أنظمة الاتصالات متعددة المداخل والمخارج MIMO

إنّ تزايد الطلب على معدلات النقل في الاتصالات دفع الباحثين لإيجاد طرق جديدة لتلبيّة هذه المتطلبات، ومع محدودية المصادر الترددية (عرض الحزمة) والزمنية تمّ التوّجه لإيجاد مصادر جديدة للنظام تساعد على زيادة معدل النقل وتحسين جودة النظام في الوقت نفسه بغية توفير عرض الحزمة والاستطاعة المستهلكة في الأنظمة التقليدية الحالية التي تحوي هوائي إرسال واحد وهوائي استقبال واحد. ظهرت أنظمة الاتصالات متعددة المداخل والمخارج MIMO لتقدّم الكثير من التحسينات والميّزات الجديدة لشبكات الاتصالات اللاسلكيّة وأدخلت أنظمة الاتصالات بعصر جديد يستخدم النظام فيه عدة هوائيات في الإرسال والاستقبال للاستفادة من خصائص القناة متعددة المسارات Multipath Channel عبر تقديم ربحين: ربح التنويع Diversity Gain وربح التنضيد Multiplexing Gain حيث يعمل ربح التنويع على زيادة تحسين جودة وأداء النظام، بينما يعمل ربح التنضيد على زيادة معدل نقل النظام، كما أدخلت مؤخرا ميزات أخرى على هذا النظام أهمها تقنية تشكيل الحزمة Beamforming التي تعمل على تركيز الحزمة بالاتجاه المطلوب لتقليل التداخل بين الأجهزة وزيادة جودة الإشارة. وظفت هذه الميزات في الكثير من أنظمة الاتصالات ومنها أنظمة Wi-Fi والأنظمة الخلوية LTE و5G التي أدخلت مفاهيم جديدة على أنظمة MIMO أهمها: تقنية Massive MIMO الذي ساعد على تحقيق معدلات وكفاءات فائقة وتقنية Virtual MIMO التي تعمل على تشكيل مصفوفات إرسال/استقبال من عدة أجهزة متفرقة. سوف نقوم في هذا البحث بشرح أساسيات القناة متعددة المسارات وأنظمة MIMO، كيفية نمذجتها رياضياً، ميزات وأرباح هذه المنظومة، بنية المنظومة، أهم تطبيقات هذه المنظومة وخصائصها الجديدة وأخيراً تحدياتها وطرق تطويرها.

تحليل تأثير اقتران الهوائيات المتبادل على أداء المرمزين المسبقين ZF وMAX-SNR في أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO

تتجه شبكات الاتصالات اللاسلكية الحديثة لتوظيف المزيد من الهوائيات للاستفادة قدر الإمكان من تقنيات أنظمة الهوائيات المتعددة (MIMO) Multiple Input Multiple Output. لكن مع ازدياد عدد الهوائيات تظهر مشكلة اقتران الهوائيات المتبادل التي ستؤثر على أداء تقنيات أنظمة MIMO العاملة حالياً في شبكات الاتصالات اللاسلكية كالمرمزين المسبقين Zero Forcing (ZF) وMax-SNR. يتناول هذا البحث مسألة الاقتران المتبادل الناتج بفعل التبادل الكهرومغناطيسي بين الهوائيات المتجاورة و ألية تأثيره على عمل المرمزين المسبقين ZF وMax-SNR في أنظمة MIMO. أظهرت النتائج انخفاضاً واضحاُ في أداء المرمزين المدروسين من جهة عند مسافات فاصلة صغيرة بين الهوائيات, و من جهة أخرى إمكانية الحد من مشكلة اقتران الهوائيات المتبادل بزيادة المسافة الفاصلة الأمر الذي ليس دائما متاحا في أنظمة MIMO

تحليل أداء تقنيات الحلقة المغلقة في أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO في ظروف التشغيل العملية

إن توظيف عدد من الهوائيات في طرفي الإرسال و الاستقبال لتشكيل ما يعرف بأنظمة الهوائيات متعددة المداخل و المخارج MIMO أسهم بشكل كبير بتحسين وثوقية الإرسال و زيادة معدل نقل المعطيات. الأمر الذي جعل هذه الأنظمة تمثل العمود الفقري في عالم الاتصالات اللاسلكية للعقد الاخير، مما أفسح الطريق أمام تطوير و ابتكار تقنيات كثيرة في هذا المجال، و هذا ما تتطلب العمل الدائم على تحليل أبرز هذه التقنيات و مقارنة أدائها. يتناول هذا البحث عدة تقنيات تعتمد أنظمة الـ MIMO ذات الحلقة المغلقة كالتقنية P-OSM التي تعمل على تعظيم المسافة الاقليدية الصغرى بين رموز الإشارة في طرف الاستقبال بهدف تخفيض معدل خطأ البت, كذلك التقنيتين X , Y Precoders اللتين تعملان على تحسين ربح التنويع لأنظمة الـ MIMO. يهدف البحث لدراسة و تحليل أداء التقنيات السابقة من حيث معدل خطأ البت و درجة التعقيد ضمن ظروف التشغيل العملية لأنظمة الاتصالات اللاسلكية بوجود قناة راجعة محدودة من المستقبل للمرسل. أظهرت النتائج إمكانية التشغيل العملي لتقنية P-OSM بشكل أبسط مقارنة مع التقنيات الأخرى بسبب أدائها الجيد و درجة تعقيدها المنخفضة.

تطبيق المرمز المسبق X AND Y PRECODER في أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO بإضافة قناة راجعة محدودة

شهدت السنوات الأخيرة نمواً كبيراً في الاتصالات اللاسلكية نتيجة طلب المستخدمين معدلات عالية لنقل المعطيات. و من هنا جاء الحافز لتطبيق أنظمة MIMO في العديد من التقنيات و المعايير الحديثة؛ لتأمين معدلات نقل المعطيات المطلوبة. لكن لسوء الحظ هذه الأنظمة حساسة تجاه ظروف الإرسال السيئة مثل الخفوت. تستطيع عملية الترميز المسبق Precoding تحسين أداء أنظمة MIMO لتتلاءم مع شروط القناة المتغيرة، من خلال معرفة معلومات حالة القناة CSI بشكلٍ تام بالمرسل. لكن الحصول على هذه المعلومات بشكلٍ تام في المرسل غير قابل للتطبيق العملي؛ بسبب حجمها الهائل، لذا لابد من تخفيض حجمها عبر عملية تعرف بالتكميم، و إرسالها عن طريق قناة راجعة محدودة. إن تقنية X and Y Precoder هي إحدى تقنيات الترميز المسبقالتي تمت دراستها بافتراض معلومات حالة القناة كاملة لدى المرسل. سنقوم في بحثنا هذا بإضافة قناة راجعة محدودة إلى هذه التقنية لتصبح قابلة للتطبيق العملي، حيث أظهرت النتائج أن خسارة أداء X and Y Precoder بوجود قناة راجعة محدودة مقبولة نوعاً ما.

نقل إشارة 2x2 MIMO LTE على الألياف الضوئية باستخدام تقنية ROF

يعالج هذا البحث عملية نقل إشارة 2x2 MIMO LTE من البرج الرئيسي eNB إلى برج التقوية الراديوية RN على ليف ضوئي أحادي النمط SMF باستخدام تقنية ROF و بالاستفادة من تقنية WDM التي توفرها, و تبين النتائج قدرة تقنية ROF على استيعاب اتصالات MIMO بكفاءة عالية. تم نمذجة الشبكة و تحليل أدائها باستخدام برنامج Optisystem و كانت النتائج جيدة.

محاكاة و تقدير أداء الاتصالات التعاونية في أنظمة الاتصالات اللاسلكية

على الرغم من كون تقنية متعدد المداخل متعدد المخارج MIMO تُحسّن من وثوقية نظام الارسال اللاسلكي و من معدل النقل، إلا أن هذا التحسن يكون على حساب التكلفة المرتفعة في العتاد الصلب Hardware و زيادة في الحجم إضافة الى التعقيد البنيوي ، لذلك فإن فعالية التكلفة cost-effective لتنفيذ هذه التقنية ما زالت تحدٍ قائم. يمكن تحسين الأداء دون زيادة الكلفة بشكل كبير باستخدام أنظمة MIMO افتراضية حيث يتم تحقيق التباعد باستخدام أجهزة موجودة مسبقا ضمن البنية التحتيه للشبكة و تسمى هذه الأنظمة عندئذ بأنظمة الاتصالات التعاونية و التي هي موضوع البحث. تتم المحاكاة باستخدام برمجيات محاكاة معيارية R2013b MATLAB و عامة مفتوحة المصدر Open Source محاكي الشبكات Network Simulator -3. لتوصيف مشاكل الاتصال في الشبكات اللاسلكية و اقتراح الحلول المناسبة .

دراسة و محاكاة طرائق الكشف في أنظمة Turbo-BLAST

ندرس في ھذه الرسالة طرائق الكشف في أنظمة Turbo-BLAST أو اختصارا T-BLAST حیث BLASTھي اختصار ل Bell laboratories layered space-time أنظمة T-BLASTھي أنظمة اتصالات رقمیة لاسلكیة تتمیز بأداء جید و تعقید منخفض و فعالیة ترددیة عالیة لا یمكن تحقیقھا عملیا بأي شكل بین تقنیتین أساسیتین ھما الأنظمة متعددة المداخل T-BLAST باستخدام الأنظمة التقلیدیة.

نمذجة و محاكاة الخفوت في الأقنية MIMO باستخدام النموذج القطعي الهندسي لشبكات 4G

يهدف البحث إلى نمذجة و محاكاة الخفوت في أقنية MIMO تحت فرضية التبعثر الأيزوتروبي و اللا أيزوتروبي انطلاقا من نماذج تبعثر هندسية معينة, نذكر منها نموذج الحلقة الواحدة و نموذج الحلقتين و النموذج القطعي.

تصنيف الأنظمة متعددة المداخل ومتعددة المخارج (MIMO) واستخدامها في اتصالات الأنظمة المسيّرة

إن الإنجاز التقني الرئيسي في تحسين وثوقية الإرسال للوصلات اللاسلكية أصبح سهلا وذلك عن طريق توظيف الهوائيات المتعددة عند المرسل والمستقبل. إن مفهوم استخدام الهوائيات المتعددة والذي أظهر زيادة هامة والتي يمكن تحقيقها دون الحاجةلأي عرض حزمة أو استطاعة إضافيين. بالمقارنة مع أنظمة (Single Input Single Output (SISO فإن أنظمة MIMO قادرة على مقاومة التأثيرات المؤذية في الخفوت متعدد المسارات، والتي هي إحدى التحديات الرئيسية في تصميم أنظمة الاتصالات إلى مجموعات مختلفة طبقاً لمعايير مختلفة. اللاسلكية. يمكن تصنيف أنظمة MIMO حيث تم تصنيف تقنيات MIMO إلى خمسة أصناف طبقاً لوظائفهم. وكذلك تم تصنيف تقنيات MIMO إلى صنفين (حلقة مفتوحة وحلقة مغلقة) طبقاً لتوفر معلومات حالة القناة عند المرسل CSIT. شاهدنا المقايضة بين التعددية المكانية والتضميم المكاني، وأخيرا دراسة توظيف أنظمة MIMO حيث قمنا بدراسة كلا من في اتصالاتالأنظمة المسيرة شروط المحطة الأرضية و شروط ارتفاع الجسم المسير ، وأجريت نمذجة باستخدام برنامج الماتلاب لهذه الشروط.