GFDM — как использовать радио-ресурсы еще эффективнее
Новые технологии рвутся в нашу жизнь с каждым годом. Еще недавно мы пользовались GSM, а теперь в наши ворота стучится пятое поколение стандартов связи увеличивая скорость передачи данных, уменьшая задержку прохождения сигнала, используя на полную катушку MIMO и сканирование спектра в области рабочих частот. И сегодня я хочу рассказать, каким изменениям подверглась модуляция в пятом поколении стандарта связи, как вместо OFDM стали использовать GFDM и в чем же между ними разница.
Список сокращений
OFDM Ортогональное частотное разделение каналов
GFDM Обобщенное частотное разделение каналов
PAPR Peek-to-Average Power Ratio
Pulse shaping filter — фильтр формирования импульсов
Raised cosine filter — Фильтр с характеристикой: Приподнятый косинус
Root-raised cosine filter — Фильтр с характеристикой: Корень из приподнятого косинуса
OFDM Введение
Как работает
Для начала расскажу немного о OFDM или ортогональном частотном разделении каналов которое было использовано в 4G.
В системах передачи данных существует три вида разделения каналов: временное, частотное и кодовое. OFDM является представителем частотного разделения каналов. Частотное разделение каналов подразумевает следующую схему работы: передатчик разделяет поток данных на N параллельных потоков и каждый поток передает на некоторой фиксированной частоте (поднесущей). Известно что сами поднесущие ортогональны друг другу, т.е. поднесущая №1 никак не может повлиять на поднесущую №2. Однако мы передаем по каждой из поднесущих символы и каждый символ занимает свою полосу частот. Давайте посмотрим на спектр символа и передаваемого сигнала.
Как видно спектр символа перемещается на поднесущую частоту по которой он передается. Здесь мы подходим к фундаментальной проблеме. В случае если символ конечен во времени, он занимает бесконечную область спектра. Это значит, что данные в поднесущей №1 и №2 теперь будут накладываться друг на друга и создавать помехи друг другу. Передавать бесконечно долгое время один символ бессмысленно, ведь нам надо получить информацию как можно быстрее, а значит избежать взаимного влияния между поднесущими нам не удастся. Однако мы можем его минимизировать используя разные техники.
В OFDM используется одна из таких техник. Давайте рассмотрим на спектр выше повнимательнее. Спектр на каждой поднесущей принимает нулевое значение с некоторой периодичностью более того, периодичность зависит от длительности символа.
Тогда, задав фиксированную длительность символа, мы можем подобрать поднесущие так, чтобы для поднесущей №2 наложение сигнала из поднесущей №1 и №3 было минимально. Межканальное влияние при этом будет тоже минимальным. Типичный спектр данных поднесущих в OFDM показан ниже. Как вы видите нулевое значение спектра каждой поднесущей попадает в точку, где значения поднесущих максимально.
Недостатки
Решение действительно хорошее и интересное, но к сожалению всегда есть свои «но». И здесь первое «но» — многолучевое распространение сигнала. Точнее цена устранения его влияния. OFDM позволяет уменьшить межсимвольную интерференцию при помощи циклического префикса и с увеличением количества многолучевых компонент увеличивается и длительность циклического префикса. Циклические префиксы располагаются между всеми символами во временной области. Это значит, что к примеру на 1 секунду общего времени работы системы вы будете передавать информацию в течении 0.5 секунд, и 0.5 секунд займут циклические префиксы. Согласитесь неэффективно? Хочется-то использовать радио-ресурсы по максимуму.
Второй недостаток это внеполосное излучение. Это когда ваша система немного вылезает за разрешенный диапазон частот. Как я написал ранее, избежать этого невозможно. Однако чем меньше будет величина внеполосных излучений, тем ближе по частотам будут расположены две разные системы и эффективнее будет использован радио-ресурс. С увеличением ценности радио-ресурсов это становится критическим.
Третий недостаток исходит из шумоподобности сигнала. Вспомните, наш сигнал равномерно распределен по спектру, при этом каждая поднесущая принимает случайные фазовые значения с равной вероятностью. В каком-то приближении плотность вероятности будет похожа на нормальную, как у Гауссова распределения. Ну и что плохого, скажете Вы, ведь теперь наш сигнал не отличишь от шума. Не все так просто. Как мы помним плотность вероятности Гауссова шума лежит от минус бесконечности до плюс бесконечности. В реальном выходном сигнале это приводит к увеличению PAPR или отношения максимальной амплитуды сигнала к средней. Это увеличивает стоимость выходных каскадов усилителя и вносит искажения в реальный выходной сигнал. Ниже представлен пример OFDM сигнала с завышенным размером блока для статистики. На левом изображении показаны начальные фазы на каждой из частот. По фазам видно, что используется QPSK модуляция. Данные были сгенерированы равновероятно. По изображению в центре можно сказать, что мощности поднесущих равны между собой. Правый же график показывает, что плотность вероятности данных на выходе передатчика стремится к нормальному, и динамический диапазон равен 100дБ. Это достаточно большая величина, которая может повлиять на цену оборудования.
GFDM и его техники
GFDM в пятом поколении стандарта и пытается решить эти задачи. Кроме того, GFDM позволяет выборочно использовать поднесущие в случае если они уже заняты другой системой. GFDM так же базируется на концепции поднесущих, с небольшими дополнениями. Для увеличения эффективности использования радио-ресурсов данные передаются блоками как в частоте (как в OFDM) так и во времени. Соответственно защитный интервал располагается в конце каждого блока, устраняя интерференцию между блоками, но не между символами в блоке.
Здесь кроется главное отличие GFDM. Для устранения межсимвольной интерференции в блоке используются «pulse shaping» фильтры. Каждый символ во временной области теперь представляется в виде заданной функции. Эта функция занимает весь блок данных во времени, однако минимизирует как межканальную так и межсимвольную интерференцию.
В основном используются три вида фильтров: «sinc», «raised cosine» и «root-raised cosine» фильтры. Sinc фильтр использует sinx/x функцию как основу для символа. Как оказалось если в качестве символа задать sinc функцию, его отображение в частотную область будет максимально близко к прямоугольнику, а значит минимизирует межканальную интерференцию. При этом во временной области символы не будут влиять друг на друга в момент дискретизации.
Однако это недостаточно эффективно и были использованы «root-raised cosine» фильтры. Это фильтры схожие с «pulse shaping», но намеренно вносящие межсимвольную интерференцию и регулирующие ее уровень. У «root-raised cosine» фильтров есть одна переменная называемая альфа которая и регулирует уровень межсимвольной интерференции. Ниже представлены для сравнения шаблоны исходных символов (импульсные характеристики), «pulse shaping» и «root-raised cosine» с их отображением на область частот.
На первый взгляд «root-raised cosine» фильтр хуже чем «pulse shaping», однако в логарифимеской шкале скорость спада оказывается выше именно у «root-raised cosine» фильтра. И ключевую величину в -60 дБ достигает быстрее именно «root-raised cosine» фильтр.
Однако ничего не достается даром. Заметно, что «root-raised cosine» фильтр имеет большую мощность вблизи частоты среза и это сказывается на количестве ошибок при работе системы. Ниже приведена зависимость количества ошибок от величины параметра альфа для приемника на основе МНК или псевдообратной матрицы. С увеличением альфы количество ошибок растет, а значит качество связи падает. Для уменьшения этого эффекта уже разработаны методы подавления интерференции, к примеру Double side interference cancellation, которые снижают количество ошибок практически до уровня OFDM.
update
прошу прощения за английский заголовок рисунка
Посмотрите на частотные характеристики приведенные ниже, а именно на уровень внеполосных излучений. Как вы видите, GFDM быстрее уменьшают внеполосных излучений до уровня -60дБ, а значит радио-ресурсы с ним используются эффективнее. Более того, оператор имеет выбор между эффективностью в радио-ресурсах и количестве ошибок. Этот компромисс будет иметь различное решение у каждого оператора.
На сегодня я думаю для Вас хватит информации. В следующий раз я расскажу о том, как я в магистерской диссертации применил тензоры для описания GFDM модуляции, описал модуляционную матрицу через одну из тензорных операций и о моей методике оценки канала через известные символы в блоке данных. Кроме того я вероятно рассказажу о интересной технике уменьшения PAPR, используемой в настоящее время.
Reference
M. Matthe, N. Michailow, and I.Gaspar, \Gfdm for 5g cellular networks,» IEEE transactions on commenications vol 62, 2014.
M. Matthe, N. Michailow, and G. Fettweis, \Influense of pulse shaping on bit-error rate
performance and out of band radiation of gfdm,» ICC 14 WS 5G, 2014.
G. Fettweis, M. Krondorf, and S. Bittner, \Gfdm — generalized frequency division multiplexing,» Vehicular Technology Conference, 2009. VTC Spring 2009. IEEE 69th, 2009.
B. M. Alves, L. Mendes, D.A.Guimaraes, and I. Gaspar, \Performance gfdm over frequency selective channels,» Revista Telecemunicationes vol 15, Dec 2013.
GFDM и тензоры. Продолжение
Сначала я хотел не углубляться в тензоры и описать их мимоходом, касаясь только используемого мной функционала. Однако я изменил свое мнение и решил рассказать больше. Добро пожаловать в многомерный мир.
Часть 1 здесь
Список сокращений
CP — CANDECOMP/PARAFAC
CANDECOMP — Canonical decomposition
PARAFAC — parallel Factors
PARATCUK2 — PARAFAC/Tucker2
ALS — Alternating least squares
ПМНК — перемежающийся метод наименьших квадратов
SVD — Singular value decomposition
СЛАУ — Система линейных алгебраических уравнений
GFDM — generalized frequency division multiplexing
SECSI — SEmi-algebraic framework for approximat eCP decompositions via SImultaneous Matrix Diagonalizations
Используемые обозначения
В качестве строчных букв без полужирного шрифта обозначаются скалярные величины Вот так: 
В качестве строчных букв с полужирным шрифтом обозначаются векторы. Вот так: 
В качестве прописных букв с полужирным шрифтом обозначаются матрицы. Вот так: 
В качестве прописных каллиграфических букв обозначаются тензоры. Вот так: 
Подстрочные индексы означают позицию в матрице по строкам и столбцам. 
В развертках подстрочные символы информируют о развертываемом пространстве 
Подстрочные символы в тензорах информируют о фронтальном срезе тензора, если не указано иное. 
Тензоры
Пожалуй наилучшим определением тензора будет цитата Tamara G. Kolda:
A tensor is a multidimensional array
Проще некуда. Идеи с тензорами возникли изначально в линейной алгебре. Поэтому лучший путь — описать все используя линейную алгебру. В линейной алгебре мы пользуемся скалярами, векторами, матрицами и можем совершать операции сложения, вычитания и умножения. Скаляр состоит из 1 элемента, вектор состоит из N элементов и матрица состоит из MN элементов. Тензоры включают в себя все что может линейная алгебра и даже немного больше. Приводя примеры из линейной алгебры: вектор — это тензор первого порядка, а матрица — это тензор второго порядка. Следовательно порядок тензора определяется количеством пространств в которых тензор имеет больше чем один элемент. Чем больше у Вас пространств, тем выше получается порядок тензора. Достаточно просто, верно?
Давайте сразу приведем пример тензора третьего порядка. Знакомьтесь, с этим тензором Вы сегодня будете работать и на нем увидите немного тензорной магии. Я выписал его фронтальные срезы ниже.
Линейная алгебра определяет нам произведение между двумя матрицами следующим образом:
В этом произведении задано две размерности и операция между объектами с размерностью больше двух не определена. Тензорная алгебра дает инструменты как обойти это ограничение, используя особенности большего количества пространств в линейной алгебре. Для начала я введу три матричные операции, без которых в тензорной алгебре и шагу не ступишь:
Произведение Кронекера
Итак в произведении Кронекера (или как его еще называют, тензорное произведение) участвуют две матрицы, результатом их произведения будет блочная матрица, каждый блок которой это вторая матрица умноженная на определенный элемент первой матрицы.
Эта операця используется для формирования упрощенной модели канала в МИМО.
произведение Хатри-Рао
Произведение Хатри-Рао обозначается следующим символом и является произведением Кронекера для всех соответствующих столбцов. Иными словами каждый i-ый столбец из матрицы А умножается на i-ый столбец матрицы B и результат является i-ым столбцом результирующей матрицы.
Эта операция чаще всего используется в тензорах третьего порядка, к примеру именно через нее я описал матрицу модуляции системы GFDM
Произведение Адамара
Произведение Адамара простое из всех, это поэлементное произведение всех позиций в матрицах А и Б.
Основные операции в тензорной алгебре
Развертка
В тензорной алгебре одно из ключевых понятий — «unfolding» (Я буду называть его развертка для уменьшения англицизмов) или представление тензора через матрицу. Развертка это отображение тензора на одно из его пространств. Тензор при этой операции записывается как матрица, количество строк которой равно количеству элементов развертываемого пространства. Элементы в строке имеют тот же порядковый номер по заданному пространству.
Особенность
Существует два вида записи элементов в строку: по нотации Латауэра и по нотации Матлаб. Чаще всего используется нотация Матлаб, поэтому я буду использовать ее. По нотации Матлаб, элементы идут по возрастанию в размерности, т.е. сперва идет элемент по первой размерности, затем по второй и так далее исключая развертываемую размерность.
Количество возможных разверток равно порядку тензора или его размерности. У тензора из нашего примера есть 3 развертки. Выше представлены развертки для нашего тензора, и я надеюсь по ним Вам будет значительно проще понять, чем по объяснениям. Тензоры показались мне гораздо понятнее в интуитивном смысле, нежели чем по определениям.
Произведение по заданному пространству
Следующая операция которую я хочу описать, это произведение тензора с матрицей по заданному пространству. Записывается оно следующим образом и в сущности это произведение двух матриц, где правая матрица — это развертка тензора по умножаемому пространству, а слева матрица с которой собственно и умножают.
Важный момент, умножение записывается справа, а происходит слева от тензора. В результате получается матрица являющаяся разверткой нового тензора, который можно собрать обратно в привычный тензор. Важно отметить, что в результате этой операции размерность пространства с которым происходит умножение может измениться, остальные не могут. Пример ниже
Тензор единичного ранга
Тензор единичного ранга — это такой тензор размерности N, который можно получить если умножить единицу на N векторов, по одному на каждое пространство. Как это выглядит визуально для тензора третьего порядка я показал ниже. Тензор единичного ранга является аналогом одной компоненты для SVD матрицы, где сложная матрица раскладывается на матрицы единичного ранга. Тензор единичного ранга может быть как комплексным так и вещественным, в зависимости от требований которые мы к нему предъявляем.
Разложение тензоров
Самое важное и интересное в тензорах это их разложения. Я надеюсь многие из Вас знают или слышали о разложении матрицы на сингулярные значения. При помощи него мы можем представить матрицу как сумму матриц единичного ранга, и оценить их вклад в общую матрицу. Чуть ниже представлен пример такого разложения.
Очень похожий аналог есть в тензорной алгебре и называется он «CP», его называют еще «CANDECOMP» или «PARAFAC». «CP» раскладывает любой тензор на сумму тензоров единичного ранга. У этой формулировки есть две формы записи, простая из которых действительно записывает тензор как сумму множества тензоров единичного ранга, другая же записывает разложение через матрицы по каждому из пространств. Кроме разложения «CP» в тензорной алгебре существует большое количество его аналогов, в зависимости от нормирования компонент и прочих особенностей.
Посмотрите, если записать вектора каждого из пространств одно за другим, будет получено N матриц. Каждая из матриц представляет некий «базис» по своему пространству. Такая форма записи напоминает SVD матрицы. Из этих матриц можно получить обратно тензор, если взять единичный тензор и попеременно умножить его на все матрицы-базисы по пространствам.
Из разложения тензора третьего порядка легко вывести выражение развертки, оно позволит отделить одну из матриц обычным матричным произведением. Посмотрите ниже, видите, матрица А записывается через произведение с другой матрицей, которая в свою очередь является продуктом произведения Хатри-Рао. Зная продукт произведения и исходную развертку, мы можем вычислить матрицу А используя линейную алгебру. Это значительно упрощает работу алгоритмов подсчета разложения для тензоров третьего порядка и дает удобные формулы для итераций.
Зачем вообще нужна эта ерунда, мы же могли сделать SVD развертки? Конечно могли, но в общем случае разложение тензора позволяет гораздо проще описать данные, их становится проще сжать или найти закономерности. Особенно это важно для больших объемов данных, так как с увеличением размерностей ранг изменяется значительно слабее.
Проблемы разложения
У этого разложения при всей его прелести есть две проблемы. Первая: ранг этого разложения нужно узнать Вам самим. Зачастую это нетривиальная задача, особенно если данные имеют шум.
Пример из моего опыта
По оси ординат представлена нормированная ошибка восстановления а по оси абсцисс использованный ранг разложения. Я раскладывал тензор только с суммой сигнала и шума и только шумом. Предположение о ранге пришлось делать только по необычному поведению ошибки разложения. Внимание, легенда перепутана.
Алгоритм был по поиску GPS сигнала при вычислении корреляции полифазным преобразованием Фурье. При этом размерность выходных данных на корреляторе была равна четырем (время, частота, код, сдвиг полифазного преобразования).
Вторая проблема — вычисление самого разложения. Самый распространенный на данный момент алгоритм это ALS или ПМНК. Существует так же алгоритм с романтичным названием SECSI, но про него я возможно расскажу в будущем. ПМНК или перемежающийся метод наименьших квадратов прост до безобразия, алгоритм у него следующий:
- Задаем ранг разложения
- Генерируем случайные матрицы разложения пространств
- Фиксируем все матрицы кроме одной и вычисляем оставшуюся матрицу при помощи СЛАУ
- Повторяем по очереди предыдущий пункт для всех матриц, пока невязка не станет приемлемой
Недостатков у этого метода огромное множество, это и локальные минимумы, и вычислительная сложность, но он все равно остается одним из наиболее используемых алгоритмов в настоящее время.
Связь с GFDM
А теперь перейдем ближе к технологии GFDM. Существует другое разложение, которое называется PARATUCK2, и это аббревиатура от двух других аббревиатур «PARAFAC» и «TUCKER2». Да, аббревиатура состоящая из двух других аббревиатур, как же это замечательно.
Это разложение записывает тензор через три матрицы и два тензора. Матрица посередине называется ядром разложения, тензоры называются объединяющими. Крайние две матрицы не имеют особого названия. То как считать тензор из этого разложения это отдельная история.
Тензор из разложения считается послойно, в каждом слою выбирается только соответствующий слой тензоров взаимосвязи. В результате получаются 5 матриц, перемножив которые мы и получаем значения тензора. Эта операция повторяется по каждому из слоев, и результаты собираются один за другим. Количество строк первой матрицы равно количеству строк у тензора, аналогично со столбцами третьей матрицы и тензора, а так же с глубиной тензоров взаимосвязи. Мне было это очень сложно понять в первый момент. И что самое интересное, эта модель действительно может Вам помочь при анализе данных.
Так зачем нам нужно это разложение? Оно достаточно сложное и состоит из пяти элементов, как оно вообще может помочь с GFDM? Давайте сначала вспомним и закрепим немного о GFDM. Ниже представлен метод формирования символов, который отправляет передатчик. Блок данных можно сформировать как матрицу, где строки это поднесущие, а столбцы это временные позиции в блоке. Общий блок данных получается суммированием всех элементов, иначе говоря надо умножить поэлементно вектор поднесущей с вектором оконной функции и все это на символ который мы передаем. Таким образом каждый символ находится на пересечении двух векторов с которыми и перемножается. Операция достаточно простая, однако ее сложно описать через произведение матрицы модуляции на вектор символов. Форма записи же через матрицу модуляции является основным кирпичиком для построения приемников.
Если присмотреться повнимательнее, PARATUCK2 действительно может описать GFDM. Для этого необходимо взять в качестве крайних матриц единичные вектор строку и вектор столбец, а в тензоры взаимосвязи по главном диагоналям добавить оконные функции и поднесущие. Если в матрице-ядре окажутся символы, результат будет вектором в третьем измерении и соответствовать переданным данным.
Пример из опыта
Изначально я дополнительно предполагал описать частотозависимый канал канал через значения в векторе рядом с тензором поднесущих. Это было ошибочное предположение
Лихо завернуто, неправда ли? Когда я писал диплом, было сложно понять, как это можно упростить и привести к приемлемому виду, но это возможно! Через это разложение можно упростить выражение модуляционной матрицы в произведение двух матриц. Однако я думаю рассказать в следующий раз, вместе с теорией Zero-forcing, Matched filter и Minimal mean squared error приемников.
Использованная литература
T. G. Kolda and B. W. Bader, \Tensor decompositions and applications,» SIAM Review,
vol. 51, no. 3, pp. 455 R. Bro, N. Sidiropoulos, and G. Giannakis, \Parafac: Tutorial and applications,»
Chemometrics Group, Food Technology, Royal Veterinary Agricultural University, 1997.
L. de Lathauwer, B. de Moor, and J. Vanderwalle, \A multilinear singular value decom-
position,» SIAM J. MATRIX ANAL. APPL. Vol. 21, No. 4, pp. 1253 1278, 2000.
K. B. Petersen and M. S. Pedersen, The Matrix Cookbook. Petersen & Pedersen,, 2012.
S. LIU and G. TRENKLER, \Hadamard, khatri-rao, kronecker and other matrix
products,» INTERNATIONAL JOURNAL OF INFORMATION AND SYSTEMS SCI-
ENCES, 2006.
A. L. F. de Almeida, G. Favier, and L. R. Ximenes, \Space-time-frequency (stf) mimo
communication systems with blind receiver based on a generalized paratuck2 model,»
IEEE Transaction in signal processing, vol. 61, no. 8,, APR, 2013.
Gfdm что это
Глобальные распределенные совещания (GDM) – это функция Cisco Webex Meetings, Webex Events, Webex Support и Webex Training, позволяющая распределить совещание на несколько серверов, расположенных в различных центрах обработки данных. При присоединении к совещанию, для которого включена функция GDM, посетитель автоматически будет подключен к оптимальному местоположению. Работа этой функции обеспечивается с помощью интеллектуального алгоритма в клиентском программном обеспечении, который определяет оптимальное местоположение посредством проверки связи с разными центрами обработки данных. В большинстве случаев это будет ближайший к пользователю центр, исходя из отдаленности местоположения в сети.
К примеру, если веб-сайт размещен на сервере в США, а организатор совещания или посетитель находится в Японии, то при запуске совещания этот организатор или участник будет подключен к веб-сайту на сервере США, а затем будет перенаправлен на сервер в Японии для повышения производительности. Функция GDM может сократить использование пропускной способности между центрами обработки данных, что, в свою очередь, сократит сетевые задержки. Это повысит удобство работы на совещаниях и улучшит производительность Cisco Collaboration Cloud. За счет уменьшения трафика в магистральной сети повышается скорость работы служб для пользователей при совместной работе с данными.
Местоположение центра обработки данных для веб-сайтов с включенной функцией GDM:
| Данные | Передача голоса по IP / видео |
| Сан-Хосе, США | Сан-Хосе, США |
| Виргиния, США | Виргиния, США |
| Техас, США | Техас, США |
| Чикаго, США | Чикаго, США |
| Нью-Йорк, США | Нью-Йорк, США |
| Лондон, Великобритания | Лондон, Великобритания |
| Япония | Япония |
| Сингапур | Сингапур |
| Сидней, Австралия | Сидней, Австралия |
| Мумбаи, Индия | Мумбаи, Индия |
| Франкфурт, Германия | Франкфурт, Германия |
| Торонто, Канада | Торонто, Канада |
Медицина Болезни во время беременности
Распространенность гестационный сахарный диабет (GDM), продолжает расти в связи с эпидемией ожирения, затрагивающей до 14% населения. Он является самым распространенным клиническим проблемам, стоящим акушеров и гинекологов и их пациентов. Диабет, классифицируются как тип 1 и тип 2 в зависимости от того, пациенту требуются инъекции инсулина, чтобы избежать ketoacidosis. Гестационный сахарным диабетом (GDM), было охарактеризовано как углеводным нетерпимостью, которые начинаются или сначала диагностируется во время беременности. Отмеченные факты распространения в Соединенных Штатах, составляет от 1% до 14%, причем 2-5% является самой распространенной фигурой. Около 7% всех беременностей являются осложняется GDM, в результате чего в более чем 200000 случаев в год. Потомства женщин с GDM подвержены таких неблагоприятных событий, как macrosomia с его возможных осложнений и гипербилирубинемией. Новорожденные женщин с GDM подвергаются повышенному риску для оперативной доставки, плечо dystocia, а при рождении травму.
Цель настоящего документа заключается в том, чтобы предоставлять всеобъемлющий обзор понимание гестационный диабет (GDM), и предоставить руководящие принципы управления. Поскольку факторы риска для GDM (в частности, ожирение) являются независимыми факторами риска для плода macrosomia, роль матери гипергликемия была широко обсуждаться. Значительные споры остается относительно точной взаимосвязи этих осложнений для матери гипергликемия. Женщины с GDM имеют больше шансов на развитие матери и плода осложнения. Если отношения с GDM случайно или нет, но врачи должны знать об этих рисках. Кроме того, женщины с GDM имеют повышенный риск развития диабета в будущем.
Определение:
Гестационный сахарным диабетом (GDM) определяется как любая степень нетерпимости глюкозы с наступлением первых признания или во время беременности. Это определение применяется как инсулин или только диету модификации используется для лечения и будет ли состояние после беременности. Он не исключает возможности того, что непризнанные нетерпимости глюкозы может быть antedated и начали одновременно с беременностью (1). А поста уровня глюкозы плазмы> 126 мг / дл (7,0 ммоль / л) или случайным плазменной глюкозы> 200 мг / дл (11,1 ммоль / л) встречается порог для диагностики сахарного диабета, в случае подтверждения на последующие сутки, а также препятствует необходимость для любого уровня глюкозы задачей. В отсутствие этого уровня гипергликемия, оценки для GDM женщин со средним или высоким риском характеристики должны соответствовать одному из двух подходов:
Один подход: выполнить устное диагностических тест толерантности к глюкозе без плазмы или сыворотки крови глюкозы скрининга. Один подход может быть экономически эффективным в странах с высоким уровнем риска или популяции пациентов.
Два подхода: выполнить первоначальную проверку путем измерения плазмы или сыворотки крови концентрация глюкозы 1 час после 50 г глюкозы в устной нагрузки (глюкоза задачей испытаний) и выполнять диагностические устный тест толерантности к глюкозе, что на подмножестве женщин глюкозы, превышающих пороговое значение на глюкозу задачей испытаний. Когда эти два подхода работают, а пороговое значение глюкозы> 140 мг / дл (7,8 ммоль / л) определяет примерно 80% женщин с GDM и урожайности дополнительно увеличена до 90% с помощью обрезания> 130 мг / дл (7,2 ммоль / л).
Текущая практика экранирование:
Все беременные пациенты должны скрининг на GDM, будь то со стороны пациента, история, клинических факторов риска, или лабораторные обследования, чтобы определить уровень глюкозы в крови. Ряд исследований показали, что распространенность GDM увеличивается с повышением беременности (2). Он был обычным рекомендовать 50-G, 1-час устного глюкозы задача теста будут использоваться в 24-28 недель беременности. Эта рекомендация произвольных результатов попытка сбалансировать две конкурирующие интересы. Инсулин сопротивление увеличивается, как беременность прогрессирует, поэтому, тестирование позже во время беременности приводит к высокой текучести аномальных испытаний. Тем не менее, спустя патология диагностируется, тем меньше времени будет доступна для вмешательства. Хотя во многих практикующих выбрать экран с высокой степенью риска пациентов в начале беременности, в интересах скорейшего лечения женщин с GDM определены в начале беременности, не показали, но скорее был принят на теоретической основе. Пациенты, которые GDM в предыдущей беременности, имеют 33-35% вероятность рецидива в последующем беременности.
В скрининг тест широко используется в Соединенных Штатах в 50-г, 1-час глюкозы вызов с использованием чистой глюкозы нагрузке 50 г в 150 мл жидкости. Глюкоза полимерной решения, которые обеспечивают более низкой осмотической нагрузки для данной нагрузкой глюкозой, по-видимому, связано с меньшим количеством желудочно-кишечные симптомы и были продемонстрированы справедливой доходности корреляцию с мономерные глюкозы решений. Использование желе-бобы вместо чистой глюкозы задачей было показано, что лучше терпеть, но этот метод имеет бедных чувствительности (40%) по сравнению с глюкозой полимерных растворов (80-90%) (3). Среди больных с GDM, для которых функция проверки тест является наиболее критическим, либо высшее или аналогичные ценности, как сообщается, когда этот критерий в ведении государственного поста. Поэтому, учитывая отсутствие доказательств того, что голодание повышает точность результатов обследования и тот факт, что голодание может создать значительные материально-технические проблемы, 50-г, 1-часового обследования может быть назначено без учета времени прошло с момента последнего еды . Управление на основе глюкозы тестирования не рекомендуется из-за трудностей в соблюдении необходимых федеральных стандартов для тестирования. Первоначально описание проверки испытаний использовали венозную кровь, но лаборатории перешли из цельной крови или плазмы в пробах сыворотки крови.
Обнаружение и диагностика:
Оценка риска для GDM должны проводиться на первом дородовых визита. Женщины с клиническим характеристикам соответствует высоким риском GDM (обозначены ожирения, личную историю GDM, glycosuria, или сильная семейная история диабета), должны пройти тестирование глюкозы, как только это возможно. Если они находятся не на том, что GDM первоначальной проверки, то они должны быть повторно от 24 до 28 недель беременности. Что-либо один подход или два подхода, диагноз GDM основывается на устном тест толерантности к глюкозе (ГЦГ). Несмотря на то, что порог в 140 мг / дл после 50-G 1-часовое испытание глюкозы задачей было рекомендовано в прошлом, последние заявления о состоянии американской ассоциации диабета придает чувствительность примерно на 80% к настоящему обрезания и 90% чувствительности с Порог в 130 мг / дл, оставляет открытым выбор (4). Поскольку точных затрат и выгод диагностики GDM остается нерешенным, либо порог приемлемой. Диагностические критерии для 100-г ГЦГ вытекают из экспертов Комитета по диагностике и классификации сахарного диабета. В нем кратко излагается ниже (5):
Статус
Плазма или уровень глюкозы в сыворотке крови
Карпентер / Coustan Конверсии
Плазменные уровня
Национальный Диабет Data Group Конверсии
Положительный диагноз требует, чтобы два или более порогов будут достигнуты или превышены. Тест осуществляется в первой половине дня после того, как в одночасье быстро. Пациенты не должны курить до проведения испытания и должна быть поручено следить неограниченное диету, потребляющих не менее 150 г углеводов в день, по крайней мере, за 3 дня до начала испытания. Это следует избегать углеводов истощения, которые могут вызвать spuriously высокие значения по ГЦГ. Пациенты с одним аномальные значения были продемонстрированы проявляется повышенный риск для macrosomic младенцев и другие заболевания. Однако, поскольку отношения между углеводного метаболизма, macrosomia и другие заболеваемости является сплошной, а потому, что не все это заболеваемости связан с углеводным нетерпимости, то следует ожидать, что порог будет выявлять всех пациентов риску.
Управление Гестационный Сахарный диабет (GDM):
Материнская метаболических наблюдения следует направлять гипергликемия достаточно увеличить риск для плода. Ежедневные самостоятельный мониторинг содержания сахара в крови, как представляется, лучше, прерывистому офис мониторинга уровня глюкозы плазмы. Для женщин обращаются с инсулином, ограниченные данные свидетельствуют о том, что postprandial контроль над предсессионной обеденный контроля (6). Вместе с тем, успех любого подхода зависит от гликемический задач, которые определены и достигнуто. Моча глюкозы мониторинга не является полезной в GDM. Моча кетона мониторинга могут быть полезны в выявлении недостаточность калорий или углеводов при женщинами обращаются с ограничением калорий. Материнская наблюдение должно включать давления крови и моче белка мониторинг по выявлению гипертензивные расстройства. Расширение эпиднадзора за беременности на риск для плода димайз это уместно, особенно когда пост уровни глюкозы превышать 105 мг / дл (5,8 ммоль / л), или беременность прогрессирует последние перспективе. Возбуждение, частота, и конкретные методы, используемые для оценки плода благосостояние будет зависеть от того, совокупный риск плод несет с GDM и любой другой медицинской / акушерской условий настоящего. Оценка для асимметричного роста плода на УЗИ, в частности, в начале третьего триместра, может помочь в выявлении плодов, которые могут воспользоваться матери лечение инсулином.
Программы умеренные физические упражнения были показаны ниже материнской концентрации глюкозы у женщин с GDM. Несмотря на то, что влияние физических упражнений на неонатальный осложнений ожидает строгий клинических испытаний, в пользу снижения глюкозы-эффекты требуют рекомендацию о том, что женщины, не имеющие медицинских противопоказаний или родовспомогательной следует поощрять, чтобы начать или продолжить программу умеренных осуществлять как часть лечения GDM.
Уровень ожирения среди больных с гестационного диабета высока (около 30%), и что никаких существенных различий, обнаруженных в некоторых исследований, в период беременности результатов между группами, morbidly ожирением и диабетом, ожирением беременности женщин (15). Уровень инсулина лечения была высокой в обеих группах, но больше в morbidly ожирением, и, когда инсулин лечение было начато, ставки плода macrosomia и метаболических осложнений у новорожденных были ниже. В первую очередь, было продемонстрировано, что хороший контроль диабета приводит к хорошим результатам даже в ожирением и ожирением morbidly женщин. Активный, а не будущих управления работами на срок для женщин, имеющих гестационный диабет может привести к сокращению темпов macrosomia и связанных с ним осложнений. Кроме того рандомизированных контролируемых испытаний и наблюдений, исследований с более широкий спектр решений, необходимых для достаточно доказательств для информирования клинической практики (16).
Консультирование питания:
Все женщины с GDM питания должен получать консультации по зарегистрированным диетологу, если это возможно, соответствует рекомендациям Американской ассоциации диабета. Индивидуализация медицинского питания терапии в зависимости от материнской массы и высоты рекомендуется. Медицина питания терапии должен включать питательные вещества для удовлетворения потребностей во время беременности и должна соответствовать матери с материнской крови глюкозы целей, которые были созданы. Американская Ассоциация Диабета рекомендует также в среднем 30 ккал / кг / сут основан на предварительном беременности веса тела для покрытия ожирением людей. Для женщин, страдающих ожирением (ИМТ> 30kg/m2), а 30-33% калорий ограничение (до ~ 25 ккал / кг фактической массы в сутки) было показано, снизить гипергликемию и триглицеридов плазмы, не увеличение ketonuria. Ограничение углеводов до 35-40% калорий было показано снижение уровня материнской глюкозы и улучшить матери и плода результаты (7). Одно замечание о калорийности ограничение состоит в том, что, хотя уровень глюкозы может снизиться, существует возможность того, что это может привести к голоду кетоз. Справочная диетических волокон может оказаться гликемический контроль у женщин с типом диабета-2.
Роль инсулина в управлении GDM:
Роль устных борьбы с диабетом, агенты управления GDM:
Устные снижение уровня глюкозы-агентов, как правило, не были рекомендованы во время беременности. В начале поколения sulfonylureas перешли плацентой и обладает потенциалом для стимулирования поджелудочной железы плода, что приводит к гиперинсулинемия плода. Там также выразили озабоченность по поводу возможности тератогенности, хотя сам по себе диабет тератогенных, и трудно отличить последствия лечения от этого заболевания. Glyburide, второго поколения sulfonylurea, был по сравнению с инсулином в рандомизированном суда среди пациентов с GDM, которые не смогли обеспечить адекватную гликемический контроль при диете только (10). Глюкоза контроля были похожими, и glyburide группа беременность результатов, аналогичных тем, которые инсулина группы, в том числе курсы кесарева доставки, preeclampsia, macrosomia (> 4 кг) и неонатальной гипогликемии. Шнур сыворотке анализы показали не обнаруживаемыми glyburide в младенцев. Glyburide скорее неудачу в женщин, диагностированных в начале беременности, в пожилом возрасте и multiparity и с более высоким постом glucoses, что ранее нетерпимость глюкозы и снижение способности к реагированию на секрецию инсулина мая отличить этой группы (11). На данный момент никакие другие устные агент оказался безопасным и эффективным в GDM, и дальнейшие исследования, рекомендуется перед использованием новых устных hypoglycemic агенты могут быть поддержаны, для использования во время беременности. Glyburide не УЛХ одобрен для лечения GDM.
Метформин является логическим лечение для женщин с гестационного сахарного диабета, однако рандомизированных клинических испытаний по оценке эффективности и безопасности его использования для этого условия отсутствуют. Метформин повышает чувствительность инсулина, вероятно, путем активации киназы AMP, и это не связано с веса или гипогликемия. Отмеченные результаты его применения во время беременности были благоприятные, за исключением одного небольшого, ретроспективная когортного исследования показали, что более высокие показатели перинатальной и preeclampsia потери по сравнению с инсулином лечение. Следователи в метформин в гестационный диабет (МИГ) Судебная заключил; у женщин с гестационный сахарный диабет, метформин (самостоятельно или с дополнительными инсулина) не связано с увеличением перинатальных осложнений по сравнению с инсулином. Женщины предпочли метформин инсулина для лечения (14).
Сроки и маршрут доставки по беременности осложняется GDM:
GDM не является само по себе является показанием для кесарева поставки или поставки до 38 недель завершить беременности. Продление беременности последних недель 38-М увеличивает риск плода macrosomia кесарево сечение без снижения ставок, с тем чтобы поставки в течение 38-й недели рекомендуется, если акушерской соображения диктуют иное (12). Когда GDM хорошо контролируемых и дата хорошо документированы, синдром дыхательной недостаточности или в период после 39 недель беременности является достаточно редким, что обычные амниоцентеза для легочной зрелости не является необходимым. На предыдущих гестационного возраста, или когда контроль является плохим или без документов, легочное зрелость должна быть оценена до индукции. Однако при начале поставки планируется, поскольку матери или плода компромисса срочность индукции, следует рассматривать в решении выполнить амниоцентеза. Кесарево доставки ставки выше у женщин с GDM сравнению с контролем, и эта разница не в полной мере объясняется macrosomia плода. Как представляется целесообразным рекомендовать пациентам с GDM быть консультирование относительно возможного кесарева доставка без труда, когда по оценкам плода весом 4500 г и более. Когда оценивается вес 4,000-4,500 г, дополнительных факторов, таких, как пациент в прошлом доставки истории, клинические pelvimetry, и о ходе работ могут быть полезными для рассмотрения в определении способа доставки. Что, по оценкам, вес плода более 4500 г, продлен второй этап работ или арест спуск на втором этапе является показанием для кесарева доставки. Из-за высокой вероятности плечо dystocia в определенный вес при рождении в беременности женщин с сахарным диабетом, возможно, было бы лучше применить выше рекомендации, по оценкам, вес плода более 4000 г для GDM. Оперативные поставки из midpelvis следует избегать у пациентов с GDM, которые, по оценкам, вес плода 4000 г и более длительное второй этап работ.
Послеродовой уход И Контрацепция:
Женщины в истории GDM подвергаются повышенному риску развития диабета (обычно типа диабета 2) позже в жизни. Нынешние рекомендации по диагностике и классификации диабета в небеременных государства, на основе рекомендаций экспертного комитета Американской ассоциации диабета (13). Материнская гликемический статуса должны быть выполнены, по крайней мере 6 недель после родов. Если уровень глюкозы в норме в послеродовой период, переоценка гликемии должно осуществляться как минимум 3-х лет. Женщины с ограниченными постясь глюкозы (110-125 мг / дл) или нарушениями тест толерантности к глюкозе (75-г, 2-часового уровня глюкозы плазмы 140-199 мг / дл) должны быть проверены на диабета ежегодно. Эти пациенты должны получать медицинскую питания интенсивной терапии и должен быть помещен на индивидуальной осуществлять программу, поскольку их очень высокий риск развития диабета. Все пациенты с предварительным GDM должны быть образованными, касающиеся жизни изменения, которые снизили сопротивление инсулина, в том числе поддержание нормального веса тела на основе медицинского лечения питания и физической активности. Пациенты должны быть рекомендовано обратиться за медицинской помощью, если они появляются симптомы наводящий из гипергликемия. Лекарства, которые ухудшают сопротивление инсулина (например, глюкокортикоидов, никотиновой кислоты), следует избегать, если это возможно.
Грудное вскармливание следует поощрять женщин с GDM. У женщин с любой тип 1 и тип 2 диабет без сосудистых заболеваний, использования комбинированной гормональной контрацепции не сказаться отрицательно метаболического контроля, поощрения сосудистого заболевания, или увеличить риск сердечно-сосудистых заболеваний (14). Использование комбинации методов гормональной контрацепции не увеличивает риск диабета 2 типа у женщин с ранее гестационного диабета. У женщин с сахарным диабетом с сосудистой деятельности, использование комбинации методов гормональной контрацепции противопоказан. Основываясь на теоретических проблем, Американский колледж акушеров и гинекологов (ГСГА) рекомендует использовать сочетание гормональных контрацептивов у женщин с сахарным диабетом должны быть ограничены для некурящих, в противном случае здоровых женщин, которые младше 35 и не имеют доказательств гипертония, невропатия, или ретинопатии. Для женщин с диабетом или без сосудистых заболеваний и гипертонии, использование внутриматочных противозачаточных устройств или прогестин только методы контрацепции не противопоказана. Offspring женщин с GDM следует внимательно к развитию ожирения и / или нарушение толерантности к глюкозе.
Резюме:
Проверка теста в целом должно быть выполнено на венозной плазмы или сыворотки с использованием образцов хорошо калибруется и хорошо сохранить лабораторные инструменты. Лабораторные обследования должна состоять из 50-G, 1-час устного глюкозы вызов в 24-28 недель беременности, которое может быть назначено без учета времени проведения последней трапезы. А скрининг тест порог в 140 мг / дл имеет 10% меньше, чем чувствительность порог 130 мг / дл, но меньше ложных-положительных результатов; либо порог приемлемой. Имеющиеся данные не поддерживает рекомендацию в отношении умеренных или ограничение калорий в ожирением женщин с GDM. Тем не менее, если ограничение калорийности используется, в рационе должно быть ограничено не более 33% калорий. После медицинского питания терапия не привела к посту уровень глюкозы менее 95 мг / дл или 1 часа postprandial значений менее 130-140 мг / дл или 2 часа postprandial значений менее 120 мг / дл, инсулин должен быть рассмотрен. Роль устных борьбы с диабетом, агентов, является спорным. Для женщин с GDM и, согласно оценкам, вес плода 4500 г и более, кесарево сечение поставки могут быть рассмотрены, поскольку это может снизить вероятность постоянного плечевого сплетения травмы в детской. Низкие дозы эстроген-progestogen оральных контрацептивов может быть использован у женщин с ранее историй GDM до тех пор, пока не существует медицинских противопоказаний.
Дополнительная литература:
- American Diabetes Association
Diabetes Journals - World Health Organization
Diabetes — Facts and Publications
Литература:
- American Diabetes Association.
Gestational diabetes mellitus. Diabetes Care 2004;27 supp l:88-90 - Metzger BE, Coustan DR (Eds.): Proceedings of the Fourth International Workshop-Conference on Gestational Diabetes Mellitus. Diabetes Care 1998;21 (Suppl. 2):B1-B167
- Lamar ME, Kuehl TJ, Cooney AT et al. Jelly beans as an alternative to a fifty gram glucose beverage for gestational diabetes screening. Am J Obstet Gynecol 1999;181:1154-1157 (Level I)
- Nutritional management during pregnancy in preexisting diabetes. In: American Diabetes Association. Medical management of pregnancy complicated by diabetes. 3 rd ed Alexandria, Virginia: ADA, 2000:70-86 (Level III)
- Report of the Expert Committee on the Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus. Diabetes Care 2000;23(suppl 1):S4-S19
- Gabbe S, Gregory R, Power M et al. Management of diabetes mellitus by obstetrician-gynecologists. Obstet Gynecol 2004;103:1229-34
- Franz MJ, Bantle JP, Beebe CA et al. Evidence based nutrition principles and recommendations for the treatment and prevention of diabetes and related complications (Technical Review). Diabetes Care 2002;25:148-198
- ACOG Practice Bulletin. Gestational Diabetes. September 2001; Number 30.
- Langer O, Conway DL, Berkus MD et al. A comparison of glyburide and insulin in women with gestational diabetes mellitus. N Engl J Med 2000;343:1134-1138 (Level I)
- Kahn BF, Davies JK, Lynch AM et al. Predictors of glyburide failure in the treatment of gestational diabetes. Obstet Gynecol 2006;107:1303-1309
- Crowther CA, Hiller JE, Moss JR et al. Effect of treatment of gestational diabetes mellitus on pregnancy outcomes. N Engl J Med 2005;352:2477-2486
- Report of the Expert Committee on the Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus. American Diabetes Association, Expert Committee on the Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus. Diabetes Care 2001;4(suppl 1):S5-S20 (Level III)
- Kjos SL, Buchanan TA. Postpartum management, lactation, and contraception. In: Reece EA, Coustan DR, Gabbe SG, eds. Diabetes in Women: Adolescence, Pregnancy, and Menopause, 3 rd ed. Philadelphia, Pa: Lipppincott, Williams & Wilkins; 2004:441-449
- Rowan JA, Hague WM, Gao W et al. Metformin versus insulin for the treatment of gestational diabetes. N Engl J Med 2008;358:2003-2015
- Yogev Y, Langer O. Pregnancy outcome in obese and morbidly obese gestational diabetic women. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol 2008;137:21-26
- Witkop CT, Neale D, Wilson LM et al. Active compared with expectant delivery management in women with gestational diabetes. Obstet Gynecol 2009;113:206-217