اشترك بالحزمة الذهبية واحصل على وصول غير محدود شمرا أكاديميا
تسجيل مستخدم جديدتحليل تأثير اقتران الهوائيات المتبادل على أداء المرمزين المسبقين ZF وMAX-SNR في أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO
Effect analysis of mutual antenna coupling on ZF and Max-SNR precoders in MIMO systems
1072
0 14
0.0
(
0
)
تأليف
غدير ماضي( باحث )
تمت اﻹضافة من قبل
Shamra Editor
اسأل ChatGPT حول البحث
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
Modern wireless networks tend to employ more antennas to profit as much as possible from MIMO techniques. But as the number of antennas increases, the problem of antenna mutual coupling will affect the performance of MIMO systems currently operating in wireless networks such as zero forcing (ZF) and Max-SNR precoders. This research treats the issue of mutual coupling resulting from the electromagnetic interaction between adjacent antennas and its effect on the work of the ZF and Max-SNR precoders in MIMO systems. The results showed a clear decrease in the performance of the two precoders at small spacing between the antennas. It also showed the possibility of reducing the problem of antenna mutual coupling by increasing the antenna spacing which is not always available in MIMO systems.
مراجعة الذكاء الصنعي:
ملخص البحث
تتناول هذه الدراسة تأثير اقتران الهوائيات المتبادل على أداء المرمزين المسبقين ZF و Max-SNR في أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO. مع تزايد عدد الهوائيات في الشبكات اللاسلكية الحديثة، تظهر مشكلة الاقتران المتبادل الناتج عن التفاعل الكهرومغناطيسي بين الهوائيات المتجاورة. أظهرت النتائج انخفاضًا ملحوظًا في أداء المرمزين عند تقليل المسافات بين الهوائيات، بينما يمكن تحسين الأداء بزيادة المسافة الفاصلة بين الهوائيات، وهو ما قد لا يكون دائمًا ممكنًا في أنظمة MIMO. تعتمد الدراسة على نمذجة رياضية باستخدام برنامج MATLAB لمحاكاة أداء المرمزين في ظروف مختلفة من حيث عدد الهوائيات والمسافات الفاصلة بينها. توصلت الدراسة إلى أن زيادة المسافة الفاصلة بين الهوائيات يمكن أن تقلل من تأثير الاقتران المتبادل، ولكن هذا الحل ليس دائمًا عمليًا بسبب القيود المفروضة على حجم الأجهزة. لذلك، توصي الدراسة بتحسين العزل بين الهوائيات كحل بديل للتقليل من تأثير الاقتران المتبادل.
قراءة نقدية
تقدم هذه الدراسة تحليلًا شاملاً لمشكلة اقتران الهوائيات المتبادل وتأثيرها على أداء المرمزين المسبقين في أنظمة MIMO. ومع ذلك، يمكن توجيه بعض النقد البناء لتحسين البحث. أولاً، كان من الممكن أن يتضمن البحث تجارب عملية بالإضافة إلى المحاكاة الرياضية لتأكيد النتائج بشكل أكثر واقعية. ثانيًا، لم يتم التطرق بشكل كافٍ إلى الحلول البديلة لتحسين العزل بين الهوائيات، والتي يمكن أن تكون مفيدة في التطبيقات العملية. أخيرًا، كان من الممكن توسيع نطاق الدراسة لتشمل أنواعًا أخرى من المرمزين المسبقين لتقديم صورة أكثر شمولية عن تأثير الاقتران المتبادل.
أسئلة حول البحث
-
ما هو الهدف الرئيسي من هذه الدراسة؟
الهدف الرئيسي من الدراسة هو تحليل تأثير اقتران الهوائيات المتبادل على أداء المرمزين المسبقين ZF و Max-SNR في أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO.
-
ما هي النتائج الرئيسية التي توصلت إليها الدراسة؟
أظهرت النتائج أن أداء المرمزين ZF و Max-SNR يتدهور بشكل ملحوظ عند تقليل المسافات بين الهوائيات، ويمكن تحسين الأداء بزيادة المسافة الفاصلة بين الهوائيات.
-
ما هي التوصيات التي قدمتها الدراسة للتقليل من تأثير اقتران الهوائيات المتبادل؟
توصي الدراسة بزيادة المسافة الفاصلة بين الهوائيات لتحسين الأداء، ولكن نظراً لأن هذا الحل ليس دائمًا عمليًا، توصي أيضًا بتحسين العزل بين الهوائيات للتقليل من تأثير الاقتران المتبادل.
-
ما هي القيود التي واجهتها الدراسة؟
من القيود التي واجهتها الدراسة عدم القدرة على إجراء تجارب عملية لتأكيد النتائج، والاعتماد على المحاكاة الرياضية فقط. كما أن الحلول المقترحة لتحسين العزل بين الهوائيات لم يتم تناولها بشكل كافٍ.
المراجع المستخدمة
XIANG, W, ZHENG, K, SHEN, X. 5G Mobile Communications, Springer International Publishing, Switzerland, 2017, 691
CLERCKX, B, OESTAGES, C. MIMO Wireless Networks: Channels, Techniques and Standards for Multi-Antenna, Multi-User and Multi-Cell Systems, Academic Press (Elsevier), Oxford, UK, 2013, 752
SHARMA,V. “MIMO Techniques in Downlink LTE Networks: A Review, International Journal of Advanced Research in Electronics and Communication Engineering, Vol. 4, No. 2, 2015, 325-327
قيم البحث
اقرأ أيضاً
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 اللاسل
كية 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.
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 ح
ساسة 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.
دُرس في هذا البحث تأثير تغير معامل تغيير أبعاد الفجوات على الخصائص الإشعاعية للهوائيات المصفوفية المربعة التجزيئية. و بينت النتائج انخفاض عرض فتحة الإشعاع عند مستوى نصف الاستطاعة مع زيادة معامل تغيير أبعاد الفجوات و ذلك بالنسبة للمصفوفة المربعة ذات ا
لعناصر الموزعة بشكل تجزيئي على المحورين Y&Z.
هذا و قد أدى دمج مفهوم الهندسة التجزيئية (التراكيب التجزيئية) مع الهوائيات المصفوفية إلى زيادة درجات حرية تصميم هذه الهوائيات، و ذلك من خلال إضافة معاملات التركيب التجزيئي إلى معاملات التصميم للهوائي المصفوفي المنتظم. الأمر الذي مكننا من تحسين بعض الخصائص الإشعاعية لهذه الهوائيات.
من أهم نتائج هذا الدمج هو التغير الإيجابي الحاصل في مستوى الوريقات الجانبية، حيث تم في هذا البحث من خلال دراسة تأثير معامل تغيير أبعاد الفجوات و بفرض قيم مختلفة لبقية معاملات التصميم، تم خفض مستوى الوريقات الجانبية في بعض النماذج و الحصول على هوائيات تجزيئية متعددة الحزم تعتبر نماذج للهوائيات الذكية من جهة أخرى.
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 بغ
ية 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.
تم في هذا البحث دراسة و تحليل المحددات الأساسية لتوزع مطال و صفحة
الحقل في المنطقة القريبة لأنواع مختلفة من الهوائيات الديبولية و الإطارية عن طريق
الحل العددي لمعادلة بوكلينتون Pocklington التكاملية للتيار في سلك (ناقل) الهوائي.
كما تم تحليل معام
ل النقل S12 بين مصفوفتين بعدد مشعات يساوي 2 لكل منهما.
الأسئلة المقترحة
سجل دخول لتتمكن من نشر تعليقات
التعليقات
جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
