Cooperative diversity
સહકારી વિવિધતા એ બેન્ડવિડ્થના કોઈપણ સમૂહ માટે કુલ નેટવર્ક ચેનલ ક્ષમતાઓને સુધારવા અથવા વધારવા માટેની એક સહકારી બહુવિધ એન્ટેના તકનીક છે જે રિલેડ સિગ્નલના સંયુક્ત સિગ્નલ અને વાયરલેસ મલ્ટીહોપ નેટવર્કમાં સીધા સિગ્નલને ડીકોડ કરીને વપરાશકર્તા વિવિધતાનો ઉપયોગ કરે છે. પરંપરાગત સિંગલ હોપ સિસ્ટમ ડાયરેક્ટ ટ્રાન્સમિશનનો ઉપયોગ કરે છે જ્યાં રીસીવર માત્ર ડાયરેક્ટ સિગ્નલના આધારે માહિતીને ડીકોડ કરે છે જ્યારે રિલેડ સિગ્નલને દખલ તરીકે સંબંધિત કરે છે, જ્યારે સહકારી વિવિધતા અન્ય સિગ્નલને યોગદાન તરીકે માને છે. એટલે કે, સહકારી વિવિધતા બે સંકેતોના સંયોજનમાંથી માહિતીને ડિકોડ કરે છે. તેથી, તે જોઈ શકાય છે કે સહકારી વિવિધતા એ એન્ટેનાની વિવિધતા છે જે વાયરલેસ નેટવર્કમાં દરેક નોડ સાથે જોડાયેલા વિતરિત એન્ટેનાનો ઉપયોગ કરે છે. નોંધ લો કે વપરાશકર્તા સહકાર એ સહકારી વિવિધતાની બીજી વ્યાખ્યા છે. વપરાશકર્તા સહયોગ એક વધારાની હકીકતને ધ્યાનમાં લે છે કે દરેક વપરાશકર્તા અન્ય વપરાશકર્તાના સંકેતને રિલે કરે છે જ્યારે સહકારી વિવિધતા પણ મલ્ટી-હોપ રિલે નેટવર્કિંગ સિસ્ટમ્સ દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. સહકારી વિવિધતા તકનીક એ એક પ્રકારની બહુ-વપરાશકર્તા MIMO તકનીક છે. રિલેઇંગ વ્યૂહરચનાઓ સૌથી સરળ સહકારી રિલેઇંગ નેટવર્કમાં ત્રણ નોડ્સનો સમાવેશ થાય છે, એટલે કે સ્રોત, ગંતવ્ય અને ત્રીજો નોડ જે રિલે તરીકે દર્શાવવામાં આવેલા સ્રોત અને ગંતવ્ય વચ્ચેના સીધા સંદેશાવ્યવહારને ટેકો આપે છે. જો સ્રોતથી ગંતવ્ય સુધી સંદેશનું સીધું પ્રસારણ (સંપૂર્ણ રીતે) સફળ ન હોય, તો સ્રોતમાંથી સાંભળવામાં આવેલી માહિતી રિલે દ્વારા એક અલગ માર્ગ દ્વારા ગંતવ્ય સુધી પહોંચવા માટે મોકલવામાં આવે છે. બે સંદેશાવ્યવહાર એક અલગ માર્ગ અપનાવે છે અને એક પછી એક થાય છે, આ ઉદાહરણ અવકાશ વિવિધતા અને સમય વિવિધતાના ખ્યાલને અમલમાં મૂકે છે. રિલેઇંગ વ્યૂહરચનાઓને એમ્પ્લીફાય-એન્ડ-ફોરવર્ડ, ડીકોડ-એન્ડ-ફોરવર્ડ અને કોમ્પ્રેસ-એન્ડ-ફોરવર્ડ વ્યૂહરચનાઓ દ્વારા વધુ અલગ કરી શકાય છેઃ એમ્પ્લીફાય-એન્ડ-ફોરવર્ડ વ્યૂહરચના રિલે સ્ટેશનને સ્રોત નોડમાંથી પ્રાપ્ત સિગ્નલને વિસ્તૃત કરવાની અને ડીકોડ-એન્ડ-ફોરવર્ડ વ્યૂહરચનાને અનુસરીને તેને ગંતવ્ય સ્ટેશન રિલેમાં આગળ વધારવાની મંજૂરી આપે છે. જ્યારે પણ ઓવરહાર્ડ ટ્રાન્સમિશનમાં પુનઃપ્રાપ્ત ન થઈ શકે તેવી ભૂલો રહે છે, ત્યારે રિલે સહકારી ટ્રાન્સમિશનમાં ફાળો આપી શકતી નથી. કોમ્પ્રેસ-એન્ડ-ફોરવર્ડ વ્યૂહરચના રિલે સ્ટેશનને સ્રોત નોડમાંથી પ્રાપ્ત સિગ્નલને કોમ્પ્રેસ કરવાની અને સિગ્નલને ડીકોડ કર્યા વિના તેને ગંતવ્ય સુધી મોકલવાની મંજૂરી આપે છે જ્યાં વાયનર-ઝિવ કોડિંગનો ઉપયોગ શ્રેષ્ઠ સંકોચન માટે કરી શકાય છે. રિલે ટ્રાન્સમિશન ટોપોલોજી સીરીયલ રિલે ટ્રાન્સમિશનનો ઉપયોગ સંદિગ્ધ પ્રદેશોમાં લાંબા અંતરના સંચાર અને શ્રેણી-વિસ્તરણ માટે થાય છે. તે શક્તિ લાભ પ્રદાન કરે છે. આ ટોપોલોજીમાં સંકેતો એક રિલેથી બીજા રિલેમાં પ્રસરે છે અને કોઈ પણ દખલગીરીને ટાળવા માટે પડોશી હોપની ચેનલો ઓર્થોગોનલ હોય છે. સમાંતર રિલે ટ્રાન્સમિશનનો ઉપયોગ કરી શકાય છે જ્યાં સીરીયલ રિલે ટ્રાન્સમિશન મલ્ટી-પાથ ફેડિંગથી પીડાય છે. બહાર અને બિન-દૃષ્ટિ પ્રસાર માટે, સંકેત તરંગલંબાઇ મોટી હોઈ શકે છે અને બહુવિધ એન્ટેનાનું સ્થાપન શક્ય નથી. મલ્ટી-પાથ ફેડિંગ સામે મજબૂતાઈ વધારવા માટે, સમાંતર રિલે ટ્રાન્સમિશનનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આ ટોપોલોજીમાં, સંકેતો એક જ હોપમાં બહુવિધ રિલે પાથ દ્વારા ફેલાય છે અને ગંતવ્ય વિવિધ સંયોજન યોજનાઓની મદદથી પ્રાપ્ત સંકેતોને જોડે છે. તે એક સાથે શક્તિ લાભ અને વિવિધતા લાભ પ્રદાન કરે છે. સિસ્ટમ મોડેલ અમે વાયરલેસ રિલે સિસ્ટમને ધ્યાનમાં લઈએ છીએ જેમાં સ્રોત, રિલે અને ગંતવ્ય નોડ્સનો સમાવેશ થાય છે. એવું માનવામાં આવે છે કે ચેનલ અર્ધ-ડુપ્લેક્સ, ઓર્થોગોનલ અને એમ્પ્લીફાય-એન્ડ-ફોરવર્ડ રિલેઇંગ મોડમાં છે. પરંપરાગત ડાયરેક્ટ ટ્રાન્સમિશન સિસ્ટમથી અલગ, આપણે ટાઇમ ડિવિઝન રિલેઇંગ ફંક્શનનો ઉપયોગ કરીએ છીએ જ્યાં આ સિસ્ટમ બે અસ્થાયી તબક્કાઓ સાથે માહિતી પહોંચાડી શકે છે. પ્રથમ તબક્કામાં, સ્રોત નોડ ગંતવ્ય અને રિલે નોડ બંને તરફ માહિતી પ્રસારિત કરે છે. ગંતવ્ય પર પ્રાપ્ત સિગ્નલ અને રિલે નોડ્સને અનુક્રમે આ રીતે લખવામાં આવે છેઃ સ્રોતથી ગંતવ્ય નોડ્સ સુધીની ચેનલ ક્યાં છે, સ્રોતથી રિલે નોડ સુધીની ચેનલ ક્યાં છે, તેમાં અવાજ સિગ્નલ ઉમેરવામાં આવે છે અને તેમાં અવાજ સિગ્નલ ઉમેરવામાં આવે છે. બીજા તબક્કામાં, રિલે તેના પ્રાપ્ત સિગ્નલને ડાયરેક્ટ ટ્રાન્સમિશન મોડ સિવાય ગંતવ્ય નોડ પર ટ્રાન્સમિટ કરી શકે છે. સિગ્નલ ડીકોડિંગ અમે ગંતવ્ય નોડ પર સિગ્નલને ડીકોડ કરવા માટે ચાર યોજનાઓ રજૂ કરીએ છીએ જે સીધી યોજના, બિન-સહકારી યોજના, સહકારી યોજના અને અનુકૂલનશીલ યોજના છે. સીધી યોજના સિવાય, ગંતવ્ય નોડ અન્ય તમામ યોજનાઓમાં રિલેડ સિગ્નલનો ઉપયોગ કરે છે. ડાયરેક્ટ સ્કીમ ડાયરેક્ટ સ્કીમમાં, ગંતવ્ય પ્રથમ તબક્કામાં સ્રોત નોડમાંથી પ્રાપ્ત સિગ્નલનો ઉપયોગ કરીને ડેટાને ડીકોડ કરે છે જ્યાં બીજા તબક્કાના ટ્રાન્સમિશનને અવગણવામાં આવે છે જેથી રિલે નોડ ટ્રાન્સમિશનમાં સામેલ ન હોય. સ્રોત નોડમાંથી પ્રાપ્ત ડીકોડિંગ સંકેત આ રીતે લખવામાં આવે છેઃ જ્યારે સીધી યોજનાનો ફાયદો ડીકોડિંગ પ્રક્રિયાની દ્રષ્ટિએ તેની સરળતા છે, જો સ્રોત નોડ અને ગંતવ્ય નોડ વચ્ચેનું અંતર મોટું હોય તો પ્રાપ્ત સંકેત શક્તિ ગંભીર રીતે ઓછી હોઈ શકે છે. આમ, નીચેનામાં આપણે બિન-સહકારી યોજનાને ધ્યાનમાં લઈએ છીએ જે સિગ્નલની ગુણવત્તામાં સુધારો કરવા માટે સિગ્નલ રિલેઇંગનો ઉપયોગ કરે છે. બિન-સહકારી યોજના બિન-સહકારી યોજનામાં, ગંતવ્ય બીજા તબક્કામાં રિલેમાંથી પ્રાપ્ત સિગ્નલનો ઉપયોગ કરીને ડેટાને ડીકોડ કરે છે, જે સિગ્નલ પાવર બૂસ્ટિંગ ગેઇનમાં પરિણમે છે. રિલે નોડમાંથી પ્રાપ્ત સિગ્નલ જે સ્રોત નોડમાંથી પ્રાપ્ત સિગ્નલને ફરીથી પ્રસારિત કરે છે તે આ રીતે લખવામાં આવે છેઃ રિલેથી ગંતવ્ય નોડ સુધી ચેનલ ક્યાં છે અને તેમાં અવાજ સિગ્નલ ઉમેરવામાં આવે છે. ડીકોડિંગની વિશ્વસનીયતા ઓછી હોઈ શકે છે કારણ કે સિગ્નલ રિલેઇંગ દ્વારા સ્વતંત્રતાની માત્રામાં વધારો થતો નથી. વિવિધતા ક્રમમાં કોઈ વધારો થયો નથી કારણ કે આ યોજના માત્ર રિલેડ સિગ્નલનો ઉપયોગ કરે છે અને સ્રોત નોડમાંથી સીધો સિગ્નલ ક્યાં તો ઉપલબ્ધ નથી અથવા તેનો હિસાબ નથી. જ્યારે આપણે આવા સંકેતનો લાભ લઈ શકીએ અને વિવિધતા ક્રમના પરિણામોમાં વધારો કરી શકીએ. આમ, નીચેનામાં આપણે સહકારી યોજનાને ધ્યાનમાં લઈએ છીએ જે સીધા અને રિલેડ સંકેતો બંનેના સંયુક્ત સંકેતને ડિકોડ કરે છે. સહકારી યોજના સહકારી ડીકોડિંગ માટે, ગંતવ્ય નોડ સ્રોતમાંથી પ્રાપ્ત બે સંકેતો અને રિલે નોડ્સને જોડે છે જે વિવિધતાના લાભમાં પરિણમે છે. ગંતવ્ય નોડ પર સંપૂર્ણ પ્રાપ્ત સિગ્નલ વેક્ટરને આ રીતે મોડેલિંગ કરી શકાય છેઃ સ્રોત અને રિલે નોડમાંથી ગંતવ્ય નોડ પર પ્રાપ્ત થતા સંકેતો અનુક્રમે ક્યાં અને ક્યાં છે. રેખીય ડીકોડિંગ તકનીક તરીકે, ગંતવ્ય પ્રાપ્ત સિગ્નલ વેક્ટરના તત્વોને નીચે પ્રમાણે જોડે છેઃ જ્યાં રેખીય સંયોજન વજન છે જે સંયુક્ત સંકેતોના સિગ્નલ-ટુ-અવાજ ગુણોત્તર (એસ. એન. આર.) ને મહત્તમ કરવા માટે મેળવી શકાય છે, જે વજનની ગણતરીના જટિલતા સ્તરને આધિન છે. અનુકૂલનશીલ યોજના અનુકૂલનશીલ યોજના ઉપર વર્ણવેલ ત્રણ પદ્ધતિઓમાંથી એકને પસંદ કરે છે જે નેટવર્ક ચેનલ રાજ્ય માહિતી અને અન્ય નેટવર્ક પરિમાણો પર આધાર રાખતી સીધી, બિન-સહકારી અને સહકારી યોજનાઓ છે. ટ્રેડ-ઓફ એ નોંધપાત્ર છે કે સહકારી વિવિધતા રિલેઇંગ તબક્કા માટે આવર્તન, સમય અને શક્તિ સંસાધનો જેવા વાયરલેસ સંસાધનો ગુમાવવાની કિંમત પર વિવિધતા લાભમાં વધારો કરી શકે છે. વાયરલેસ સંસાધનો વેડફાય છે કારણ કે રિલે નોડ સ્રોતથી ગંતવ્ય નોડ સુધી સિગ્નલ રિલે કરવા માટે વાયરલેસ સંસાધનોનો ઉપયોગ કરે છે. તેથી, એ નોંધવું અગત્યનું છે કે સહકારી વિવિધતામાં સ્પેક્ટ્રમ સંસાધનોની વિવિધતા લાભ અને બગાડ વચ્ચે વિનિમય છે. સહકારી વિવિધતાની ચેનલ ક્ષમતા જૂન 2005 માં, એ. હોસ્ટ-મેડસેને સહકારી રિલે નેટવર્કની ચેનલ ક્ષમતાનું ઊંડાણપૂર્વક વિશ્લેષણ કરતું એક પેપર પ્રકાશિત કર્યું. આપણે ધારીએ છીએ કે સ્રોત નોડથી રિલે નોડ સુધી, સ્રોત નોડથી ગંતવ્ય નોડ સુધી અને રિલે નોડથી ગંતવ્ય નોડ સુધી ચેનલ છે જ્યાં સ્રોત નોડ, રિલે નોડ અને ગંતવ્ય નોડને સૂચવવામાં આવે છે. સહકારી રિલે ચેનલોની ક્ષમતા મહત્તમ-પ્રવાહ લઘુત્તમ-કટ પ્રમેયનો ઉપયોગ કરીને સંપૂર્ણ ડુપ્લેક્સ રિલેઇંગની ઉપલી સીમા પ્રાપ્ત કરે છે જ્યાં અને અનુક્રમે સ્રોત નોડ અને રિલે નોડ પર માહિતી પ્રસારિત કરે છે અને અનુક્રમે રિલે નોડ અને ગંતવ્ય નોડ પર માહિતી પ્રાપ્ત કરે છે. નોંધ લો કે મહત્તમ-પ્રવાહ લઘુતમ-કટ પ્રમેય જણાવે છે કે પ્રવાહની મહત્તમ માત્રા લઘુતમ કાપની ક્ષમતા જેટલી છે, એટલે કે, તેના અવરોધ દ્વારા નિર્ધારિત. પ્રસારણ ચેનલની ક્ષમતા અને સાથે આપવામાં આવે છે જ્યારે બહુવિધ ઍક્સેસ ચેનલની ક્ષમતા અને જ્યાં છે તે અને વચ્ચે સહસંબંધની માત્રા છે. નોંધ લો કે સહકારી રિલેઇંગ ક્ષમતા માટે કેટલાક ભાગની નકલ કરો. રિલે નોડ પર સહકારી રિલેઇંગ ક્ષમતાનો ઉપયોગ ગંતવ્ય નોડ પર રિસેપ્શનની કામગીરીમાં સુધારો કરે છે. આમ, ઉપલા બાઉન્ડને ડીકોડ-એન્ડ-ફોરવર્ડ રિલેના પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવા દર તરીકે ફરીથી લખવામાં આવે છે રિલેનો ઉપયોગ કરીને જે ડીકોડ કરે છે અને તેના કેપ્ચર કરેલા સિગ્નલને આગળ ધપાવે છે તે નીચે મુજબ પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવો દર આપે છેઃ જ્યાં રિલે નોડ પર ડીકોડિંગને કારણે બ્રોડકાસ્ટ ચેનલને પોઇન્ટ-ટુ-પોઇન્ટ ચેનલમાં ઘટાડવામાં આવે છે, એટલે કે, ઘટાડવામાં આવે છે. ઘટાડેલી પ્રસારણ ચેનલની ક્ષમતા એ છે કે આમ, પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવા દરને ટાઇમ-ડિવિઝન રિલેઇંગ તરીકે ફરીથી લખવામાં આવે છે ટીડી રિલે ચેનલની ક્ષમતા એપ્લિકેશન્સ દ્વારા ઉપલી-મર્યાદિત હોય છે જ્ઞાનાત્મક રેડિયો સિસ્ટમમાં, લાઇસન્સ વિનાના ગૌણ વપરાશકર્તાઓ પ્રાથમિક વપરાશકર્તાઓ માટે લાઇસન્સ ધરાવતા સંસાધનોનો ઉપયોગ કરી શકે છે. જ્યારે પ્રાથમિક વપરાશકર્તાઓ તેમના લાઇસન્સ ધરાવતા સંસાધનોનો ઉપયોગ કરવા માંગે છે, ત્યારે ગૌણ વપરાશકર્તાઓએ આ સંસાધનો ખાલી કરવા પડે છે. તેથી ગૌણ વપરાશકર્તાઓએ પ્રાથમિક વપરાશકર્તાની હાજરી શોધવા માટે ચેનલને સતત સમજવી પડે છે. વાયરલેસ ચેનલમાં અવકાશી રીતે વિતરિત પ્રાથમિક વપરાશકર્તાઓની પ્રવૃત્તિને સમજવી ખૂબ જ પડકારજનક છે. અવકાશી રીતે વિતરિત ગાંઠો માહિતી વહેંચીને ચેનલ સેન્સિંગની વિશ્વસનીયતામાં સુધારો કરી શકે છે અને ખોટા ચેતવણીની સંભાવનાને ઘટાડી શકે છે. વાયરલેસ એડહોક નેટવર્ક એ કોઈપણ કેન્દ્રીકૃત નિયંત્રક અથવા પૂર્વ-સ્થાપિત માળખા વિનાનું સ્વાયત્ત અને સ્વ-સંગઠિત નેટવર્ક છે. આ નેટવર્કમાં અવ્યવસ્થિત રીતે વિતરિત નોડ્સ કામચલાઉ કાર્યાત્મક નેટવર્ક બનાવે છે અને નોડ્સના અવિરત છોડવા અથવા જોડાવાને ટેકો આપે છે. આવા નેટવર્કને લશ્કરી સંદેશાવ્યવહાર માટે સફળતાપૂર્વક તૈનાત કરવામાં આવ્યા છે અને તેમાં વ્યાપારી અને શૈક્ષણિક ઉપયોગ, આપત્તિ વ્યવસ્થાપન, માર્ગ વાહન નેટવર્ક વગેરે સહિત નાગરિક કાર્યક્રમો માટે ઘણી સંભાવનાઓ છે. વાયરલેસ સેન્સર નેટવર્ક સેન્સર નોડ્સમાં ઉર્જાનો વપરાશ ઘટાડવા માટે સહકારી રિલેઇંગનો ઉપયોગ કરી શકે છે, તેથી સેન્સર નેટવર્કનું આયુષ્ય વધે છે. વાયરલેસ માધ્યમની પ્રકૃતિને કારણે, નબળી ચેનલો દ્વારા સંચાર માટે પ્રમાણમાં મજબૂત ચેનલોની સરખામણીમાં ભારે ઊર્જાની જરૂર પડે છે. રાઉટીંગ પ્રક્રિયામાં રિલે સહકારનો કાળજીપૂર્વક સમાવેશ કરવાથી વધુ સારી સંચાર કડીઓ પસંદ કરી શકાય છે અને કિંમતી બેટરી શક્તિની બચત કરી શકાય છે. સિસ્ટમો 3જી. પી. પી. લાંબા ગાળાની ઉત્ક્રાંતિ (એલ. ટી. ઈ.) સંકલિત મલ્ટીપોઈન્ટ ટ્રાન્સમિશન/રિસેપ્શન (સી. ઓ. એમ. પી.) પણ જુઓ, જે કેટલાક બેઝ સ્ટેશનોના ઓવરલેપમાં સ્થિત મોબાઇલ પર અને ત્યાંથી ડેટા દર વધારવાનું શક્ય બનાવે છે. 5G મેશ નેટવર્ક મોબાઇલ એડહોક નેટવર્ક (MANET) વાયરલેસ મેશ નેટવર્ક વાયરલેસ એડહોક નેટવર્ક ટેક્નોલોજીઓ સહકારી વાયરલેસ સંચાર સહકારી MIMO વિવિધતા યોજનાઓ ડાયનેમિક સિંગલ ફ્રિક્વન્સી નેટવર્ક (DSFN) સોફ્ટ હેન્ડઓવર સ્પેસ-ટાઇમ કોડ મલ્ટીપલ-ઇનપુટ મલ્ટીપલ-આઉટપુટ સંચાર (MIMO) મલ્ટી-યુઝર MIMO વિવિધતા ટ્રાન્સમિટ ડાયવર્સિટી ગેઇન સંદર્ભો રેડિયો સંસાધન વ્યવસ્થાપન