О‘zbеkistоn rеspublikаsi аxbоrоt tеxnоlоgiyаlаri vа kоmmunikаtsiyаlаrini rivоjlаntirish vаzirligi

III BOB 5G KANALLARIDA WCP-COQAM, GFDM-OQAM VA FBMC-OQAM MODULYATSIYASIYA TURLARINI MODELLASHTIRISH ORQALI BAHOLASH
3.1 5G Kanallarida WCP-COQAM, GFDM-OQAM va FBMC-OQAM modulyatsiyasiya turlari
Bugungi sanoat simsiz yechimlari uchun asosiy muammolar real vaqt rejimida sanoatni avtomatlashtirish ilovalariga qo'yiladigan qat'iy talablar va bunday stsenariylarda tarqalish yo'lining noqulay sharoitlari hisoblanadi. Bugungi sanoat simsiz aloqalarining aksariyati IEEE 802.11, IEEE 802.15.1 yoki IEEE 802.15.4 kabi mavjud standartlarga asoslangan bo'lib, ularga qo'shimcha mahalliy protokol kengaytmalari qo'llaniladi. Ushbu aloqa tizimlari sanoat ilovalarining keng doirasini qamrab oladi, ammo zavod avtomatizatsiyasining qat'iy real vaqt talablariga kelganda ishonchlilik yo'q. Shu sababli, jismoniy qatlam uchun yangi sxemalar, shuningdek, sanoat simsiz aloqa uchun yangi media kirish usullari taklif qilinishi kerak. Kelajakdagi texnologiyalar orasida 5G va kognitiv radio uchun modulyatsiya nomzodlari istiqbolli yechimlar bo'lishi mumkin.
Ushbu BMI ishimda 5G uchun Filter Bank Multicarricr with Offset Quadrature Amplitude Modulation – FBMC-OQAM, Generalised frequency division multiplexing with Offset Quadrature Amplitude Modulation – GFDM -OQAM va Windowed Cyclic Prefix-Circular with Offset Quadrature Amplitude Modulation WCP-COQAM modulyatsiya nomzodlarini bit xato tezligi, quvvat spektral zichligi va yuqori dispersiv kanallar bo'yicha spektral samaradorlik nuqtai nazaridan tahlil qilamiz. Ushbu tahlildan, bir tomondan, biz ushbu modulyatsiya tizimlarining kognitiv radioga asoslangan sanoat simsiz aloqalari uchun mosligini baholaymiz. Boshqa tomondan, biz windowlash WCP-COQAM-da yuqori dispersli ko'p yo'nalishli kanallardan himoya va spektral samaradorlikka qanday ta'sir qilishi haqida qo'shimcha ma'lumotlarni taqdim etamiz.
So'nggi yillarda sanoatni avtomatlashtirishda simsiz aloqalardan foydalanish doimiy ravishda o'sib bormoqda va katta ilmiy qiziqish uyg'otdi. Simsiz aloqa sanoatni avtomatlashtirish sektoriga beradigan afzalliklariga qaramay, ular aloqa mustahkamligi bilan bog'liq jiddiy kamchiliklarga ham ega. Hozirgi sanoat simsiz yechimlari uchun asosiy muammolar sanoatni avtomatlashtirish ilovalarining kechikishi, sinxronizansiya va ishonchlilikka nisbatan yuqori talablaridir [2].
Bundan tashqari, sanoat senariylari yuqori impulsiv shovqin, sanoat, ilmiy va tibbiy (ISM - Scientific and Medical) diapazonlarida yuqori spektrli bandlik va og'ir ko'p yo'nalishli ta'sirlar va tarqalish kanalidagi ko'plab yirik va metall to'siqlardan kelib chiqqan soyalar tufayli susayadigan kanallar bilan tavsiflanadi. Hozirgi sanoat simsiz aloqalarining aksariyati IEEE 802.11 (WiFi), IEEE 802.15.1 (Bluetooth) yoki IEEE 802.15.4 (ZigBee) kabi mavjud standartlarga asoslangan va qo'shimcha ravishda xususiy protokol kengaytmalari qo'llaniladi. Eng kengaytirilgan sanoat simsiz yechimlaridan ba'zilari Simsiz HART, ISA 100.11a, WIA-PA, WISA, WSAN-FA va IEEE 802.11 standartlariga asoslangan ba'zi echimlardir. Garchi ushbu aloqa tizimlari sanoat ilovalarining keng doirasini qamrab olgan bo'lsa-da, ularning barchasini qamrab olish uchun mustahkamlik yo'q [3], xususan, zavod avtomatlashtirish uchun qattiq real vaqt talablarini o'z ichiga olgan. Buni hisobga olgan holda, sanoat simsiz aloqalari uchun yangi media kirish texnikasi bilan bir qatorda fizik (PHY - physical) qatlam uchun yangi sxemalar taklif qilinishi kerak.
Kelgusi texnologiyalar orasida beshinchi avlod (5G) va Kognitiv radio (CR – Cognitive Radio) uchun modulyatsiya nomzodlari istiqbolli echimlar bo'lishi mumkin [4] [5]. Yuqorida aytib o'tilgan o'z vaqtidalik va spektrni egallash masalalarini hisobga olgan holda, samarali vosita kirishni boshqarish (MAC – medium access control) protokollari to'qnashuvsiz va ma'lumotlarni o'z vaqtida yetkazib berishni ta'minlash uchun juda muhimdir. Shu jihatdan, CR paradigmasini qo'llash mavjud diapazonlardan foydalanishni boshqarish orqali sezilarli foyda keltirishi mumkin. 5G modulyatsiyasi nomzodlariga kelsak, ularning filtrlangan ko'p tashuvchili tuzilishi spektrdan samarali foydalanishni ta'minlaydi va ularni CR va boshqa chastota domenlari MAC protokollari uchun mos modulyatsiya tizimlariga aylantiradi. Bundan tashqari, ortogonal chastotali bo'linish ko'paytmasi (OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing) kabi ko'p tashuvchili modulyatsiyaning (MCM – multicarrier modulation) ko'p yo'nalishli ta'siriga qarshi mustahkamligini hisobga olsak, 5G MCM nomzodlari sanoat ko'p yo'nalishli kanal stsenariylari uchun mos sxemalar bo'lishi mumkin.
5G bo'yicha PHY takliflari bo'yicha olib borilgan tadqiqotlarning aksariyati mobil aloqaga yo'naltirilgan bo'lsa-da, 5G aslida keng ko'lamli dastur maydonlarini qamrab olishga mo'ljallangan [4]. Ularning barchasi orasida bizning ishimizda simsiz sanoat aloqalariga qaratilgan. Xususan, biz CR [6] [7] asosida sanoat simsiz aloqalari uchun moʻljallangan mustahkam PHY qatlamlarini tekshiramiz. Sanoat aloqalarining o'ta ishonchliligi va past kechikish talablariga (yuqori ma'lumotlar tezligi va foydalanuvchilar sonidan ko'proq) ko'ra [8], ushbu ishda biz sanoat zallarini taqlid qiluvchi katta ichki makonlar va jiddiy ko'p yo'nalishli kanallar orqali past polosali uzatishda (tashuvchining chastotalari 6 gigagertsdan past va tarmoqli kengligi 100 MGts dan tor) 5G uchun MCM nomzodlarining ayrimlarini simulyatsiya qilamiz.
Ushbu BMIda, yuqorida aytib o'tilgan sanoat muhiti xususiyatlaridan, biz jiddiy ko'p yo'nalishli ta'sirga e'tibor qaratamiz. Biz Ofset kvadraturasi amplituda modulyatsiyasi (OQAM) asosida Filtr bankining Multi-Carrier (FBMC) va Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM) va shuningdek, Windowed Cyclic Prefix-Circular OQAM (WCP-COQAM) modulyatsiya tizimlarini tahlil qilamiz.
WCP-COQAM bibliografiyadagi boshqa ikkita sxema kabi kengaytirilmagan bo'lsa-da, u GFDM bilan bir qator o'xshashliklarga ega, bu esa uni 5G uchun boshqa nomzod va qiziqarli MCM sxemasini tahlil qilish uchun qiladi [9]. Biz ularning ishlashini yuqori dispersiv kanallar ostida bit xatolik darajasi (BER- bit error rate), quvvat spektral zichligi (PSD-power spectral density) va spektral samaradorlik (SE- spectral efficiency) nuqtai nazaridan baholaymiz [10].
Yuqorida aytib o'tilgan MCM tizimlarini tahlil qilish va baholashdan biz quyidagini taqdim etamiz:

• 
  WCP-COQAM-da ko'p yo'nalishli kanallardan va SEdan himoyaga qanday ta'sir qilishi haqida qo'shimcha ma'lumot beradi. Biz ko'p yo'nalishli kanallarda to'liq ortogonallikni ta'minlash shartlarini bayon qilamiz va windowlash WCP-COQAM da GFDM-OQAM bilan solishtirganda SEni qanday kamaytirishini ko'rsatamiz.
  
• 
  5G haqidagi tadqiqotlarning aksariyati mobil aloqaga qaratilgan bo'lsa-da, bu erda biz 5G modulyatsiyasining asosiy nomzodlarini turli sharoitlarda simulyatsiya qilamiz va baholaymiz. Biz katta ichki makonlar va jiddiy ko'p yo'nalishli kanallar orqali past polosali uzatishni modellashtiramiz va biz Matlab simulyatsiyasidan olingan natijalarni ko'rsatamiz va o'z xulosalarimizni bayon qilamiz.