Multi-carrier Modulation Techniques Genel Kanal Kapasitelerini Etkiliyor

Multi-carrier modulation teknikleri, veri iletiminin en iyi iletimini sağlamak için modern iletişim sistemlerinin bir temel taşıdır. Bu teknikler, mevcut bant genişliğini birden küçük alt kanallara veya kablo iletişimlerine bölmektedir, her biri kanal bozukluğunu geliştirir ve veri iletimini talep eder.

Çok-Carrier Modulation

Onun özünde, çoklu-carrier modulation (MCM) birçok kanal alt kanalda veri dağıtımını içeren yüksek seviyeli bir veri akışına aynı anda farklı taşıyıcı frekansları üzerinden iletilmektedir.Bu, temel olarak tek kanallamalarından farklıdır.Her alt-tarrier modulation, tüm verilerin bir taşıyıcıya gönderildiği yerde, birçok kanal alt kanaldaki verileri dağıtarak, sistem etkili bir şekilde bir şekilde frekans kanallarını sabit bir şekilde genişletir.

MCM'nin en yaygın uygulanan şekli Orthogonal Frekans Bölüğü Multixing (OFDM), alt düzlem arasındaki veyatogonaliteyi tam olarak sembolize ederek, güvenlik gruplarının tam olarak gerekli olduğu sonucuna varır.Bu, verici ve hızlı bir şekilde Fourier Dönüşümüne (FFT) yol açmadan alt-karrierlerin geri dönüşüme neden olur.

Diğer multi-carrier varyantları Discrete Multi-Tone (DMT), dijital abone Line (DSL) sistemlerde yaygın olarak kullanılan ve Filtre Bankası Multi-Carrier (FBMC), uygulamadaki filtrelerin kullanımını azaltmak için kullanılan.

Kanal Kapasite Üzerine Etkisi

Multi-carrier modulation'ın en derin etkisi, bir iletişim bağlantının genel kanal kapasitesini artırmaktır. Kapasite, bilinen en kötü değere sahip olacaktır:0)Shannon-Hartley theorem), bu da maksimum veri oranını bir bant frekansının üzerindeki yüksek oranda azaltıcısı ile sınırlı olacaktır.

Tüm bant genişliğini birçok dar alt kanala ayırarak, her alt kanal, neredeyse sabit bir SNR ile düz kanal olarak modellenebilir. Sistem daha sonra Shannon kapasite formülüne her alt kanala bağımsız olarak uygulayabilir ve çok kanallık sistemlerin tek kanaldan daha yüksek seviyelere ulaşması için kapasiteyi özetleyebilir.

Ayrıca, çoklu-karrier modulation, yüksek kod oranları ile birlikte, düşük SNR ile alt kanallar QPSK veya BPSK gibi sağlam sistemlere geri dönebilir. Bu iyi ayarlı adaptasyon (örneğin, 64-QAM veya 256-QAM) tüm bant genişliğine göre önemli ölçüde daha yüksek bir modlama programına yol açar.

Bir başka ince ama önemli bir yön, kanaldaki tek kişilik sistemlerde, kanal dürtü cevabı birçok sembolü uzatabilir, karmaşık zaman alanı eşitleştiriciler gerektirir.In OFDM, Çevrimdışı önyük, basit bir tek hacimli per-tap per-subcarrier eşitleştirici olarak ortaya çıkan kanalda ortaya çıkan, yüksek kullanım takımlarını azaltır.

Sayısal olarak, 1 MHz'in eş zamanlı genişliği ve 20 MHz'in toplam genişliği ile tipik bir kablosuz kanalı düşünün.Tek kişilik sistemi ciddi bir frekans-malzeme ve veriyi geri almak için karmaşık bir eşitleme gerektirir.Birkaç sistem 20 MHz'i en iyi şekilde böler, 2048 alt-karrierle birlikte 20 ekrandan elde etmek için kapasite kazanır.

Meydanlar ve düşünceler

Birçok avantajına rağmen, çok yönlü modülasyon, ortalama güce göre çok yüksek tepelere ulaşıyor.En önemlilerinden biri, büyük geri çekilme gücü tüketimiyle (PAPR) çalışmak, özellikle de bağlantıdaki birçok farklı cep telefonu gibi cihazlardır. Çeşitli PAPR azaltım teknikleri, rezervasyon, seçici haritalama ve ton rezervasyon dahil olmak üzere, her bir ticaret bandında karmaşıklığa veya maliyetle birlikte, özellikle de yüksek oranda geri alımlara sahip olmak için çok yüksek performanslı.

Synhronization başka bir kritik meydan okumadır. Orthogonalite alt-carrier arasındaki fark, doğru frekans ve zamanlama çizgisine bağlıdır. Herhangi bir taşıyıcı frekansı dengeleme (CFO) verici ve alıcı arasında - osilatör hataları veya Doppler geçişlerine yol açar - sık sık sık sık sık sık ek korelasyona yol açar (ICI) bu deDM alıcıları performansa yol açar.In hücresel ağlarda, iyi senkronizasyon sinyalleri ve zamanlayıcı sinyalleri ve ISI. Robust senkronizasyon algoritmalarının kaybı ile sonuçlanabilir.

Bir başka husus da verici ve alıcı tasarımının artan karmaşıklığıdır. IFFT/FFT operasyonları, hesaplamalı bir yük ek olarak, PAPR'nin donanım maliyetini artırmaktadır. Ek olarak, döngü öncesi ek kullanımlar - genellikle% 5-10 daha fazla sembolünü ve numeroloji ölçeklendirmesini azaltır.In systems where latency is critical, such as ultra-reliable-latency communication (URLLC) in 5G, OF OF EDUCATIONS ile çatışmanın uzun sembolleri, ancak daha kısa sürede ölçeklenebilirlik süresi ile azalır.

Multi-carrier sistemlerindeki arasinda dikkatli bir yönetim gerektirir.In hücresel OFDMA (Orthogonal Frekans Bölümü Birden Çok Erişim), farklı kullanıcılar alt-karrierlerin farklı setlerini tahsis edilirler. Inter-cell müdahalesi, sub-carrierlerin frekans yeniden kullanımı ile ele alınmalıdır.In-vetering-sogonal doğası özellikle de gürültü aşamasına hassastır, hangi yaygın hata (CPE) ve I.CPE) ile ortak bir şekilde giriş yapar.

Pratik Uygulama Pratik Uygulama Pratik Uygulama Pratik Uygulama

Multi-carrier modulation neredeyse her modern yüksek hızlı iletişim standardında kullanılır. Wi-Fi (IEEE 802.11a/g/n/ac/ax), OFDM, 20 MHz'den 160 MHz'e kadar çeşitli bant genişliğiyle kullanılır, bu da son nesilde birkaç gigabits destekler, Wi-Fi 6 (802.11ax), daha fazla verimlilik kullanarak aynı sembolünü paylaşmanızı sağlar.

Hücre ağları, LTE ve LTE-Advanced, çoklu-carrierin çeşitliliği için OFDMA (Single-Carrier Frekans Bölümü Birden fazla Access) bağlantı için bu kadar esnek numeroloji ile genişletilebilir. SC-FDMA, dört kHz'den fazla dağıtım senaryolarına kadar düşük PAPR'yi birleştirir - makro hücrelerden hem de mobil ellere kadar. 5G New Radio (NR) bunu esnek numeroloji ile genişletir ve sub-carriere karşı aşırı yükleme yapar.

Dijital yayın aynı zamanda çok yönlü modülasyona da sahiptir. DVB-T (Dijital Video Yayınlama – Terrestrial) ve yeni gelen RFIDSQS2 kullanımı ile 8k alt-karriers ile yüksek çözünürlüklü televizyon sağlamak için, elektriksel yayınlama (DAB) ve Dijital Radyo Mondiale (DRM) güçlü seslendirme kanallarının sağlam ses resepsiyonunu sağlamak için kaynaklanan kanallarını kullanmak. Powerline iletişim (PLC) HomePlug ve IEEE 1901 gibi standartlarda belirtildiği gibi, elektriksel kanallarla iletişim kurmak için kullanmak.

Hatta telban genişban çok kanallıklı modulationa dayanıyor. DSL sistemleri DMT, telefon hatları üzerinde yüksek hızlı internet sunmak için DMT kullanıyor. ADSL ve VDSL, mevcut bant genişliğini 4.3 kHz alt kanallarını kırıyor ve SNR'ye göre biraz yükleme uyguluyor - aslında bir su doldurma yaklaşımı.Bu, aksi takdirde birkaç megabitin üzerinde birkaç megabit elde etmek için DSL'ye izin veriyor.

Future Trendleri

Multi-carrier modulation, araştırmacılar ve mühendisler olarak, OFDM'nin dikdörtgen pul şekillendirmeye kıyasla yeni dalga formlarını ele alıyor.Bir tanınmış aile, potansiyel olarak filtrelenen alt-karrierler (bir prototip filtre) kullanarak filtrelenen filtreyi genişletiyor ve FBMC'nin dikdörtgen pul şekillendirme ihtiyacını ortadan kaldırır.

Universal Filtered Multi-Carrier (UFMC) ve Generalized Frekans Bölümü Multixing (GFDM) alternatif ticaret-offlar sunuyor. UFMC alt-gruplarda filtre uygular (altınlar grubu), büyük makine tipi iletişim için hala baskı ve destek sağlarken karmaşıklığı azaltır ve esnek zaman frekansına sahiptir ve parçalanmış spektrum ve düşük çözünürlük uygulamaları için uygun hale getirir.

Başka bir eğilim, farklı güç seviyeleri ile sinyalleri aşırı devre dışı bırakmak (İsviçresiz çoklu erişim (NOMA) NOMA'da, birçok kullanıcı aynı zamanda algılama ve iletişimin aynı zaman frekansı kaynaklarını paylaşıyor - entegre algılama ve iletişim (ISAC) olarak bilinir - aynı anda verileri ve kullanıcı kapasitesini kullanarak çok yönlü dalgalar keşfeder.

Son olarak, alt-THz ve THz grupları gibi daha yüksek frekanslar için itki, yeni multi-karrier tasarımları gerektirecektir. Bu frekanslarda, faz gürültülerinde, osilatör bozulmaları ve şiddetli atmosferik değerleme mevcut eşsiz zorluklarla devam edecektir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Multi-carrier modulation teknikleri temel olarak modern iletişim kanalları üzerinden aktarılıyor. By decomposing a wideband sub-channels, bu yöntemler 5G NR ve ötesindeki uygun fiyatlı ortamlardan elde etmek için gerekli olan yöntemler.

PAPR gibi zorluklar devam ederken, senkronizasyon ve karmaşıklık devam ediyor, devam eden araştırma ve pratik mühendislik çözümleri büyük ölçüde bu konuları hafifletti.6G'ye ve bir sonraki on bağlantı, çoklu-karrier modulation'ın gelişeceğine, yeni dalgaformları dahil etmeye devam edecek, kaynak tahsis stratejileri ve NOMA ve ortak iletişim-sensing gibi gelişen teknolojilerle entegrasyon. kanal kapasitesi üzerindeki etkisini yöneten ilkelerin, dağıtma veya gelecekteki iletişim ağlarını optimize etmesi için gerekli olduğunu gösteriyor.