گسترش بی سیم از نرخ داده های به روز و اتصالات قوی تر می خواهد.مرکز برای پاسخگویی به این تقاضاها (FLT:0) بهره وری بی نظیر - اندازه گیری چگونگی به طور موثر یک پهنای باند فرکانس داده شده حمل اطلاعات، با فشار دادن محدودیت های بهره وری طیف، مهندسان می توانند ظرفیت کانال بالاتر را بدون کسب مجوزهای جدید، کمیاب و گران قیمت، به بررسی این فن آوری کلیدی و استفاده از روش های تاثیر مستقیم آن، به دست آورند.

درک کارایی طیف

بهره وری طیف، بیان شده در بیت در ثانیه در هر هرتز (bps/Hz)، حداکثر میزان داده را اندازه می گیرد که می تواند به طور قابل اعتماد بیش از یک پهنای باند 1 هرتز منتقل شود.A سیستم با 10 bps / هرتز می تواند 10 Mbps را در 1 MHz از طیف ارسال کند، در حالی که یک سیستم کمتر کارآمد ممکن است تنها 2 Mbps را در همان پهنای باند مدیریت کند.

مهم است که بهره وری طیف را از بهره وری خروجی متمایز کنیم بهره وری طیف یک متریک خام از لایه فیزیکی است، در حالی که حساب های بهره وری از طریق خروجی برای سربار پروتکل، انتقال مجدد، و برنامه ریزی ناکارآمدی هر دو برای ارائه ظرفیت دنیای واقعی حیاتی هستند، اما بهره وری طیف نشان دهنده محدودیت فیزیکی اساسی پهنای باند داده شده است.

شانون- هنریم و محدودیت های ظرفیت

در این میان، در این میان، به طور مستقیم به صورت مستقیم به صورت زیر به صورت زیر به صورت زیر به صورت زیر به صورت زیر به صورت زیر به صورت زیر اشاره می شود.

با این حال، کانال های دنیای واقعی، محو شدن، مداخله و تحرک را معرفی می کنند.سیستم های عملی باید تکنیک های سازگار را برای حفظ کارایی در شرایط مختلف بکار گیرند. شکاف بین ظرفیت نظری و ظرفیت قابل دستیابی به عنوان شکاف :Shannon]

تکنیک های کلیدی برای بهبود کارایی طیف

طرح های اصلاح پیشرفته

اصلاح نقشه های دیجیتال به شکل موج آنالوگ. طرح های مد نظر بالاتر (مانند 256-QAM و 1024-QAM)، بیت های بیشتری را با استفاده از نقاط گرد و غبار متراکم تر انتقال می دهد.(برای مثال، 256-QAM 8 بیت در هر نماد را کد می کند، در حالی که QPSK فقط 2 بیت را به هر نماد کد می کند. ⁇ حساسیت به نویز و شبکه های مدرن را افزایش می دهد.

Multi-Input Multi output (MIMO) و Multixing Space

MIMO از آنتن های متعدد در هر دو فرستنده و گیرنده برای ایجاد جریان های فضایی موازی استفاده می کند. [۱] هر جریان فضایی به طور موثر یک کانال مستقل را اضافه می کند، ظرفیت تکثیر بدون طیف اضافی.به عنوان مثال، به عنوان مثال، یک سیستم ۸×۸ MIMO می تواند به طور تئوری هشت برابر از bps / هرتز یک سیستم Real-antenna را به دست آورد.

یاتاگونال فرکانس چندگانه (OFDM) و طراحی Waveform

OFDM یک کانال باند گسترده را به بسیاری از زیرکارگانال تقسیم می کند (هر کدام به اندازه کافی باریک هستند تا محو شدن مسطح را تجربه کنند، این برابر سازی ساده و مدیریت قوی از چندپاتی باعث می شود که OFDM پایه LTE و 5G NR استفاده مجدد از تنوعات مانند Filtered-DM و] LT 2:2، بهره وری بیشتر را کاهش دهد و افزایش بهره وری بیشتر را کاهش دهد.

Coding و Modulation ACM

ACM به طور پویا تنظیم سفارش و سرعت برنامه نویسی برای مطابقت با شرایط کانال زمان واقعی است.هنگامی که کانال خوب است، یک ترکیب با کارایی بالا (به عنوان مثال، 64-QAM با سرعت 5/6 / 6 کد نویسی) استفاده می شود؛ در شرایط ضعیف، سیستم به QPSK قوی با نرخ کد پایین می رود.این به حداکثر رساندن بهره وری در حالی که حفظ قابلیت اطمینان از تلفن همراه است به سرعت در حال تغییر است.

فرستنده Aggregation و پهنای باند پهنای باند

اگرچه تجمع حامل پهنای باند کل را به جای Bps / هر حامل هرتز افزایش می دهد، اما به طور غیرمستقیم با جمع آوری بلوک های طیف تقسیم شده، اپراتورهای می توانند باند های بدون مجوز را به یک لوله چربی منطقی ترکیب کنند.در 5G، استفاده از تا 100 مگاهرتز (sub6 گیگاهرتز) یا 400 مگاهرتز (Wave) در هر حامل، همراه با جمع آوری، اجازه می دهد تا سرعت بالا در هر بخش انتقال سیگنال بالا به دلیل بالا / پف بالا به سرعت بالا به دلیل سرعت بالا / پف های بالا.

مدیریت تداخل و استفاده از طیف

در شبکه های سلولی، بهره وری طیف به شدت تحت تاثیر مداخله از سلول های همسایه قرار می گیرد. تکنیک هایی مانند هماهنگی تداخل سلول های بین سلولی (IC)، Multi-Point (CoMP) هماهنگ شده و پرتو سازی باعث کاهش مداخله می شود، که اجازه می دهد استفاده بیشتر از همان فرکانس ها.MMO اطلاع رسانی گسترده انرژی را به سمت کاربران در نظر گرفته و nulls به سمت تداخل، به طور چشمگیری بهبود سیگنال به اضافه تداخل (NR) و بنابراین.

تاثیر واقعی جهان: 5G و Beyond

5G NR یک بهبود 3-4 در بهره وری طیف را در LTE هدف قرار می دهد، این با ترکیبی از بی شمار انعطاف پذیر، MIMO گسترده، تا 256-QAM و طرح های کانال کنترل کارآمد، گزارش کاهش بهره وری لینک بیش از 10 مگابایت /Hz با 32- MIMO فشرده است.

با نگاهی به پیش از 6G، محققان در حال بررسی (FLT:0 زیر هرتز-THz گروه هایی هستند که مقدار زیادی پهنای باند خام وجود دارد، با این حال، چالش های انتشار در این فرکانس ها حتی نیاز به ساخت پرتو پیچیده تر و تکنیک های موج سازی برای حفظ بهره وری طیف قابل استفاده دارند. یادگیری ماشین نیز برای بهینه سازی تخصیص منابع و مدیریت مداخله در زمان واقعی، امیدوار کننده جهش های بیشتر در bps / {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle }

چالش های در دستیابی به کارایی بالا

علی رغم پیشرفت های نظری، موانع عملی باقی مانده است. مصرف برق با وضوح بالاتر و آرایه های آنتن عظیم، به ویژه در تجهیزات کاربر، برآورد کانال با بسیاری از پورت ها دشوار می شود، محدود کردن ظرفیت قابل دستیابی در محیط های سریع شکست، علاوه بر این، محدودیت های نظارتی در انتقال قدرت و انتشار گازهای گلخانه ای، حداکثر امکان پذیر بودن را محدود می کند / غلبه بر این چالش ها نیازمند پیشرفت در الگوریتم های پردازش نیمه هادی، و هماهنگی شبکه است.

مسیر های آینده: هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای بهینه سازی طیف

هوش مصنوعی آماده است تا بهره وری طیف را انقلابی کند. مدل های یادگیری عمیق می توانند شرایط کانال را پیش بینی کنند، انتخاب پرتو هوشمند را انجام دهند و طرح های تنظیم را در کسری از یک میلی ثانیه تطبیق دهند. عوامل یادگیری تقویت کننده می توانند الگوهای فرکانسی را در کل شبکه ها بدون مدل های پیش تعریف شده بهینه سازی کنند.این تکنیک ها احتمالا شکاف باقی مانده را به حد شانون نزدیک می کنند، و شبکه هایی را قادر می کنند که خودسازمان دهی برای حداکثر ظرفیت هستند.

نتیجه گیری

بهره وری طیف صرفا یک متریک فنی نیست؛ آن تنگنا اقتصادی ارتباطات بی سیم است.با افزایش bps /Hz، اپراتورهای داده های بیشتری را ارائه می دهند، کاربران بیشتری را خدمت می کنند و کیفیت تجربه را بدون دستیابی به طیف جدید گران قیمت از پایه نظری قضیه شانون به گسترش عملی MIMO و یادگیری ماشین، پیگیری بهره وری بالاتر، تکامل هر نسل از تکنولوژی متصل به افزایش می دهد، زیرا تقاضای مستقیم در استفاده از داده ها ادامه می دهد.