DOI: https://doi.org/10.1109/tvt.2026.3683670
تاريخ النشر: 2026-04-13
المؤلف: Qiao Ren وآخرون
الموضوع الرئيسي: تكنولوجيات الاتصال اللاسلكي المتقدمة
نظرة عامة
تقدم هذه القسم تحليلًا لنظام اتصال يستخدمه مستخدمان اثنان باستخدام PASS (سطح ذكي ذو مصفوفة طورية) تحت ثلاثة أنظمة وصول متعددة (MA): الوصول المتعدد غير المتعامد (NOMA)، الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA)، والوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA). لكل نظام، يقوم المؤلفون بصياغة مشكلة تحسين تشكيل الشعاع تهدف إلى تقليل الطاقة المرسلة المطلوبة لتلبية متطلبات معدل المستخدمين. تم اقتراح خوارزمية من مرحلتين لـ NOMA و FDMA، تستخدم التقريب المحدب المتتالي (SCA) لتحديد مواقع مكبرات الطاقة (PAs) بشكل متتابع وإجراء التعديلات الدقيقة. في المقابل، بالنسبة لـ TDMA، يتم اشتقاق تشكيل الشعاع الأمثل لكل فترة زمنية من خلال الاستفادة من قدرات التبديل الزمني لـ PASS لتعظيم مكاسب القناة للمستخدمين المخدمين.
تشير النتائج إلى أن نظام PASS يتفوق بشكل كبير على أنظمة الهوائيات التقليدية. على وجه الخصوص، يظهر NOMA أداءً متفوقًا باستمرار مقارنةً بـ FDMA، بينما تحقق TDMA نتائج أفضل من NOMA عندما تكون متطلبات معدل المستخدمين متساوية. تؤكد هذه الدراسة فعالية PASS في تعزيز كفاءة الاتصال عبر أنظمة MA المختلفة.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية التقدم في تقنيات الهوائيات المرنة، لا سيما في سياق شبكات الجيل السادس (6G). تبرز القيود المفروضة على التقنيات الحالية، مثل الهوائيات السائلة والقابلة للتحريك، في معالجة فقدان المسار على نطاق واسع. لمعالجة هذه التحديات، يقدم المؤلفون أنظمة هوائيات قابضة (PASS)، التي تستخدم موجات دائرية و هوائيات قابضة منخفضة التكلفة (PAs) كنقاط إشعاع قابلة لإعادة التكوين. يسمح هذا التصميم المبتكر بتعديل ديناميكي لمواقع الهوائيات، مما يتيح إنشاء روابط جديدة على خط الرؤية وتعزيز جودة القناة بشكل كبير مقارنة بأنظمة الهوائيات التقليدية.
تستكشف الورقة أيضًا دمج تقنيات الوصول المتعدد (MA) داخل PASS للاتصالات متعددة المستخدمين. تصنف تقنيات MA إلى الوصول المتعدد المتعامد (OMA) والوصول المتعدد غير المتعامد (NOMA)، مع التأكيد على الإمكانية لإعادة تكوين ديناميكية لترتيب فك التشفير في NOMA من خلال وضع PA. يقوم المؤلفون بدراسة نظام اتصال يعتمد على PASS لمستخدمين اثنين تحت ثلاثة أنظمة MA: NOMA، الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA)، والوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA). يقومون بصياغة مشكلة تحسين تشكيل الشعاع تهدف إلى تقليل الطاقة المرسلة مع تلبية متطلبات معدل المستخدمين. تشير النتائج إلى أن PASS يتفوق على أنظمة الهوائيات التقليدية، حيث يوفر NOMA أداءً متفوقًا مقارنةً بـ FDMA، بينما تكون TDMA أكثر فعالية من NOMA في ظل ظروف معدل المستخدمين المتساوية.
النتائج
في هذا القسم، يقدم المؤلفون نتائج عددية تؤكد صحة الخوارزمية المقترحة من مرحلتين وتقييم مختلف أنظمة الوصول المتعدد (MA) للاتصالات متعددة المستخدمين المعتمدة على PASS. تستخدم المحاكاة معلمات محددة، بما في ذلك ارتفاع الموجة $d = 3 \, \text{m}$، وطول جانب منطقة مربعة $L = 15 \, \text{m}$، وستة مكبرات طاقة (PAs). تشير النتائج إلى أن الطاقة المرسلة المطلوبة عند نقطة الوصول (AP) أقل بكثير مع PASS مقارنةً بالأنظمة التقليدية، مما يبرز مزايا النهج المقترح. من الجدير بالذكر أن الوصول المتعدد غير المتعامد (NOMA) يتفوق باستمرار على الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA)، بينما يظهر الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA) متطلبات طاقة أقل مقارنةً بـ NOMA عندما يكون عدد PAs أربعة أو أكثر، وذلك بسبب ميزة التبديل الزمني لـ PASS.
تظهر النتائج أيضًا أنه في ظل معدلات الأهداف المتساوية للمستخدمين، تتطلب TDMA طاقة إرسال أقل من NOMA. ومع ذلك، مع تحول معدلات المستخدمين إلى غير المتساوية، يظهر NOMA كفاءة طيفية متفوقة، مما يتطلب طاقة إرسال أقل من الوصول المتعدد المتعامد (OMA). يتم أيضًا استكشاف مواقع تفعيل PA المحسنة لمختلف أنظمة MA، مع نتائج تشير إلى أن NOMA تستفيد من نشر PA غير المتساوي لتحسين ظروف القناة، بينما تحقق FDMA أداءً أفضل من خلال تجميع PA المتساوي. توفر هذه الرؤى إرشادات أساسية للنشر الفعال لـ PASS في سيناريوهات MA المختلفة.
المناقشة
في هذا القسم، يقدم المؤلفون تحليلًا شاملاً لنظام اتصال يستخدمه مستخدمان اثنان باستخدام نظام هوائي سلبي (PASS) مع ثلاثة أنظمة وصول متعددة (MA): الوصول المتعدد غير المتعامد (NOMA)، الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA)، والوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA). يتكون النظام من نقطة وصول (AP) ومستخدمين اثنين كل منهما به هوائي واحد، مع الهدف المتمثل في تقليل الطاقة المرسلة مع تلبية متطلبات معدل المستخدمين. تتضمن الصياغة الرياضية تحسين مواقع مكبرات الطاقة (PAs) والطاقة المرسلة المخصصة لكل مستخدم، مع مراعاة القيود المفروضة على معدلات البيانات القابلة للتحقيق وتفعيل PA.
يقترح المؤلفون خوارزمية من مرحلتين لـ NOMA و FDMA، حيث تركز المرحلة الأولى على تحسين مواقع PA لتقليل فقدان المسار على نطاق واسع، بينما تقوم المرحلة الثانية بضبط هذه المواقع لضمان التوافق الطوري لتجميع الإشارة البناءة. بالنسبة لـ TDMA، يتم اشتقاق نشر PA الأمثل على افتراض تباعد متساوي حول كل مستخدم، مستفيدين من ميزة التبديل الزمني لـ PASS. تشير النتائج إلى أن النظام المعتمد على PASS المقترح يتفوق بشكل كبير على أنظمة الهوائيات التقليدية، حيث يقدم NOMA أداءً متفوقًا باستمرار مقارنةً بـ FDMA، وتحقق TDMA نتائج أفضل من NOMA في ظل ظروف معدل المستخدمين المتساوية.
DOI: https://doi.org/10.1109/tvt.2026.3683670
Publication Date: 2026-04-13
Author(s): Qiao Ren et al.
Primary Topic: Advanced Wireless Communication Technologies
Overview
This section presents an analysis of a two-user communication system utilizing a PASS (Phase Array Smart Surface) under three multiple access (MA) schemes: nonorthogonal multiple access (NOMA), frequency division multiple access (FDMA), and time division multiple access (TDMA). For each scheme, the authors formulate a pinching beamforming optimization problem aimed at minimizing the transmit power required to meet user rate demands. A two-stage algorithm is proposed for NOMA and FDMA, employing successive convex approximation (SCA) for sequentially determining the locations of power amplifiers (PAs) and fine-tuning adjustments. In contrast, for TDMA, the optimal pinching beamforming for each time slot is derived by leveraging the time-switching capabilities of PASS to maximize the channel gain for served users.
The findings indicate that the PASS system significantly outperforms traditional antenna systems. Specifically, NOMA consistently demonstrates superior performance compared to FDMA, while TDMA yields better results than NOMA when user rate requirements are symmetric. This research underscores the effectiveness of PASS in enhancing communication efficiency across different MA schemes.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the advancements in flexible-antenna technologies, particularly in the context of sixth-generation (6G) networks. It highlights the limitations of existing technologies, such as fluid and movable antennas, in addressing large-scale path loss. To address these challenges, the authors introduce pinching-antenna systems (PASS), which utilize dielectric waveguides and low-cost pinching antennas (PAs) as reconfigurable radiation nodes. This innovative design allows for dynamic adjustment of antenna locations, establishing new line-of-sight links and significantly enhancing channel quality compared to traditional antenna systems.
The paper further explores the integration of multiple access (MA) techniques within PASS for multi-user communications. It categorizes MA techniques into orthogonal multiple access (OMA) and non-orthogonal multiple access (NOMA), emphasizing the potential for dynamic reconfiguration of decoding orders in NOMA through PA placement. The authors investigate a two-user PASS-based communication system under three MA schemes: NOMA, frequency division multiple access (FDMA), and time division multiple access (TDMA). They formulate a pinching beamforming optimization problem aimed at minimizing transmit power while meeting user rate requirements. The results indicate that PASS outperforms conventional antenna systems, with NOMA providing superior performance compared to FDMA, while TDMA is more effective than NOMA under symmetric user rate conditions.
Results
In this section, the authors present numerical results that validate the proposed two-stage algorithm and evaluate various multiple access (MA) schemes for PASS-based multi-user communications. The simulations utilize specific parameters, including a waveguide height of $d = 3 \, \text{m}$, a square area side length of $L = 15 \, \text{m}$, and six power amplifiers (PAs). The results indicate that the transmit power required at the access point (AP) is significantly lower with PASS compared to conventional systems, highlighting the advantages of the proposed approach. Notably, non-orthogonal multiple access (NOMA) consistently outperforms frequency division multiple access (FDMA), while time division multiple access (TDMA) shows reduced power requirements compared to NOMA when the number of PAs is four or more, attributed to the time-switching feature of PASS.
The findings further reveal that under symmetric user target rates, TDMA requires less transmit power than NOMA. However, as user rates become asymmetric, NOMA demonstrates superior spectrum efficiency, necessitating less transmit power than orthogonal multiple access (OMA). The optimized PA activation locations for different MA schemes are also explored, with results indicating that NOMA benefits from asymmetric PA deployment to enhance channel conditions, while FDMA achieves better performance through symmetric PA clustering. These insights provide essential guidelines for the effective deployment of PASS in various MA scenarios.
Discussion
In this section, the authors present a comprehensive analysis of a two-user communication system utilizing a Passive Antenna System (PASS) with three multiple access (MA) schemes: Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA), Frequency Division Multiple Access (FDMA), and Time Division Multiple Access (TDMA). The system comprises an access point (AP) and two single-antenna users, with the goal of minimizing transmit power while meeting user rate requirements. The mathematical formulation involves optimizing the locations of power amplifiers (PAs) and the transmit powers allocated to each user, subject to constraints on achievable data rates and PA activation.
The authors propose a two-stage algorithm for NOMA and FDMA, where the first stage focuses on optimizing PA locations to minimize large-scale path loss, while the second stage fine-tunes these locations to ensure phase coherence for constructive signal combining. For TDMA, the optimal PA deployment is derived under the assumption of symmetric spacing around each user, leveraging the time-switching feature of PASS. The results indicate that the proposed PASS-based system significantly outperforms conventional antenna systems, with NOMA consistently delivering superior performance compared to FDMA, and TDMA achieving better results than NOMA under symmetric user rate conditions.