ترغب بنشر مسار تعليمي؟ اضغط هنا

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

Performance analysis of closed-loop MIMO techniques in practical scenarios

1514   2   39   0 ( 0 )
 تاريخ النشر 2017
والبحث باللغة العربية
 تمت اﻹضافة من قبل Shamra Editor




اسأل ChatGPT حول البحث

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.


ملخص البحث
تناول البحث دراسة وتحليل أداء تقنيات الحلقة المغلقة في أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO في ظروف التشغيل العملية. تركز البحث على تقنيات الترميز المسبق مثل P-OSM وX, Y Precoders، حيث تهدف هذه التقنيات إلى تحسين أداء النظام من حيث معدل خطأ البت ودرجة التعقيد. أظهرت النتائج أن تقنية P-OSM تتميز بأداء جيد ودرجة تعقيد منخفضة، مما يجعلها مناسبة للتشغيل العملي مقارنة بالتقنيات الأخرى. كما تم تحليل أداء هذه التقنيات في وجود قناة راجعة محدودة، حيث أظهرت تقنية Y-Precoder أداءً أفضل في الظروف المثالية، بينما تحسنت تقنية P-OSM بشكل كبير عند زيادة عدد البتات المتوفرة في القناة الراجعة.
قراءة نقدية
دراسة نقدية: على الرغم من أن البحث قدم تحليلًا شاملاً لأداء تقنيات الحلقة المغلقة في أنظمة MIMO، إلا أنه يمكن ملاحظة بعض النقاط التي قد تحتاج إلى تحسين. أولاً، التركيز كان كبيرًا على الجانب النظري والتحليل الرياضي، بينما كان من الممكن تضمين تجارب عملية أكثر لدعم النتائج النظرية. ثانيًا، لم يتم التطرق بشكل كافٍ إلى تأثير العوامل البيئية المختلفة مثل التداخل والتشويش على أداء التقنيات المدروسة. أخيرًا، كان من الممكن تقديم مقارنة أوسع تشمل تقنيات أخرى غير مذكورة في البحث لتقديم صورة أشمل عن أداء تقنيات MIMO في ظروف التشغيل العملية.
أسئلة حول البحث
  1. ما هي الفائدة الرئيسية من استخدام أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO؟

    الفائدة الرئيسية من استخدام أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO هي تحسين وتوقية الإرسال وزيادة معدل نقل المعطيات، مما يجعلها العمود الفقري في عالم الاتصالات اللاسلكية الحديثة.

  2. ما هي التقنية التي أظهرت أداءً جيدًا ودرجة تعقيد منخفضة في البحث؟

    التقنية التي أظهرت أداءً جيدًا ودرجة تعقيد منخفضة هي تقنية P-OSM.

  3. كيف تؤثر القناة الراجعة المحدودة على أداء تقنيات الترميز المسبق؟

    القناة الراجعة المحدودة تؤثر على أداء تقنيات الترميز المسبق من خلال تقليل كمية المعلومات المتاحة للمرسل، مما يتطلب استخدام تقنيات تكميم لتقليل حجم المعلومات المرسلة عبر القناة الراجعة.

  4. ما هي النقاط التي يمكن تحسينها في البحث وفقًا للدراسة النقدية؟

    النقاط التي يمكن تحسينها تشمل زيادة التجارب العملية لدعم النتائج النظرية، دراسة تأثير العوامل البيئية مثل التداخل والتشويش، وتقديم مقارنة أوسع تشمل تقنيات أخرى.


المراجع المستخدمة
ANDREWS, J. G; GHOSH, A; MUHAMED, R .Fundamentals of WiMAX Understanding Broadband Wireless Networking. . ed., Prentice Hall, 2007, 496
Clerckx, B, Oestges, C. MIMO Wireless Networks: Channels, Techniques and Standards for Multi-Antenna, Multi-User and Multi-Cell Systems. Academic Press (Elsevier), Oxford, UK, Jan 2013, 752
VASHI, R. CHOKSI, A. SEVAK, M. M. A Performance Comparison of Spatial Multiplexing MIMO. International Journal of Computer Applications, Vol. 125, No. 3, 2015, 6-9
قيم البحث

اقرأ أيضاً

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.
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 تق نيات 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
تقدم أنظمة MIMO متعدد المستخدمين (MU-MIMO) سعة عالية من خلال الاستفادة من الوصول المتعدد بالتقسيم المكاني. إن معلومات حالة القناة عند محطة القاعدة (BS) أو نقطة الوصول (AP) هامة جدا, حيث أنها تسمح بمعالجة مشتركة لكافة إشارات المستخدمين مما ينتج تحس ن كبير جدا في الأداء وزيادة في معدلات البيانات. إذا كانت معلومات حالة القناة متوفرة عند محطة القاعدة أو نقطة الوصول, يكون من الممكن أن نخفض أو نزيل التداخل بين المستخدمين (MUI) بشكل فعال من خلال استخدام تشكيل الحزمة (Beamforming) أو استخدام الشيفرات غير الخطية (Dirty-Paper). يسمح التشفير المسبق أيضا بأن نؤدي معظم المعالجة المعقدة عند محطة القاعدة أو نقطة الوصول الأمر الذي ينتج عنه تبسيط كبير في طرفيات المستخدمين. تقنيات التشفير المسبق الخطية لديها ميزة فيما يخص التعقيدية الحسابية. أما تقنيات التشفير غير الخطية فإنها تملك تعقيدية حسابية أعلى وتتطلب بعض التشوير (Signaling) الإضافي لكنها في المقابل يمكن أن تقدم أداء أفضل مقارنة مع التقنيات الخطية. في هذا البحث نقوم بالمقارنة بين أداء العديد من تقنيات التشفير المسبق الخطية من خلال المحاكاة باستخدام برنامج R2014a))MATLAB لنظام MU-MIMO. سوف يتم تحليل و مقارنة معدل السعة الإجمالية لدى كل مستخدم (Sum Rate) ومعدل خطأ البت (BER) الناتجين عن استخدام كل من تقنيات التشفير المسبق الخطية بالنسبة لنسبة الإشارة إلى الضجيج SNR [dB] و عدد هوائيات محطة القاعدة .NBS بالمقارنة بين تقنيات تشكيل الحزمة الخطية (Beamforming Linear) لنظام Multi-User MIMO نجد أن تقنية تحليل القيمة المفردة (svd) تقدم الأداء الأفضل مقارنة مع باقي التقنيات الخطية من ناحية تحقيق معدلات سعة اعلى عند المستخدمين (Sum-Rate) و تحقيق معدل خطأ بت (BER) أقل نسبيا.
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.
تطورت الهواتف الذكية في السنوات القليلة الماضية من مجرد هواتف محمولة بسيطة إلى كمبيوترات متطورة، و قد سمح هذا التطور لمستخدمي الهواتف الذكية بتصفح الإنترنت ،تلقي و إرسال البريد الإلكتروني، رسائل SMS و MMS و الاتصال إلى الأجهزة لتبادل المعلومات. تجعل كل هذه السمات من الهاتف الذكي أداة مفيدة في حياتنا اليومية، و لكن بالوقت نفسه، تجعله أكثر عرضة لجذب التطبيقات الخبيثة. و بمعرفة أن معظم المستخدمين يقومون بتخزين معلومات حساسة على هواتفهم المحمولة لذلك تعتبر الهواتف الذكية هدفاً مرغوباً للمهاجمين و لمطوري البرمجيات الخبيثة مما يجعل من المحافظة على أمن البيانات و سريتها على منصة أندرويد (من تحليل البرمجية الخبيثة على هذه المنصة) قضية ملحّة. اعتمد هذا البحث على أساليب التحليل الديناميكي لسلوك التطبيقات حيث تبنى أسلوب لكشف البرمجيات الخبيثة على منصة أندرويد. تم تضمين برنامج الكشف في إطار تجميع آثار عدد من المستخدمين و اعتمد على برنامج crowdsourcing حيث تم الاختبار بتحليل البيانات المجمعة عند المخدم المركزي باستخدام نوعين من البيانات: البيانات التي تم الحصول عليها من البرمجيات الخبيثة الصنعية لأغراض الاختبار و أخرى من البرمجيات الخبيثة الواقعية. تبين أن الأسلوب المستخدم وسيلة فعالة لعزل البرمجيات الخبيثة و تنبيه المستخدمين بها .
التعليقات
جاري جلب التعليقات جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
mircosoft-partner

هل ترغب بارسال اشعارات عن اخر التحديثات في شمرا-اكاديميا