Уақыттың бос уақыты коды - Space–time block code

Бос уақытты кодтау - бұл қолданылатын әдіс сымсыз байланыс деректер ағынының бірнеше көшірмесін бірқатар бойынша жіберу үшін антенналар және деректерді берудің сенімділігін арттыру үшін алынған әр түрлі алынған нұсқаларды пайдалану. Берілген сигнал ықтимал қиын ортаны айналып өтуі керек шашырау, шағылысу, сыну және т.с.с. одан әрі бүлінуі мүмкін жылу шу ішінде қабылдағыш алынған деректердің кейбір көшірмелері басқаларға қарағанда бастапқы сигналға жақын болуы мүмкін дегенді білдіреді. Бұл резервтеу алынған сигналдың дұрыс декодталуы үшін алынған көшірмелердің біреуін немесе бірнешеуін пайдалану мүмкіндігінің жоғарылауына әкеледі. Шынында, уақытты кеңістікті кодтау комбайндар барлық алынған сигналдың көшірмелері олардың әрқайсысынан мүмкіндігінше көбірек ақпарат алу үшін оңтайлы тәсілмен.

Кіріспе

90-шы жылдардың басына дейін сымсыз байланыста жұмыс жасайтындардың көпшілігі сымсыз байланыстың тек бір шетінде антенналық жиыны болуға бағытталды - әдетте ресиверде.[1] Жерар Дж. Фошчини мен Майкл Дж. Ганс,[2] Фошини[3] және Эмре Телатар[4] сымсыз байланыс мүмкіндіктерін кеңейтіп, шашыраңқы орта үшін антенналық массивтер сілтеменің екі жағында қолданылған кезде айтарлықтай қуаттылыққа қол жеткізуге болатындығын көрсете отырып, бірнеше антенналарды пайдалануға балама тәсіл бірнеше таратқыш антенналарға ие және тек бірнеше рет қабылдайды. антенналар. Ұсынған Вахид Тарох, Намби Сешадри және Роберт Калдербанк, осы уақыт-уақыт кодтары[5] (ҒТК) айтарлықтай жетістіктерге жетеді қателік деңгейі бір антенналық жүйені жетілдіру. Олардың бастапқы схемасы негізге алынды торлы кодтар бірақ қарапайым блок кодтары кәдеге жаратылды Сиаваш Аламути,[6] және кейінірек Вахид Тарох, Хамид Джафархани және Роберт Калдербанк[7] уақыт-уақыттық блок-кодтарды (STBC) әзірлеу. ҒТК өтеу үшін деректердің бірнеше артық көшірмелерін беруді көздейді сөну және жылу шу олардың кейбіреулері ресиверге басқаларына қарағанда жақсы күйде жетуі мүмкін деген үмітпен. Әсіресе, STBC жағдайында берілетін мәліметтер ағыны кодталады блоктар, олар бөлінген антенналар арасында және уақыт бойынша бөлінеді. Бірнеше таратқыш антенналар қажет болғанымен, бірнеше қабылдағыш антенналар болуы қажет емес, бірақ бұл өнімділікті жақсартады. Деректердің әртүрлі көшірмелерін алудың бұл процесі белгілі әртүрлілікті қабылдау және Фошчинидің 1998 жылғы жұмысына дейін негізінен зерттелген.

STBC әдетте а матрица. Әрбір жол уақыт аралығын және әрбір баған бір антеннаның уақыт бойынша берілуін білдіреді.

Мұнда, болып табылады модуляцияланған уақыт аралығы арқылы берілетін белгі антеннадан . Болу керек уақыт аралықтары және сонымен қатар антенналарды тарату антенналарды қабылдайды. Бұл блок әдетте «ұзындық» болып саналады

The код жылдамдығы STBC бір уақыт аралығы ішінде қанша таңбаны бір блоктың бойымен өткізетіндігін өлшейді.[7] Егер блок кодтайды таңбалар, код жылдамдығы

Тек бір стандартты STBC толық мөлшерлемеге қол жеткізе алады (1 ставка) - Аламути коды.

Ортогоналдылық

Әдетте енгізілген және әдетте зерттелген STBC ортогоналды. Бұл STBC арнасы осындай етіп жасалғандығын білдіреді векторлар кодтау матрицасынан алынған кез-келген баған жұбын бейнелейтін - ортогоналды. Мұның нәтижесі қарапайым, сызықтық, оңтайлы ресиверде декодтау. Оның ең маңызды кемшілігі - осы критерийді қанағаттандыратын кодтардың біреуінен басқалары олардың деректер жылдамдығының белгілі бір бөлігін құрбан етуі керек (қараңыз) Аламути коды ).

Сонымен қатар, бар квазиорогоналды STBC символаралық интерференция (ISI) есебінен деректердің жоғары жылдамдығына қол жеткізетіндер. Осылайша, олардың қателік-жылдамдық көрсеткіштері ортогоналдылыққа байланысты ISI ақысыз берілістерін қамтамасыз ететін 1 STBC ортогоналды жылдамдығымен шектеледі.

STBC-ді жобалау

STBC-нің дизайны Тарох және басқалар шығарған әртүрлілік критерийіне негізделген. олардың бұрынғы қағазында кеңістіктегі уақыт торларының кодтары.[5] Осы критерий бойынша максималды әртүрлілікке жету үшін ортогоналды STBC-ді көрсетуге болады.

Әртүрлілік критерийі

Код сөзін шақырыңыз

және қате декодталған алынған кодтық сөзді шақырыңыз

Содан кейін матрица

толуы керекдәреже кез-келген нақты кодты сөздер үшін және әртүрліліктің максималды тәртібін беру . Егер оның орнына болса, минималды атағы бар әр түрлі кодты сөздердің жұбының үстінде, уақыт-уақыт коды әртүрлілік тәртібін ұсынады . Көрсетілген STBC үлгілерінің сараптамасы төменде олардың әрқайсысы осы әртүрліліктің критерийін қанағаттандыратындығын көрсетеді.

STBC тек әртүрлілік коэффициентін ұсынады (бір антенналық схемамен салыстырғанда) және кодтау емес. Мұнда кодтау схемасы енгізілмеген - резервтеу кеңістік пен уақыттың әртүрлілігін қамтамасыз етеді. Бұл контраст кеңістіктегі уақыт торларының кодтары олар әртүрлілікті және кодтауды қамтамасыз етеді, өйткені олар әдеттегі торлы кодты кеңістік пен уақытқа таратты.

Кодтау

Аламути коды

Жартылай уақыт өзгермейтін MISO және MIMO каналдары бойынша модельденген Alamouti берілісінің биттік қателіктер коэффициенті (K = 0,6). Alamouti 2x1 корпусы теориялық 2-ші реттік әртүрлілікке толық сәйкес келетінін ескеріңіз, алайда Alamouti 2x2 массивтің қосымша күшеюіне байланысты BER өнімділігі жоғары.[8]

Сиаваш Аламути 1998 жылы барлық STBC арналарының ішіндегі ең қарапайымын ойлап тапты,[6] дегенмен ол өзі «уақыт-уақытты блоктау коды» терминін енгізбеді. Ол екі таратқыш антенна жүйесіне арналған және кодтау матрицасы бар:

мұндағы * белгілерді білдіреді күрделі конъюгат.

Бұл ставка-1 коды екені анық. Екі символды беру үшін екі уақыт аралығы қажет. Оңтайлы пайдалану декодтау төменде қарастырылған схема бит-қателік деңгейі Осы STBC-нің (BER) мәні баламалы болып табылады - филиал максималды қатынасты біріктіру (MRC). Бұл өңдеуден кейін символдар арасындағы тамаша ортогоналдылықтың нәтижесі - әр таңбаның екі көшірмесі берілген және көшірмелер алынды.

Бұл өте ерекше STBC. Бұл тек стогон-1-ге жететін ортогоналды STBC.[5] Яғни, бұл деректердің жылдамдығын құрбан етпестен әртүрлілікке толық қол жеткізе алатын жалғыз STBC. Қатаң түрде, бұл тек қатысты күрделі модуляция белгілері. Барлығынан бастап шоқжұлдыз сызбалары күрделі сандарға сүйенеді, алайда бұл қасиет қателіктер жылдамдығының жақсы көрсеткіштеріне қол жеткізгенімен, Alamouti кодына жоғары реттік STBC-ге қарағанда айтарлықтай артықшылық береді. Қараңыз 'Ставка шегі толығырақ.

Аламутидің 1998 жылғы ұсынысының маңыздылығы мынада: бұл әртүрлілікке мүмкіндік беретін кодтау әдісінің алғашқы демонстрациясы болды. сызықтық ресиверде өңдеу. Ертерек ұсыныстар әртүрлілікті беру масштабталған өңдеудің қажетті схемалары экспоненциалды тарату антенналарының санымен. Сонымен қатар, бұл бірінші болды ашық цикл әртүрлілікті беру осындай мүмкіндікке ие техника. Аламути тұжырымдамасының кейінгі жалпыламалары сымсыз байланыс индустриясына үлкен әсер етті.

Жоғары дәрежелі СТБК

Тарох және т.б. STBC жиынтығын ашты[7][9] олар тікелей және схеманың атауын ұсынған. Сондай-ақ, олар 2-ден астам антенналарға арналған код толық жылдамдыққа жете алмайтындығын дәлелдеді. Содан кейін олардың кодтары жетілдірілді (түпнұсқа авторлармен де, басқа авторлармен де). Соған қарамастан, олар тарифтің неге 1-ге жете алмайтындығының және «жақсы» СТБ-ны шығару үшін тағы қандай мәселелерді шешудің нақты мысалдары ретінде қызмет етеді. Олар сонымен қатар қарапайым, сызықты көрсетті декодтау олардың кодтарымен сәйкес келетін схема арна туралы ақпарат болжам.

3 таратқыш антенна

3 таратқыш антеннаға арналған екі қарапайым код:

Бұл кодтар сәйкесінше жылдамдық-1/2 және ставка-3/4 деңгейіне жетеді. Бұл екі матрица екіден астам антенналарға арналған кодтардың құрбандыққа баруының мысалын келтіреді - бұл ортогоналдылыққа жетудің жалғыз жолы. Бір ерекше проблема ол беретін символдар арасында біркелкі күшке ие. Бұл сигналдың a жоқ екенін білдіреді тұрақты конверт және әр антеннаның беруі қажет қуат әр түрлі болуы керек, екеуі де жағымсыз. Осы кодтың осы мәселені шешетін өзгертілген нұсқалары әзірленді.

4 таратқыш антенна

4 таратқыш антеннаға арналған екі қарапайым код:

Бұл кодтар 3 антенналық аналогтары үшін сәйкесінше жылдамдық-1/2 және ставка-3/4 деңгейіне жетеді. сияқты біркелкі емес қуат проблемаларын көрсетеді . Жақсартылған нұсқасы болып табылады[10]

ол барлық антенналардан бірдей қуат алады.

Декодтау

Ортогоналды СТБ-ның ерекше тартымды ерекшелігі мынада максималды ықтималдығы декодтауға тек ресиверде қол жеткізуге болады сызықтық өңдеу. Декодтау әдісін қарастыру үшін сымсыз байланыс жүйесінің моделі қажет.

Уақытында , сигнал антеннада қабылданады бұл:

қайда бұл антеннаның таралуы антеннаны қабылдау , - бұл антенна арқылы таратылатын сигнал және үлгісі болып табылады қоспа ақ гаусс шуы (AWGN ).

Ықтималдылықты анықтау ережесі[9] шешімнің айнымалыларын қалыптастыру болып табылады

қайда белгісі ішінде мың кодтау матрицасының қатары, мұны білдіреді болып табылады (белгі айырмашылығына дейін), кодтау матрицасының элементі, үшін содан кейін шешім қабылдаңыз шоқжұлдыз белгісі бұл қанағаттандырады

бірге The шоқжұлдыз алфавиті. Сыртқы түріне қарамастан, бұл әртүрлілікті қамтамасыз ететін қарапайым, сызықтық декодтау схемасы.

Ставка шегі

Екі антеннаға арналған толық ставкалы, күрделі, ортогоналды STBC жоқтығынан басқа, екі антенна үшін максималды жылдамдық 3/4 болатыны тағы көрсетілген.[11] Бұның жақсы пропорциясына қол жеткізетін кодтар жасалды, бірақ олардың блоктық ұзындығы өте ұзын. Бұл оларды практикалық қолдануға жарамсыз етеді, өйткені декодтау дейін жалғаспайды барлық блоктағы берілістер алынды, сондықтан блоктың ұзындығы, , декодтаудың кешігуіне әкеледі. Бір нақты мысал, 16 таратқыш антенна үшін жылдамдығы-9/16 және блоктың ұзындығы 22 880 уақыт аралығы![12]

Бұл дәлелденді[13] кез-келген ең жоғары ставка - антенна коды болып табылады

қайда немесе , егер кодтық матрицада сызықтық өңдеуге жол берілмесе (жоғарыда көрсетілген максималды жылдамдық дәлелденген болса)[13] тек ортогональды дизайнның бастапқы анықтамасына қолданылады, яғни матрицадағы кез келген жазба болып табылады , немесе , бұл кез-келген айнымалыға мәжбүр етеді матрицаның кез-келген бағанында қайталануы мүмкін емес). Бұл жылдамдық шегі кез-келген күрделі ортогональды кеңістік-уақытты блоктау кодтары үшін, егер кез-келген сызықтық өңдеуге күрделі айнымалылар рұқсат етілген болса да, сәйкес келеді.[11] Жабық түрдегі рекурсивті дизайндар табылды.[14]

Квазитегналды STBC

Бұл кодтар ішінара ортогоналдылықты көрсетеді және аталған әртүрліліктің тек бір бөлігін ғана қамтамасыз етеді жоғарыда. Хабарлаған мысал Хамид Джафархани бұл:[15]

Ортогоналдылық критерийі тек (1 және 2), (1 және 3), (2 және 4) және (3 және 4) бағандарға сәйкес келеді. Алайда, код өте жылдам, бірақ ресиверде сызықтық өңдеуді қажет етеді, дегенмен декодтау ортогоналды STBC-ге қарағанда сәл күрделі. Нәтижелер көрсеткендей, бұл Q-STBC толығымен ортогоналды 4 антенналық STBC-ден асып түседі (қателік жылдамдығының мағынасында) шуылдың сигналға қатынасы (SNR). Жоғары SNR-де (бұл жағдайда шамамен 22 дБ-ден жоғары), ортогоналды STBC ұсынатын әртүрліліктің жоғарылауы жақсы BER береді. Бұдан басқа, схемалардың салыстырмалы негіздерін пайдалы деректерді өткізу тұрғысынан қарастыру қажет.

Q-STBC де көрсетілген негізгі мысалдан айтарлықтай дамыды.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Э. Ларссон және П. Стойка,Сымсыз байланыс үшін уақытты блоктық кодтау. Кембридж университетінің баспасы, Ұлыбритания, 2003 (Қытай басылымы, 2006).
  2. ^ Джерард Дж. Фошчини және Майкл. Дж.Ганс (1998 ж. Қаңтар). «Бірнеше антенналарды пайдалану кезінде сөніп тұрған ортадағы сымсыз байланыс шектері туралы». Сымсыз жеке байланыс. 6 (3): 311–335. дои:10.1023 / A: 1008889222784.
  3. ^ Джерард Дж. Фошчини (1996 ж. Күз). «Көп элементтерді антенналарды пайдалану кезінде сөнетін ортада сымсыз байланыс үшін кеңістіктік-уақыттық архитектура». Bell Labs техникалық журналы. 1 (2): 41–59. дои:10.1002 / bltj.2015.
  4. ^ I. Emre Telatar (қараша 1999). «Көп антенналы гаусс арналарының сыйымдылығы». Телекоммуникация бойынша еуропалық транзакциялар. 10 (6): 585–595. дои:10.1002 / ett.4460100604.
  5. ^ а б c Вахид Тарох; Намби Сешадри және А.Р. Калдербанк (наурыз 1998). «Сымсыз байланыс жылдамдығының жоғары жылдамдығына арналған уақыттық кодтар: өнімділікті талдау және кодты құру». Ақпараттық теория бойынша IEEE транзакциялары. 44 (2): 744–765. CiteSeerX  10.1.1.112.4293. дои:10.1109/18.661517.
  6. ^ а б С.М. Аламути (қазан 1998). «Сымсыз байланыс үшін таратудың әртүрлілігінің қарапайым техникасы». IEEE журналы байланыс саласындағы таңдаулы аймақтар туралы. 16 (8): 1451–1458. дои:10.1109/49.730453.
  7. ^ а б c Вахид Тарох; Хамид Джафархани және А.Р. Калдербанк (шілде 1999). «Ортогональды конструкциялардан уақыт-уақытты блоктау кодтары» (PDF). Ақпараттық теория бойынша IEEE транзакциялары. 45 (5): 744–765. CiteSeerX  10.1.1.138.4537. дои:10.1109/18.771146. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2009-12-29.
  8. ^ MIMO жүйелеріне кіріспе (MathWorks)
  9. ^ а б Вахид Тарох; Хамид Джафархани және А. Роберт Калдербанк (наурыз 1999). «Сымсыз байланыс үшін уақытты блоктық кодтау: жұмыс нәтижелері» (PDF). IEEE журналы байланыс саласындағы таңдаулы аймақтар туралы. 17 (3): 451–460. дои:10.1109/49.753730. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2009-12-29.
  10. ^ G. Ganesan & P. ​​Stoica (мамыр 2001). «Уақыттың уақытты блоктау коды: SNR максималды тәсілі». Ақпараттық теория бойынша IEEE транзакциялары. 47 (4): 1650–1656. дои:10.1109/18.923754.
  11. ^ а б Хайчуан Ванг және Сян-Ген Ся (2003 ж. Қазан). «Кешенді ортогональды кеңістік жылдамдығының жоғарғы шектері-уақытты блоктау кодтары». Ақпараттық теория бойынша IEEE транзакциялары. 49 (10): 2788–2796. CiteSeerX  10.1.1.134.6261. дои:10.1109 / TIT.2003.817830.
  12. ^ Вэйфэн Су; Сян-Ген Ся & K. J. Ray Liu (Маусым 2004). «Жоғары жылдамдықты кешенді ортогоналды кеңістіктік-уақыттық блок-кодтардың жүйелік дизайны». IEEE байланыс хаттары. 8 (6): 380–382. CiteSeerX  10.1.1.420.1452. дои:10.1109 / LCOMM.2004.827429.
  13. ^ а б Сюэ-Бин Лян (қазан 2003). «Максималды тарифтермен ортогоналды дизайн». Ақпараттық теория бойынша IEEE транзакциялары. 49 (10): 2468–2503. дои:10.1109 / TIT.2003.817426.
  14. ^ Кедже Лу; Shengli Fu & Xiang-Gen Xia (желтоқсан 2005). «2k-1 немесе 2k жіберетін антенналарға арналған жылдамдықтың уақыттық блок-кодтарының кешенді ортогональды-кк (1 +) / (2k) жабық пішінді жобалары». Ақпараттық теория бойынша IEEE транзакциялары. 51 (12): 4340–4347. дои:10.1109 / TIT.2005.858943.
  15. ^ Хамид Джафархани (2001 ж. Қаңтар). «Квазиторогональды кеңістік - уақытты блоктау коды». Байланыс бойынша IEEE транзакциялары. 49 (1): 1–4. CiteSeerX  10.1.1.136.1830. дои:10.1109/26.898239.