بخشی از مقاله
چکیده
تنوع و گوناگونی روشهاي ارسال، نیازمند بیش از یک آنتن در قسمت فرستنده میباشد.با این وجود بسیاري از وسائل بی سیم به لحاظ اندازه و یا پیچیدگی سخت افزاري تنها محدود به یک آنتن میباشند.
اخیراً دسته جدیدي از روش ها که مخابرات مشارکتی نامیده میشوند، مطرح شدهاند که وسائل موبایلی داراي تنها یک آنتن را قادر میسازند تا در یک محیط چند کاربره آنتنهایشان را به اشتراك گذاشته و یک فرستنده و انتقال دهنده چند آنتنی مجازي را به وجود بیاورند که به آنها اجازه میدهد تا به تنوع در ارسال دست یابند.در شبکه هاي مشارکتی فرستنده هاي داراي یک آنتن که در یک محیط چند کاربره عمل می نمایند، از طبیعت پخشی کانال رادیویی بهره جسته و با به اشتراك گذاشتن منابع فیزیکی موجود - از جمله آنتن فرستنده - یک آرایه مجازي ارسال و یا دریافت به وجود می آورند .
به طور خاص، یک سیستم ارسال مشارکتی متشکل از مجموعه اي از دستگاه هاي بی سیم می باشد که پیغام هاي یکدیگر را با یک الگوریتم از پیش تعیین شده باز پخش می نمایند در بررسی هاي انجام شده به این نتیجه می رسیم که در مخابرات مشارکتی،.هر قدر نسبت سیگنال به نویز - SNR - درکانال هاي بیسیم بیشتر باشد خطا در سیستم کاهش پیدا می کند.مخابرات مشارکتی محیطی امن براي تبادل اطلاعات در شبکه هاي بیسیم می باشد.
مقدمه
شبکههاي بیسیم در سالهاي اخیر توجه زیادي را به خود جلب کرده اند. از مهمترین دلایل استفاده از این شبکهها قابلیت تحرك، برپا سازي سریع و سهولت کاربرد آنها نسبت به شبکه هاي با سیم است.یکی از مشکلات اساسی که در کانال بیسیم مطرح میشود، محو شدگی چند مسیره حاصل از مسیرهاي متفاوت انتشار امواج میباشد، این امر باعث به وجود آمدن نوسانات تصادفی در دامنه سیگنال دریافتی در محل گیرنده و همچنین ایجاد تداخل بین سمبلهاي دریافتی - ISI - می گردد
با ارسال و پردازش نسخههاي مجزا از یک سیگنال میتوان اثر محو شدگی چند مسیره را تا حدود زیادي کاهش داد . - Proakis, 2008 - , این نسخههاي مجزا میتوانند در زمانهاي مختلف،فرکانسها و یا مکانهاي متفاوت تولید و ارسال شوند .تکنیکهاي مذکور را به ترتیب با عنوان چندگانگی زمانی،چندگانگی فرکانسی و چندگانگی فضایی مینامیم
در شیوههاي چندگانگی ، نمونههاي مستقل سیگنال به گیرنده خواهند رسید و گیرنده با استفاده از این نمونههاي مستقل میتواند مبادرت به جبران اثرات محوشدگی نماید.از طرفی محیط بیسیم میتواند کانالهاي مستقل از یکدیگر در فضا نیز ایجاد کند،در صورتی که آنتنهاي فرستنده و یا گیرنده، در فاصله مناسب از یکدیگر قرار بگیرند،میتوان نشان داد که کانالهاي بین آنها - آنتنهاي فرستنده و آنتن هاي گیرنده - وابستگی بسیار کم خواهند داشت .
به عبارت دیگر می توان فرض کرد تغییرات ضرایب محوشدگی دو کانال، مستقل از یکدیگر می باشند.این فاصله براي گره هاي یک شبکه بیسیم ، باید چیزي در حدود نیم تا یک برابر طول موج سیگنال ارسالی باشد.براي آنتن هاي مرتفع، این مقدار به ده برابر طول موج سیگنال ارسالی افزایش می یابد.این خاصیت مهم بیسیم ، گونه جدیدي از چندگانگی به نام چندگانگی فضایی را معرفی می کند. چند گانگی فضایی به خاطر امکان ادغام با سایر شیوه هاي ارسال چندگانه، اعم از TDM و FDM از جذابیت بیشتري برخوردار است.
در این روش، آنتن هاي فرستنده و گیرنده در فواصل مناسب از یکدیگر به گونه اي قرار می گیرند که بتوان کانال هاي آن ها را مستقل از یکدیگر دانست.در گیرنده با استفاده از استقلال ضرایب محو شدگی سیگنال هاي دریافتی،با ترکیب آن ها به حداکثر نسبت سیگنال به نویز - SNR - می توان رسید. از این شیوه در سیستم هاي کانال MIMO - چند ورودي-چندخروجی - استفاده می گردداما ابعاد بسیار کوچک فرستنده و گیرنده هاي متحرك در حدي نیست که بتوان به تعداد کافی آنتن با فاصله مناسب در آن ها گنجاند و از طرفی،در بسیاري از موارد به دلیل محدودیت هاي موجود در هزینه و یا سخت افزار دستگاه هاي بی سیم، نمیتوان از مزیت استفاده از چند آنتن در فرستنده بهره جست
این محدودیت در بسیاري از دستگاه هاي موبایل و گره هاي موجود در شبکه هاي حسگر وجود دارد - . - Ventorino, 2006براي غلبه بر محدودیت هاي مذکور، سیستم جدیدي براي ارسال داده پیشنهاد شده است که به جاي استفاده از چند آنتن در یک دستگاه بتوان از آنتن هاي گره دیگر استفاده کرد.این روش" ارسال چندگانه با مشارکت کاربران "نامیده می شود
مزیتهاي سیستمهاي داراي چند ورودي - چند خروجی - MIMO - به طور گستردهاي تایید شدهاند، تا حدي که روشهاي متعدد انتقال معینی با استانداردهاي وایرلس ترکیب شدهاند. اگرچه کثرت و تنوع انتقال به وضوح در یک ایستگاه مبنا سلولی مفید میباشد، ولی این کار ممکن است براي دیگر سناریوها عملی نباشد. به خصوص به سبب اندازه، هزینه، یا محدودیتهاي سخت افزاري. یک عامل وایرلس ممکن است قادر به پشتیبانی آنتنهاي انتقال چند گانه نباشد.مثالهاي از این قبیل شامل هندستها - دستگاه فرستنده و گیرنده تلفن - - اندازه - یا گرههاي موجود در یک شبکه حسگر وایرلس میباشند.
ایده اصلی این است که وسائل موبایلی تک آنتی در یک سناریوي چندکاربره می توانند آنتنهاي خود را به صورتی که یک سیستم MIMO مجازي را ایجاد می کند، به اشتراك بگذارند. چندین رخداد مهم در این سطح به دست آمدهاند که منجر به جنب و جوش درباره فعالیت تحقیقی بیشتر در این زمینه شدهاند.جهت سادگی توضیحات و معرفی ایده موجود در این شبکه ها شکل 1 را در نظر می گیریم.
شکل -1 کانال رله با سه پایانه
یک کانال رله با سه پایه منبع ،مقصد و رله در شکل نشان داده شده است. سیگنال هاي ارسالیXو به ترتیب مربوط به گره منبع و گره رله هستند.همچنین سیگنال هاي Y و در مقصد و رله دریافت می شوند.تمام اطلاعات منبع باید به مقصد برسند در حالی که رله اطلاعاتی براي ارسال ندارد یا به عبارت بهتر منبع اطلاعات نمی باشد.
هنگامی که منبع در حال ارسال اطلاعات است رله و مقصد، دریافت کننده هستند. هنگامی که رله و منبع در مرحله دوم پیام را ارسال می کنند ،مقصد پیام را می گیرد. - کانال دسترسی چندگانه - ،بهترین کران بالایی که تا به حال براي ظرفیت کانال رله پیدا شده است.کران بالاي » حداکثر شارش -حداقل برش «می باشد .طبق این کران بالا ،حداکثر شارشی که از منبع به مقصد می تواند جاري شود برابر است با شارش برشی از مجموعه برش هایی که منبع را از مقصد جدا می کند وحداقل است.این کران براي شبکه هاي رله نیز تعمیم داده شده است
اهداف شبکه مشارکتی
هدف یک شبکه مشارکتی فراهم آوردن تعویض پیامها میان گرههاي خود است. این پیامها که توسط یک برنامه ایجاد شدهاند به صورت بستههاي اطلاعاتی مرتب شدهاند. در مدل قدیمی یک شبکه، گرهها به عنوان روترهاي بستهاي ذخیره و ارسال عمل میکنند که بستهها را به اتصالهاي نقطه به نقطه انتقال میدهند. با این وجود، این مدل به صورت غیرضروري محدود شده است چرا که دو احتمال مهم را نادیده میگیرد:
- کدگذاري گره : گرهها میتوانند هر گونه اطلاعات دریافتی و جریانهاي علامتی - سیمبولی - را ترکیب یا کدگذاري نمایند.
- پخش گسترده : گرهها انتقالهاي دیگر گرهها را استرق سمع میکنند در حالی که آنها نیازمند دریافت این پیامها نیستند. کدگذاري گره در هر شبکهاي امکان پذیر است، در حالی که توانایی استراق سمع انتقال، یک ویژگی کانال ارتباطی فیزیکی است. به طور خاص، وسائل وایرلس به طور ذاتی اطلاعاتی را پخش و انتشار میکنند که یک سیگنال براي یک گره دریافت میکند.
