Cooperative diversity
सहकारी विविधता किसी भी बैंडविड्थ के सेट के लिए कुल नेटवर्क चैनल क्षमताओं में सुधार या अधिकतम करने के लिए एक सहकारी बहु एंटीना तकनीक है जो रिलेड सिग्नल के संयुक्त संकेत और वायरलेस मल्टीहॉप नेटवर्क में प्रत्यक्ष संकेत को डिकोड करके उपयोगकर्ता विविधता का फायदा उठाती है। एक पारंपरिक एकल हॉप प्रणाली प्रत्यक्ष संचरण का उपयोग करती है जहां एक रिसीवर केवल प्रत्यक्ष संकेत के आधार पर जानकारी को डिकोड करता है जबकि रिले किए गए संकेत को हस्तक्षेप के रूप में संदर्भित करता है, जबकि सहकारी विविधता अन्य संकेत को योगदान के रूप में मानती है। अर्थात्, सहकारी विविधता दो संकेतों के संयोजन से जानकारी को डिकोड करती है। इसलिए, यह देखा जा सकता है कि सहकारी विविधता एक एंटीना विविधता है जो एक वायरलेस नेटवर्क में प्रत्येक नोड से संबंधित वितरित एंटेना का उपयोग करती है। ध्यान दें कि उपयोगकर्ता सहयोग सहकारी विविधता की एक और परिभाषा है। उपयोगकर्ता सहयोग एक अतिरिक्त तथ्य पर विचार करता है कि प्रत्येक उपयोगकर्ता दूसरे उपयोगकर्ता के संकेत को प्रसारित करता है जबकि सहकारी विविधता को बहु-हॉप रिले नेटवर्किंग प्रणालियों द्वारा भी प्राप्त किया जा सकता है। सहकारी विविधता तकनीक एक प्रकार की बहु-उपयोगकर्ता एम. आई. एम. ओ तकनीक है। रिलेइंग रणनीतियाँ सबसे सरल सहकारी रिलेइंग नेटवर्क में तीन नोड होते हैं, अर्थात् स्रोत, गंतव्य और एक तीसरा नोड जो रिले के रूप में चिह्नित स्रोत और गंतव्य के बीच सीधे संचार का समर्थन करता है। यदि स्रोत से गंतव्य तक किसी संदेश का सीधा प्रसारण (पूरी तरह से) सफल नहीं होता है, तो स्रोत से सुनी गई जानकारी को रिले द्वारा एक अलग रास्ते से गंतव्य तक पहुंचने के लिए अग्रेषित किया जाता है। चूँकि दोनों संचारों ने एक अलग रास्ता अपनाया और एक के बाद एक होते जाते हैं, इसलिए यह उदाहरण अंतरिक्ष विविधता और समय विविधता की अवधारणा को लागू करता है। रिलेइंग रणनीतियों को आगे एम्पलीफाई-एंड-फॉरवर्ड, डिकोड-एंड-फॉरवर्ड, और कम्प्रेस-एंड-फॉरवर्ड रणनीतियों द्वारा अलग किया जा सकता हैः एम्पलीफाई-एंड-फॉरवर्ड रणनीति रिले स्टेशन को स्रोत नोड से प्राप्त संकेत को बढ़ाने और डिकोड-एंड-फॉरवर्ड रणनीति का पालन करते हुए इसे गंतव्य स्टेशन रिले में अग्रेषित करने की अनुमति देती है। जब भी सुनाई देने वाले संचरण में अपरिवर्तनीय त्रुटियाँ होती हैं, तो रिले सहकारी संचरण में योगदान नहीं कर सकता है। कम्प्रेस-एंड-फॉरवर्ड रणनीति रिले स्टेशन को स्रोत नोड से प्राप्त संकेत को संपीड़ित करने और संकेत को डिकोड किए बिना इसे गंतव्य तक भेजने की अनुमति देती है जहां वायनर-जिव कोडिंग का उपयोग इष्टतम संपीड़न के लिए किया जा सकता है। रिले संचरण टोपोलॉजी सीरियल रिले संचरण का उपयोग छायादार क्षेत्रों में लंबी दूरी के संचार और सीमा-विस्तार के लिए किया जाता है। यह शक्ति लाभ प्रदान करता है। इस टोपोलॉजी में संकेत एक रिले से दूसरे रिले में फैलते हैं और किसी भी हस्तक्षेप से बचने के लिए पड़ोसी हॉप के चैनल ऑर्थोगोनल होते हैं। समानांतर रिले संचरण का उपयोग किया जा सकता है जहां सीरियल रिले संचरण बहु-पथ लुप्त होने से पीड़ित होता है। बाहर और गैर-दृष्टि प्रसार के लिए, संकेत तरंग दैर्ध्य बड़ा हो सकता है और कई एंटेना की स्थापना संभव नहीं है। मल्टी-पाथ फेडिंग के खिलाफ मजबूती बढ़ाने के लिए, समानांतर रिले संचरण का उपयोग किया जा सकता है। इस टोपोलॉजी में, संकेत एक ही हॉप में कई रिले पथों के माध्यम से प्रसारित होते हैं और गंतव्य विभिन्न संयोजन योजनाओं की मदद से प्राप्त संकेतों को जोड़ता है। यह एक साथ शक्ति लाभ और विविधता लाभ प्रदान करता है। सिस्टम मॉडल हम एक वायरलेस रिले प्रणाली पर विचार करते हैं जिसमें स्रोत, रिले और गंतव्य नोड्स होते हैं। यह माना जाता है कि चैनल हाफ-डुप्लेक्स, ऑर्थोगोनल और एम्पलीफाई-एंड-फॉरवर्ड रिलेइंग मोड में है। पारंपरिक प्रत्यक्ष संचरण प्रणाली से अलग, हम एक समय विभाजन रिलेइंग कार्य का उपयोग करते हैं जहां यह प्रणाली दो अस्थायी चरणों के साथ जानकारी प्रदान कर सकती है। पहले चरण में, स्रोत नोड गंतव्य और रिले नोड दोनों की ओर जानकारी प्रसारित करता है। गंतव्य पर प्राप्त संकेत और रिले नोड्स को क्रमशः इस प्रकार लिखा जाता हैः स्रोत से गंतव्य नोड्स तक का चैनल कहाँ है, स्रोत से रिले नोड तक का चैनल कहाँ है, इसमें शोर संकेत जोड़ा जाता है और इसमें शोर संकेत जोड़ा जाता है। दूसरे चरण में, रिले सीधे संचरण मोड को छोड़कर अपने प्राप्त संकेत को गंतव्य नोड तक प्रसारित कर सकता है। सिग्नल डिकोडिंग हम गंतव्य नोड पर सिग्नल को डिकोड करने के लिए चार योजनाएं पेश करते हैं जो प्रत्यक्ष योजना, गैर-सहकारी योजना, सहकारी योजना और अनुकूली योजना हैं। प्रत्यक्ष योजना को छोड़कर, गंतव्य नोड अन्य सभी योजनाओं में रिलेड संकेत का उपयोग करता है। प्रत्यक्ष योजना प्रत्यक्ष योजना में, गंतव्य पहले चरण में स्रोत नोड से प्राप्त संकेत का उपयोग करके डेटा को डिकोड करता है जहां दूसरे चरण के संचरण को छोड़ दिया जाता है ताकि रिले नोड संचरण में शामिल न हो। स्रोत नोड से प्राप्त डिकोडिंग संकेत को इस प्रकार लिखा जाता हैः जबकि प्रत्यक्ष योजना का लाभ डिकोडिंग प्रसंस्करण के संदर्भ में इसकी सरलता है, प्राप्त संकेत शक्ति गंभीर रूप से कम हो सकती है यदि स्रोत नोड और गंतव्य नोड के बीच की दूरी बड़ी है। इस प्रकार, निम्नलिखित में हम गैर-सहकारी योजना पर विचार करते हैं जो संकेत की गुणवत्ता में सुधार के लिए संकेत रिलेइंग का उपयोग करती है। गैर-सहकारी योजना गैर-सहकारी योजना में, गंतव्य दूसरे चरण में रिले से प्राप्त संकेत का उपयोग करके डेटा को डिकोड करता है, जिसके परिणामस्वरूप संकेत शक्ति में वृद्धि होती है। रिले नोड से प्राप्त संकेत जो स्रोत नोड से प्राप्त संकेत को पुनः प्रसारित करता है, इस प्रकार लिखा जाता हैः रिले से गंतव्य नोड तक चैनल कहाँ है और इसमें जोड़ा गया शोर संकेत है। डिकोडिंग की विश्वसनीयता कम हो सकती है क्योंकि सिग्नल रिलेइंग से स्वतंत्रता की डिग्री में वृद्धि नहीं होती है। विविधता क्रम में कोई वृद्धि नहीं हुई है क्योंकि यह योजना केवल रिले किए गए संकेत का उपयोग करती है और स्रोत नोड से सीधा संकेत या तो उपलब्ध नहीं है या इसका हिसाब नहीं है। जब हम इस तरह के संकेत का लाभ उठा सकते हैं और विविधता क्रम के परिणामों में वृद्धि कर सकते हैं। इस प्रकार, निम्नलिखित में हम सहकारी योजना पर विचार करते हैं जो प्रत्यक्ष और रिले किए गए संकेतों दोनों के संयुक्त संकेत को डिकोड करती है। सहकारी योजना सहकारी डिकोडिंग के लिए, गंतव्य नोड स्रोत और रिले नोड्स से प्राप्त दो संकेतों को जोड़ता है जिसके परिणामस्वरूप विविधता लाभ होता है। गंतव्य नोड पर पूरे प्राप्त संकेत सदिश को इस प्रकार मॉडल किया जा सकता हैः स्रोत और रिले नोड से गंतव्य नोड पर प्राप्त संकेत क्रमशः कहाँ और कहाँ हैं। एक रैखिक डिकोडिंग तकनीक के रूप में, गंतव्य प्राप्त संकेत सदिश के तत्वों को निम्नानुसार जोड़ता हैः जहां रैखिक संयोजन वजन है जिसे संयुक्त संकेतों के संकेत-से-शोर अनुपात (एस. एन. आर.) को अधिकतम करने के लिए प्राप्त किया जा सकता है, जो वजन की गणना के जटिलता स्तर के अधीन है। अनुकूलन योजना अनुकूलन योजना ऊपर वर्णित तीन तरीकों में से एक का चयन करती है जो प्रत्यक्ष, गैर-सहकारी और सहकारी योजनाएं हैं जो नेटवर्क चैनल राज्य की जानकारी और अन्य नेटवर्क मापदंडों पर निर्भर करती हैं। यह उल्लेखनीय है कि सहकारी विविधता रिलेइंग चरण के लिए आवृत्ति, समय और बिजली संसाधनों जैसे वायरलेस संसाधन को खोने की कीमत पर विविधता लाभ को बढ़ा सकती है। वायरलेस संसाधन बर्बाद हो जाते हैं क्योंकि रिले नोड स्रोत से गंतव्य नोड तक संकेत को रिले करने के लिए वायरलेस संसाधनों का उपयोग करता है। इसलिए, यह टिप्पणी करना महत्वपूर्ण है कि सहकारी विविधता में विविधता लाभ और स्पेक्ट्रम संसाधन की बर्बादी के बीच समझौता है। सहकारी विविधता की चैनल क्षमता जून 2005 में, ए. होस्ट-मैडसेन ने सहकारी रिले नेटवर्क की चैनल क्षमता का गहन विश्लेषण करते हुए एक पेपर प्रकाशित किया। हम मानते हैं कि स्रोत नोड से रिले नोड तक, स्रोत नोड से गंतव्य नोड तक, और रिले नोड से गंतव्य नोड तक चैनल वे हैं जहाँ स्रोत नोड, रिले नोड और गंतव्य नोड को बाद में नोड 1, नोड 2 और नोड 3 के रूप में दर्शाया जाता है। सहकारी रिले चैनलों की क्षमता अधिकतम-प्रवाह न्यूनतम-कटौती प्रमेय का उपयोग करके पूर्ण डुप्लेक्स रिलेइंग की ऊपरी सीमा प्राप्त होती है जहां और क्रमशः स्रोत नोड और रिले नोड पर जानकारी प्रसारित की जाती है और क्रमशः रिले नोड और गंतव्य नोड पर जानकारी प्राप्त की जाती है। ध्यान दें कि अधिकतम-प्रवाह न्यूनतम-कटौती प्रमेय में कहा गया है कि प्रवाह की अधिकतम मात्रा न्यूनतम कटौती की क्षमता के बराबर है, यानी इसकी अड़चन द्वारा निर्धारित। प्रसारण चैनल की क्षमता से और के साथ दी गई है जबकि कई पहुंच चैनल की क्षमता और से है जहां और के बीच सहसंबंध की मात्रा है। ध्यान दें कि सहकारी रिलेइंग क्षमता के लिए कुछ भाग की नकल करें। रिले नोड पर सहकारी रिलेइंग क्षमता का उपयोग करने से गंतव्य नोड पर रिसेप्शन के प्रदर्शन में सुधार होता है। इस प्रकार, ऊपरी सीमा को एक डिकोड-एंड-फॉरवर्ड रिले की प्राप्त करने योग्य दर के रूप में फिर से लिखा जाता है एक रिले का उपयोग करके जो डिकोड करता है और आगे बढ़ता है, इसके कैप्चर किए गए संकेत से प्राप्त करने योग्य दर निम्नानुसार प्राप्त होती हैः जहां प्रसारण चैनल को रिले नोड पर डिकोडिंग के कारण पॉइंट-टू-पॉइंट चैनल तक कम कर दिया जाता है, यानी, कम कर दिया जाता है। कम प्रसारण चैनल की क्षमता इस प्रकार है, प्राप्त करने योग्य दर को समय-विभाजन रिले के रूप में फिर से लिखा जाता है टीडी रिले चैनल की क्षमता अनुप्रयोगों के साथ ऊपरी सीमा में है एक संज्ञानात्मक रेडियो प्रणाली में, बिना लाइसेंस वाले माध्यमिक उपयोगकर्ता उन संसाधनों का उपयोग कर सकते हैं जो प्राथमिक उपयोगकर्ताओं के लिए लाइसेंस प्राप्त हैं। जब प्राथमिक उपयोगकर्ता अपने लाइसेंस प्राप्त संसाधनों का उपयोग करना चाहते हैं, तो द्वितीयक उपयोगकर्ताओं को इन संसाधनों को खाली करना पड़ता है। इसलिए द्वितीयक उपयोगकर्ताओं को प्राथमिक उपयोगकर्ता की उपस्थिति का पता लगाने के लिए लगातार चैनल को समझना पड़ता है। वायरलेस चैनल में स्थानिक रूप से वितरित प्राथमिक उपयोगकर्ताओं की गतिविधि को समझना बहुत चुनौतीपूर्ण है। स्थानिक रूप से वितरित नोड्स जानकारी साझा करके चैनल संवेदन विश्वसनीयता में सुधार कर सकते हैं और गलत चेतावनी की संभावना को कम कर सकते हैं। वायरलेस एडहॉक नेटवर्क बिना किसी केंद्रीकृत नियंत्रक या पूर्व-स्थापित बुनियादी ढांचे के एक स्वायत्त और स्व-संगठित नेटवर्क है। इस नेटवर्क में यादृच्छिक रूप से वितरित नोड्स एक अस्थायी कार्यात्मक नेटवर्क बनाते हैं और नोड्स के निर्बाध छोड़ने या जुड़ने का समर्थन करते हैं। इस तरह के नेटवर्क को सैन्य संचार के लिए सफलतापूर्वक तैनात किया गया है और इसमें वाणिज्यिक और शैक्षिक उपयोग, आपदा प्रबंधन, सड़क वाहन नेटवर्क आदि को शामिल करने के लिए नागरिक अनुप्रयोगों के लिए बहुत संभावनाएं हैं। एक वायरलेस संवेदक नेटवर्क संवेदक नोड्स में ऊर्जा की खपत को कम करने के लिए सहकारी रिलेइंग का उपयोग कर सकता है, इसलिए संवेदक नेटवर्क का जीवनकाल बढ़ जाता है। बेतार माध्यम की प्रकृति के कारण, कमजोर चैनलों के माध्यम से संचार के लिए अपेक्षाकृत मजबूत चैनलों की तुलना में भारी ऊर्जा की आवश्यकता होती है। राउटिंग प्रक्रिया में रिले सहयोग को सावधानीपूर्वक शामिल करने से बेहतर संचार लिंक का चयन किया जा सकता है और कीमती बैटरी शक्ति को बचाया जा सकता है। सिस्टम 3जी. पी. पी. लॉन्ग टर्म इवोल्यूशन (एल. टी. ई.) कोऑर्डिनेटेड मल्टीप्वाइंट ट्रांसमिशन/रिसेप्शन (सी. ओ. एम. पी.) भी देखें, जिससे कई बेस स्टेशनों के ओवरलैप में स्थित मोबाइल से डेटा दर को बढ़ाना संभव हो जाता है। 5जी मेश नेटवर्क मोबाइल एडहॉक नेटवर्क (एम. ए. एन. ई. टी.) वायरलेस मेश नेटवर्क वायरलेस एडहॉक नेटवर्क टेक्नोलॉजीज कोऑपरेटिव वायरलेस कम्युनिकेशंस कोऑपरेटिव एम. आई. एम. ओ. डाइवर्सिटी स्कीम्स डायनेमिक सिंगल फ्रीक्वेंसी नेटवर्क (डी. एस. एफ. एन.) सॉफ्ट हैंडओवर स्पेस-टाइम कोड मल्टीपल-इनपुट मल्टीपल-आउटपुट कम्युनिकेशंस (एम. आई. एम. ओ.) मल्टी-यूजर एम. आई. एम. ओ. डाइवर्सिटी कंबाइनिंग ट्रांसमिट डाइवर्सिटी गेन रेफ़रेन्स रेडियो रिसोर्स मैनेजमेंट