) ، للوصول الشامل في الشبكات الخلوية 6G في المستقبل. يستند D-OMA إلى مفهوم الوصول المتعدد المنسق غير المنسق متعدد الوصول الموزع (NOMA - وصول متعدد غير متعامد) باستخدام نطاقات فرعية متداخلة جزئيًا لمجموعات NOMA. يتم توضيح فعالية هذا المخطط من حيث الإنتاجية لدرجات مختلفة من التداخل في النطاقات الفرعية NOMA. يمكن أيضًا استخدام D-OMA لتوفير أمان محسّن في شبكات الوصول اللاسلكي في كل من الوصلة الصاعدة والهابطة. كما تتم مناقشة مشكلات التنفيذ العملية والقضايا المفتوحة لتحسين DOMA.
الكلمات الرئيسية - 5G (B5G) / 6G ، قدرات لاسلكية واسعة ، استقبال / إرسال منسق ، وصول متعدد متعامد وغير متعامد ، نطاق ترددي ، أمان لاسلكي
1. مقدمةيتميز كل جيل من الأنظمة اللاسلكية الخلوية بطريقة جديدة للوصول المتعدد. على وجه الخصوص ، اعتمدت أنظمة الجيل الأول (1G) على النفاذ المتعدد بتقسيم التردد (FDMA) ، بينما استندت الأجيال الثانية والثالثة والرابعة إلى النفاذ المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA) ، النفاذ المتعدد بتقسيم الشفرة (CDMA) والنفاذ المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDMA) ، على التوالي. فيما يتعلق بالاتصالات الخلوية من الجيل الخامس (5G) ، على الرغم من استمرار العديد من جهود التطوير والتوحيد القياسي ، فمن الواضح أنه لن تكون هناك تكنولوجيا ثورية متعددة للنفاذ ، باستثناء استخدام مجموعة واسعة للغاية من الطيف (حتى 60 جيجا هرتز) واعتماد مخططات غير متعامدة وصول متعدد (NOMA) بالإضافة إلى تقسيم التردد المتعامد للنفاذ المتعدد (OFDMA) [1] - [3]. إن اعتماد نطاقات تردد أعلى في السطح البيني الراديوي 5G ، مثل نطاقات الموجات المليمترية (موجة مم) ، سيخلق مشاكل انتشار خطيرة بسبب فقدان المسار الكبير ومتطلبات الاتجاهية للحزمة. هنا ، يمكن للنشر شديد الكثافة لنقاط الوصول (APs) أن يساعد قليلاً ، الأمر الذي يتطلب بدوره تنسيقًا وتعاونًا معقدًا بين نقاط الوصول الموزعة لتقليل تأثير تداخل القناة المشتركة الناشئ عن مناطق الخدمة المتداخلة للخلايا المجاورة.
ومع ذلك ، من المتوقع أن توفر شركة 5G ثلاث خدمات فريدة رئيسية ، وهي: الاتصالات المتنقلة ذات النطاق العريض المحسّن (eMBB - الاتصالات المتنقلة ذات النطاق العريض المحسّن) ، والاتصالات الموثوق بها للغاية مع نوع زمن الوصول المنخفض وآلة الاتصال الجماعي (mMTC - اتصالات ضخمة من نوع الماكينة) [4 ]. الهدف من eMBB هو توفير أوضاع تشغيل ذات معدلات بيانات أعلى وتغطية موسعة (مقارنةً بـ LTE) ، في حين ستوفر خدمات موثوقة للغاية وقلية زمن الوصول خدمات مصدق عليها للتطبيقات المهمة مثل القيادة المستقلة وأجهزة المراقبة الصحية. يتمثل دور mMTC في التحكم في تدفق البيانات إلى / من عدد كبير من الأجهزة اللاسلكية بمستوى أداء مضمون.
في حين ستشتمل الشبكات الخلوية 5G على العديد من التحسينات المميزة على شبكات 4G لتوفير سرعات نقل متزايدة مع زمن انتقال أقل وموثوقية وأداء نظام أكبر وحجم أقل للأجهزة الطرفية وتصميم أجهزة وشبكات موفرة للطاقة ، فإن ظهور التقنيات المتقدمة تحفيز مزيد من التطوير في اتجاه الشبكات الخلوية 5G (B5G - ما بعد 5G) أو ما يسمى الجيل السادس (6G). يمكن تلخيص الأهداف الرئيسية للشبكات الخلوية 6G على النحو التالي:
- الشبكات المتصلة: مع انتشار خدمات إنترنت الأشياء (IoT) و mMTC ، سيتم توصيل كل جهاز لاسلكي بشبكة أو أكثر من شبكات الوصول اللاسلكية التي ستخدمها نقاط وصول متعددة (APs) أو محطات أساسية (BS) ، والتي بدورها ستكون متصلة بمشترك شبكة سحابية للوصول إلى الخدمات السحابية (على سبيل المثال ، خدمات الحوسبة وذاكرة التخزين المؤقت). ومن الأمثلة على هذه التطبيقات / الخدمات الواقع الافتراضي والقيادة المستقلة وتطبيقات المدن الذكية والشبكات الذكية والتحكم الصناعي والتصنيع الذكي والمراقبة والأمن بالإضافة إلى العديد من خدمات المراقبة الصحية. سيكون للأجهزة اللاسلكية أيضًا اتصال نظير إلى نظير من خلال اتصال فردي أو متعدد الوصلات. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم دمج الأنظمة الخلوية الأرضية مع شبكات BS / AP متنقلة (أو غير أرضية / جوية / غير مأهولة). وفقًا لذلك ، لن تكون النماذج التقليدية للأنظمة الخلوية كافية لوصف هذه الأنظمة الجديدة. بالإضافة إلى ذلك ، ستكون هذه الشبكات شبكات للتطبيق والمحتوى ، وليس فقط لشبكات البيانات. وبالتالي ، ستكون هناك حاجة لطرق جديدة فيما يتعلق بتخطيط الشبكة وتحسينها.
- تقليل الطاقة على مستوى الجهاز والشبكة: نظرًا لأن المستخدمين والآلات و APs / BSs وكذلك العقد الأخرى للشبكة ستحتاج إلى استخدام أساليب متقدمة لمعالجة الإشارات ومعالجة المزيد من البيانات (على سبيل المثال ، للتطبيقات والخدمات ذات الذكاء الاصطناعي) ، فإن استهلاك الطاقة سيزداد بشكل كبير . بالإضافة إلى ذلك ، يجب تقليل استهلاك الطاقة في أجهزة الإرسال الراديوية (على سبيل المثال ، في مضخمات القدرة ، محولات التمثيلية إلى الرقمية والمحولات الرقمية إلى التناظرية) عند ترددات موجات المليمتر والنانومتر. مع النشر المكثف للغاية لنقاط الوصول ، بالإضافة إلى الانتشار الواسع لخوادم الحوسبة / التخزين المؤقت في شبكة وصول لاسلكية ، سيخلق ذلك حاجة ملحة لمفاهيم جديدة لتوفير الطاقة ، والشحن ، وجمع ، والتفاعل بين عقد الشبكة.
- الاستخدام الفعال للطيف و / أو تمدده: يوسع راديو 5G الجديد (NR) نطاق التردد لشبكات 4G (0.6- GHz) إلى عدة نطاقات تردد أعلى (موجات ملليمتر في المدى من 30 إلى 300 GHz [mmW] والأنظمة البصرية في مساحة حرة [FSO - freespace Optical]] في حدود 200-385 THz). سوف تحتاج إلى تطوير تقنيات جديدة للوصول اللاسلكي والوصلة الخلفية ، وكذلك التعايش (في حالة الطيف غير المرخص) في هذه النطاقات الجديدة.
2. الهندسة الخلوية للشبكات اللاسلكية المستقبليةبشكل عام ، لن يكون مفهوم هندسة الشبكات الخلوية مناسبًا للشبكات اللاسلكية المستقبلية ، خاصة في سيناريوهات الوصول اللاسلكي شديد الكثافة التي يتم فيها تقديم أجهزة لاسلكية متعددة في وقت واحد باستخدام إرسال متعدد النقاط وجمعيات مستخدمين متعددة النقاط (الشكل 1). باستخدام قنوات التغذية المرتدة السريعة بين BS / APs المختلفة ، ستبدو الشبكة بالكامل وكأنها نظام موزع دون مدخلات متعددة موزعة ضخمة مع مخرجات متعددة (مجموعة MIMO) من وجهة نظر الجهاز النهائي. على وجه الخصوص ، ستكون جميع نقاط الوصول على علم بجميع الأجهزة النشطة في المنطقة المجاورة لها. يمكن اعتبار APs رؤساء راديو عن بعد (RRH - رؤوس راديو عن بُعد) ، كما في حالة شبكات الوصول الراديوي المستندة إلى مجموعة النظراء (CRAN - شبكات الوصول إلى الراديو السحابية) [5]. يمكن تقديم كل جهاز على أكثر من RRH إما عن طريق تنسيق الإرسال ، أو عن طريق الإرسال المتعدد. قد يكون من المفيد اعتبار هذه البنية الخالية من الخلايا كإصدار عام من الاستلام / الإرسال المنسق المعروف (CoMP) ، والذي تخدم فيه نقاط الوصول التفاعلية التفاعلية جميع الأجهزة داخل منطقة تغطيتها (الأجهزة الموجودة في حدود الخلية ومركز الخلية). يمكن تحقيق ذلك من خلال استخدام وحدات معالجة مركزية سريعة للغاية والتي تخصص الموارد لمختلف الأجهزة الطرفية ، في حين يمكن إجراء معالجة البيانات في ما يسمى تجمع وحدة النطاق الأساسي (BBU) ، كما في حالة CRAN. من خلال التنسيق الكامل بين مختلف RRHs ، يمكن إجراء إدارة التداخل على النحو الأمثل أو الأمثل تقريبًا ضمن بعض منهجيات التحسين المركزية أو الموزعة.
سيتعين على بنية الشبكة هذه توصيل ملايين الأجهزة (على سبيل المثال ، أجهزة mMTC) التي يجب توفير الخدمات التلقائية دون تفاعل بشري مباشر. لن تكون أنظمة الوصول المتعدد المتعامدة التقليدية (OMA) كافية ، ولن تتمتع طرق الوصول المتعدد غير المتعامدة الخالصة (NOMA) بالمرونة لدعم الاتصال اللاسلكي للأجهزة التي تتطلب متطلبات خدمة مختلفة [6]. لذلك ، من الضروري تطوير أساليب جديدة لتخصيص وصول / موارد متعددة وإدارة التداخل لهذه الشبكات بدون خلايا ، بالنظر إلى موارد الطيف المحدودة. في القسم التالي ، نقترح طريقة جديدة للكتلة متعددة الوصول على شبكة تستخدم بنية شبكة 6G خالية من الخلايا لدعم الاتصال اللاسلكي على نطاق واسع.
3. دلتا متعددة المتعامدة الوصول (D-OMA)يناقش هذا القسم أولاً باختصار المبدأ الأساسي لـ NOMA مقارنة بمبدأ OMA. ثم يناقش الاستخدام المحتمل ل NOMA داخل النطاق الهائل في بنية الشبكة الخالية من الخلايا الجديدة. أخيرًا ، تمت مناقشة وتقييم خطة D-OMA جديدة.
A. OMA مقابل NOMA
تم استخدام OMA للأجيال الخلوية من 1G إلى 4G. نظرًا للتعامد بين شركات الاتصالات المختلفة والمتطلبات العالية نسبيًا لفصل عرض النطاق الترددي فيما بينها ، قد لا يوفر الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDMA) ، المستخدم في شبكات 4G ، حلاً فعالًا لشبكات الجيل المستقبلية. لذلك ، تم اعتماد تقنية NOMA مؤخرًا وفقًا لمعايير 3GPP الإصدار 16 (5G) [7]. وكقاعدة عامة ، يستخدم NOMA مفهوم تراكب العديد من الإشارات في مجال القدرة داخل النطاق الفرعي نفسه واستخدام إلغاء التداخل المتتابع (SIC) على جانب المستقبل لتصفية إشارات التداخل غير المرغوب فيها. باستخدام NOMA ، يمكن لكل نطاق فرعي OMA أن يخدم عدة أجهزة في نفس الوقت ، وفي هذه العملية يتم توفير معظم طاقة الإرسال إلى تلك الأجهزة ذات جودة الخط الأدنى (الشكل 2).
على وجه الخصوص ، في الجهاز M / مستخدم مجموعة NOMA من أجل إرسال الوصلة الهابطة ، سترسل نقطة الوصول AP = x = PM m = 1 ms Pmsm بحيث تكون PM m = 1 Pm t Pt ، حيث Pm هي قدرة الإرسال التي تخصصها mth NOMA device ، sm هي الإشارة المراد إرسالها إلى الجهاز m ، و Pt هي الحد الأقصى لميزانية الطاقة المخصصة للنطاق الفرعي لمجموعة NOMA محددة. ثم ، تُعرَّف الإشارة المستقبلة على جهاز mth بأنها ym = hmx + wm ، حيث hm هو كسب القناة المعقدة بين AP والجهاز mth ، wm هو الضوضاء الغوسية البيضاء المضافة (AWGN) بالإضافة إلى إشارة التداخل الخاصة بالمجموعات الأخرى. إذا تم ترتيب مكاسب قناة الجهاز ضمن كتلة معينة كـ h1 ≤. ، ≤ hM ، فسيتم تعيين مستويات قدرة الإرسال لكل جهاز ، لذلك P1 ≥. ، ≥ PM. على جانب المتلقي ، تتم إزالة الإشارات المسببة للتداخل من الأجهزة ذات القوى المستقبلة الأعلى بواسطة عملية SIC حتى يتم فك تشفير الإشارة المطلوبة. وفقًا لذلك ، يتم ضبط السرعة التي يمكن تحقيقها على جهاز m ضمن مجموعة NOMA معينة من الحجم M على النحو
اين
حيث تمثل كل من Im و Nm تداخل intercluster (ICI) و AWGN عند مدخل الجهاز mth ، على التوالي. عادةً ، يخدم كل نطاق فرعي كتلة NOMA واحدة. ستعاني الأجهزة الموجودة في كتلة معينة من نوعين من التداخل ، وهما التداخل داخل الحركة (INI) الناتج عن إشارة التداخل المتبقية غير المرشحة من NOMA ، والتي تنتج عن أجهزة NOMA الأخرى في نفس المجموعة ، وعن التداخل بين المجموعات (ICI) الذي يحدث بسبب استخدام نفس النطاق الفرعي بواسطة مجموعات مجاورة أخرى. يمكن اعتبار حجم مجموعة NOMA بمثابة معلمة تصميم لتحقيق حل وسط بين عدة عوامل ، وهي: متطلبات معدل نقل البيانات للأجهزة / المستخدمين ، ومستوى تعقيد مستقبلات NOMA ، وميزانية الطاقة الإجمالية لمجموعة NOMA ، ومقاومة جهاز NOMA لانتشار الأخطاء بناءً على INI ، ICI و SIC
شكل 1: 6G بنية الشبكة دون خلايا.
شكل 2: مفهوم NOMA لخدمة أجهزة لاسلكية متعددة على نفس النطاق الفرعي.نهاية الجزء الاول.
أيها الأصدقاء ، في المستقبل القريب ، سننشر استمرارية المقال ، ولكن في الوقت الحالي ، وفقًا للتقاليد المعمول بها ، ننتظر تعليقاتكم وندعوك إلى
دورة عملية حول نظرية التفاعل الشبكي من OTUS.