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Over-the-Air Successive Interference Cancellation for Efficient 5G NR and Wi-Fi Spectrum Reuse

यह शोध पत्र एक ओवर-द-एयर प्रयोगात्मक मूल्यांकन प्रस्तुत करता है जो यह प्रदर्शित करता है कि सैंपल-डोमेन सक्सीविव इंटरफेरेंस कैंसिलेशन (SIC), एक नियंत्रित शील्डेड वातावरण में महत्वपूर्ण कैंसिलेशन डेप्थ और चैनल सप्रेशन प्राप्त करते हुए, समवर्ती वाई-फाई ट्रांसमिशन को रिकवर करने के लिए प्रभावी रूप से प्रमुख 5G NR सिग्नल्स को दबा सकता है।

मूल लेखक: Mir Lodro, Francesco Raimondo, Geoffrey S. Hilton, Mark A. Beach, Andrew C. M. Austin

प्रकाशित 2026-05-27

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Mir Lodro, Francesco Raimondo, Geoffrey S. Hilton, Mark A. Beach, Andrew C. M. Austin

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि आप एक भीड़भाड़ वाले कमरे में अपने दोस्त के साथ शांति से बातचीत करने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन ठीक आपके बगल में एक रॉक बैंड पूरी आवाज़ में बज रहा है। सामान्य रूप से, आप अपने दोस्त की आवाज़ बिल्कुल नहीं सुन पाते; संगीत उनकी आवाज़ को पूरी तरह से दबा देता है।

यह शोध पत्र एक चतुर प्रयोग का वर्णन करता है जहाँ शोधकर्ताओं ने यह पता लगाया कि वास्तविक समय में उस रॉक बैंड की आवाज़ को कैसे "कम" किया जाए ताकि आपका दोस्त फिर से स्पष्ट सुनाई देने लगे, भले ही वे दोनों एक ही समय में और एक ही स्थान पर हो रहे हों।

यहाँ इसका विवरण दिया गया है, सरल उपमाओं का उपयोग करते हुए:

समस्या: दो आवाज़ें, एक चैनल

वायरलेस इंटरनेट की दुनिया में, हमारे पास दो मुख्य तकनीकें हैं: 5G (तेज़, शक्तिशाली सेलुलर नेटवर्क) और Wi-Fi (आपके घर या कार्यालय का नेटवर्क)। आमतौर पर, वे एक-दूसरे से टकराने से बचने के लिए बारी-बारी से बात करने की कोशिश करते हैं।

हालाँकि, शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या वे उन्हें एक ही फ्रीक्वेंसी पर एक ही समय में बात करने के लिए प्रेरित कर सकते हैं। समस्या यह है कि 5G एक विशाल ट्रक की तरह है, और Wi-Fi एक साइकिल की तरह है। यदि वे एक ही सड़क पर चलते हैं, तो ट्रक का शोर साइकिल को पूरी तरह से दबा देता है। एक सामान्य सेटअप में, साइकिल (Wi-Fi) बस हार मान लेगी और ट्रक के गुजरने का इंतज़ार करेगी।

समाधान: "शोर-रद्द करने वाला" (Noise-Canceling) तरीका

शोधकर्ताओं ने एक विशेष "सुनने वाला बॉक्स" (एक शील्ड वाला कमरा) बनाया ताकि एक नए तरीके का परीक्षण किया जा सके जिसे सक्सेसिव इंटरफेरेंस कैंसलेशन (SIC) कहा जाता है। इसे एक हाई-टेक नॉइज़-कैंसलिंग हेडफ़ोन की तरह समझें, लेकिन एक रेडियो रिसीवर के लिए।

यहाँ उनका "जादुई रिसीवर" चरण-दर-चरण कैसे काम करता है:

मिश्रित सूप: रिसीवर एक मिश्रित सिग्नल पकड़ता है जो तेज़ 5G ट्रक और शांत Wi-Fi साइकिल का मिश्रण है।
तेज़ आवाज़ का पुनर्निर्माण: सबसे पहले, रिसीवर पूरी तरह से तेज़ 5G सिग्नल पर ध्यान केंद्रित करता है। वह यह पता लगाता है कि 5G सिग्नल वास्तव में कैसा है, जिसमें यह भी शामिल है कि वह दीवारों से कैसे टकराया और उसका आकार कैसे बदला।
"नेगेटिव" कॉपी बनाना: इसके बाद, रिसीवर उस 5G सिग्नल की एक सटीक, दर्पण जैसी प्रतिलिपि (mirror-image copy) बनाता है।
शोर को घटाना: रिसीवर उस "नेगेटिव" प्रतिलिपि को मूल मिश्रित सिग्नल के विरुद्ध चलाता है। ठीक वैसे ही जैसे नॉइज़-कैंसलिंग हेडफ़ोन बैकग्राउंड के शोर को रद्द कर देते हैं, यह घटाव (subtraction) मिश्रण से 5G ट्रक को हटा देता है।
परिणाम: एक बार जब तेज़ ट्रक को घटा दिया जाता है, तो शांत साइकिल (Wi-Fi सिग्नल) "अवशिष्ट" (residual) सिग्नल में पीछे रह जाती है, जो अंततः सुनने और समझने के लिए पर्याप्त तेज़ होती है।

प्रयोग: एक नियंत्रित परीक्षण

यह साबित करने के लिए कि यह काम करता है, टीम ने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने एक प्रयोगशाला सेटअप बनाया:

कमरा: उन्होंने एक विशाल धातु के बॉक्स (एक शील्ड वाला एनक्लोजर) का उपयोग किया जो सभी बाहरी रेडियो तरंगों को रोकता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि कोई और उनके परीक्षण में हस्तक्षेप न करे।
पात्र: उन्होंने दो रेडियो (जिन्हें USRPs कहा जाता है) का उपयोग किया। एक 5G ट्रांसमीटर के रूप में कार्य करता है, और दूसरा Wi-Fi ट्रांसमीटर के रूप में।
वॉल्यूम नॉब: उन्होंने Wi-Fi सिग्नल की तुलना में 5G सिग्नल कितना तेज़ है, इसे नियंत्रित करने के लिए एक सटीक "एटेन्यूएटर" (वॉल्यूम नॉब) का उपयोग किया। उन्होंने उन स्थितियों का परीक्षण किया जहाँ Wi-Fi, 5G की तुलना में बहुत शांत था।

उन्होंने क्या पाया

परिणाम उत्साहजनक थे। जब उन्होंने 5G सिग्नल की आवाज़ इतनी बढ़ा दी कि Wi-Fi अकेले सुनना पूरी तरह से असंभव हो गया, तब उन्होंने अपने "घटाने वाले तरीके" को लागू किया।

तरीके से पहले: Wi-Fi शोर में खो गया था।
तरीके के बाद: 5G सिग्नल को सफलतापूर्वक "शांत" (परीक्षण की स्थितियों के आधार पर लगभग 11 से 27 डेसिबल तक दबा दिया गया) कर दिया गया था, और Wi-Fi सिग्नल फिर से अस्तित्व में आ गया, जिससे रिसीवर डेटा को डिकोड करने में सक्षम हो गया।

उन्होंने इसे मानक गुणवत्ता जांच (जैसे संदेश में त्रुटियों की जाँच करना) का उपयोग करके मापा, और उन्होंने पाया कि भले ही 5G सिग्नल बहुत मजबूत था, फिर भी कैंसलेशन के बाद Wi-Fi को रिकवर किया जा सकता था।

मुख्य निष्कर्ष

यह शोध पत्र यह दावा नहीं करता कि यह तकनीक कल आपके फोन के लिए तैयार है। इसके बजाय, यह एक अवधारणा को सिद्ध करता है: हमें हमेशा 5G और Wi-Fi को बारी-बारी से बोलने की आवश्यकता नहीं है। यदि हमारे पास एक स्मार्ट रिसीवर है जो तेज़ 5G सिग्नल को पहचान सकता है और उसे घटा सकता है, तो दोनों तकनीकें एक ही समय में एक ही हवा (airwaves) साझा कर सकती हैं, जिससे हमारा वायरलेस स्पेक्ट्रम बहुत अधिक कुशल हो सकता है।

संक्षेप में, उन्होंने सिद्ध किया कि आप फुसफुसाहट (Wi-Fi) को सुन सकते हैं, भले ही चिल्लाहट (5G) ठीक आपके बगल में हो, बशर्ते आपके पास चिल्लाहट को रद्द करने के लिए एक पर्याप्त स्मार्ट कान हो।

तकनीकी सारांश: कुशल 5G NR और Wi-Fi स्पेक्ट्रम पुन: उपयोग के लिए ओवर-द-एयर अनुक्रमिक हस्तक्षेप रद्दीकरण (Successive Interference Cancellation)

समस्या का विवरण
यह शोध पत्र साझा या आसन्न बैंडों (विशेष रूप से अनलाइसेंस्ड स्पेक्ट्रम में) में संचालित होने वाले 5G न्यू रेडियो (5G NR) और Wi-Fi सिस्टम के बीच कुशल स्पेक्ट्रम पुन: उपयोग की चुनौती को संबोधित करता है। वर्तमान सह-अस्तित्व रणनीतियाँ मुख्य रूप से मीडियम एक्सेस कंट्रोल (MAC) लेयर तंत्रों पर निर्भर करती हैं, जैसे कि लिसन-बिफोर-टॉक (LBT), रैंडम बैकऑफ, और एनर्जी डिटेक्शन। लेखक तर्क देते हैं कि ये दृष्टिकोण ट्रांसमीटर द्वारा देखे गए कोलिजन डोमेन (collision domain) के कारण सीमित हैं, जिससे विषम तैनाती (heterogeneous deployments) में एसिमेट्रिक सेंसिंग, हिडन नोड्स और अक्षम एयरटाइम उपयोग जैसी समस्याएं उत्पन्न होती हैं। शोध पत्र यह प्रस्ताव करता है कि ओवरलैपिंग वेवफॉर्म्स के कोलिजन अवॉयडेंस (टकराव से बचाव) से आगे बढ़कर फिजिकल-लेयर पृथक्करण की ओर बढ़ने से अधिक आक्रामक स्पेक्ट्रल पुन: उपयोग संभव हो सकता है। विशेष रूप से, यदि एक रिसीवर एक प्रभावी हस्तक्षेप करने वाले वेवफॉर्म का अनुमान लगाकर उसे दबा (suppress) सकता है, तो समवर्ती ट्रांसमिशन (concurrent transmissions) को समय या आवृत्ति के आधार पर कड़ाई से अलग करने की आवश्यकता नहीं होती है।

कार्यप्रणाली (Methodology)
लेखक एक ओवर-द-एयर (OTA) अनुक्रमिक हस्तक्षेप रद्दीकरण (SIC) फ्रेमवर्क का प्रस्ताव और मूल्यांकन करते हैं, जिसे एक ऐसे परिदृश्य के लिए डिज़ाइन किया गया है जहाँ एक मजबूत 5G NR सिग्नल एक कमजोर सह-चैनल (co-channel) Wi-Fi सिग्नल के लिए प्रमुख हस्तक्षेपकर्ता के रूप में कार्य करता है।

सिस्टम मॉडल: प्राप्त संयुक्त वेवफॉर्म (composite waveform) को 5G NR सिग्नल, Wi-Fi सिग्नल और शोर (noise) के योग के रूप में मॉडल किया गया है। SIC रिसीवर का लक्ष्य प्रमुख 5G घटक का पुनर्निर्माण करना और उसे संयुक्त सिग्नल से घटाना है ताकि अवशेष (residual) Wi-Fi वेवफॉर्म को प्राप्त किया जा सके।
रद्दीकरण एल्गोरिदम (Cancellation Algorithm): प्रस्तावित रिसीवर सैंपल डोमेन में कार्य करता है। प्रक्रिया में शामिल हैं:
1. डेमोड्यूलेशन और पुनर्निर्माण: रिसीवर मजबूत 5G सिग्नल को डीमॉड्यूलेट करता है ताकि प्रेषित वेवफॉर्म का एक अनुमान पुनर्निर्मित किया जा सके।
2. एलाइनमेंट और एस्टीमेशन: पुनर्निर्मित 5G संदर्भ को कैप्चर किए गए संयुक्त वेवफॉर्म के साथ संरेखित (align) किया जाता है। आयाम (amplitude) और चरण (phase) को ठीक करने के लिए एक कॉम्प्लेक्स स्केलर गेन ( $\hat{\alpha}$ ) को फिट किया जाता है, और कपलिंग रिस्पॉन्स को मॉडल करने के लिए एक रेगुलराइज्ड फाईनाइट इम्पल्स रिस्पॉन्स (FIR) चैनल एस्टीमेशन ( $\hat{h}_{NR}$ ) का उपयोग किया जाता है।
3. घटाव (Subtraction): अनुमानित 5G वेवफॉर्म को संयुक्त सिग्नल से घटाया जाता है ताकि एक अवशेष वेवफॉर्म प्राप्त हो सके, जिसमें आदर्श रूप से केवल Wi-Fi सिग्नल और शोर होता है।
प्रायोगिक सेटअप: मूल्यांकन एक नियंत्रित, उच्च-प्रदर्शन वाले RF शील्डिंग बॉक्स (R&S TS7124M) में किया गया था ताकि बाहरी हस्तक्षेप से अलगाव और पुनरावृत्ति सुनिश्चित की जा सके।
- हार्डवेयर: दो USRP-2953R रेडियो का उपयोग किया गया। USRP 1 ने 5G NR वेवफॉर्म प्रसारित किया और संयुक्त सिग्नल को कैप्चर किया, जबकि USRP 2 ने Wi-Fi वेवफॉर्म प्रसारित किया।
- वेवफॉर्म्स: 5G NR सिग्नल ने 66 PRBs पर 15 kHz सबकैरियर स्पेसिंग के साथ 64-QAM मॉड्यूलेशन का उपयोग किया। Wi-Fi सिग्नल ने IEEE 802.11ac VHT कॉन्फ़िगरेशन (20 MHz बैंडविड्थ, MCS 2) का उपयोग किया।
- चैनल स्थितियाँ: यथार्थवादी प्रसार (propagation) को सिम्युलेट करने के लिए, ट्रांसमिशन से पहले क्वाज़ी-स्टैटिक बेसबैंड चैनल मॉडल (NR के लिए TDL-B, TDL-C; Wi-Fi के लिए TGn Model-B, Model-D) लागू किए गए। Wi-Fi पाथ में एक प्रिसिजन RF एटेन्यूएटर ने दोनों तकनीकों के बीच सापेक्ष सिग्नल स्ट्रेंथ के नियंत्रित परिवर्तन की अनुमति दी।

प्रमुख योगदान
शोध पत्र चार प्राथमिक योगदानों को रेखांकित करता है:

नियंत्रित टेस्टबेड: एक नियंत्रित वातावरण के भीतर समवर्ती 5G NR और Wi-Fi ट्रांसमिशन के लिए एक नियंत्रित OTA सह-अस्तित्व टेस्टबेड की प्रस्तुति।
SIC कार्यान्वयन: वेवफॉर्म एलाइनमेंट, कॉम्प्लेक्स-गेन फिटिंग और FIR चैनल एस्टीमेशन का उपयोग करके प्रमुख 5G हस्तक्षेप को दबाने के लिए एक सैंपल-डोमेन SIC रिसीवर का कार्यान्वयन।
मूल्यांकन पद्धति: एक व्यापक मूल्यांकन ढांचे की परिभाषा जो 5G और Wi-Fi एरर वेक्टर मैग्नीट्यूड (EVM), बिट एरर रेट (BER), सैंपल-डोमेन कैंसिलेशन डेप्थ और चैनल-एस्टीमेट सप्रेशन को संयुक्त रूप से रिपोर्ट करता है।
प्रायोगिक सत्यापन: OTA माप के माध्यम से यह प्रदर्शन करना कि रिसीवर-साइड कैंसिलेशन प्रभावी रूप से प्रमुख 5G घटक को दबा सकता है, जिससे अवशेष सिग्नल से कमजोर Wi-Fi वेवफॉर्म की रिकवरी संभव हो पाती है।

परिणाम
अध्ययन ने 18 dB एटेन्यूएशन वाले एक प्रतिनिधि ऑपरेटिंग पॉइंट पर ध्यान केंद्रित किया, जहाँ 5G सिग्नल संयुक्त वेवफॉर्म पर हावी था।

कैंसिलेशन प्रदर्शन: 18 dB एटेन्यूएशन बिंदु पर, सिस्टम ने 11.88 dB का सैंपल-डोमेन कैंसिलेशन डेप्थ और 26.96 dB का 5G चैनल सप्रेशन प्राप्त किया।
रिकवरी मेट्रिक्स:
- 5G प्रदर्शन: 5G संयुक्त सिग्नल ने चैनल स्थितियों केAcross स्थिर प्रदर्शन बनाए रखा, जिसमें EVM 10.35% से 11.23% तक और BER $2 \times 10^{-2}$ और $5 \times 10^{-2}$ के बीच रहा।
- Wi-Fi प्रदर्शन: बिना SIC के, संयुक्त वेवफॉर्म पर Wi-Fi डिकोडिंग विफल रही। SIC के बाद, अवशेष सिग्नल पर Wi-Fi रिकवरी सफल रही। अवशेष Wi-Fi EVM 26.80% (नो-फेडिंग केस) से 43.69% (फिल्टर्ड चैनल केस) तक रहा, और BER $7 \times 10^{-3}$ से $8 \times 10^{-2}$ के बीच रहा।
चैनल संवेदनशीलता: परिणामों ने संकेत दिया कि जबकि कैंसिलेशन डेप्थ विभिन्न चैनल मॉडलों में अपेक्षाकृत सुसंगत था, अवशेष Wi-Fi रिकवरी की गुणवत्ता चैनल स्थितियों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील थी। "नो-फेडिंग" केस ने सर्वोत्तम रिकवरी प्रदान की, जबकि फिल्टर किए गए चैनल केस के परिणामस्वरूप उच्च अवशेष विरूपण (distortion) और त्रुटि दर देखी गई।

महत्व और दावे
शोध पत्र का दावा है कि प्रस्तावित पद्धति नियंत्रित OTA स्थितियों के तहत क्रॉस-टेक्नोलॉजी सह-अस्तित्व और रिसीवर-साइड हस्तक्षेप दमन के आकलन के लिए एक व्यावहारिक आधार प्रदान करती है। लेखक का कहना है कि उनके परिणाम प्रदर्शित करते हैं कि रिसीवर-साइड कैंसिलेशन प्रमुख 5G हस्तक्षेप को पर्याप्त रूप से दबा सकता है ताकि कमजोर सह-चैनल Wi-Fi ट्रांसमिशन की रिकवरी सक्षम हो सके। यह सुझाव देता है कि स्पेक्ट्रल संसाधनों का अधिक आक्रामक रूप से पुन: उपयोग किया जा सकता है, बशर्ते कि अवशेष वेवफॉर्म डिकोडेबल रहे। इस कार्य को पारंपरिक MAC-लेयर कोलिजन अवॉयडेंस से आगे बढ़ते हुए, फिजिकल-लेयर दृष्टिकोणों की व्यवहार्यता के सत्यापन के रूप में प्रस्तुत किया गया है।

समस्या: दो आवाज़ें, एक चैनल

समाधान: "शोर-रद्द करने वाला" (Noise-Canceling) तरीका

प्रयोग: एक नियंत्रित परीक्षण

उन्होंने क्या पाया

मुख्य निष्कर्ष

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