وفي نظم الاتصالات اللاسلكية الحديثة مثل 4G و5G، تتسم نوعية الإشارات المرسلة بأهمية قصوى بالنسبة للوصل الموثوق به وارتفاع معدلات البيانات، ومن التحديات الرئيسية التي يواجهها مهندسو خدمات الدعم الإقليمية إدارة آثار التشويه غير الخطي في أجهزة الإرسال اللاسلكية، وتحلل التشويه غير الخطي نوعية الإشارات عن طريق إدخال الانبعاثات الرادعة، وتزيد من سرعة استخدام أجهزة التفريغ، وتنتج منتجات غير متجانسة ذات نوعية أقل.

ما هو الإفصاح غير الخطي؟

ويحدث تشويه غير خطي عندما لا يستجيب مضخم لنموذج الإبلاغ الموحّد بشكل متناسب مع الإشارة إلى المدخلات، بل إن سمة نقل المضخم تنحرف عن التسلسل، وتولّد عناصر غير مرغوب فيها مثل المتجانسات ومنتجات الخلط، ومن الناحية المثالية، ينبغي أن يُنتج مضخم آخر موسع للمدخل؛ غير أن الأجهزة العملية تُظهر آثاراً ضارة/تشويهية للذاكرة (ال).

والسبب الجذري يكمن في السلوك غير الخطي المتأصل للمكونات النشطة - المترجمون التحريريون والشبكة الوطنية للغاز والشبكات التحيزية المستخدمة في تصميمات المضخات، وعندما تؤدي الإشارة إلى المضخم بالقرب من منطقة التشبع، تصبح موجة الإنتاج مثبتة أو مشوهة بشكل غير متجانس، وقد يبدو هذا بالنسبة للإشارة الضيقة النطاقات ذات النطاقات الترددية كمحتوى متجانس في عدة أجهزة نقل متحركة.

الرياضيات الخاصة بالنظم غير الساحلية

ومن الطرق المشتركة لنموذج مضخم غير خطي توسيع سلسلة القوى، وإذا كان حجم المدخلات v]-فيمكن التعبير عن حجم الناتج على النحو التالي:

v out = (a]] 1 ]v in + +[FL T:7] 2

[الإطار] [الإطار الاستراتيجي](أ) [الإطار: 1] يمثل مكاسب خطية. أما المصطلح الثاني ([الإطار:2]]] [الإطار:3]]-2] فهو ينطوي على تشويه في المرتبة الثانية، ويولِّد تواتراً إضافياً وكميةً/متنوعة.

وفي موجات متعددة القارات الحديثة مثل مكتب مكافحة المخدرات والجريمة (المستخدمة في 4G LTE) ولا سيما في وحدات خفض حركة الحد من حرائق ارتفاع مستوى الحرارة في 5G، فإن نسبة القوة إلى الذروة المتوسطة مرتفعة، حيث تؤدي الذروة الطيفية إلى زيادة التخصيص المضخم إلى منطقة غير خطية بشكل أكثر تواترا، مما يزيد من التشوه، مما يؤدي إلى ظاهرة معروفة بأنها قنوات الازدهار المتاخمة.

مصادر التشتت غير الخطي في أجهزة الاستنشاق التابعة لمؤسسة ريال

وينشأ التشويه غير الخطي من آليات داخلية متعددة داخل المضخم، فهم هذه المصادر أمر حاسم لاختيار استراتيجيات التخفيف الملائمة.

الضغط على الغاز والارتباك

وكل مضخم له حد أقصى من طاقة الإنتاج يعرف باسم P1dB point] (1 dB compression point)، وفيما عدا هذه النقطة، تهبط المكاسب التي تُستخدم كجهاز مشتقات، ويؤدي التشغيل خارج P1dB إلى تطهير مظروف الإشارة، مما يؤدي إلى اختلال شديد في التناسق والتعقيم في محطات السعة، في 4G و5G.

تحويل الألغام المضادة للأفراد/اللغام المضادة للأفراد

كما أن المضخات غير الخطية تتسبب في تشويه المرحلة كوظيفة من وظائف توسيع نطاق المدخلات، وهذا التحويل من جانب الآلية الآلية المتعددة الأطراف يتناوب نقاط تجميع إشارات حركة عدم الانحياز، مما يجعلها أكثر صعوبة في تخفيضها بشكل صحيح، وفي درجة عالية من الحرارة القصوى (مثلاً 256-QAM في LTE و 1024-QAM في 5G)، يمكن حتى الأخطاء في المرحلة الصغيرة أن تدفع رمزاً عبر حدود القرار، مما يزيد من الخطأ في القيمة المضافة).

الآثار الافتراضية

وتظهر المكبرات آثاراً طويلة الأجل وقصيرة الأجل للذاكرة، وهي ناجمة عن الديناميات الحرارية (تتغيرات الحرارة تؤثر على سلوك المتحول) والذاكرة الكهربائية (تذبذب الشبكة وقابلية الطفيليات) وتتسبب آثاراً تذكارية في تشويه غير متماثل للأرواح الجانب اليسرى والجانب الأيمن لإطار النطاق الترددي قد تختلف عن ذلك الذي يعقّد الجهود المبذولة في سبيل التخميد والارتط.

النقل عبر الحدود

وعندما تمر شركات النقل المتعددة أو الإشارات من مختلف المستعملين عبر مضخم مشترك، فإنها تتبادل بعضها بعضا، وهذا أمر يثير إشكالية خاصة في 5 نظم ضخمة من نظم الرصد المتعدد الوسائط، حيث يمكن لممرات الهوائي المتعددة أن تتقاسم السلطة الفلسطينية الواحدة أو حيث يتطلب التضليل الرقمي استخداماً من أجهزة تكييف ذات خط رفيع لمنع التدخل فيما بين المحركات، ويضعف الضبط المباشر نسبة الإشارة إلى التنويم والاختناق.

الكمية من الاختلاس غير الخطي: القياسات الرئيسية

ويستخدم المهندسون عدة مقاييس موحدة لقياس التشويه غير الخطي وتحديده، ويعتمد اختيار القياس على هيكل النظام ونوع التشويه الملاحظ.

معدل قوة القناة الجاهزة

ونسبة القوة في القنوات المتاخمة (منتجات التشويه) إلى القوة في القناة الرئيسية، وهي مواصفات مشتركة لمضخمات الطاقة في الهياكل الأساسية الخلوية، ويكفل انخفاض مستوى القدرة على إعادة التأهيل وإعادة التأهيل (من الناحية التقليدية إلى 45 من الطيف التراكمي أو أفضل لأربعة من محطات قاعدية G/5G) عدم التدخل في نطاق الترددات المجاورة، وتحافظ الهيئات التنظيمية مثل لجنة المنافسة النباتية و3GPP على حدود دقيقة لمعدلات التراكمية.

Error Vector Magnitude (EVM)

ويقيِّم التقييم الافتراضي للإشارة المخفضة من النقاط المرجعية المثالية، وبالنسبة لأربعة جيغا ليت مع 64-QAM، تبلغ متطلبات الإدارة البيئية حوالي 8 في المائة، وبالنسبة لخمسة جيناً من طراز NR مع 256-QAM، يجب أن تكون الإدارة البيئية أقل من 3.5 في المائة، وبالنسبة للنقطة الـ 1024-QAM، قد تنخفض معدلات التشوه غير الخطي مباشرة عن طريق فرز وتدوير أعلى.

نسبة قوة الضوضاء

ويستخدم برنامج إن آر في لتقييم التشويه في نظم تعدد السيارات، وهو يقيِّد نسبة القوة في حافة (قناة هادئة) إلى القوة في قناة محتلة متاخمة، ويشير ارتفاع معدل القدرة على إعادة التأهيل الوطني إلى أن المضخة خطية بما يكفي لمنع تسرب الطاقة غير المرغوبة إلى قاطرات دونية فارغة - وهي حرجة بالنسبة لمخططات الوصول إلى مكتب الشؤون الإنسانية.

Dismodulation Distortion (IMD)

وكثيرا ما يميز هذا القانون باستخدام اختبار ذي مئتين، ونقطة اعتراض من الدرجة الثالثة هي نوع من الاستحقاق يتوقّع مستوى منتجات IM3، ويدل ارتفاع معدل التبادل القياسي IP3 على تسلسل أفضل، وبالنسبة لخمسة من الفئات الرئيسية، يمثل تحقيق مستوى عال من التركيزات 3 مع الحفاظ على الكفاءة تحديا كبيرا في التصميم.

الأثر على نوعية الإشارة 4G و5G

إن آثار التشويه غير الخطي ليست موحدة عبر الأجيال. ويعتمد هذا النوع من التكنولوجيا إلى حد كبير على نظام " التسلسل التقلبي " (CP-OFDM)، الذي يتسم بقوة نسبية إزاء عدم الخط بسبب فترة رمزه الطويلة وفترة المظلات الثابتة، غير أنه نظراً لارتفاع أوامر العزل (64-QAM, 256-QAM) فقد ازدادت الحساسية للتشويه.

  • Higher modulation orders:] 5G supports 256-QAM and is expected to move toward 1024-QAM, making EVM a critical system parameter.
  • Bandwidth aggregation:] 5G uses carrier aggregation across multiple frequency ranges (FR1, FR2), where each component carrier can experience different distortion levels from shared PAs.
  • Massive MIMO beamforming:] Distortion from PA nonlinearity can cause inter-beam interference, limiting the spatial multiplexing gain.
  • Higher PAPR waveforms:] 5G’s use of CP-OFDM (downlink) and DFT-s-OFDM (uplink) still yields high PAPR, particularly with high-order modulation and multiple resource blocks. The PAPR in extreme cases can exceed 12 dB, pushing the PA into compion.

وفي كل من 4G و 5G، تظهر مظاهر تشويه غير خطية على أنها:

  • ]- ازدياد معدل الخطأ قليلاً/معدل الخطأ في المباني: يؤدي الاختلاس إلى خفض فعالية عمليات إعادة التشغيل، مما يتطلب مزيداً من إعادة النقل وتخفيض حجم الناتج.
  • Degraded coverage areas:] As EVM worsens, the receiver’s ability to decode weak signals diminishes, diminishing cell radius.
  • Higher out-of-band emissions:] Violates regulatory mask requirements and may interfere with other operators or radio systems.
  • Reduced network capacity:] To compensate for distortion, operators often lower the top power or reduce the modulation order, sacrificing spectral efficiency.

النموذج العالمي الحقيقي: 4G LTE System

(ب) النظر في محطة قاعدية نموذجية من طراز 4G LTE الكلية مع 40 W PA. وإذا عملت السلطة الفلسطينية في نقطة ضغطها الأولى من نوع دي بي، فإن اللجنة الاستشارية المعنية بحقوق الملكية الفكرية قد تتدهور إلى 35 دي بيك، مما يتسبب في تدخل إلى الناقل المتاخم لنظام LTE.() ويمكن لمشغلي شبكات هذه القوات إما أن يقللوا من قدرة الإنتاج (يؤدي ذلك إلى فقدان التغطية) أو أن يضيفوا مرشحين خارجيين للتجوئ (فقدان التكلفة والإدخال).

معرض العالم الحقيقي: 5G NR mmWave

وفي 5G mmWave (n260, n261) تستخدم مبيدات الآفات المزروعة على مراحل في التضليل، ولكل عنصر في الصفوف جهاز خاص بها، ويمكن أن يؤدي التشوه غير الخطي في أحد العناصر إلى حدوث تضخم وأخطاء تدريجية عبر الشعاع، مما يؤدي إلى ظهور أعشاب تشع في اتجاهات غير مقصودة، ولا يقتصر على توليد الطاقة التي تنطوي على تحديات بل يزيد أيضاً من التدخل لدى مستخدمين آخرين.

التقنيات المتقدمة للتخفيف من حدة الكوارث

وقد وضع المهندسون مجموعة من التقنيات للحد من التشوهات غير الخطية، ويعتمد الاختيار على التكلفة، وميزانية الطاقة، وتعقيد النظام.

التحلل الرقمي

وأسلوب التسلسل الأكثر انتشاراً، ويشمل جهاز الإرسال خلية رقمية تُبطل إشارة النطاق الأساسي باستخدام نموذج عكسي لسلوك السلطة الفلسطينية غير الخطي، ويطبق المفرزة التراكمية والإصلاحات التدريجية التي تلغي تشويه السلطة الفلسطينية، وتستعمل النظم الحديثة لإدارة التنمية البشرية نماذج سلسلة فولتيرا، ونماذج تعددية النطاقات، أو نهج صافية جديدة لاستخلاص البيانات المالية في كل من الظواهر الثابتة والمتغيرة.

تعقب المظروف (المجموعة الأوروبية) وإلغاء المظروف وإعادة الإمداد

وتقوم السلطة الفلسطينية، من خلال تتبع المظروف، بالعمل على مقربة من منطقة الكفاءة القصوى التي تمر بها دون التشبع، مما يقلل من الضغط على المكسب ويحسن تقنية الارتداد (تقنية كينك) ويفصل بين المظروف والمراحل، ويتيح للسلطة الفلسطينية العمل في محطات التبديل (كفاءة التشغيل العالية) بينما يستخدم التكتل التخصصية.

Doherty Power Amplifiers

فهرس دورتي هو العمود الفقري للمحطة الأساسية الحديثة ذات الطاقة العالية، وهو يستخدم جهازاً رئيسياً (من الدرجة ألف) بالتوازي مع جهاز كمبلد ذروة (الدرجة جيم). وفي السلطة الفلسطينية المنخفضة، تعمل السلطة الفلسطينية الرئيسية فقط؛ وفي السلطة العالية، تتحول السلطة الفلسطينية المتأصلة إلى توفير المزيد من المكاسب والتسلسل، وعندما تكون مصممة تصميماً سليماً، تحقق أجهزة تكييف تعمل بنسبة 400 في المائة من الكفاءة بينما تحافظ على أهداف ضيقة.

التسلسل التغذوي

فالتغذية هي تقنية متماثلة تُعين ناتج السلطة الفلسطينية وتُستَنَدِّد إشارة مشوهة، ثم تعيد صياغة مصحَّحة، ويمكن أن تحقق تسلسلاً عالياً جداً (المكتب الإقليمي لأفريقيا الوسطى من أجل إعادة التأهيل) ولكنها تعاني من عدم الكفاءة والتعقيد، ونادراً ما تُستخدم في تصميمات جديدة بسبب هيمنة تقنيات الإرسال الرقمية، ولكنها لا تزال في بعض نظم البث الأربع الكبرى.

النهج على مستوى المنظومة

  • PAPR Reduction:] Techniques like clipping, filtering, selected mapping (SLM), or active constellation extension (ACE) reduce PAPR before the PA. Lower PAPR means less essential and lower distortion.
  • Beam-Specific Linearization: In massive MIMO, each RF path can be linearized individually or using a common DPD model calibrated across all elements. Recent research explores hybrid linearization that accounts for spatial coupling.
  • Use of Higher Linearity Devices:] GaN HEMT (Gallium Nitride) offers higher output impedance and better linearity than LDMOS at high frequencies, making it the material of choice for 5G PAs. GaN’s wider bandgap also reduces memory effects due to lower junction capitacance.

الموازنة بين التسلسل والكفاءة

ولا توجد مناقشة بشأن التشويه غير الخطي كاملة دون معالجة المفاضلة بين التسلسل والكفاءة في استخدام الطاقة، وتستهلك محطات القاعدة طاقة كبيرة، وتسعى الجهات العاملة إلى التقليل إلى أدنى حد من التكلفة الكلية للملكية عن طريق زيادة كفاءة السلطة الفلسطينية، ومن المؤسف أن أكثر المناطق خطية (العملية من الفئة ألف) لا تزال منخفضة الكفاءة (الفصل 10 + في المائة).

الاتجاهات المستقبلية: 6 زاي وما بعده

ومع بدء الصناعة في تحديد 6 زاي (المتوقعة بحلول عام 2030)، ستزداد التحديات غير المتعلقة بالتشويه غير الخطي. ومن المرجح أن يستخدم هذا النظام الترددي الفرعي (100 غيغاهيرتز - 300 غيهرتز) حيث تكون عدم خطي الأجهزة أكثر حدة بسبب القيود المادية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن إدماج الاستشعار والاتصال سيحتاج إلى التسلسل الذي يدعم كلا من الصيغ العالية النزاهة والتكيُّف على مستوى الرادارات().

خاتمة

(ب) إن التشويه غير المباشر في أجهزة الاستنشاق التابعة لإدارة عمليات حفظ السلام هو عامل رئيسي يؤدي إلى تدهور نوعية الإشارة في 4 نظم عامة و5 نظم عامة، ويتجلى ذلك في التراكم الطفيف، والارتفاع في مستوى الإدارة، ومنتجات العزل، وانخفاض القدرة.