CC BY
22INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
KO'P KIRISHNING ZAMONAVIY USULLARINI QO'LLASH ORQALI WI-FI TEXNOLOGIYASINING O'TKAZUVCHANLIGINI OSHIRISH 1Pulatov Sh.U., 2Xudayberdiyev N.
4\f.n, TATU shpulatov@mail.ru, 2Magistrant TATU alisherovichnadir@gmail.com
https://doi.org/10.5281/zenodo.7856681
Annotatsiya. Ushbu maqola Wi-Fi tarmogini o'tkazuchanligini oshirish maqsadida tarmoqlarining pastga ulanishida noortogonal ko'p kirishdan foydalanishni tadqiq qilishga bagishlangan.
Kalit so'zlar: Wi-Fi TDMA, FDMA, OFDMA, SDMA, CDMA va NOMA.
Высокая популярность Wi-Fi технологии является ее непрерывное развитие и приспособление под требования потребителей. Поэтому на сегодняшний день главными задачами разработчиков технологии Wi-Fi является повышение максимальной пропускной способности, минимизация задержек на передачу данных, а также увеличение спектральной эффективности сетей Wi-Fi. Основными способами решения этой задачи является расширение частотного канала и увеличение количества антенн на устройствах для поддерживания многоантенной передачи MIMO более высокого порядка. Однако, обычно в сетях Wi-Fi встречаются устройства разных поколений технологии. Поэтому разработчикам новых дополнений к стандарту Wi-Fi приходится решать не только задачу повышения эффективности работы сети, но и обеспечения обратной совместимости новых дополнений к стандарту Wi-Fi с существующими на рынке устройствами.
Решением данной проблемы может являться модификация существующего метода множественного доступа к каналу или применение нового метода множественного доступа в сетях Wi-Fi.
Eng keng tarqalgan ko'p kirish usullari TDMA, FDMA, OFDMA, SDMA, CDMA va NOMA.
TDMA kanalni vaqt oralig'iga bo'lishni o'z ichiga oladi. Har bir vaqt oralig'i ma'lumotni ma'lum bir qurilmaga uzatish uchun ishlatiladi, shu bilan birga bitta qurilmaga uzatiladigan ma'lumotlarning miqdori ajratilgan vaqt oralig'i soniga proportsionaldir. TDMA zamonaviy keng polosali radio ulanish texnologiyalarining asosidir. Uyali tarmoqlarda tayanch stantsiya qurilma qaysi vaqtda uzatishi mumkinligini ko'rsatadi va shu bilan kanalga deterministik kirishni tashkil qiladi [16, 17]. Wi-Fi tarmoqlarida TDMA, DCF (Distributed Coordination Function), EDCA (Enhanced Distributed Channel Access), HCCA (HCF Controlled Channel Assessment), MCCA (Multihop Clear Channel Assessment) [18] mexanizmlari qurilgan bo'lib, ular uchun javobgardir. kanalga tasodifiy kirish.
FDMA bir chastota kanalini turli foydalanuvchilar uchun mo'ljallangan ko'plab kichik kanallarga bo'linishni o'z ichiga oladi. Har bir kichik kanalda ma'lumotlar qo'shni kichik kanallardan mustaqil ravishda modulyatsiya qilinadi. FDMA uyali tarmoqlarning dastlabki rivojlanishida keng qo'llanilgan 13 va birinchi avlod uyali tarmoq bo'lgan AMPS (Advanced Mobile Phone Service) texnologiyasi [19] asosini tashkil etadi. Har bir ulanish uchun kengligi 30 kHz bo'lgan individual chastota kanali ajratiladi.
Ortogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) texnologiyasiga asoslangan. OFDMda uzatiladigan signal bir-biriga yaqin joylashgan ortogonal pastki tashuvchilarning
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
ko'pligidan hosil bo'ladi. Bitta ramzni uzatishning davomiyligi keng polosali bir chastotali ma'lumotlarni uzatish bilan solishtirganda uzoqroq, ammo ma'lumotlar parallel ravishda uzatiladi, bu yagona chastotali ma'lumotlarni uzatish usuli bilan taqqoslanadigan ma'lumotlar tezligini kafolatlaydi. OFDM ning yagona chastotali uzatishdan afzalligi shundaki, u ko'p yo'nalishli muhitda shovqinlarga nisbatan ancha chidamli. Shuningdek, OFDM belgilararo shovqinni kamaytirishga imkon beradi [20]. OFDMA dan foydalanilganda, tarmoqdagi markaziy qurilma har bir qurilmaga subtashuvchilar to'plamini tayinlaydi va har bir foydalanuvchi o'zining signal kodlari dizaynidan (CCM) foydalanishi mumkin. OFDMA-dan foydalanish TDMA-da OFDM-dan foydalangan holda ma'lumotlarni uzatish bilan solishtirganda qurilmalar o'rtasida chastota resurslarini taqsimlash samaradorligini oshirishga imkon beradi, chunki har bir qurilmaga kanal sharoitlari eng yaxshi bo'lgan pastki tashuvchilar to'plami ajratilishi mumkin. Bundan tashqari, OFDMA ning afzalligi uni amalga oshirish qulayligidir, chunki OFDMA qabul qiluvchisi va OFDMA uzatuvchisi OFDMda allaqachon qo'llanilgan Tez Furye Transformatsiyasidan (FFT) foydalanadi. OFDMA to'rtinchi va beshinchi avlod uyali tarmoqlarida keng qo'llaniladigan kirish usulidir [21]. To'rtinchi avlod uyali tarmoqlarida barcha subtashuvchilar to'plami resurs blokini tashkil etuvchi bir nechta pastki tashuvchilar guruhlariga bo'linadi. Har bir qurilmani uzatish uchun tayanch stansiya kanal sharoitlari va ma'lumotlarni uzatish talablariga qarab bir yoki bir nechta resurs bloklarini ajratadi. Beshinchi avlod tarmoqlarida resurs bloki parametrlari, masalan, signalning davomiyligi va qo'shni subtashuvchilar orasidagi masofani sozlash mumkin [22]. Wi-Fi, Wi-Fi 6 dan boshlab, OFDMA ni qo'shimcha qo'llab-quvvatladi [12].
Spatial Division Multiple Access (SDMA) bir vaqtning o'zida ma'lumotlarni bir xil chastotada bir nechta qurilmalarga uzatish imkonini beradi, kosmosdagi signallarni ajratadi. Ajratish atrof-muhitning jismoniy xususiyatlari tufayli, masalan, qurilmalar bir-biridan uzoqda bo'lsa, shuningdek, yo'nalishli antennalardan foydalanish orqali sodir bo'lishi mumkin. Shuningdek, kosmosdagi turli qurilmalar uchun mo'ljallangan signallarni ajratish bir nechta antennalar yordamida amalga oshirilishi mumkin [23]. Ushbu ko'p kirish usuli MU-MIMO deb ataladi. Antennalarning ko'pligi fazoviy oqimlarni shakllantirishga imkon beradi, ularning har biri ma'lum bir qurilma uchun ma'lumotlarni uzatadi. Har bir qabul qiluvchi qurilmaga undagi antennalar sonidan ko'p bo'lmagan bir qator fazoviy oqimlar tayinlanishi mumkin. MU-MIMO, shuningdek, faqat bitta qabul qiluvchi va bitta uzatuvchi o'rtasida bir nechta antennalar yordamida ma'lumotlarni qabul qilish va uzatishni o'z ichiga olgan SU-MIMO Wi-Fi tarmog'ida faol qo'llaniladi. IEEE 802.11n Wi-Fi standartiga [24] qo'shilgandan boshlab, MIMO Wi-Fi tarmog'ida paydo bo'ladi. IEEE 802.11n da qabul qiluvchida 4 ta va transmitterda 4 ta antenna yordamida 4 tagacha fazoviy oqim hosil qilish mumkin. IEEE 802.11ac [25] ga qo'shimcha ravishda fazoviy oqimlar soni 8 taga ko'paydi va MU-MIMO dan pastga ulanishda foydalanish mumkin bo'ladi, Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax [12]) esa MU-MIMO ni qo'shadi. yuqoriga ulanish. Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be [11]) da fazoviy oqimlar soni 16 tagacha ko'payadi. Bularning barchasi MU-MIMO Wi-Fi tarmog'ida faol rivojlanib borishini va keyingi barcha tarmoqlarning ajralmas qismi bo'lishini ko'rsatadi. qo'shimchalar. Biroq, MU-MIMO bir qator kamchiliklarga ega. Ulardan birinchisi, kanal xususiyatlarining yuqori korrelyatsiyasiga ega qurilmalarga uzatishda MU-MIMO ning yomon ishlashi. Bunday holda, oqimlar o'rtasida yuqori shovqin mavjud, bu esa o'tkazish qobiliyatining pasayishiga olib keladi. Bundan tashqari, fazoviy oqimlar sonini ko'paytirish
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
qurilmada ko'proq antennalarni talab qiladi, bu esa pirovardida qurilmani murakkablashtiradi va uning narxini oshiradi.
Wi-Fi texnologiyasi Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) kanaliga kirish usulidan foydalanadi. Keling, IEEE 802.11-2020 [18] Wi-Fi tarmoq standarti asosida Wi-Fi texnologiyasida CSMA/CA qanday amalga oshirilishini batafsil ko'rib chiqaylik. Wi-Fi tarmoqlarida CSMA/CA kirish usulini amalga oshirish EDCA mexanizmidir [64]. Stansiya har bir ma'lumot ramkasini uzatishdan oldin tasodifiy vaqtni kutadi. Buning uchun stantsiya [0, CW - 1] oraliqdan bir xilda tanlangan tasodifiy son bilan zaxira hisoblagichni ishga tushiradi, bu erda CW - bahs oynasining o'lchami. Birinchi kadrni uzatish uchun CW =CWmin, bu yerda CWmin bahsli oynaning minimal qiymati. Har bir muvaffaqiyatsiz urinishdan so'ng, CW qiymati raqobatbardosh oynaning CWmax maksimal qiymatiga yetguncha ikki barobar ortadi. Muvaffaqiyatli uzatilgandan so'ng, CW qiymati CWmin qiymatiga qaytadi stansiya har safar a = 9 mks uchun bo'sh kanalni aniqlaganida, zaxira hisoblagichi bittaga kamayadi. Stansiya band kanalni aniqlasa, stansiya orqaga o'chirish hisoblagichini muzlatib qo'yadi va AIF S vaqt oralig'ida kanal bo'shligini aniqlagandan so'ng hisoblagichni kamaytirishni davom ettiradi (Inglizcha: Arbitration Inter-Frame Space). Orqaga o'chirish hisoblagichi nolga yetganda, stantsiya ma'lumotlar ramkasini uzatadi. Agar uzatish muvaffaqiyatli bo'lsa, vaqt oralig'idan so'ng SIF S (inglizcha: Short Inter-Frame Space), kadr qabul qiluvchisi tasdiq ramkasini ACK (inglizcha: Acknowledgement) yuboradi. Agar stansiya TACK vaqt ichida ACK qabul qilmasa, u holda kadr qayta uzatiladi va uzatish urinishlari hisoblagichi ortadi. Tasdiqlash ramkasining uzatilishini hisobga olgan holda uzatish davomiyligi T XOPlimit qiymatidan oshmasligi kerak hisoblagich RL qiymatiga yetganda, ramka o'chiriladi. CWmin, CWmax, AIF S va T XOPlim uchun berilgan qiymatlar. 1.1 va uzatiladigan trafik tegishli bo'lgan kirish toifasiga (inglizcha: Access Category, AC) bog'liq.
1.1-jadval.
Wi-Fi standartida ko'rsatilgan kirish nuqtasi uchun EDCA kirish usuli parametrlarining
qiymatlari [18].
Trafik toifasi CM^rnin 'i max AIFS. 7 МКС T XOPlimit j MC
АС_ПК IG 1024 79 2,528
АС13Е IG 64 43 2.528
ACVÏ 8 IG 25 4;C9G
ACVO 4 8 25 2.08
С точки зрения классификаций методов доступа, все вышеупомянутые методы доступа можно отнести к множеству ортогональных методов множественного доступа (англ.: Orthogonal Multiple Access, OMA) [14]. Прямым следствием использования OMA
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
является отсутствие интерференции между сигналами, предназначенным разным устройствам (в теории). В результате, основным преимуществом использования OMA является низкая сложность приемника, которому не требуется подавлять помехи, возникающие от сигналов, предназначенных другим устройства, либо минимизировать их влияние [15]. Альтернативой является метод неортогонального множественного доступа (англ.: Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA), который позволяет передавать сигнал нескольким устройствам с помощью одних и тех же радиоресурсов.
Ortogonal bo'lmagan ko'p kirish (NOMA) signallarni quvvat bilan ajratib, bir xil chastotada bir vaqtning o'zida uzatish imkonini beradi. NOMA-dan pastga ulanishda foydalanilganda, kirish nuqtasi bitta antenna yordamida bir nechta stantsiyalarga uzatishi mumkin. Yuqoriga ulanishda NOMA dan foydalanilganda, bir vaqtning o'zida bir nechta stantsiyalar uzatiladi va kirish nuqtasi antennaga uzatilgan barcha signallarning superpozitsiyasini oladi. NOMA dan foydalanish tarmoqning spektral samaradorligini oshiradi. Biroq, NOMA-dan foydalanganda, bir nechta stantsiyalar uchun ma'lumotlarni ajratish uchun zarur bo'lgan qo'shimcha funktsiyalarni amalga oshirish tufayli qabul qiluvchilarning murakkabligi oshishi mumkin. NOMA ning OMA usullariga nisbatan spektral samaradorligini quyidagi misol yordamida tasvirlash mumkin. Kirish nuqtasi va bir nechta stantsiyalardan iborat simsiz tarmoqni ko'rib chiqing. Shu bilan birga, ushbu tarmoqda kuchli zaiflashuvni boshdan kechiradigan stantsiya mavjud. Bu stantsiya yuqori ustuvor ma'lumotlarni uzatishi kerak. Shu munosabat bilan, kirish nuqtasi kuchli kanal zaiflashuvi bo'lgan stantsiyaga xizmat ko'rsatish uchun katta miqdordagi kanal resurslarini ajratadi. Natijada, spektral samaradorlik pasayadi, chunki kanalning zaiflashuvi yuqori bo'lgan stantsiya uchun ma'lum bir vaqt chastotasi resursida ma'lumotlarning kichik miqdori uzatiladi, bu esa umumiy o'tkazuvchanlikning pasayishiga olib keladi. OMA-dan farqli o'laroq, NOMA-dan foydalanilganda, kirish nuqtasi ma'lumotlarni bir vaqtning o'zida bir chastota-vaqt resursida bir vaqtning o'zida bir nechta stantsiyalarga uzatadi, bu esa yuqori kanal o'chirilishi bo'lgan stansiyalar uchun mo'ljallangan ma'lumotlar bilan kanal o'chib ketishi past bo'lgan stantsiyalar uchun ma'lumotlarni birlashtiradi. Natijada, NOMA vaqt-chastota resurslaridan samaraliroq foydalanishga olib keladi [26]. Spektral samaradorlikni oshirishdan tashqari, NOMA-dan foydalanish tarmoq qamrov zonasining chekkasida joylashgan qurilmalarning o'tkazuvchanligini sezilarli darajada oshirishi, kanal sifatini baholash uchun talablarni kamaytirishi va ma'lumotlarni uzatishdagi kechikishlarni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin [27] . Ushbu afzalliklar NOMA ni kelajakdagi simsiz tarmoqlarda foydalanish uchun istiqbolli texnologiyaga aylantiradi [28, 29]. NOMA ning yana bir afzalligi shundaki, u boshqa bir nechta kirish usullari bilan birgalikda ishlatilishi mumkin. Bu NOMA-ga Wi-Fi va LTE kabi mavjud simsiz texnologiyalar bilan integratsiya qilish va ulardan ushbu texnologiyalarda qo'llanilgan kirish usullari bilan foydalanish imkonini beradi. Masalan, NOMA TDMA va OFDMA bilan birgalikda muvaffaqiyatli qo'llanilishi mumkin [30]. Natijada, NOMA turli simsiz standartlar qo'mitalari tomonidan amalga oshirish uchun ko'rib chiqilmoqda. Masalan, to'rtinchi avlod tarmoqlarida ko'p foydalanuvchili superpozitsiyani uzatish mavjud (inglizcha: Multiuser SUperposition Transmission, MUST). MUST bir nechta qurilmalarga LTE resurs bloklari tuzilishini o'zgartirmasdan OFDMAda bir xil subtashuvchilardan foydalanishga imkon beradi [31]. Shuningdek, beshinchi avlod uyali tarmoqlarida yuqoriga ulanishda NOMA dan foydalanish kutilmoqda [32]. 3GPP ga qo'shimcha ravishda Advanced Television Systems Committee (ATSC) tomonidan raqamli eshittirish
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
televideniyesi uchun ishlab chiqilgan eng so'nggi standart NOMA tamoyillariga asoslanadi [33]. Bundan tashqari, Huawei va NTT DOCOMO kabi xalqaro telekommunikatsiya kompaniyalari ham NOMA rivojlanishidan manfaatdor va ushbu texnologiyani faol rivojlantirmoqda [34-40]. E'tibor bering, adabiyotda NOMA atamasi nafaqat ortogonal quvvat taqsimotiga ko'p kirish, balki kod bo'linishiga kirish usullari oilasi sifatida ham tushuniladi [41-43]. Ortogonal bo'lmagan kod bo'linishi ko'p kirish va CDMA o'rtasidagi farq past o'zaro bog'liqlik bilan ortogonal bo'lmagan kod ketma-ketliklaridan foydalanishdir. Keyinchalik dissertatsiya ishida NOMA atamasi quvvat taqsimoti bilan ortogonal bo'lmagan ko'p kirish sifatida tushuniladi, bu ko'p sonli ishlarga mos keladi, ularning misollari [36, 44-49].
Таким образом, использование неортогонального множественного доступа для передачи данных в нисходящем канале сетей Wi-Fi повишает эффективность технологии Wi-Fi и ее возможности.
REFERENCES
1. Слукин В. С. Техногенные электромагнитные излучения как фактор экологии населенных пространств // Академический вестник Урал НИИпроект РАСН. №1. 2010.
2. Маслов М. Ю., Спотобаев Ю. М., Спотобаев М. Ю. Современные проблемы электромагнитной экологии. Электросвязь, №10, 2014. - 39-42 с.
3. Губенко В. А., Хатамов А. П. Анализ и классификация электромагнитных полей и их источников // Научный журнал «Инфокоммуникации: сети-технологии-решения», ГУП «UNICON.UZ», №3(55). Ташкент, 2020. - С. 33-39.
4. Korada Umashankar, Allen Taflove. A Noval Method to analyze Electromagnetic Scattering of Complex Objects. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. Vol. EMC-24, No.4, November 1982. - 398-405 p.
5. M. Levy. Parabolic equation methods for electromagnetic waves propagation. London, UK. Institute of Electrical Engineers. 2000.
6. Vladislav Gubenko, Alisher Shakhobiddinov, Arthur Khatamov, Yelena Borisova. Investigation of spurious electromagnetic radiation in residential premises. International Conference on Information Science and Communications Technologies: applications, trends and opportunities. ICISCT 2021.
7. Губенко В. А., Шахобиддинов А. Ш., Хатамов А. П. Проблемы и контроль электромагнитных излучений в жилых помещениях // Сборник трудов V Международной научно-практической конференции Республики Башкортостан, г. Стерлитамак, Сентябрь 2021.- С. 205-210.
