تصميم نظم ميمو للاتصالات ذاتية التشغيل ذاتية منخفضة

وتتوقف المركبات المستقلة على وجود وصلة اتصال مستمرة منخفضة التردد لتبادل بيانات الاستشعار وتنسيق المناورات وتلقي معلومات محدثة حرجة عن السلامة، وحتى بضع مليارات من التأخير يمكن أن تفصل بين اتخاذ قرار آمن من اصطدام، وتستلزم تكنولوجيا متعددة المدخلات متعددة القدرة تصميما أساسيا لمعدلات البيانات العالية، وكفاءة عمليات التشكيلات، وموثوقية دقيقة.

أساسيات البعثة في الاتصالات بالمركبات المستقلة

وتستخدم نظم الرصد المتعدد الوسائط هوائيات متعددة في جهاز الإرسال والاستقبال لنقل وتلقي مجاري فضائية متعددة في آن واحد، وفي سياق الاتصالات من المركبات إلى كل شيء (V2X) - التي تشمل المركبات إلى المركبات (V2V)، والمركبات إلى البنية التحتية (V2I)، والمركبات إلى الشبكة (V2N) - المنظمة البحرية الدولية، توفر استحقاقين رئيسيين:

• Increased throughput]: يتيح تعدد البيانات المكانية إرسال مسارات متعددة للبيانات بالتوازي، مما يضاعف كفاءة الأطياف، وبالنسبة للمركبات المستقلة، فإن ارتفاع الناتج يعني بيانات الاستشعار الأغني (مثل السحب أو التغذية بالآلات المغلقة) يمكن تبادلها بين المركبات والهياكل الأساسية في الوقت الحقيقي.
• Enhanced reliable]: الترميز والتنوُّع في وقت الفضاء (مثل رموز ألاموتوي، والتنوع في فترات التأخير الدورية) يقلل من احتمال فقدان الحزمة والأخطاء البسيطة بسبب التلاشي، وفي تطبيق السلامة على الحياة، تتسم الموثوقية بنفس الأهمية من حيث السرعة الخام.

ويستلزم الاتصال المنخفض التردد للمصابين بمرض الإيدز عادة تأخيرات من نهاية إلى نهاية تحت 10 إلى 20 ميلاً من الثانية للرسائل الأساسية المتعلقة بالسلامة (مثل رسائل السلامة الأساسية في DSRC/C-V2X) وفي أقل من 3 إلى 5 مليارات من أجل تصور التعاونيات ومراقبة الفصيلة، وتساعد المنظمة البحرية الدولية في الوفاء بهذه الميزانيات عن طريق إتاحة وصلات قوية تتطلب عدداً أقل من عمليات إعادة النقل وعن طريق دعم مخططات الحد الأدنى من معدلات الترددات (64 إلى 64).

تصميم المنابر المتحركة

عدد الهوائيات والبعد المكاني

ويؤثر عدد الهوائيات تأثيرا مباشرا على نظام المكسب المتعدد والتنوع، أما التشكيلة الثانية والثانية ×2 (إرسالتان، واثنين من الهوائيات) فهي شائعة في الشرائح الحالية من طراز V2X، ولكن المعايير الناشئة مثل محطة الإذاعة الجديدة 5G (NR) تيسر وصولا إلى 6464 من العناصر المتطورة من ميكروغرامات البنى التحتية، غير أن الصفوف المركبة من المركبات تحمل حجما وتكلفا وثمانية من وحدات القرش.

(ب) أن يزيد عدد المتاجرين في الطاقة من القدرة على التداول من الناحية السوقية، ولكن أيضاً يزيد من تعقيدات الحاسوب بالنسبة لكشف وتقدير القنوات، وبالنسبة للتطبيقات الحساسة، فإن التأخير في التجهيز المرتبط بالكشف عن الاختراق (مثلاً، إلغاء النطاق أو نقل رسالة التقريب) يجب أن يظل في حدود ميزانية المعالجة المخففة.

المباعدة بين المسافات والمراسلة

For spatial multiplexing to work, signals on different antennanananananans must experience independent or nearly independent fading. At the 5.9 GHz frequencies used by IE 802.11p/802.11bd and C-V2X, the wavelength is approximately 5 cm. A half-wavelength spacing ( ⁇ 2.5 cm) is typical.

نمط الإشعاعات والتغطية

ويجب أن تتواصل المركبات المستقلة ذاتياً في جميع الاتجاهات: إلى الأمام والخلف وإلى الجانبين، كما أن هناك مجموعة واحدة من الهوائيات ذات نمط نصفي أو شامل، ولكن الصفائف العملية ذات طابع توجيهي متأصل، وكثيراً ما يستخدم المصممون صفائف متعددة (مثلاً، واحدة من طراز V2I الاستشرافي، واحدة من أجل تغيير جانبي في الشكل V2V) مع وجود نمط ثابت إلكترونياً يقترن به.

أجهزة تصوير مجهزة بالعلامات من أجل بعثة الرصد البحرية المنخفضة الأسعار

التكوين والتمثيل

(أ) أن يكون استخدام الترددات العالية في الموجات الجاهزة هو إجراء تعديل للمرحلة وضخامة الإشارات عبر مجموعة الهوائيات لتركيز الطاقة على جهاز الاستقبال المعتزم، مما يقلل من التدخل وتحسين نظام الإبلاغ الموحد.

التقدير القناة

(أ) استخدامات المقياس التجريبي للكميات المخففة (GLT:1) باستخدامات تقديرية مخففة، مُستخدمة في تحديد النطاقات، مُستخدمة في تحديد النطاقات، مُستخدمة في تحديد النطاقات، مُنَعَة في إطار خط العرض (LT: 1)

MIMO Detection

(أ) أجهزة الكشف عن المقاييس المكانية المتلقاة - إن أجهزة الكشف عن الكواكب ذات الترددات المتوسطة سريعة ولديها حساسية محددة، مما يجعلها مناسبة لثوابت المراقبة الحرجة، غير أنها تعاني من تعزيز الضوضاء والتنوع المحدود، أما أجهزة الكشف غير الخطي مثل أقصى درجات التوقيف فتتيح أداء ثابتاً ولكنها معقدة جداً للاستخدام في الوقت الحقيقي بأكثر من 4 درجات مئوية.

التحديات الخاصة بالمركبات المستقلة

ارتفاع معدل التنقل وخط دوبلر

كما أن سرعة المركبات التي تصل إلى 250 كيلومتراً/ساعة تسبب تغيرات في القنوات السريعة، إذ إن انتشار الدوبلر بالنسبة لـ 800 ميغاهيرتز في 5.9 غيرتز بسرعة نسبية تبلغ 200 كيلومتر/ساعة، يمكن أن يؤدي إلى تخفيف التداخل بين القنوات الجاهزة (العملية) حيث تبلغ سرعة التتبع في القناة الواحدة (L-V2X) إلا أن وقت الاتساق لا يتجاوز مائة ميل مربع من قنوات الميكانيكية(10).

ريتش متعددة العاطفة و دير

(أ) أن تُحدث البيئات الحضرية ذات المباني الطويلة والأنفاق والمتجاوزات الغزيرة، وهو أمر يعود بالفائدة على رتبة البعثة، غير أن التأخير يمكن أن يتجاوز عدة ثوانٍ صغيرة، مما يؤدي إلى تدخل في النظامين، وأن نظام نقل الطاقة الذي يزيد على فترات زمنية أطول من فترة التأخير هو معيار، أما بالنسبة لعملية التقلبات المنخفضة، فإن من المستصوب أن يخفض معدل التراكم في كل مرة، ولكن يتطلب أيضاً نظاماً أكثر دقة في ما قبل الشحن.

Interference Management in a Dense V2X Environment

(ب) نظراً لظهور مركبات ذاتية ومتصلة، فإن الطيف الكهرومغناطيسي يصبح مزدحماً، ويمكن لتقنيات الإلغاء التي تستخدمها البعثة مثل ) التخصيب في إطار الاضطرابات الفورية - الحرجية، أو أن تمنع التدخل في البرمجيات من نقل الجيران.()

الطاقة وضغوط الحرارة

يمكن أن تستهلك أجهزة الاستلام المتعددة الأطراف على متنها طاقة كبيرة، وقد يستهلك جهاز استقبال نموذجي من طراز ×4 MIMO ذي النطاق الرقمي 5-10 W. وبالنسبة لمركبات ذات قدرة محدودة على البطاريات (في أجهزة التفجير الكهربائي) والمتطلبات الحرارية الصارمة، فإن كفاءة الطاقة هي في المقام الأول.

التكامل مع معايير ونظم V2X

5G NR C-V2X vs. IEE 802.11bd

ويسمح معياران رئيسيان من طراز MI2X: C-V2X (جزء من 5G NR) وتطور شبكة " Wi-Fi " (E 802.11bd) وكلاهما يدعمان البعثة، ولكنهما تختلفان عن المبادلات، ويمكن أن يدعما ما يصل إلى 32 جهازا من أجهزة تعزيز القدرة على استخدام أجهزة الترددات المتوسطة (GNodeB) (محطة قاعدية) وتصلا بـ 80 مترا مربعا

شركة إدج للحساب الإلكتروني وشركة MIMO

ويمكن أن تؤدي وحدات قياسية على مستوى المركبات إلى تحميلها على الحاسوب الثقيل من قبل البعثة، مثل تجهيز المعلومات المقدمة من الدولة وحساب وزنها المزود بالأجهزة المحمولة، من المركبة إلى البنية التحتية، مما يقلل من سرعة تجهيز المركبات وطاقتها، ولا تحتاج المركبة إلا إلى تلقي إشارات مثبتة مسبقا، غير أن التداخل بين المركبات والحافة يجب أن يظل تحت المراقبة الحقيقية البالغ عددها 100 متر.

الاتجاهات المستقبلية في مجال المركبات ذات التردد المنخفض

Massive MIMO and mmWave

ويمكن أن توفر هذه المركبات [الدراسية] (مثلاً، 6464، 128 x128) في مواقد البنية التحتية شعاعات صغيرة ضيقة للغاية تتبع كل مركبة، مما يقلل من التدخل وتحسين نوعية الرابط، مع وجود خطوط مائية (موجة) (28 غيهرتز، 39 غيهرتز، 60 غيغاهيرتز) يمكن أن تكون مجهزة على نطاق واسع جداً (حتى عدة مئات من المقاييس العالية)

Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS)

ويمكن نشر أفرقة البحث والتطوير (القابلية للبرمجة) على علامات الطرق، أو بناء واجهات، أو تجاوزات لتعكس وتوجّه إشارات البعثة حول العقبات، وبتشكيل بيئة النشر بصورة فعالة، يمكن أن تحول مسارات الدول غير المباشرة إلى قنوات للتأمل القريب من خط البصر، مما يقلل من الحاجة إلى تجهيز السيارات وإعادة نقلها بصورة معقدة.

كامل الدوبل ميموتو

ويمكن أن يؤدي الاتصال الكامل )الإرسال والاستقبال على نفس التردد( إلى خفض درجة الحرارة الجوية إلى النصف عن طريق إزالة الحاجة إلى فترات الحراسة من جانب الشُعبة " الدوبل " )الرمز ×( إلى جانب زيادة عدد المركبات ذاتية الوصل، إلى جانب عدد قليل من المركبات ذاتية الوصل، إلى جانب عدد قليل من المركبات التي يمكن أن تحقق الإلغاء الرقمي " )١٠٠(

توصيات التصميم العملي

1. (]) وضع أولويات للتنوع على التكتل المتعدد في رسائل حرجة للسلامة : بالنسبة لرسائل السلامة الأساسية التي تتطلب موثوقية قصوى ولكن معدل بيانات منخفض، واستخدام الترميز الزماني في الزمان الفضائي (مثلاً، ألاموثي) لتحقيق أقصى قدر من المكاسب في التنوع، وبالنسبة لتقاسم أجهزة الاستشعار (كاميرا، ليدار)، التحول إلى التعددية المكانية.
2. Use a hybrid beamforming structure]: Analog beamforming for wide-angle coverage with low latency, digital beamforming for fine-grained MIMO processing. Partition the processing so that coarse beam selection occurs in the analog domain (nanoseconds) and fine MIMO detection in the digital domain (micro).
3. Implement adaptive modulation and coding (AMC) with conservative shifting thresholds]: To avoid retransmission delays, choose a modulation order that has a low frame error rate (e.g., < 1%) even if it reduces throughput, this is better than retrying with a higher order.
4. Offload channel estimation to the infrastructure when possible]: In V2I scenarios, the RSU can compute the channel and feed back a precoder to the vehicle, reducing the vehicle’s processing burden by 30–40%.
5. (أ) اختبار نماذج القنوات التي تلتقط ديناميات V2X في العالم الحقيقي : استخدام الريح الثاني أو 3GPP 38.901 نموذجاً للسيناريوهات السريعة والحضرية، بما في ذلك دوبلر، والتعددية، والترابط المكاني، وينبغي أن تكون عملية التعبئة في الطبعة المادية دقيقة من أجل التحقق من مدى الرضا.

خاتمة

وتشكّل تصميم نظم البعثة للاتصالات ذاتية منخفضة التردد مشكلة متعددة الأبعاد لتحقيق التوازن بين عدد الهوائيات، وتعقيد التجهيز، والقدرة، والتخفيف من حدة التدخل، وفي حين أن التشكيلات القياسية لأجهزة معالجة المركبات ذات الترددات المتوسطة والمتوسطة من طراز MX2 أو 4 x4 يمكن أن تلبي الأهداف الحالية للتساهل (أي 10 أمتار)، فإن التطبيقات المستقبلية ذات المتناولات العالية مثل تصور التعاوني، وأجهزة التأشير ذات الترددات المتوسطة الأجل من عيار 5 أمتار.

For further reading, refer to the 3GPP’s C-V2X specifications, the ]IEE 802.11bd task group developments, and recent research on MIMO for vehicular communications