10.3 Мimo технология

Многоантенную систему можно также рассматри­вать как систему связи с несколькими пространственными каналами. Причем все каналы работают в одной и той же полосе частот в одно и то же время и разделяются только за счет пространственного разнесения излучающих и приемных антенн. Возможность организации многих пространственных ка­налов объясняет высокую спектральную эффективность многоантенных сис­тем и пристальное внимание к ним со стороны разработчиков высокоскоро­стных систем связи.

10.3.1. Пространственно-временное блочное кодирование

Пространственно-временное блоч­ное кодирование или STBC (Soace-Time Block Coding) — это наи­более простая техника, использующая разнесение передающих антенн. Ее применение не предполагает знания характеристик радиоканала при переда­че и не требует сложных алгоритмов обработки сигналов при приеме. Недостаток техники SТВС в том, что она обеспечивает не столь высокую скорость передачи информации, как другие способы пространственного кодирования.

Поясним SТВС на простейшем примере, когда есть две излучающие антенны и одна приемная. В этом случае информационные символы передаются и принимаются парами (блоком из двух символов). Во время первого символьного интервала, составляющего половину длительности блока, первый сим­вол в модуляторе преобразуется в сигнал, который поступает на первую антенну, а второй символ в модуляторе преобразуется в сигнал , который поступает на вторую антенну. Во время второго символьного интервала на первую антенну подается сигнал(знаком * обозначена комплексно сопряженный сигнал), а на вторую антенну поступает сигнал.

Сигналы, которые поступят на вход приемника в первый и второй символь­ные интервалы, обозначим через и . Они определяются выражениями

(10.72)

где и— комплексные коэффициенты передачи (фединги) канала. Значе­ние() — это отношение комплексной амплитуды напряжения на выходе приемной антенны к комплексной амплитуде сигнала на входе первой (вто­рой) передающей антенны. Мы полагаем для простоты, что рассматривается узкополосный канал, и зависимость федингов от частоты можно не учиты­вать.

Из сигналов и , принятых в первый и второй символьные интервалы, со­ставим следующие две линейные комбинации:

(10.73)

Подстановка выражений (10.72) в (10.73) приводит к следующему виду:

(10.74)

Выражение (10.74) показывает, что, комбинируя принятые сигналы в соответ­ствии с выражением (10.73), мы получим сигналы, которые отличаются от пе­реданных сигналов и только действительным множителем.

Процесс передачи и приема сигналов при пространственно-временном блоч­ном кодировании схематично показан на рис. 10.14.

Здесь символы от источника информации поступают на пространственно-временной кодер. Различные комбинации входных символов излучаются передающими антеннами. На приемном конце принятые сигналы подаются на вход матричного преобразователя, на который также поступает информация о комплексных федингах канала. На выходе матричного преобразователя наблюдаются переданные символы.

Схема SТВС, приведенная на рис. 10.14, сохраняется и тогда, когда число пере­дающих антенн больше двух. В этом случае длина блока увеличивается и процедура комбинирования символов блока усложняется. Прежде чем изла­гать эти процедуры, запишем соотношения (10.72—10.74) в матричной форме. Введя векторы Введя векторы ипереданных и принятых сигналов, запишем (10.72) в виде

, (10.75)

В (10.75) через обозначена матрица, состоящая из комплексных федингов канала, а также из величин, отличающихся от них комплексным сопряжени­ем и знаком. Можно заметить, что введенная матрицаобладает следую­щим свойством:

, (10.76)

где обозначает эрмитово сопряжение (комплексное сопряжение и транспонирование),единичная матрица, черезсумма квадратов модулей всех федингов радиоканала. Из (10.75) и (10.76) видно, что для получения оценки вектора переданных данных следует умножить матрицуна векторпринятых в блоке сигналов.

. (10.77)

Равенство (10.77) представляет матричную форму записи выражения (10.73). Удобство матричных формул (10.75—10.77) в том, что их вид не зависит от числа передающих антенн.

Степень выигрыша многоантенной SТВС-системы по сравнению с одноантенной системой связи определяется выражением

, (10.78)

где - число передающих антенн.

Выражение (10.78) показывает, что мощность сигнала на выходе системы про­странственно-временного кодирования равна сумме мощностей, поступающих в приемник от всех предающих антенн. Достоинство рассмотренной системы пространственно-временного блочного кодирования в том, что он достигается без усложнения приемного блока.