הקדמה: האתגר של Cross-Channel Interference in Networks

רשתות סלולריות מודרניות מונדסות לשרת מיליוני קשרים במקביל על פני להקות תדר רדיו מוגבלות.כפי שצריכת נתונים סלולרית גדלה באופן אקספונציאלי, מפעילי הרשת מתמודדים עם לחץ מתמיד כדי ללחוץ יותר קיבולת מאותו ספקטרום.אחד המכשולים המתמשכים ביותר למטרה זו הוא:0cross-cross-channel-channelsFLT:1 - ההפיכה הלא רצויה של אותות בין ערוצים סמוכים או סמוכים.

כדי להילחם בבעיות אלה, מהנדסים אימצו משפחה של טכניקות הידועות באופן קולקטיבי בשם FLT:0 ספקטרום טכנולוגיה ספקטרום ספקטרום ספקטרום 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .המהנדסים. . . . .המהנדסים. . .המהנדסים.

הבנה של ההתערבות בין הצלב לצלב בפירוט

הפרעה חוצה ערוצים מתרחשת כאשר אנרגיה מערוץ תדר אחד נשכת לתוך ערוץ סמוך.ברשת סלולרית, תחנות בסיס ומכשירים ניידים מוקצים ערוצי תדר ספציפיים בתוך להקה מורשה. אידיאלית, הערוצים האלה מבודדים על ידי להקות שמירה ומסנן. בפועל, כמה גורמים להדלפה:

  • (ב) ,0) ,Imperfectסינון: 1 במדרים ומחסינים מאפשר פליטות מחוץ לפס להגיע לערוצים שכנים.
  • (ב) ,0) לא-לינארית, אב-הגדלה של 1:1 שלבים יכולים לייצר הרמוניות ומוצרים בין-מודולציה אשר נוחתים על ערוצים אחרים.
  • (FLT:0)Near-Farve effectFLT:1 - אות חזק של מכשיר סמוך יכול להציף אות חלש יותר על ערוץ סמוך ממכשיר מרוחק, ובכך ליצור ביעילות הפרעה.
  • (FLT:0) דפוסי שימוש חוזר (FLT:1) במקבץ תאי נועדו למזער את ההתערבות, אך התערבות משותפת וערוצית צמודה עדיין מתרחשת בשוליים.

כאשר מפעילים מרובים חולקים בלוקים ספקטרום סמוכים (או כאשר להקות ללא רישיון חופפות עם להקות מורשה), התערבות חוצה ערוצים הופכת אפילו יותר חריפה.התוצאה מופחתת יכולת רשת: פחות משתמשים יכולים להיות מוגשים בשיעורי נתונים גבוהים, ואת טיפות היעילות הכוללת של ספקטרלית.

הערכת מחיר ההתערבות

ההשוואה היא קוונטית באמצעות מדדים כגון: FLT:0signal-to-interference-noise יחס (SINR)BuildFLT:1 ; בפריסות תאי מאקרו בעולם האמיתי, שיפור של 3 dB ב SINR יכול בערך להכפיל את שיעור הנתונים הנצ'יב בתנאים מסוימים.comverse, כוחות התערבות מוגזמת של הרשת לשימוש ב- Modulation נמוך יותר (למשל, באמצעות טיפול ב-Q) באופן דרסטי, ובכך מאפשר לצמצום של משתמשים ב-64 נקודות קצה באופן ישיר, במקום זאת, כדי להפיץ את אותה רמה נמוכה יותר של לחץ דם ל-Q.

עקרונות הטכנולוגיה של Spectrum

ספקטרום מבוזר מתייחס לכל טכניקת שידור שבה האות תופס רוחב פס רחב הרבה יותר מהמינימום הדרוש כדי לשלוח את המידע.הרעיון המרכזי הוא להפיץ את האנרגיה של האות בטווח תדר רחב, כך שהוא דומה לרעש לכל מקלט שאינו מכיר את הקוד המתפשט.יש שני צורות עיקריות בשימוש ברשתות סלולריות:

המונחים: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

ב-DSSS, זרם הנתונים מוכפל על ידי קוד מתפשט גבוה (לעתים קרובות רצף פסאודו-ראן שנקרא AFLT:0chipigFLT:1 רצף של נתונים מיוצג על ידי שבבים רבים, אשר להפיץ את האות על פני רוחב פס רחב.המקבל מתואם את האות הנכנס עם אותו קוד כדי לפענח אותו בחזרה לנתונים מתמטיים טיפוסיים, כל הפרעה זו נופלת בתוך רצועת רוחב (F2 עדיין לא תואם את קצב עיבוד זה).

תדירות ההוגות להפיץ Spectrum (FHSS)

FHSS משנה במהירות את תדירות נושאת האות המועבר על פי תבנית פסאודו-random הידוע גם משדר וגם מקלט.זמן הווה על כל תדירות הוא קצר (למשל, כמה מילימטרים) אם תדירות מסוימת סובלת הפרעה, רק חלק קטן של הנתונים הוא אבוד, אשר ניתן לתקן באמצעות תיקון קדימה או הפוגה. FHSS הוא פחות נפוץ ב-DSSS ידוע עבור יישומים צבאיים, אך לא ידוע של Bluetooth.

משתנים אחרים

(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כיצד להפיץ Spectrum מפחית את ההתערבות בין הצלב-הפנטנל

להפיץ ספקטרום קרבות התערבות בין ערוצים באמצעות מספר מנגנונים שעובדים יחד:

עיבוד

כפי שתואר, DSSS מספקת רווח עיבוד המדכא את להפריע לפס הצר על ידי הגורם המתפשט.אם שידור ערוץ צמוד מדליף אנרגיה לתוך פס המעבר של המקלט, תהליך הקורלציה מתפשט כי דליפות מעל רוחב הפס של השבבים, צמצום צפיפות הספקטרלית של הכוח שלה.זה משפר ישירות את SINR. כי עיבוד הוא נכס בסיסי של הפעולה המתפשטת, אפילו חזק הם ביעילות.

ליגת הקוד מספר גישה (CDMA)

במערכות CDMA, אות המשתמש מתפשט עם קוד ייחודי שהוא כמעט אוטגוני לקודים של כל המשתמשים האחרים.כאשר המקלט מפיץ את אות המשתמש שלו, האותות של משתמשים אחרים נשארים מפוזרים להופיע כמו רעש נמוך ברמת דיוק.זה מאפשר למשתמשים רבים לשתף את אותו ערוץ פס רחב ללא תכנון תדירות קפדני הנדרש במערכות FDMA או TD.

תדירות

ספקטרום מבוזר באופן אוטומטי מספק מגוון תדרים.כי האות תופסת רוחב פס רחב, צר פס פוד (התוצאה על ידי multipath אפסs) רק משפיע על חלק קטן של האות.שאר השידור נשאר שלם, וקודים תיקון שגיאות יכול לשחזר את הפיסות שאבדו.זה מפחית את ההשפעה האפקטיבית של התערבות קו-ערוצית וערוצית שעשויות להשתנות עם תדירות.

עמידות להשפעה הקרובה-Far Effect

ההשפעה הקרובה-Far היא מקור עיקרי של הפרעה בין ערוצים: שידור נייד סמוך בערוץ הסמוך יכול ליישב את המקלט ו desensitise אותו לסימן חלש על הערוץ הרצוי.ספקטרום להפיץ מקטין את זה כי קודי התפוצה מאפשרים שידור בו זמנית על אותה להקה; האות החזק של המשתמש קרוב עדיין מתמוסס עם הקוד שלו, בעוד האות החלש מן המשתמש רחוק הוא לשלוט באופן נפרד, כלומר, כלומר, כל אמצעי בקרה מהירה, על בסיס כוח, בדרך כלל, הוא חייב להיות סגור.

יישום אמיתי בעולם: CDMA ו 3G סלולרי רשתות

ההצלחה המסחרית הבולטת ביותר של ספקטרום התפשטות בתא היא IS-95 (cdmaone) ולאחר מכן cdma2000 ו- WCDMA (UMTS) סטנדרטים.כל השימוש ב-DSSS עם CDMA. ב- 3G WCDMA רשת, כל ערוץ 5-M תומך משתמשים רבים בו זמנית.הגורם המתפשט (מספר השבבים לסמל נתונים) יכול להשתנות מ- 4 עד 512, החל מ- להתאמה ל-Data ולקצב נתונים ומאפשר מגבלות להפרעות להפרעות.

מדדים מפריסות אמיתיות מראים כי רשתות WCDMA יכולות להשיג יעילות ספקטרלית של 1-2 Bps/Hz, גבוה משמעותית מ- GSM מוקדם יותר (0.3 Bps/Hz) ההפחתה בהתערבות בין ערוצים - מכיוון שערוצים סמוכים כבר לא קיימים באותו מובן - היא סיבה מרכזית לשיפור זה.התערבות מתאים שכנים עדיין קיימת (העדיף ל-FLT:0 הפרעות אחרות, אך ורק באמצעות שליטה רופפת).

LTE ו-DMA: גישה שונה

בעוד ש- 4G LTE משתמש ב- אוטגוני תדרים מרובים גישה (OFDMA) ולא DSSS, היא עדיין משלבת מושגים פרו-ספקטרום של ספקטרום (L LTE's downlink ofDMA) מפצה את רוחב הפס ל-Scarrierים רבים אוטגוניים; התערבות מנוהלת על ידי תזמון משאבים זהים ותיאום בין תאיים (IC).

רדיו חדש: הובלת העקרונות

(ב) NR מחדד את ניהול ההתערבות.הוא תומך באנתרופולוגיה (subcarrier ספאcing) להסתגל לרוחב ערוצים שונים, בעוד שתוכנית הגישה העיקרית של 5G נותרה של DMA עבור downlink ו DFT-OFD עבור uplink, טכניקות כגון התערבות: 0grant-free Accessof 1FLT ו-FLT2-unure: שימושים מרובים ב-MAD) יעיל ברעיונות כגון ביטול (MAD)

יתרונות מעשיים: מחקרים ומיסים

בהנחה את היתרון של ספקטרום התפשטות בצמצום ההתערבות בין ערוצים ניתן לעשות באמצעות סימולציות רשת ומדידות שדה.לדוגמה, מחקר שפורסם על ידי IEEE הראה כי במאקרו עירוני צפוף, באמצעות CDMA עם רווח עיבוד של 32 dB) מפחית את ההתערבות הבין-ערוצית האפקטיבי על ידי בערך 10DMA בהשוואה למערכת המקבילה FDMA עם רוחב פס רוחב פס כולל זה מתורגם ל- 50 אחוזים בתא.

עוד נקודת נתונים של עולם אמיתי: במהלך תחילת התפוצה של רשתות CDMA בסוף שנות ה-90, מפעילי מצאו כי הם יכולים לפרוס פחות תחנות בסיס מאשר GSM בגלל ההתערבות הגבוהה ביותר סובלנות.ההפחתה בהתערבות בין ערוצים פירושה שאותה להקה תדר יכול להיות בשימוש אגרסיבי יותר, הורדת הוצאות הון.

אבטחה כצד

בעוד לא רק על התערבות ערוצים חוצה, העובדה כי אותות ספקטרום מתפשט מופיעים כרעש למקבלים לא מנוספים מוסיפה שכבת אבטחה. a eavesdropper שאינו יודע שהקוד ההתפשטות אינו יכול לשחזר בקלות את האות. in סלולארי, זה פחות יעד עיצוב ראשוני מאשר במערכות צבאיות, אבל הוא מפחית את הסיכון של יירוט מזדמן - במיוחד בימים המוקדמים של ה-MA כאשר ההצפנה הייתה אופציונלית.

אתגרים ומגבלות

ספקטרום מבוזר אינו panacea.It מגיע עם עסקאות:

  • הדרישה:0(Bandwidth:FLT:1) להפיץ את האות דורש יותר רוחב פס מאשר שיעור הנתונים בלבד צריך.בסביבה מאופקת טווח, זה יכול להיות יקר.
  • מורכבות שליטה:0 (Power control Complex:FLT:1 כדי להימנע מהבעיה הקרובה-Far, מערכות CDMA דורשות שליטה חזקה על כוח.זה מוסיף מעל הראש ויכול להיות קשה בתרחישים בעלי יכולת גבוהה (למשל, רכבות מהירות).
  • (FLT:0) התערבות של משתמשים: FLT:1 ככל שמספר המשתמשים עולה, ההתערבות השונית לאחר הפיצול גדל.מערכות הופכות למוגבלות ולא למוגבלות רעש.זו הסיבה לכך שקיבולת ה- CDMA היא רכת – ככל שמשתמשים, כך כך המשתמשים יותר, כך כך כך נמוך יותר בכל אחד מהחשבונות של המשתמש.
  • (FLT:0) ,Latency:FLT:1 עיבוד הנדרש עבור despread יכול להוסיף עצלות, אם כי מעבדי האות הדיגיטלי המודרניים מטפלים בו במיקרו-שניות.

למרות האתגרים הללו, ספקטרום התפשטות נותר מושג יסוד גם במערכות מבוססות DM, עקרונות העיבוד וגיוון התדירות מוחלים בעקיפין באמצעות טכניקות כמו FLT:0sparse Code multiple Access (SCMA)FLT:1 ו-FLT:2pattern division Access מרובים (MA)FLT 3).

משאבים חיצוניים

לקריאה נוספת, מקורות הסמכותיים הבאים מספקים פרטים טכניים עמוקים יותר:

  • (FLT:0)ITU-R המלצה M.2012 - מפרט מפורט של ממשקי הרדיו הארציים של IMT- AdvancededveFLT:1 - מכסה את התפקיד של ספקטרום התפשטות ב 4G.
  • (FLT:0)GPP TS 36.211 - ערוצים פיזיים ומודולציה (LTE) אנדרט 1 - Defines ofDMA ו- SC-FDMA, כולל הפצת הקישור.
  • (ב) [15] ⁇ TS 25.201 - שכבת פיזיות - תיאור כללי (WCDMAREFLT:1 - Describes DSSS ו- CDMA ב UMTS.
  • מגנטה אלחוטית, "ראה:0" ,Spread Spectrum and its Impact on Interferenceph:1" - נייר לבן נגיש בנושא.

מבט קדימה: ספקטרום 6G

ככל שהמחקר ל- 6G מתחיל, מושגי ספקטרום מתפשטים מחדש.Tahertz תקשורת, הסובלת מאובדן נתיב גבוה וקליטת אטמוספרית, עשויים להפיק תועלת מתדירות-הההההההההגב רחב מאוד.רשתות לא-ארציות (satellites) משתמשים גם בספקטרום כדי לחלוק ספקטרום עם מערכות יבשתיות.העיקרון היסודי - רוחב פס להפרעות חזקות - הוא רלוונטי כמו אי פעם.

לסיכום, טכנולוגיית ספקטרום מבוזרת כבר וממשיך להיות כלי קריטי לצמצום ההתערבות חוצה ערוצים ברשתות סלולריות.על ידי ניצול רווח עיבוד, מגוון תדר, גישה מרובה מבוססת קוד, זה מאפשר את היכולת הגבוהה והאמינות כי משתמשים מצפים מפס רחב יותר של ניידות מודרני.כפי שספקטרום הופך אפילו יותר מחוספס, החוכמה של הפצת אותות רחב יותר מאשר להילחם עבור פרוסות רק יגדל חשוב יותר.