مثير للإعجاب

الأشكال الموجية 5G والتعديل: CP-OFDM & DFT-s-OFDM

الأشكال الموجية 5G والتعديل: CP-OFDM & DFT-s-OFDM

أحد العناصر المحددة لأي نظام اتصالات متنقل هو شكل الموجة المستخدم لوصلة الراديو في شبكة الوصول اللاسلكي.

خلال مرحلة التطوير لتقنية 5G ، تم افتراض مجموعة متنوعة من أشكال الموجات وتقنيات التشكيل ، ولكن بالنسبة للراديو الجديد 5G ، 5G NR ، البادئة الدورية OFDM ، CP-OFDM تم اختيارها كمرشح رئيسي مع DFT-s-OFDM ، انتشار تحويل فورييه المنفصل يتم استخدام مضاعفة تقسيم التردد المتعامد في بعض المناطق.

يوفر تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد (OFDM) كفاءة طيفية جيدة مع توفير المرونة للخبو الانتقائي كما أنه يتيح إمكانية الوصول المتعدد باستخدام OFDMA.

5G خلفية الموجي

كان تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد خيارًا ممتازًا لشكل الموجة لـ 4G LTE. إنه يوفر كفاءة طيفية ممتازة ، ويمكن معالجته والتعامل معه بمستويات المعالجة التي يمكن تحقيقها في الهواتف المحمولة الحالية ، ويعمل بشكل جيد مع تيار معدل البيانات المرتفع الذي يشغل نطاقات عريضة. إنه يعمل بشكل جيد في المواقف التي يوجد فيها خبو انتقائي.

ومع ذلك ، مع التقدم في إمكانات المعالجة التي ستكون متاحة بحلول عام 2020 عندما يُتوقع أن يتم إطلاق 5G لأول مرة ، فهذا يعني أنه يمكن النظر في أشكال موجة أخرى.

هناك العديد من المزايا لاستخدام الأشكال الموجية الجديدة لتقنية 5G. يتطلب تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد (OFDM) استخدام بادئة دورية وهذا يشغل مساحة داخل تدفقات البيانات. هناك أيضًا مزايا أخرى يمكن تقديمها باستخدام واحد من مجموعة متنوعة من أشكال الموجة الجديدة لـ 5G.

أحد المتطلبات الرئيسية هو توافر قوة المعالجة. على الرغم من أن قانون مور في شكله الأساسي يعمل إلى حدود أحجام ميزات الجهاز ومن غير المرجح حدوث مزيد من التقدم في التصغير لفترة من الوقت ، إلا أنه يجري تطوير تقنيات أخرى تعني أن روح قانون مور قادرة على الاستمرار وستزداد قدرة المعالجة. على هذا النحو ، لا تزال أشكال موجة 5G الجديدة التي تتطلب طاقة معالجة إضافية ، ولكنها قادرة على توفير مزايا إضافية قابلة للتطبيق.

متطلبات شكل الموجة 5G

التطبيقات المحتملة لاتصالات الهاتف المحمول 5G بما في ذلك تنزيلات الفيديو عالية السرعة ، والألعاب ، والاتصالات من سيارة إلى سيارة / سيارة إلى البنية التحتية ، والاتصالات الخلوية العامة ، واتصالات IoT / M2M وما شابه ذلك ، تضع جميع المتطلبات على شكل مخطط الموجي 5G يمكن أن توفر الأداء المطلوب.

تتضمن بعض المتطلبات الرئيسية التي يجب أن يدعمها مخطط التعديل والشكل الموجي الكلي ما يلي:

  • قادر على التعامل مع إشارات النطاق الترددي العريض ذات معدل البيانات العالي
  • قادرة على توفير عمليات إرسال منخفضة الكمون لفترات طويلة وقصيرة من البيانات ، أي فترات زمنية قصيرة جدًا للإرسال ، TTIs ، مطلوبة.
  • قادر على التبديل السريع بين الوصلة الصاعدة والهابطة لأنظمة TDD التي يحتمل استخدامها.
  • قم بتمكين إمكانية الاتصالات الموفرة للطاقة عن طريق تقليل الأوقات المحددة للأجهزة ذات معدل البيانات المنخفض.

هذه بعض المتطلبات اللازمة لأشكال موجة 5G لدعم التسهيلات المطلوبة.

البادئة الدورية OFDM: CP-OFDM

الإصدار المحدد من OFDM المستخدم في الوصلة الهابطة 5G NR هو البادئة الدورية OFDM ، CP-OFDM وهو نفس الشكل الموجي الذي اعتمدته LTE لإشارة الوصلة الهابطة.

ضمن CP OFDM يتم إلحاق الجزء الأخير من بيانات رتل OFDM في بداية رتل OFDM ويتم اختيار طول البادئة الدورية ليكون أكبر من تمديد تأخير القناة. هذا يتغلب على التداخل بين الرموز الذي يمكن أن ينتج عن التأخير والانعكاسات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تمديد تأخير القناة يعتمد على التردد مع طول البادئة الدورية المختار لنحلة طويلة بما يكفي لمراعاة كلا التداخلين. لهذا السبب يكون طول CP متكيفًا وفقًا لظروف الارتباط.

استخدم الوصلة الصاعدة 5G NR تنسيقًا مختلفًا عن 4G LTE. تستخدم الأشكال الموجية القائمة على CP-OFDM و DFT-S-OFDM في الوصلة الصاعدة. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر 5G NR استخدام تباعد مرن للحوامل الفرعية. عادةً ما تحتوي الموجات الحاملة الفرعية LTE على تباعد قدره 15 كيلو هرتز ، ولكن 5G NR تسمح بتباعد الموجات الحاملة الفرعية عند 15 كيلو هرتز × 2 ثانية بحد أقصى للتباعد 240 كيلو هرتز. مطلوب مسافات حاملة متكاملة بدلاً من مسافات حاملة كسرية للحفاظ على تعامد الموجات الحاملة.

تُستخدم المباعدة المرنة للموجة الحاملة لدعم نطاقات / أنواع الطيف المتنوعة ونماذج النشر التي ستحتاج 5G NR لاستيعابها. على سبيل المثال ، يجب أن تكون 5G NR قادرة على العمل في نطاقات mmWave التي لها عروض قناة أوسع تصل إلى 400 ميجاهرتز. تفاصيل مواصفات 3GPP 5G NR Release-15 الأعداد القابلة للتطوير OFDM مع تحجيم 2 ثانية لتباعد الموجات الحاملة الفرعية التي يمكن أن تتناسب مع عرض القناة ، وبالتالي فإن حجم FFT يتدرج بحيث لا يزيد تعقيد المعالجة بشكل غير ضروري لعرض نطاق أوسع. كما أن التباعد المرن بين الموجات الحاملة يعطي مرونة إضافية لتأثيرات ضوضاء الطور داخل النظام.

يوفر استخدام أشكال الموجات OFDM تعقيدًا أقل في التنفيذ مقارنة بما قد يكون مطلوبًا إذا تم تنفيذ بعض الأشكال الموجية الأخرى التي تم النظر فيها لـ 5G. بالإضافة إلى ذلك ، فإن OFDM مفهومة جيدًا حيث تم استخدامها للجيل الرابع والعديد من الأنظمة اللاسلكية الأخرى.

DFT-s-OFDM

انتشار تحويل فورييه المباشر OFDM ، الذي يُختصر عادةً إلى DFT-s-OFDM ، هو مخطط نقل SC أو مخطط نقل شبيه بالناقل الفردي يمكن دمجه مع OFDM الذي يوفر مرونة كبيرة لنظام اتصالات متنقل مثل 5G. ومن المعروف أكثر باسم SC-FDMA.

تشبه معالجة الإرسال SC-FDMA إلى حد بعيد تلك الخاصة بـ OFDMA. بالنسبة لكل مستخدم ، يتم تعيين تتابع البتات المرسلة إلى كوكبة معقدة من الرموز (تشكيل اتساع BPSK أو QPSK أو M التربيع). ثم يتم تخصيص معاملات فورييه مختلفة لأجهزة الإرسال المختلفة (المستخدمين). يتم تنفيذ هذا التعيين في كتل التعيين وإزالة الخرائط. يشتمل جانب المستقبِل على فدرة واحدة لإزالة الخرائط ، وفدرة IDFT واحدة ، وفدرة كشف واحدة لكل إشارة مستخدم يتم استقبالها. تمامًا كما هو الحال في OFDM ، يتم إدخال فترات الحراسة (تسمى البادئات الدورية) مع التكرار الدوري بين كتل الرموز بهدف القضاء بكفاءة على التداخل بين الرموز من انتشار الوقت (الناجم عن الانتشار متعدد المسارات) بين الكتل.

اعتبارات تعديل 5G

يمكن استخدام أنواع مختلفة من تشكيل الموجة الحاملة ضمن تنسيق شكل الموجة الكلي. ضمن نظام اتصالات 5G ، هذه هي متغيرات مفتاح إزاحة الطور وتعديل سعة التربيع.

هناك عدة اعتبارات عند استخدام تنسيقات التعديل المختلفة:

  • نسبة الذروة إلى متوسط ​​الطاقة ، PAPR:تعد نسبة الذروة إلى متوسط ​​القدرة أحد جوانب الأداء التي يجب مراعاتها في أي مخطط لتعديل اتصالات 5G. نسبة الذروة إلى المتوسط ​​لها تأثير كبير على كفاءة مضخمات الطاقة. بالنسبة لـ 2G GSM ، كان مستوى الإشارة ثابتًا ونتيجة لذلك كان من الممكن تشغيل مضخم التردد اللاسلكي النهائي في حالة ضغط للحصول على مستوى عالٍ من الكفاءة وإطالة عمر البطارية.

    مع ظهور 3G ، ثم تحسينات HSPA ثم 4G LTE ، تعني مخططات التعديل وأشكال الموجة أن الإشارات أصبحت تدريجياً أكثر "ذروة" مع مستويات أعلى من نسبة الذروة إلى متوسط ​​القدرة. وهذا يعني أنه لا يمكن تشغيل مضخمات التردد اللاسلكي النهائية بالضغط ، ومع زيادة معدل PAPR ، انخفضت كفاءة مضخمات التردد اللاسلكي وهذا أحد العوامل التي أدت إلى تقصير عمر البطارية.

    يعد ترتيب التعديل أحد العوامل التي لها تأثير كبير على PAPR: كلما زاد مستوى "الذروة" ، انخفضت الكفاءة التي يمكن تحقيقها من خلال كفاءة مكبر طاقة التردد اللاسلكي ، على الرغم من أن المخططات مثل تتبع الغلاف ومكبرات دوهرتي تتيح تحسينات مصنوع.

  • الكفاءة الطيفية: تعد الكفاءة الطيفية إحدى المشكلات الرئيسية في أي شكل من أشكال مخطط تعديل 5G. نظرًا لكون الطيف أعلى من سعره ، لا سيما في الترددات التي تقل عن 3 جيجاهرتز ، فمن الضروري أن يكون أي مخطط تعديل معتمد لشبكة الجيل الخامس قادرًا على توفير مستوى عالٍ من الكفاءة الطيفية.

    غالبًا ما يكون هناك توازن بين أوامر التعديل الأعلى مثل 64QAM بدلاً من 16QAM على سبيل المثال وأداء الضوضاء. وبالتالي تميل مخططات التعديل ذات الترتيب الأعلى إلى الاستخدام فقط عندما تكون هناك إشارة جيدة لنسبة الضوضاء.

تعديل 5G: PSK & QAM

تُستخدم مجموعة متنوعة من تنسيقات التعديل المختلفة لتقنية 5G. <. p>

  • مفتاح تحول المرحلة: تطبق تقنية 5G مفتاح إزاحة الطور التربيعي ، QPSK كأدنى تنسيق تعديل. على الرغم من أن هذا سيوفر أبطأ إنتاجية للبيانات ، فإنه سيوفر أيضًا الرابط الأكثر قوة ، وبالتالي يمكن استخدامه عندما تكون مستويات الإشارة منخفضة أو عندما يكون التداخل مرتفعًا.

    يتم استخدام شكل آخر من PSK يسمى π / 2BPSK بالاقتران مع DFT-s-OFDM على الرابط العلوي.

    ملاحظة حول PSK - مفتاح تحويل المرحلة:

    إن مفتاح إزاحة الطور ، PSK هو شكل من أشكال التعديل يستخدم بشكل خاص لنقل البيانات. إذا كان يوفر وسيلة فعالة لنقل البيانات. من خلال تغيير عدد حالات الطور المختلفة التي يمكن تبنيها ، يمكن زيادة سرعات البيانات التي يمكن تحقيقها داخل قناة معينة ، ولكن على حساب مقاومة أقل للضوضاء ، يمكن حدوث تداخل.

  • التربيع سعة التحوير: يتيح تعديل سعة التربيع زيادة إنتاجية البيانات. تشمل التنسيقات المستخدمة في نظام اتصالات الجوال 5G 16QAM و 64QAM و 256QAM.

    كلما ارتفع ترتيب التعديل ، زادت الإنتاجية ، على الرغم من أن العقوبة هي مقاومة الضوضاء. لذلك يتم استخدام 256AM فقط عندما تكون جودة الارتباط جيدة ، وتنخفض إلى 64QAM ثم 16QAM وما إلى ذلك ، حيث يتدهور الارتباط. إنه توازن بين إنتاجية البيانات والمرونة.

    ملاحظة حول QAM - تعديل سعة التربيع:

    تعديل اتساع التربيع ، يتم رفع دعوى QAM على نطاق واسع لنقل البيانات لأنها تتيح مستويات أفضل من الكفاءة الطيفية من أشكال التشكيل الأخرى. يستخدم QAM حاملتين على نفس التردد تم إزاحته بزاوية 90 درجة والتي يتم تشكيلها بواسطة دفقين من البيانات - I أو Inphase و Q - تربيع عناصر.

تم اختيار أنواع الموجات والتشكيل المستخدمة مع تقنية 5G لتوفير الكفاءة الطيفية وإنتاجية البيانات والمرونة اللازمة لنظام الاتصالات المتنقلة الجديد.

تستطيع اتصالات الهاتف المحمول 5G توفير إنتاجية عالية جدًا للبيانات ، وبالتالي يجب أن تكون أشكال الموجة والتعديل قادرة على دعم ذلك وتوفير خدمة موثوقة للمستخدمين.

موضوعات الاتصال اللاسلكي والسلكي:
أساسيات الاتصالات المتنقلة
العودة إلى الاتصال اللاسلكي والسلكي


شاهد الفيديو: شرح ال Orthogonal Frequency Division Modulation OFDM الجزء الثالث (قد 2021).