Mimo Networks'te Uzay Zaman Bloku Kodinging
MIMO Networks'leri Anlamak
Birden çok kez (MIMO) teknolojisi, aynı frekans bandında birden fazla anteni dağıtmak için, kanal kapasitesinin ve güvenilirliklerinin önemli kazanımlara olanak sağlayan modern kablosuz iletişimin bir temel taşı haline gelmiştir.Her iki durumda da verici ve alıcı, MIMO ağlarının aynı frekans bandında birden fazla veri akışının kullanılmasıyla birlikte, yüksek seviyeli antenler için gerekli olan değişiklikleri elde etmek için gerekli olan birçok sinyale sahip olmak.
MIMO sistemleri birkaç kategoriye ayrılabilir: tek kullanıcı MIMO (SU-MIMO), çoklu kullanıcı MIMO (MU-MIMO), ve büyük MIMO, her biri farklı anten konfigürasyonları ve sinyal işleme gereksinimleri ile ilgili olarak, alıcının her iki alanda (antennas) ve zaman (symbol aralıkları) verileri geliştirebileceği, mükemmel bir antenle elde etmek için en pratik yöntemlerden biridir.
Uzay-Time Block Coding İlkeleri
Uzay-zaman bloğu kodlama, belirli antenlere veya zaman zaman zaman işaretlerine karşı bir blok oluşturan bir kodlama tekniğidir.Ana amacı, bu sembolün birkaç bağımsız kopyasını görmektir.[Dönemli olarak, alıcı, kopyaların bazılarında bile belirgin bir şekilde geri dönüşümlü bilgiler geri alabilir.Aynı anda farklı antenlerden aktarıldığı zaman, alıcı bu sembolün farklı kopyalarını bağımsız olarak görür.[Dönemli kopyaları ile doğru bir şekilde birleştirmektedir.)
Bir STBC'nin en önemli özelliği, alıcı karmaşıklığının düşüklüğünden ve böylece alıcının düşük çözünürlükte bir OSTBC örneğidir.In more than two antens, full-rate orthogonal tasarımları, sadece iki anten için (bit) karar verir ve böylece orantılı kodları kullanırken karmaşık sembollerin klasik bir örneğidir.
Alamouti Scheme: Bir Foundational Örnek
Alamouti kodu iki sembolü iletir, [[0]0.1) ve [[Dönder:2) , iki anten ve iki ardışık zaman dilimine geçer.(Dönetici) # 9-[Dönder) ve anten 2[Dönder)
[0]r1 = h1 s1 + h2 s2 + n1
) = s2 = s1 * + h2 s1* + n2).
[FONT=0] [FONT=0) ve ) [Dönderilen kanal iki kanaldan gelen kanal puanları alır ve [[Dönder|D|D|D|Dönder|D|Döntme: 9) ve [[Dönderin|Dönderinler.
[0]y1 = h1* r1 + h2 r2 = (|h1|2+|h2|2) s1 + h1 * n1 = h2*[FLT]
Bu denklemlerden, her sembolün, iki kanal kazanımlarının kare büyüklüğüne eşit bir şekilde sahip olduğu açıktır - ikinci sipariş çeşitliliği sağlamak.Rektör karmaşıklığı yalnızca tek bir antene sahip olabilir (örneğin, mobil cihazlar).
STBC'yi Daha Fazla Antenlere Genelleştirme
İki aktarma anteni veya sontogonal tasarımlar var ancak kısmi veyatogonallık maliyetinin maliyeti ile yüksek çözünürlükte bir artış sağlar.Dörtücük algılamalar için kodlar genellikle 1/2 (i.e., aktarmalar 1 sembolüne izin verir), daha yüksek kod oranlarına (belirli veya dört anten için 1 oranında daha yüksek bir oran) ulaşırlar.
STBC'yi pratik bir MIMO ağında uygulama yaparken, kod seçimi birkaç faktöre bağlıdır: kanal değişiklikleri hızla, STBC bloklarının tutarlı zaman karmaşıklığı ve kanal koşulları (örneğin, düz vs. frekansı-selective fading). Örneğin, kanal değişiklikleri hızla, daha kısa sürede, STBC bloklarının tutarlı zaman içinde veya zaman içinde korumayı tercih ettiği yüksek performanslı ortamlarda.
MIMO Networks'te STBC'yi Uygulama: Bir Adım-Adım Yaklaşımı
Gerçek dünya MIMO sisteminde uzay zamanlı blok kodlaması çalışmak hem de verici hem de alıcı taraflar arasında dikkatli bir tasarım gerektirir. Aşağıdaki bölümler temel uygulama aşamalarını özetliyor.
Tasarım
Bu alıcı, uzaysal bir encoder ile, gelen veri sembollerini STBC matrixine teslim etmesi gerekir.Bu encoder, boyut (zamanın sayısı) ve QAM veya PSK haritalamasından sonra oturur.Her giriş OFDM subcarrier haritalama genişleyen sistemler için.[tr|x][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT=D][/FONT=D][/FONT=D][/FONT][/FONT=D][/FONT=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D
- [FONT:0)Antenna senkronizasyonu:[Döneticileri iletilen tüm antenler, aynı anda sembolleri doğru bir şekilde iletmeli ve her zaman kod veya çeşitliliğin veya sıra dışılığını yanlış bir şekilde yanlış bir şekilde ifade etmelidir.In OFDM-based systems, saat senkronizasyonu genellikle ortak bir referans oscillator ve aşağılink sinyali kontrol etmek zorundadır.
- [FONT:0)Power normalizasyon:[Dönderilmiş bir gücü korumak için, STBC matrix ölçeklenir, böylece zaman başına toplam enerji tek bir anten ile aktarılacak enerjiyi eşitler.Fordduti planı için, matrix slot başına √1/2 tarafından normalleştirilir.
- [[Dönetici:0)Pilot ekleme:[Dönetici:[Dönetici:0) Alıcıda kanal tahminlerini sağlamak için, bilinen pilot sembolleri, genellikle antenler arasındaki ortogonal pilot kalıpları şeklinde gömülüdür.
Alıcı Design
Alıcıda, taban işleme zinciri kanal tahminleri, STBC dekoding ve demodulation içerir. Alıcı kanal devlet bilgilerini (CSI) her iletileyici anten çifti için takip eder: CSI genellikle pilot tabanlı tahminler yoluyla elde edilir, en az-squares veya minimum tahminler ile elde edilir.
- [[Dönerge: 0,0|Dönergeler için [Dönergeler için], alıcı, alınan sinyallerin basit doğrusal bir kombinasyonunu gerçekleştirir, tahmin edilen kanal katlarının ağırlıkları ile ağırlıklanır.Bu, her bir sembolün ayrı karar istatistikleri, Alamouti kodu için yukarıda gösterildiği gibi.
- [FONT=0)Maximum-likelihood (ML) algılama:[[Dönetici:0)) Kombine veya non-orthogonal kodlar için, alıcının, ML algılama gruplarının üzerinde tespit edilmesi gerekebilir. Bu, kürenin daraltılması veya başarısal müdahale iptalini kullanarak uygulanabilir.
- [FONT:0)Soft çıktı nesli: [Döneticiler için [Dönderlik oranı) her bir miktar kanal decoderini beslemek için, bu, turbo veya LDPC kodları ile elde edilebilir (SNR) ve mevcut müdahalenin Gaussian dağılımını varsaymalıdır.
[FONT:0)Channel tahmin doğruluk [DDDDD performans için kritiktir. CSI'deki hatalar veya sonsuz müdahaleyi yok edebilir ve kanalın zamansal korelasyonunu (örneğin, Kalman filtreleme ile) kullanan Robust estimers genellikle yüksek hareket senaryolarında kullanılır.
senkronizasyon ve Timing
STBC, yalnızca verici ve alıcı arasında antenler arasında değil, aynı zamanda verici ve alıcı arasında da sıkı bir senkronizasyon gerektirir. Sembol seviyesi zamanlama dengesi, kanalın kod yapısını yok etmesini engellemek için sembolün küçük bir kısmında tutulması gerekir (ISI).In fast-fading kanallarında, sabit kanalın sürekli olarak takip etmesi için uzun süre boyunca izlenecek ve STBC decodingi, kanaldaki takip edilmesi gereken blokların sabit olduğunu varsayar.
Faydaları, Zorluklar ve Ticaret-İlginçler
MIMO ağlarındaki STBC'nin birincil yararı, çeşitliliğin azalmasıdır (BER) verilen bir SNR için veya eşdeğer bir şekilde, bir hedef BER'ye ulaşmak için önemli SNR tasarrufları sağlar. Örneğin, 2×1 sisteminde (iki antenler, bir tane antenler, bir tane antenle birlikte) daha yüksek çözünürlükte bir şekilde azaltılır.
STBC ayrıca, farklı fading kalıplarına sahip olan sinyalleri bastırma eğilimi sunuyor.[D][/FONT=3][/FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STR=STR=STR=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=FONT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT=STRNT
Ancak, STBC zorluklarından yoksun değildir:
- [FONT:0]Spectra verimliliği vs. çeşitlilik ticaret-off: [Dönetici: 0,0) Tam olarak STBCs (örneğin, Alamouti gibi) sadece iki anten için bir kod oranı elde eder (örneğin, kanal kullanımı için). daha büyük diziler için veya çoklu uzaysal tasarımlar için geçerli olan uygulama yükleri (örneğin, çoklu kanal geçiş noktalarına kıyasla yüksek çözünürlükte veya yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte) ile ilgili olarak kullanılır.
- [[Dönetici:0) Alıcıda Komplexite:[Dönetici:0)[Dörtücükler, kodlar ve tam kodlar, daha sofistike algılama algoritmaları gerektirir.Bu, bataryaya yönelik cihazlar için sorunlu olabilir.
- [FONT:0)Channel tahmin yükü: [Dönetici: [Dönetici: 0,8 veya daha fazla anten) MIMO-STBC sistemleri, SISO sistemlerinden daha fazla kanal katlaması gerekir. Pilot üstte, anten sayısı ile orantılı olarak büyür.
- [FONT:0]Frequency-selective fading: [Dönetici sistemlerinde, kanal alt kanalda sabit kanaldaki varsayımlar, alt kateronlarda sabit kanalda sabit kanaldaki sabit kanal değişikliklerine göre büyük ölçüde performans göstermeyebilir. Gelişmiş “zaman-frezegenler” blok kodları bunu ele almak için önerilmiştir.
Modern Kablosuz Sistemlerde Uygulamaları
STBC birkaç kablosuz standartlarda kabul edilmiştir. 3GPP LTE ve LTE-Advanced, alt bağlantı kanalları ve fiziksel yayın kanalı (PBCH) belirli durumlarda Alamouti tabanlı sistemler kullanılarak uygulanmaktadır.In Wi-Fi, tek kullanıcı MIMO tipik olarak kodbook tabanlı bir ön kodlama kullanır, ancak 5G NR'de, STBC kullanarak uzaysal çeşitliliği destekler.In Wi-Fi (fiziksel olarak paylaşılan bir web sitesi için.In Wi-Fi, tek kullanıcı için kodlayıcı / kodlama standartları, bir kod iletme mekanizması olarak kullanır, ancak aynı zamanda STBC'yi kullanarak, SCBC'yi de uygulama alanı kullanarak belirli bir alternatifleri uygulamaktadır.
Hücre ve WLAN'ın ötesinde, STBC dijital yayında kullanılır (örneğin, DVB-NGH, ATSC 3.0) ve bağlantı bütçesinin sıkı ve alıcı karmaşıklığının en aza indirgenmesi gerektiği uydu iletişiminde.In Internet of Things (IoT) ağlarda, cihazlar genellikle sadece bir anten alır, STBC ağ geçidinde birden fazla anten gerektirmez.
Future Yol ve Açık Araştırma
Kablosuz sistemler büyük MIMO'ya doğru geliştikçe, son derece yüksek frekanslar (mmWave ve alt-THz) ve STBC'nin temel istasyondaki karmaşık sistemlerdeki rolünü tekrar gözden geçiriyor.Büyük MIMO, lineer precoding (e.g., sıfır-forcing) özellikle de basit kullanıcı algılama ile yakın performans elde edebilir, örneğin STBC'nin izin verdiği yüksek çözünürlükte, özellikle de yüksek çözünürlükte elde edilen kanalların sınırlı sayıda antenler için mümkün olduğunca yüksek çözünürlükte bulunması gerekir.
Aktif çalışma alanı, STBC'nin aynı kaynak bloğudur.Aynı zamanda, daha zayıf kullanıcı için ek çeşitlilik sağlayabilir (RIS), bu da, her iki alanda da açık bir şekilde dağıtım ortamına sahip olabilir.In NOMA, kullanıcılar aynı kaynak bloğunu güç alanında paylaşırlar; bu da uzay-zaman kodlaması ile birleştirin.
Özetle, uzay-zaman bloğu kodlama, kod seçimi, kanal tahminleri ve algılama karmaşıklığının artırılmasında önemli bir rol oynamaya devam eden olgun bir tekniktir.In summary, space-time block kodlama, STBC, hızlı bağlantı için talep ettiği gibi, kablosuz mühendisin aracının önemli bir unsuru olarak kalacaktır.