6. Многоантенные радиолинии передачи информации. Разнесённая передача по схеме Аламоути

Оригинальная схема работы пространственно-временного блочного кодирования 2х1 следующая:

1. Рассмотрим последовательность комплексных символов, которые необходимо передать … .

2. При нормальной передаче мы будем посылать символ в первый временной слот (интервал), во второй временной слот, в третий и так далее.

3. Однако, Аламаути предложил группировать все символы по парам. В первый временной слот символы и излучаются с первой и второй передающих антенн, соответственно. Во второй временной слот символы и излучаются также с первой и второй передающих антенн. В третий временной слот символы и излучаются с первой и второй передающих антенн. В четвертый временной слот символы и излучаются также с первой и второй передающих антенн.

4. Заметим, что хотя мы группируем все символы по парам, нам всё ещё необходимо два временных слота, чтобы передать два символа. Поэтому скорость такого кода 1.

Принципиальное отличие пространственного кодирования заключается в том, что в данном случае каждый блок данных передается не один раз, а несколько. На входе имеем поток бит, который модулируется в соответствии с выбранной схемой модуляции. Мы должны обеспечить требуемую схему работы, которая описывается следующей матрицей передачи:

(1)

Данная схема не дает выигрыша по скорости передачи данных, но может использоваться для предотвращения негативных воздействий замираний. Декодирование происходит по схеме максимального правдоподобия (ДМП).

Рисунок 2. Схема работы пространственно-временного блочного кодирования Аламаути 2x1

Обработка на приемной стороне в схеме Аламаути 2х1 производится в блоке обработки следующим образом. В первый временной интервал принятый сигнал описывается уравнением

(2)

Во второй временной слот принятый сигнал описывает уравнением

(3)

Здесь – принятые символы в первый и второй временной слот, соответственно;

– коэффициент передачи канала с первой передающей антенны (считаем его постоянным на двух временных интервалах);

– коэффициент передачи канала со второй передающей антенны (считаем его постоянным на двух временных интервалах);

– переданные символы;

– отсчеты шума в первом и втором слоте, соответственно.

Для определения передававшихся символов необходимо выделить сигналы и из принятых . Поэтому оба сигнала подаются на блок обработки (рис. 2). В блоке обработки, дополненном блоком оценки канала, который обеспечивает точную оценку разнесенных каналов в этом примере, выполняется обработка сигналов с целью выделения и .

Для удобства, представим приведенные выше уравнения (2) и (3) в матричной форме, при этом второе уравнение преобразуем так, чтобы убрать комплексное сопряжение :

(4)

Определив матрицу , (5)

можно решить данную систему уравнений с двумя неизвестными. В данной лабораторной работе реализовано решение через нахождение обратной канальной матрицы:

, (6)

Пусть

(7)

Тогда из уравнения (4) получим:,

(8)

(9)

В итоге имеем,

(10)

Это соотношение показывает, что полученные значения переданных сигналов отличаются от действительно переданных на шумовые компоненты, определяемые вторым членом (10), так что требуется еще принять решение относительно того, какие собственно элементарные сигналы передавались. Это решение должно учитывать, что речь идет о цифровой передаче информации, так что может принимать лишь фиксированные значения из некоторого ограниченного набора. Следует также иметь в виду, что, в силу свойств белого шума, его значения тем менее вероятны, чем они больше по модулю. С учетом этих соображений, оптимальное решение относительно действительно переданных элементарных посылок должно сводиться к выбору тех их разрешенных значений, которые наиболее близки к значениям , определенным соотношением (10).

Отметим, что результаты при разнесенной передаче с двух антенн должны совпасть с результатами разнесенного приема методом оптимального линейного сложения MRC 1x2 (Maximal Ratio Combining).

Основными результатами моделирования являются зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум. Под отношением сигнал/шум понимается отношение энергии E_b, расходуемой на один бит, к спектральной плотности шума N₀. Для этого потребовалось ввести некоторые поправки в тексте программы. Первый тип поправок связан с тем фактом, что передача может быть не двоичной, то есть каждый символ несет более одного бита информации. Количественно данная поправка зависит от конкретного типа используемой модуляции. Второй тип поправок относиться к нормализации мощностей из-за использования нескольких антенн. Например, если разнесенная передача осуществляется с двух передающих антенн, то необходимо ввести поправочный коэффициент равный 3 дБ, так как копия каждого символа передается дважды, соответственно его суммарная мощность возрастает в два раза.