اشترك بالحزمة الذهبية واحصل على وصول غير محدود شمرا أكاديميا
تسجيل مستخدم جديدتحليل أداء تقنيات الحلقة المغلقة في أنظمة الهوائيات المتعددة MIMO في ظروف التشغيل العملية
Performance analysis of closed-loop MIMO techniques in practical scenarios
1348
2 39
0
(
0
)
تأليف
غدير ماضي( باحث )
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.
The employment of multiple antennas at the transmission and reception side for the formation of a MIMO system contributed significantly to improve the reliability of transmission and increase the data rate. In the last decade, this system represented the backbone of wireless communications which paved the way for the development of many techniques in this area. Therefore, there is a need to study the most important of these techniques and compare its performance analysis. This research deals with several closed-loop MIMO techniques : (P-OSM) which maximizes the minimum Euclidean distance in the received signal constellation in order to reduce the bit error rate, (X and Y Precoders) which improve the diversity gain of MIMO system. The aim is to study and analysis the performance of previous techniques in practical scenarios of wireless communication systems in the presence of limited feedback channel. The results shows the possibility of practical employment of the P-OSM technique in a simple way compared to other techniques due to its good performance and low complexity order.
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 .
سجل دخول لتتمكن من نشر تعليقات
التعليقات
جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
