گیل فان |مقاله | تحقیق| کتاب

مقاله استفاده از فناوری آنتن هوشمند در انتقال همزمان داده ها و برق

ژیگو دینگ , کی جون ژانگ, دریک وینگ وان ان جی, موگن پنگ,  هی مال ای, سروریا, رابرت شابر و وینسنت پور

چکیده

انتقال همزمان انرژی و داده ها(اس دابلیو آی پی تی) راه حلی امیدبخش برای افزایش دوام گره های بی سیم میباشد و از این رو تراکم عبور و مرور انرژی در محدوده ی شبکه های بی سیم را کاهش می دهد. اس دابلیو آی پی تی ,که جاگزین  روش سنتی بهره برداری از انرژیست  بر مبنای استفاده از علائم فرکانس های رادیویی است,و انتظار میرود که باعث ایجاد تغیرات بنیادین در طراحی شبکه های اطلاعاتی بی سیم گردد. این مقاله بر روی بکارگیری  فناورهای پیشرفته ی آنتن هوشمند که شامل ورودی های چندگانه , خروجی های چند گانه , روش های بازسازی و اس دابلیو آی پی تی    متمر کز است. فناوری این آنتن های هوشمند پتانسیل بهبود بخشیدن بازده  انرژی و همچنین بازده طیفی اس دابلیو آی پی را دارند. جانمایی های (مکان شناسی)شبکه ای گوناگون تک کاربر و چند کابر در کنار راه حل های امیدوار کننده برای دستیابی به توازنی مطلوب میان کارائی سیستم و پیچیدگی آن بررسی  شده اند.

مقدمه 1

در انتقال  بی سیم برق ,مفهومی که توسط نیکولا تلسا در سال1890 عنوان گردید, برق از منبع انرژی به مکانی با استفاده از واسطه ای بی سیم انتقال میابد. استفاده از انتقال برق بی سیم می تواند مانع از پروسه های هزینه بر برای برنامه ریزی و نصب کابل های برق در ساختمان ها وجاده ها گردد. یکی ازچالش های بکارگیری برق بی سیم, بازده پایین انتقال انرژی است,از آن جایی که به دلیل هدر رفتن بسیارانرژی در مسیر و پایین بودن بازده فرکانس های رادیویی(آر اف)-انتقال جریان مستقیم(دی سی) ,فقط بخش کمی از برق ارسال شده به گیرنده می تواند بهره برداری شود.علاوه بر آن وسایل برقی اولیه  مثل نسل اول موبایل ها,جا گیر بودند و مشکلشان مصرف زیاد انرژی بود.بنا به دلایل ذکر شده ,انتقال برق بی سیم تا این اواخر زیاد مورد توجه قرار نگرفت,هر چند تلسا قبلا درسال 1891 ارائه ای موفق از روشن کردن لامپ ها به طور بی سیم را به نمایش گذاشت.

در سال های اخیر تلاش های پژوهشی بسیاری به احیای آرزوی دیرینه  برای انتقال بی سیم برق اختصاص یافته اند که  دو دلیل که در ادامه خواهید خواند انگیزه ی بیشتری در این زمینه ایجاد کرد (1) ,(2) . اولین دلیل , موفیقت های چشمگیر شبکه های حسی بی سیم بود (دبلیو اس ان)که به طور گسترده در حمل و نقل هوشمند ,کنترل محیطی و غیره مورد استفاده قرار گرفت. هر چند وی سی دی ها ,محدود به انرژی هستند, به طوری که هر سنسور باید مجهز به باطری باشد که در بیشتر موارد کاربردی ,طول عمر محدود تری دارد. معمولا تعویض این باطری ها هزینه بر است و استفاده از فناوری های سنتی بهره برداری انرژی (ای اچ) مبنی بر منابع طبیعی به دلیل ذات متناوب گونه شان مشکل آفرینند.دلیل دوم  حالا استفاده ی همه گیر از وسایل کم مصرف انرژیست  که بی سیم شارژ میشوند. برای مثال اینتل, قابلیت شارژ بی سیم دما سنج و رطوبت سنج و همچنین نمایش کریستال مایع را با استفاده ازسیگنال های پایگاه های تلوزیونی در فاصله 4 کیلومتری به نمایش گذاشته است.(4)

این مقاله ترکیب انتقال بی سیم برق و انتقال داده ها را در نظر گرفته است تکنیکی که اخیرا به آن پرداخته شده و انتقال همزمان بی سیم برق و داده ها را در بر میگیرد(اس دابلیوآی پی)که در آن سیگنال های حاوی داده ها همچنین برای استخراج برق مورد استفاده قرار میگیرند.اس دابلیو آی پی کارآمد , نیازمند تغییر اساسی در طراحی شبکه  های بی سیم اطلاعات است.برای مثال ,مشخصه های مرسوم برای ارزیابی عملکرد سیستم بی سیم میزان انتقال داده ها و اطمینان از دریافت است.هر چند اگر چند کاربر در سیستم , ای اچ را با استفاده از سیگنال های آر اف اجرا کنند,توازن میان میزان اطلاعات قابل دستیابی و مقدار انرژی بهره بر داری شده مشخصه ی مهم مزیت آن است(1). در این زمینه ,به گیرنده ی ایده آلی که قابلیت رمزگشایی اطلاعات(آی دی)و ای اچ را به به طور همزمان داشته باشد,در (1) پرداخته شده. و در (2) ساختار گیرنده ی کارآمدتر ارائه شده که در آن گیرنده مجهز به دو مدار برای پردازش آی دی و ای اچ به طور جداگانه می باشد.

این مقاله بر استفاده از تکنولوژی آنتن هوشمند برای مثال ,ورودی چندگانه -خروجی چندگانه (می مو) و بازسازی,  در سیستم های اس دبلیو آی پی ,متمرکزاست.این حقیقت که فناوری انتن هوشمند به طور چشمگیری  پتانسیل افزایش بازده انتقال بی سیم برق را دارند انگیزه ی استفاده از این فناوری را بیشتر میکند.برای مثال می مو میتواند برای افزایش دوام برق دخیره شده در حس گرشبکه ها مورد استفاده قرار گیرد که در آن مرکز اتصال داده ها مجهز به آنتن های  چند گانه است که به وسیله آن می تواند انرژی آر اف را برروی حس گر ها متمرکز کند که نیاز مند است به طور بی سیم شارژ شود و این در مقایسه با فرستنده های تک آنتی راه حلی برقی  با بازده بیشتر است.علاوه بر آن ,ایستگاه واسطه ی مخابراتی میتواند برق را با استفاده ازسیگنال  آراف از یک منبع جمع آوری کند و بعد از برق جمع آوری شده جهت فرستادن اطلاعات به مقصدی استفاده شود,که نه تنها به استفاده ی کارآمد تر از سیگنال های آر اف کمک میکند بلکه انگیزه ای برای اشتراک داده ها و برق در میان گره های بی سیم ایجاد میکند (3). برنامه ی فناوری آنتن هوشمند و اس دبلیو آی پی تی  امکان های هیجان انگیزجدیدی را به وجود می آورند ولی در عین حال چالش هایی را برای افزایش بازده طیفی و انرژی در سیستم بی سیم به وجود می آورند.ساختار این مقاله این گونه است.در ابتدا مفاهیم پایه ی اس دبلیو آی پی تی معرفی شده اند.سپس,برنامه مجزا و متصل می مو و بازسازی اس دبلیو آی پی تی با جزئیات مورد بررسی قرار گرفته اند. در انتها چالش های پژوهشی آینده برای طراحی آنتن چندگانه و گره چندگانه ی سیستم های اس دبلیو آی پی تی ارائه شده اند.

اس دبلیو آی پی تی : ساختار ابتدایی گیرنده  . 1

در سیستم اس دبلیو آی پی(سویپت) ,به طور کلی  آی دی و ای اچ نمیتوانند بر روی سیگنال دریافت شده ی مشترک پیاده شوند.علاوه برآن ,گیرنده ی تک آنتنی  نوعا ممکن است توانایی جمع آوری برق کافی برای تضمین منبع انرژی (برق) مورد اطمینان را نداشته باشد.بنابراین ,به تنظیمات ارایشی آنتنی متمرکز و پراکنده همانند می مو وایستگاه مخابره ای برای تولید برق کافی جهت عملکرد مطمئن وسایل, نیازمند است. در ادامه به بازنگری ساختارهای گیرندها ی می مو  اس دبلیو آی پی تی(سویپت) مانند,گیرنده های تقسیم کننده ی برق, منفرد ,راهگزینی(مخابره ای)زمانی و راهگزینی آنتی  خواهیم پرداخت,همان طور که در شکل 1 آمده است.

الف. گیرنده ی مجزا

در معماری گیرنده ی مجزا,مدار ای اچ ومدار آی دی در دو گیرنده ی مجزا با آنتن های مجزا بکارگرفته میشوند که توسط یک آنتن فرستنده ی چندگانه ی مشترک انتقال میابد(2).

ساختار گیرنده ی مجزا میتواند به راحتی با استفاده از عنصر رده ی عام توسط 2 کار بر متفاوت مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر آن توازن میان میزان داده های قابل دسترس و برق دریافت شده  می تواند  بر اساس داده های کانال دولتی (سی اس آی) و بازخورد از دو گیرنده ی مجزا به فرستنده بهینه شود.برای مثال ماتریس کوواریانس سیگنال های فرستاده شده برای به حداکثر رساندن ظرفیت مضمون گیرنده  آی دی با به حداقل رساندن مقداربرق لازم به گیرنده ی ای اچ قادر به بهینه سازیست.

شکل 1.نمایش ساختار گیرنده ی اس دبلیو آی پی تی توضیح داده شده. که نمایانگر عامل سویچینگ زمانی و نمایانگر عامل برق انشعابی ,و  مدت ارتباط قطع شده میباشد.

ب. گیرنده ی سویچینگ زمانی

این گیرنده شامل رمزگشای اطلاعات وگردآورنده ی انرژی آر اف و کلیدی(سویچ) در هر آنتن است(2).هر آنتن دریافتی میتواند به ترتیب بین مدار ای اچ و مدار آی دی بر اساس ترتیب زمانی برای ای چ و آی دی  به طور متناوب تغییر کند. با در نظر گرفتن آمار کانال ها وکیفیت  نیازمندی های خدمات مربوط به انتقال انرژی می توان ترتیب زمانی سویچینگ و سیگنال های فرستاده شده را ,برای طراحی سیستم با اهداف گوناگون, همزمان بهینه کرد.

انشعابی( splitting   ) ج .گیرنده ی برق اسپلیت

با بکارگرفتن واحدهای غیر فعال برق ,این گیرنده , برق دریافت شده از هر آنتن را قبل از اجرای هر گونه پردازش آنالوگ یا دیجیتال به دو جریان برق با نسبت انشعابیه خاصی تقسیم میکند.سپس دو جریان به ترتیب به گردآورنده ی انرژی و رمزگشای اطلاعات فرستاده میشود.که فرایند ای چ و آی دی را آسان تر میکند. نسبت انشعابی برق برای هر آنتن دریافتی میتواند بهینه شود.در موارد خاص ,تعادل میان میزان داده های قابل دستیابی سیستم و برق جمع آوری شده با تغییر نسبت میزان برق انشعابی ممکن است برهم بخورد.می توان با بهینه سازی نسبت های سیگنال و برق انشعابی به پیشرفتهای اجرایی بیشتری دریافت.

شکل 2: ناحیه ی توازن انرژی گردآوری شده() و میزان میانگین قابل دسترس  سیستم ()برای گیرنده های مختلف است.فرکانس حامل 915 مگاهرتز است و گیرنده در 10 متری فرستنده قرار دارد.مجموع برق فرستنده,برق صدا,بهره ی آنتن فرستنده واتلاف تبدیل انرژی آر اف - به به انرژی برق به ترتیب 10 وات, 23دسی بل میلی وات و 10 دی بی آی و 3 دبی می میباشد.ضرایب تضعیف چندگذری که بر اساس متغییرهای رندم ریشان با عامل ریشان کی از 6 دی بی به تصویر کشیده شده اند به طور مستقل و یکسان پراکنده شده اند.

این گیرنده با آنتن های چند گانه و آنتنی با پیجیدگی کمتر که قادر به سویچ کردن بین رمزگشایی و یکسو کردن(اصلاح کردن)است  که استفاده از اس دبلیو آی پی تی(سویپت) را قادر میسازد(7).برای مثال,آنتنهای ان آر,و زیرمجموعه ی آنتهای ال  داده شده می تواند برای آی دی انتخاب شود,در حالی که آنتن های باقی مانده (  ال - آران)برای ای اچ استفاده میشود.بر خلاف تنظیمات گیرنده ی  تغییر(سویچ) زمانی که نیازمند تقارن دقیق زمانی است وتنظیمات گیرنده ی برق اسپلیت که  در صورت نقص سخت افزاری ممکن است در عملکرد دچار نقص شود,تنظیمات آنتن سوییچی آسان به کار برده میشود و برای طراحی سویپت(اس دبلیو آی پی)کاربردی جذاب است.از  منظر تئوری آنتن سویچی می تواند به عنوان موردی خاص با نسبت برق مضاعف در هر آنتن دریافتی در نظر گرفته شود.

شکل 2.عملکرد متوازن ساختار گیرنده سویپت مورد نظر را نشان میدهد(2).در مواقعی خاص ,ما مجموع میانگین برق برداشت شده که با میزان میانگین داده های قابل دسترس سیستم متفاوت است را با طرح نقطه به نقطه نشان میدهیم. فرستنده ی مجهز به  آنتن های 2=تی ان در خدمت گیرنده ای با آنتن دریافتی ان 2=آر ان میباشد.تخصیص منابع در هر مورد برای دستیابی به عملکرد نسبی مطلوب سیستم  اجرا میشود(15).برای قیاسی معقولانه,به ترتیب گیرنده های مجزا,گیرنده ی ای اچ و گیرنده ی آی دی  به آنتنی مجزا مجهزند و منجر میشود به 2    =آران.   علاوه بر آن,ما ناحیه ی جایگزین برای  گیرنده ی برق انشعابی با نسبت ثابت انشعابی یک دوم در هر آنتن را به نمایش گذاشته ایم.قابل مشاهده است که ازنظر هزینه ی پیچیدگی سخت افزاری و  زحمت محاسباتی بالا برای مکان یابی منابع ,گیرنده ی برق انشعابی بهینه شده بزرگترین ناحیه ی جایگزین  را  در میان گیرنده ی های ذکر شده افزاری  دریافت میکند.

3. شبکه های سویپت می مو

از میمو میتوان برای رساندن 2 مزیت  خاص به شبکه سویپت استفاده کرد.از طرف دیگربدلیل خاصیت پخش شدگی انتقال بی سیم ,استفاده  از آنتن اضافی منجر به استفاده ی برق دریافتی  بیشتری میشود.از جهتی دیگر آنتهای فرستنده ی  جانبی دیگرمیتوانند برای فرم دهی پرتو بکارگرفته شوند که به طور چشمگیری باعث افزایش انتقال داده ها و برق انتقالی خواهند شد.تاثیرمیمو در طرح  نقطه به نقطه ی سویپت با یک  منبع و یک گیرنده ی ای اچ و یک گیرنده ی آی دی  در شکل (2) ذکر شد,که در آن جا رابطه ی جانشینی بین میزان داده های می مو برق فرستاده شده مشخص شده است.مزایای میمو  حتی برای طرح چند کاربر میمو نیز بارز است که در شکل  3 الف نشان داده شد. مخصوصا ,منبعی که مجهز به آنتن چند گانه است  در گیرنده های چندگانه ی داده ها بکار میرود که در آن سیگنال آر اف که برای  گیرنده های آی طراحی  شده  میتواند همچنین برای شارژ کردن  گیرنده های ای اچ به طور بیسیم به کار رود.

از آن جایی که کاربران چندگانه در سیسم وجود دارند تداخل هم کانالی (سی سی آی) نیز باید درنظر گرفته شود و استراتژی های گوناگون برای کاهش این تداخل برای براه انداختن سویسپت باید اعمال شود برای مثال ممانعت از پیش کد گزاری قطر سازی ,همانند شکل 8,که در آن داده های گیرنده های ضد تداخلی ارسال  میشوند و برق به بقیه ی گیرنده ها ارسال میشود.علاوه بر آن بکار بردن زمان بندی کاربر بسیار موثر خواهد بود که  به گیرنده ها این امکان را میدهد که که نقش خود را بین  گیرنده ی ای اچ و  گیرنده ی آی دی جایگزین کنند  متناسب با کیفیت کانال برای  این که بتوانند ناحیه ی جانشین  بین میزان داده ها و برق دریافتی را افزایش دهند.

طرح چند کاربر میمو که در شکل 3 نشان داده شد اپلیکیشن مهم دیگر سویسپت است,که هر جفت منبع و مقصد چندگانه طیفی مشابه را تقسیم کند و کنترل تداخل مرتبط با آن بسیار چالش انگیز است. از آن جاییکه در کانال های مورد تداخل ,سیگنال تداخل و داده هایی که حاوی سیگنال های همزسیت هستند و مسائلی مانند همکاری  تداخل و هماهنگی باعث به وجود آوردن چالش هایی نو و همچنین فرصت هایی نو برای تشخیص سویپت است که با طرح جفت های تک منبعی و مقصدی متفاوت است. برای مثال  با انتخاب آنتن  و تنظیم تداخل همانطور که در (9) نشان داده شد.فضای سیگنال دریافتی می تواند به به 2 زیرفضا تقسیم شود که زیر فضای حامل سیگنال های مورد نظر برای انتقال داده ها استفاده  میشود و زیر فضای دیگر که حامل تداخل های هم ترازبرای انتقال برق استفاده میشود.

شکل 3... دو طرح از  نمونه های می مو های چند کاربر

این طرح استراژدی برد برد است از آن جایی که انتقال داده ها از اختلال(تداخل) محافظ است و تداخل از بین برده شده میتواند به عنوان منبع برق مورد استفاده قرار گیرد. مهم تر از آن این روش نگاهی جدید به کنترل اختلال  ارائه میدهد,ازآن جایی که تداخل ناخواسته و بی فایده قبلی  میتواند برای افزایش عملکرد سیستم سویپت  مورد استفاده قرار گیرد. از جهتی دیگر استفاده از آر اف و ای اف محدودیت های جانبی دیگری را برای  طراحی فرم دهنده ی پرتو فرستنده ایجاد میکند,بنابراین راه حل های معروف شبکه های بیسیم مرسوم مثل مقاومت صفر وانتقال بیشترین نسبت  ,نیازمد آن است که برای به اجرا گزاشتن در سیستم سویپت اصلاح شود,همان طور که در (10) نشان داده شد.

(-رله)relay سیستم های سویپ کمکی

میمو متمرکز همان طور که در بخش 3 گفته شد ممکن است,به علت محدودیت های کاربردی,مثل اندازه و قیمت وسایل موبایل برای بکار گرفتن سخت باشد  .این استفاده از ریلی اینگ را در شبکه های سویپت تشویق میکند.علاوه برآن استفاده از انتقال برق بیسیم همکاری گره های(نود) موبایل را درمشارکت تشویق میکند ,از آن جایی که فرستاده های ریلی می توانند با برق جمع شده توسط  سیگنال آر اف دریافتی افزایش یابند و در نتیجه دوام باطری  رله میتواند افزایش یابد.

شود..میتواند براساس مثال های آمده نشان داده  relay EHمزایای استفاده از   .

شبکه رله را با یک جفت منبع -مقصد و یک  رمزگشا و ارسال (دی اف)رله در نظر بگیرید.سویپت در رله با استفاده از ساختار گیرنده ی برق انشعابی اجرا میشود.در شکل 1 نشان داده شد.در شکل 4 عملکرد طرح با استفاده از رله   ای اچ و عملکرد ارسال مستقیم یعنی وقتی که ازرله استفاده نشده با هم مقایسه شده اند.همان طور که در شکل دیده میشود از رله ای اچ می تواند برای کاهش احتمال  قطع برق از ......تا......  استفاده شود.پیشرفت 10 براری در اطمینان دریافت در مقایسه با ارسال مستقیم.

شکل4.   عملکرد قطع شبکه  رله شده با یک منبع ,یک رله و یک مقصد.        قرار دارد و نقشه ایکس و وای (5m,0)ومقصد در  ,(0,0)منبع مکان در

مکان رله ها را نشان میدهد.فرکانش حامل 915 مگاهرتز است.مجموع برق فرستاده شده ,برق صدا و بهره ی آنتن فرستنده و گیرنده و تلافات تبدیل آر اف به انرژی الکتریکی به ترتیب 10 وات و 17 دی بی ام ,صفر دیبی آی و 3 دی بی ,برآورد شده اند.ما در نظر میگیریم که ضریب محو شدگی متغیر های رندم ریلیگ به طور مستقل و یکسان پراکنده شده و به تصویر کشید شده.

میباشد.توان هدر رفتگی مسیر 3 میباشد. 0.1 bits/Hz/sمیزان داده های هدفمند

عملکرد تقسیم زمانی و برق انشعابی سیستم سویپت که رله های تقویتی-و ارسالی ای اف و دی اف را بکارمیگیرد در[11] ,و تاثیر تخصیص برق در [12] مورد بررسی  قرار گرفته است.

این نتایج هیجان انگیز نشان میدهد که رویکرد قطع برق احتمالی در سیستم های سویپت رله شده  با رویکرد سیستم های معمولی با رله های خود توان متفاوتند.برای مثال ,در نبود لینک مستقیم منبع-مقصد,قطع برق احتمالی با رله ای اچ ,با افزایش نسبت سیگنال به پارازیت(صدا)(اس ان آر) بسیارکاهش خواهد یافت با نسبت ........... که یعنی کند تر ازنسبت  ............  در سیستم های معمولیست. دلیل هدر رفتن این عملکرد این است که برق ارسالی رله شده نسبت به شرایط کانال های رله شده ی منبع در نوسان است.این تلفات اجرایی با بکار انداختن مشارکت کاربری(کاربران) بسیار کاهش میابد. برای مثال در شبکه ای با جفت های چندگانه ی کاربر و رله ای اچ و استراتژی های تخصیص برق پیشرفته مثل روش های  مبتنی بر پر کردن آبی و مبتنی بر مزایده ,برای تضمین از بین رفتن احتمال قطع برق  در میزان سریع تر .... [12]  میتواند استفاده شود.

اجرای  تقویت عملکرد برای این است  که امکان به اشتراک گذاشتن برق به جفت کاربران مانع ایجاد شرایطی میشود که در آن بعضی از کاربران دچار کمبود برق انتقالی اند در حالی که دیگر کاربران بیشتر از حد احتیاج برق دارند.

انتخاب رله راهکاری مهم برای بهره بردن از رله های چندگانه با پیچیدگی کمتر سیستم میباشد,و استفاده از ای اچ همچنین باعث ایجاد تغییرات اساسی در استراتژی تعیین طرح رله ها میگردد.

در شبکه های رله مرسوم(معمولی), این گونه است که معمولا کانال های رله منبع و رله مقصد به یک اندازه برای انتخاب رله مهم میباشند,که به این معناست که بهترین جایگاه رله وسط خطیست که منبع را به مقصد متصل میکند که برابر است با (0.ام   2.5 ) برای طرحی که در شکل 4 در نظر گرفته شده. با این وجود شکل 4 نشان میدهد که رله ی ای اچ نسبت به رله های معمولی   نمایانگر رفتارهای متفاوت است به این معنی که حرکت دادن رله از منبع به نقطه ی وسط (0,ام   2.5) تأثیر تعیین کننده ای در  احتمال قطع برق دارد.  قابل ذکر است که این مشاهدات  در سیستم سویپت با رله های ای اف نیز صدق میکند. این پدیده به علت این است که در شبکه های ای اچ,کیفیت کانال های رله منبع بسیار مهم است از آنجایی که نه تنها ارسال مطمئن از منبع به رله  بلکه برق دریافت شده در رله ها را نیز تضمین میکند.در[13] نشان داده شد که معیار گزینش ماکزیمم و مینیمم که راهکاری بهینه در شبکه های رله معمولی(مرسوم) دی اف  است,فقط میتواند به قسمت کمی از بهره ی پر تنوع در سیستم سویپت  دست یابد.

4.ترکیب می مو و همکاری رله در سویپت

می مو و همکاری رله در سویپت نشان دهنده ی 2 راهکار متمایز درتنوع(گوناگونی) بهینه سازی فضایی است و هر دو تکنیک به طور چشمگیری میتوانند باعث افزایش بازده برق سیسم شوند که برای سیستم سویپ اهمیت زیادی دارد.بنابراین ترکیب این 2 آنتن هوشمند  انتخابی طبیعی برای سیستم سویپت است.مزایای این ترکیب در مثال مقابل آمده است.

سالن کنفرانسی را که از دانش آموزان پر شده را در نظر بگیرید,که در آن  لپ تاپ ها ,گوشی های هوشمندی وجود دارند که مجهز به آنتهای چند گانه و همچنین سنسور های تک آنتنی برای کنترل زیرساختی  است.به این سالن میتوان همانند شبکه ای ناهمگن که  شامل وسایل موبایل با توانایی های گوناگون است  نگاه کرد.وسایل غیر فعال با قابلیت های می مو میتواند همانند رله برای  کمک کردن به کاربران فعال درشبکه به خصوص سنسور های کم هزینه, بهینه شود

از آن جایی که رله ها آنتن چند گانه  دارند ,طرح های پیشرفته تر گیرنده  مثل گیرنده ی آنتن سویچی می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

علاوه بر آن استفاده از رله های می مو امکان خدمت رساندن همزمان جفت منبع-مقصد چندگانه را  ایجاد میکند.دراین باره لازم به ذکر است که با استفاده از سویپت  کاربران غیرفعال می مو تشویق میشوند  که همانند رله عمل کنند از آنجا که کمک به دیگر کاربران دوام باطری های رله را کم نمیکند.بنابراین از رله های می مو میتوان برای دیگر بعدها پیشرفت های اجرایی بهره گرفته شود و می توانند توازن(جایگزینی)پیشرفته ای را میان میزان داده ها و برق دریافتی به وجود آورند.

همانطور که در فصل 3 اشاره شد,یکی از مشخصه های سیستم های سویپت استفاده پر بازده برقی سیسی آی است که به عنوان عاملی تعیین کننده که عملکرد در سیستم های بی سیم مرسوم را محدود میکند در نظر گرفته میشود.به طور خاص از سی سی آی می توان به عنوان منبع  بالاقوه برق در سیستم های رله می مو سویپت بهره گرفت.برای بهتر درک کردن این موضوع مثال مقابل رادر نظر بگیرید. رله ی (سیستم مخابره ای) ای ف با آنتهای ان  برای کمک به  منبع تک آنتنی  بکار گرفته میشود که با مقصد  تک آنتنی در ارتباط است.ابتدا رله برق را از سیگنال های آراف دریافتی  با ساختار انشعاب کننده ی برق میگیرد و سپس از این برق برای ارسال سیگنال های منبع استفاده میکند.2 مورد مجزا در نظر گرفته شدند بدون سی سی آی و با سی سی آی . برای بهره بردن از آنتنهای چندگانه  پردازش  خطی جریان داده ها برای سهولت آی دی  بکار برده میشود. از آن جای که پردازش بهینه ی  خطی دبلیو....برای نشان دادن تجزیه واردشوار است. میزان اکتسابی -1 در پردازش دبلیو ... در نظر گرفته میشود. همین طور در

موردی که سی سی آی در آن نیست پردازش ماتریکس  بر اساس ماکزیمم نسبت فرستاده شده   درنظر گرفته میشود.که بردارهای اچ به سایز ان ضربدر 1 و جی به سایز یک W=ahg

ضربدر ان انتخاب میشوند که به ترتیب با پرش (تعویض)کانال های اول و دوم سازگار باشد.که  عاملیست برای سنجش که محدودیت های برق ارسالی رله(مخابره) را تضمین میکند.a

از طرفی دیگر با حضور سی سی آی رله ابتدا میزان حداقل وسط مکعب خطا را بکار میگیرد که سی سی آی را توفقیف کند و سپس سیگنال های فرستاده شده را با استفاده از حداکثر نسبت انتقال به مقصد ارسال کند.شکل 5. نرخ اگودیک قابل دسترس را نشان میدهد. برای مثال افزایش تعداد آنتن ها از سه به شش تقریبا این میزان را سه برار میکند.علاوه بر آن ,دیده میشود که وقتی سی سی آی ضعیف است میزان تفاوت در مقایسه با مورد بدون سی سی آی ناچیز است.هر چند وقتیکه سی سی آی قوی است افزایش میزان به طور قابل توجهی مشاهده میشود,در واقع هر چه سی سی آی قوی تر باشد میزان بازه نیز بیشتر خواهد شد.برای مثال در بعضی اپلیکیشن ها - رله ها(ایستگاه واسطه مخابراتی)در محدوده ی موبایل عمل میکند و مزایای بکار بردن سی سی آی در چنین مواقعی بسیار قابل مشاهده است.

5.چالش های تحقیقاتی

در ادامه به تحلیل چالش های می مو و سویپ های رله شده ی آینده خواهیم پرداخت.

1)می مو سویپت پر بازده برق: به دلیل اتلاف زیاد قدرت امواج در مسیر ,بازده برق می مو سویپت ممکن است که در انتقال برق به مسافت های طولانی مورد رضایت نباشد  مگر این که تکنولوژی های پیشرفته ی سبز مثل  تکنولوژی -ای اچ- که بر اساس منابع برق طبیعیست و منابع تخصیص می مو, با هم ترکیب شوند.در این جا 2به رویکرد ممکن در رابطه با این مشکل نگاهی می اندازیم.

فرستنده ی ای اچ: در این مورد فرستنده میتواند برق را با استفاده از  منابع برق طبیعی تجدیدشدنی  مثل خورشید,باد وانرژی وابسته به مرکز زمین گردآوری کند.سپس برق به دست آمده  در فرستنده میتواند به گیرنده ی مورد نظر از طریق کانال های بی سیم ارسال گردد,و در نتیجه باعث کاهش چشمگیر هزینه های اجرایی فراهم کننده ی سرویس و افزایش بازده برق سیستم گردد,از آنجایی که منابع برق تجدید پذیر به طور مجانی میتوانند بکار گرفته شوند.هر چند امکانات  تنوع زمانی برق دریافت شده از منابع برق تجدیدپذیر ممکن است در سیستم سویپت باعث قطع برق شود و تکنیک های  جدید پر بازده برای غلبه بر این مشکلات باید تعبیه گردد.

بهینه سازی برق پر بازده می مو: تخصیص منابع پر بازده انرژی می مو می تواند به عنوان  بهینه ساز مشکلات استفاده گردد که در آن میزانهای آزادی در سیستم  مثل هوا ,انرژی ,جریان و زمان می توانند ,برای افزایش  بازده برق بهینه شوند .با در نظر گرفتن مصرف همه ی گره های مدار برق ,و ذخیره ی محدود برق در گیرنده ها  و میزان آزادی فضایی بیش از حد سیستم های می مو و بهره برداری از برق ارسالی بازیافتی و برق متداخل , بهینه سازی بازده برق  روش های اجرایی برای سیستم های پر بازده انرژی سویپت را نشان میدهد.

هنوز,نبود برآمدگی در عملکرد بازده برق مورد نظر [6] در  طراحی الوگریتم(محاسبه ی عددی)برای دستیابی به عملکرد بهینه ی سیستم با پیچیدگی کمتر مانعی است , ولی هنوز الوگریتم های کارآمدترباید طراحی شوند.

2)سویپت رله ی پر بازده برق:  مفاهیم سویپت و رله با هم مرتبطند ازآن جا که استفاده از سویپت باعث تحریک  همکاری گره های میشود و رله کردن برای افزایش بازده برق سویپت موثر است.در ادامه به چالش های تحقیقاتی گوناگون رله های یاری رسان سویپت پرداخته شده است.

سیستم های رله کننده ی کاربردی ,به علت عملکرد یکسویه(نیم دو رشته ای)  از کاهش بازده طیفی رنج میبرند,یک رویکرد ممکن برای برداشتن این محدودیت استفاده از رله کننده ی پیاپی است که در آن به طور متوالی  دو تا از رله ها گوش میکنند و ارسال میشوند.تداخل میان رله,که معمولا تعیین کننده است وقتیکه در سیستم سویپت بکار گرفته شد, ,در آن زمان میتواند به عنوان منبع برق مورد استفاده قرار گیرد. راه حل دیگر امید بخش این مشکل پذیرش ارسال  تمام دولا (تمام دوپلکس)است. در موردی ایده آل  رله کردن تمام دوپلکس  میتواند بازده  طیفی  را افزایش دهد  ولی تداخل  پشت حلقه ای(لوپ بک) در عمل سیگنال های داده ای را مختل میکند.راه حل می مو های پیشرفته میتوان برای بهینه سازی این لوپ بک ها,به عنوان منبع برق اضافی طراحی شود.

سویپت های رله شده محدود به رله های موارد ای اچ نیست و میتواند به طرح هایی که آر اف ای اچ در منبع یا/و مقصد , بسته به سیگنال های ارسالی رله اجرا میشود , گسترش یابد.برای مثال در وی اس ان ها ,دو سنسور ممکن است با کمک مرکز اتصال داده های خود-انرژی با هم دیگر ارتباط برقرار کنند.برای این نوع رله کردن سویپت ,قراردادهای رله کننده باید به دقت طراحی دوباره گردند,ازآن جایی که فاز جانبی برای ارسال برق به منبع و مقصد لازم است.

بیشتر کارهای موجود بر سویپت رله کننده در نظر گرفتند که انرژی جمع شده در رله ها می تواند به عنوان رله ارسال برق استفاده شود. در عمل این فرض , به دلیل ناچیز بودن مصرف مدار برق در هماهنگ سازی شبکه های رله, ناکارآمدی تقویت کننده ی برق و تلافات ذخیره ی برق و انرژی مصرف شده برای هماهنگ سازی شبکه های رله سخت به واقعیت می پیوندد که باید در هنگام طراحی قواعد جدید سویپت های رله کننده  درنظر گرفته شوند. علاوه بر آن عملکرد برتر رله های می مو / رله سویپت معمولا به دلیل فرضیه کلیدی است در فرستنده و گیرنده دانش کامل از سی اس آی وجود دارد.هرچند ,مقدار زیادی از سیگنال های بالای سر برای تشخیص این فرضیه ی  سی اس آی مصرف میشود.بنابراین برای ارزیلبی عادلانه ی عملکرد ,کار های آینده  باید  هزینه ی برق اضافی با اکتساب سی اس آی را درنظر بگیرند.[14]

3) مدیریت ارتباط مطمئن: انتقال برق ازفرستنده به گیرنده با افزایش برق ارسالی سیگنال های حاوی داده ها میتواند تسهیل گردد.هرچند برق ارسالی بیشتر به دلیل خاصیت پراکندگی کانال های بی سیم , منجر به حساسیت پذیری بیشتری نشت اطلاعات(داده ها) میشود.بنابراین امنیت ارتباط مسئله ای مهم در سیستم سویپت است.

سیگنال برق: ارسال سیگنال انرژی در کنار سیگنال داده ها  با استفاده از شکل موج اختیاری مثل سیگنال مداوم صدا ی قطعی میتواند نشان داده شود.اگر سیگنال برق  جریان گاسیان شبه رندم باشد  میتواند برای ایجاد ارتباطی امن نیز بکار برده شود زیرا برای  استراق سمع کننده ی بالقوه اختلال ایجاد میکند[5].ازطرفی دیگر اگر این جریان برای همه ی گیرنده ها مجاز آشکار باشد,سیگنال برق میتواند در گیرنده های مجاز قبل از آی دی قطع شود.هرچند برای امکان قطع سازی ,به یک مکانیزم مطمئن برای تقسیم دانه ی داده ها برای اجرای جریان سیگنال های انرژی نیازمند است که به وسیله ی آن بشود پیش کد گذاری می مو و فرم دهی پرتو را انجام داد.

ایجاد پارازیت وسیله مهمی است که مانع گوش کردن  استراق سمع کننده گان به پیام های محرمانه میشود,هرچند ایجاد پارازیت باطری وسایل موبایل را کم میکند.استفاده از سویپت ,کارکرد گره ها به عنوان پارازیت  را تشویق میکند.ازآن جایی که میتوانند  به طور بیسیم توسط سیگنال های آر اف فرستاده شده ازطرف کاربران مجاز شارژ شوند.هرچند بازده  استراتژی برداشت - پارازیت  بسته به جانمایی شبکه دارد که در آن گره های برداشت-پارازیت لازم است برای جمع آوری میزان کافی برق نزدیک به فرستنده ی مجاز قرار بگیرند. به آنتن های چندگانه ی پیشرفته برای رفع این  مشکل نیازمند است.

6. نتیجه گیری

در این مقاله ,مبانی پایه ی سویپت و معماری های گیرنده ی مرتبط با آن در کنارچند عملکرد توازن(جایگزین)در سیستم سویپت بررسی شدند. به طور خاص ,اپلیکیشن تکنولوژی آنتن های هوشمند مثل می مو و رله در شبکه های سویپت  با جاگزاری های مختلف شبکه مورد بررسی قرار گرفت.علاوه برآن به ش های تحقیقاتی آینده برای طرح  سیستم های پر بازده برق می مو وسویپت های مجهز به رله نیز پرداخته شد