Өзіндік кедергілерді жою - Self-interference cancellation

Өзіндік кедергілерді жою (SIC) Бұл сигналдарды өңдеу радиоқабылдағышты бір уақытта бір арнада, ішінара қабаттасқан жұпта немесе бірдей жиіліктер диапазонында кез-келген жұп арналарда таратуға және қабылдауға мүмкіндік беретін әдіс. Бір мезгілде бір жиілікте беру мен қабылдауға мүмкіндік беру үшін пайдаланылған кезде, кейде «жолақтағы толық дуплексті» немесе «бір уақытта жіберу және қабылдау» деп аталады, SIC тиімді түрде екі еселенеді спектрлік тиімділік. SIC, сонымен қатар, екі радионы бір уақытта басқаруға бірдей жиілік диапазонын пайдаланатын екі радионы қамтитын құрылғылар мен платформаларға мүмкіндік береді.

Өзіндік кедергілерді жоюға арналған қосымшалар бар ұялы байланыс желілері, лицензиясыз жолақтар, кабельді теледидар, торлы желілер, әскери және қоғамдық қауіпсіздік.

Жолақтағы толық дуплекстің әдеттегі дуплекстеу схемаларына қарағанда артықшылығы бар. Жиілікті бөлу дуплекстеу жүйесі (FDD) бірдей жиіліктер диапазонында екі (әдетте кең бөлінген) арналарды қолдану арқылы бір уақытта таратады және алады. Жолақтағы толық дуплекс спектр ресурстарының жартысын қолдана отырып бірдей функцияны орындайды. Уақытты бөлу дуплекстеу жүйесі (TDD) жартылай дуплексті бір арнада жұмыс істейді, беру мен қабылдау арасында жылдам алға-артқа ауысу арқылы толық дуплексті байланыс елесін жасайды. Жолақтағы толық дуплексті радиоқабылдағыштар бірдей спектрлік ресурстарды қолдана отырып, өткізу қабілеттілігінен екі есе асады.[1]

Техника

Радио-трансивер тек қандай ақпарат жіберілетіні және тарату сигналы қалай жасалатыны туралы білуге ​​негізделген өзінің тарату сигналының күшін жоя алмайды. Қабылдағыш көретін сигнал толығымен болжамды емес. Ресиверде пайда болатын сигнал әр түрлі кідірістерге ұшырайды. Ол ағып кетудің (таратқыштан тікелей қабылдағышқа қарай жүретін сигнал) және жергілікті шағылыстардың тіркесімінен тұрады. Сонымен қатар, таратқыш компоненттері (мысалы, араластырғыштар және күшейткіштер) гармоника мен шуды тудыратын сызықтық емес белгілерді енгізеді. Бұл бұрмалануларды таратқыштың шығуынан таңдау керек. Соңында, өздігінен араласуды болдырмау шешімі температураның өзгеруі, механикалық тербелістер және қоршаған ортадағы заттар қозғалысы салдарынан болатын нақты уақыттағы өзгерістерді анықтап, олардың орнын толтыруы керек.[2]

Тарату сигналын қабылдағышта сигналдың нақты моделін құру және оны қабылдағышқа келетін сигналмен біріктіргенде тек қажетті қабылдау сигналын қалдыратын жаңа сигнал құру арқылы жоюға болады. Қажетті күшін жоюдың күші өзіндік кедергі көзі болып табылатын тарату сигналының қуатына және сілтеме жартылай дуплексті режимде өңделетін сигналдың шуылға қатынасына (SNR) байланысты өзгереді. Wi-Fi және ұялы қосымшалар үшін әдеттегі көрсеткіш - бұл сигналдың жойылуы 110 дБ, бірақ кейбір қосымшалар үлкен жоюды қажет етеді.

Жергілікті тарату сигналының күшін жою үшін аналогты және цифрлы электрониканың үйлесуі қажет. Тарату сигналының күші қабылдағышқа жеткенге дейін циркуляторды (егер ортақ антенна қолданылса) немесе бөлек антенналар қолданылса, антеннаны оқшаулау техникасын (мысалы, кросс поляризация) қолдану арқылы қарапайым түрде азайтылуы мүмкін. Аналогтық жойғыш қысқа уақыттық спрэдпен күшті сигналдарды басқаруда тиімді. Сандық өшіргіш 1000 наносекундтен жоғары кідірістермен әлсіз сигналдарды басқаруда тиімді. Аналогтық жою құралы кемінде 60 дБ жоюға ықпал етуі керек. Цифрлық өшіргіш шамамен 50 дБ жоюды тудыратын сызықтық және сызықтық емес сигнал компоненттерін өңдеуге тиіс. Аналогты да, цифрлы да күшін жойғыштар әлсіреткіштерден, фазалық ауыстырғыштардан және кешіктіру элементтерінен тұратын бірнеше «крандардан» тұрады. SIC шешімінің құны, мөлшері және күрделілігі, ең алдымен, аналогтық кезеңмен анықталады. Сондай-ақ, жоюдың жылдам өзгерістерге бейімделуіне мүмкіндік беретін баптау алгоритмдері өте қажет. Жою алгоритмдері қоршаған ортадағы өзгерістерді ұстап тұру үшін әдетте бірнеше жүз микросекундта жылдамдықпен бейімделуі керек.[3][4]

Канал маңындағы бөгеуілдерді азайту немесе жою үшін SIC-ны пайдалануға болады. Бұл екі радионы қамтитын құрылғыға (мысалы, екі 5 ГГц радиостанциясы бар Wi-Fi кіру нүктесі) кез-келген жұп арнаны бөлуге қарамастан пайдалануға мүмкіндік береді. Іргелес канал интерференциясы екі негізгі компоненттен тұрады. Блокатор деп аталатын тарату жиілігіндегі сигнал соншалықты күшті болуы мүмкін, ол іргелес арнада тыңдайтын қабылдағышты десенсибилизациялайды. Күшті, жергілікті таратқыш шу шығарады, ол іргелес арнаға төгіледі. SIC шектегішті де, бөгде арнаны пайдалануды болдырмайтын шуды да азайту үшін қолданылуы мүмкін.

Қолданбалар

Жолақ ішіндегі толық дуплекс

Дәл сол уақытта бірдей жиілікте беру және қабылдау бірнеше мақсатты көздейді. Жолақ ішіндегі толық дуплекс спектрлік тиімділікті екі есе арттыруы мүмкін. Бұл тек бір ғана жиілікте болатын толық дуплексті жұмыс жасауға мүмкіндік береді. Бұл «сөйлесу кезінде тыңдау» операциясына мүмкіндік береді (төмендегі когнитивті радионы қараңыз).

Кешенді қол жетімділік және жөндеу

Көптеген кішкентай ұяшықтарды талшықты-оптикалық кабельмен қоректендіреді деп күтілсе де, талшықты іске қосу әрқашан практикалық бола бермейді. Кіші ұяшық пен желі арасындағы байланыс үшін пайдаланушылармен байланыс жасау үшін («қол жетімділік») кішігірім ұяшық пайдаланатын жиіліктерді қайта пайдалану («кері жөндеу») 3GPP 5G стандарттарының бөлігі болады. SIC қолданып іске асырылған кезде жергілікті қайта құру радиосының тарату сигналы кіші ұяшықтың қабылдағышында, ал кіші ұяшықтың тарату сигналы жергілікті радионың қабылдағышында жойылады. Пайдаланушылардың құрылғылары мен қашықтықтан радионы өзгерту қажет емес. Осы қосымшаларда SIC-ны қолдану далалық тексерістен сәтті өтті Telecom Italia Mobile және Deutsche Telekom.[5][6]

Спутниктік ретрансляторлар

SICC спутниктік ретрансляторларға ішкі, қалалық каньонға және басқа жерлерге бірдей жиіліктерді қайта қолдану арқылы қамтуды ұсынады. Бұл типтегі ретранслятор - бір-біріне жалғанған екі радио. Бір радио жерсерікке қарайды, ал екіншісі тікелей емес аймаққа қарайды. Екі радио сигналдарды жібереді (деректерді сақтау және алға жіберу биттерінен гөрі) және кері байланысты болдырмау үшін бір-бірінен оқшауланған болуы керек. Спутникке қараған радио спутникті тыңдайды және сигналды қайталайтын таратқыштан оқшауланған болуы керек. Дәл сол сияқты, ішкі радионы ішкі пайдаланушыларды тыңдайды және спутникке сигналдарын қайталайтын таратқыштан оқшаулау керек. SIC әр радионың басқа радиоқабылдағыштағы таратқыш сигналынан бас тарту үшін қолданылуы мүмкін.

Толық дуплексті DOCSIS 3.1

Кәбілдік желілер дәстүрлі түрде өз қуатының көп бөлігін ағынды арналарға таратады. Жақында пайдаланушылар құрған мазмұнның өсуі ағынның көбірек болуын талап етеді. Кабельдік зертханалар әр бағытта 10 Гбит / с дейін жылдамдықпен симметриялы қызмет көрсетуге мүмкіндік беретін Full Duplex DOCSIS 3.1 стандартын жасады. DOCSIS 3.1-де қорғаныс жолағымен бөлініп, жоғары және төменгі ағымдарға әртүрлі жиіліктер бөлінеді. Толық дуплексті DOCSIS көршілес арналарда жоғары және төменгі арналарды араластыруға мүмкіндік беретін жаңа диапазон орнатады. Бас тақтасы SIC технологиясын қажет ететін толық дуплексті диапазон бойынша бір уақытта жіберуді және қабылдауды қолдауы керек. Кабельдік модемдер бір уақытта бір арналарда жіберу және қабылдау үшін қажет емес, бірақ олар тақырып бойынша нұсқаулық бойынша жоғары және төменгі арналардың әр түрлі тіркесімдерін қолдануы қажет.[7]

Сымсыз торлы желілер

Торлы тораптар қамтуды кеңейту үшін (бүкіл үйлерді қамту үшін) және уақытша желілер үшін (апаттық байланыс) қолданылады. Сымсыз торлы желілер қажетті қамтуды қамтамасыз ету үшін тор топологиясын қолданады. Деректер бір түйіннен екінші түйінге тағайындалған жерге жеткенше таралады. Бір жиілікті қолданатын торлы желілерде деректер әдетте сақталады және қайта жіберіледі, әр секіріс кідірісті қосады. SIC сымсыз тораптық түйіндерді жиіліктерді қайта пайдалануға мүмкіндік береді, осылайша олар алынған кезде қайта жіберіледі (беріледі). Бірнеше жиілікті қолданатын торлы желілерде, мысалы, «үш жолақты» маршрутизаторларды қолданатын бүкіл үйдегі Wi-Fi желілері, SIC арнаны таңдауда үлкен икемділікті қамтамасыз ете алады. Үш жолақты маршрутизаторларда клиенттік құрылғылармен байланыс орнату үшін бір 2,4 ГГц және 5 ГГц радиоқабылдағышы, ал тек интернодтық байланыс үшін қолданылатын екінші 5 ГГц радиосы бар. Көптеген үш диапазонды маршрутизаторлар интерференцияны азайту үшін бірдей жұп 80 МГц арналарын пайдаланады (5 ГГц диапазонының қарама-қарсы ұштарында). SIC үш маршрутты маршрутизаторларға желілер ішінде де, көршілес желілер арасында да үйлестіру үшін 5 ГГц диапазонындағы 80 МГц алты арнаның кез-келгенін пайдалануға мүмкіндік бере алады.

Әскери байланыс

Әскери күштер тактикалық байланыс үшін бір әуеде, құрлықта немесе теңіз платформасында бірнеше қуатты радионы қажет етеді. Бұл радиолар бөгеттер мен жаудың тосқауылдары кезінде де сенімді болуы керек. SIC бірнеше радионың бір платформада бір уақытта жұмыс жасауына мүмкіндік береді. Әскери және автомобильдік радиолокациялық қондырғыларда да ықтимал қосымшалар бар, бұл радиолокациялық жүйелерді беру және қабылдау арасында үнемі ауысып отырудың орнына, жоғары ажыратымдылықпен емес, үздіксіз беру мен қабылдауға мүмкіндік береді. Бұл жаңа мүмкіндіктер тактикалық коммуникация мен электронды соғыста парадигманың өзгеруіне әкелетін қарулы күштер үшін әлеуетті «суперқуат» ретінде танылды.[8][9]

Спектрді бөлісу

Сияқты ұлттық реттеуші агенттіктер Федералдық байланыс комиссиясы АҚШ-та көбінесе спектр ресурстарының қажеттілігін шешілмеген спектрді бөлуге рұқсат беру арқылы шешеді. Мысалы, миллиардтаған Сымсыз дәлдiк және блютуз құрылғылар қол жетімділікке бәсекелес ISM жолақтары. Смартфондар, Wi-Fi маршрутизаторлары және үйдегі ақылды хабтар бір құрылғыдағы Wi-Fi, Bluetooth және басқа сымсыз технологияларды жиі қолдайды. SIC технологиясы бұл құрылғыларға бір уақытта екі радионы бір диапазонда басқаруға мүмкіндік береді. Спектрді бөлісу - бұл ұялы телефон индустриясы үшін үлкен қызығушылық тудыратын тақырып, өйткені ол 5G жүйелерін қолдана бастайды.

Танымдық радио

Шекті спектрлік ресурстарды тиімді пайдалану үшін бос тұрған арналарды динамикалық түрде таңдайтын радиолар айтарлықтай зерттеу объектісі болып табылады. Дәстүрлі спектрлерді бөлу схемалары «Тыңдаудан бұрын тыңдау» хаттамаларына сүйенеді. Алайда, екі немесе одан да көп радио бір уақытта бір арнаға таратуды таңдағанда, соқтығысу болады. Қақтығыстарды анықтау және шешу үшін уақыт қажет. SICС соқтығысуды тез анықтауға және тез шешуге мүмкіндік беріп, әңгімелесу кезінде тыңдауға мүмкіндік береді.[10]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Хонг, Стивен; Бренд, Джоэл; Чой, Юнг; Джейн, Майанк; Мельман, Джефф; Катти, Сачин; Левис, Филипп (2014). «5G және одан кейінгі кезеңдерде өз-өзіне кедергі жасауды тоқтату туралы өтініштер» (PDF). IEEE коммуникациялар журналы. 52 (2): 114–121. дои:10.1109 / mcom.2014.6736751. Алынған 2018-04-23.
  2. ^ Бхарадия, Динеш; Макмилин, Эмили; Катти, Сачин (2013). «Толық дуплексті радиоқабылдағыштар» (PDF). ACM SIGCOMM компьютерлік коммуникацияға шолу. 43 (4): 375–386. дои:10.1145/2534169.2486033. Алынған 2018-04-23.
  3. ^ Чой, Джунг Ил; Джейн, Майанк; Шринивасан, Каннан; Левис, Филип; Катти, Сачин (2010). Бір арналы, толық дуплексті сымсыз байланысқа қол жеткізу (PDF). MobiCom, 2010. Чикаго, IL 20-24 қараша, 2010.
  4. ^ Корпи, Д .; Ағабабаее Тафреши, М .; Пиила, М .; Антила, Л .; Валкама, М. (2016). Толық дуплексті радиоқабылдағыштарда өзіндік кедергіден бас тартудың жетілдірілген архитектуралары: алгоритмдер мен өлшемдер (PDF). Сигналдар, жүйелер және компьютерлер туралы 50-ші Асиломар конференциясы, 2016. Тынық мұхиты, CA, 6-9 қараша, 2016 ж.
  5. ^ Энн Моррис (25 қаңтар 2016). «Италияның TIM, Kumu тестілеуінің толық дуплексті релелік технологиясы LTE сыйымдылығын екі есеге арттыруға мүмкіндік береді». fiercewireless.com. Fierce Wireless. Алынған 24 сәуір 2018.
  6. ^ Моника Аллевен (28 қыркүйек 2015). «Deutsche Telekom Kumu желілерімен 5G толық дуплексті далалық сынақтарын аяқтады». fiercewireless.com. Fierce Wireless. Алынған 24 сәуір 2018.
  7. ^ Belal Hamzeh, VP, Research & Development (16 ақпан 2016). «Толық дуплексті DOCSIS® 3.1 технологиясы: Антияны симметриялы гигабиттік қызметпен арттыру». cablelabs.com. Алынған 24 сәуір 2018.CS1 maint: бірнеше есімдер: авторлар тізімі (сілтеме)
  8. ^ Кимберли Андервуд (1 қазан 2019). «Финляндия байланыстың супер күштерін дамытады». www.afcea.org. AFCEA Халықаралық. Алынған 15 қазан 2019.
  9. ^ Рихонен, Танели; Корпи, Дани; Рантула, Олли; Рантанен, Хейки; Саарелайнен, Тапио; Валкама, Микко (2017). «Ішкі диаплексті радиоқабылдағыштар: тактикалық байланыс пен электронды соғыс парадигмасының ауысуы?». IEEE коммуникациялар журналы. 55 (10): 30–36. дои:10.1109 / MCOM.2017.1700220.
  10. ^ Ченг, В .; Чжан, Х .; Чжан, Х. (2013). «Когнитивті радиожелілер үшін толық дуплексті сымсыз байланыс». arXiv:1105.0034 [cs.IT ].

Ю.Хуа, Ю.Ма, А.Гхолиан, Ю.Ли, А.Кирик, П.Лианг, “Радионың өзін-өзі кедергілерді таратуды сәулелендіру, барлық аналогтық күшін жою және соқыр сандық баптау арқылы тоқтату”, сигналдарды өңдеу, т. 108, 322-340 б., 2015 ж.

Сыртқы сілтемелер