И. Увод
Паметне антене обично се називају адаптивни антенски низови, који могу да формирају одређене антенске зраке да би се постигао усмерени пренос и пријем, а углавном се користе за довршавање просторног филтрирања и позиционирања. У основи користи позициони однос између елемената у антенском низу, односно фазни однос сигнала за превазилажење сметњи са вишеструким приступом и сметњи са више стаза. То је суштинска разлика између њега и традиционалне технологије разноликости.
МИМО систем односи се на комуникациони систем који истовремено користи више антена на крају преноса и на крају пријема. Ефикасно користи насумично блеђење и могуће ширење више путања да удвостручи брзину преноса услуге. Његова основна технологија је просторно-временска обрада сигнала, која користи комбинацију више временских домена и просторних домена распоређених у простору за обраду сигнала. Због тога се може видети као продужетак паметних антена.
Паметни антенски систем има више антена на крају преноса / или на крају пријема везе мобилне комуникације. Према томе да ли се обрада сигнала налази на крају преноса или на крају пријема комуникационе везе, технологија паметне антене се дефинише као вишеструки улазни излаз (МИСО). Један излаз, вишеструки излаз са једним улазом (СИМО, вишеструки излаз са једним улазом) и вишеструки излаз са више улаза (МИМО, вишеструки улаз са више улаза) итд.
2. Структура примопредајника паметних антена са више улаза и више излаза и напредак истраживања
Са слике 1 се види да се након кодирања, модулације и просторно-временске обраде (формирање снопа или просторно-временско кодирање) ток битова пресликава у различите информативне симболе и истовремено преноси са више антена; на пријемном крају се користи више антена Пријем, извођење одговарајуће демодулације, декодирања и просторно-временске обраде.
Слика 1 Структура примопредајника паметних антена са више улаза и више излаза
Просторно-временске технологије обраде у МИМО систему углавном укључују обликовање снопа, просторно-временско кодирање и мултиплексирање простора. Беамформинг је кључна технологија паметних антена која побољшава однос сигнала и шума усмеравајући главну енергију на жељеног корисника. Обликовање снопа може ефикасно сузбити сметње ко-канала, а кључно је одредити тежину обликовања снопа.
1. Шема преноса МИМО система
Шема преноса МИМО система углавном се дели на два типа: шему преноса која максимизира брзину преноса података (просторно мултиплексирање СДМ) и шему преноса која максимизира добитак разноликости (просторно-временско кодирање СТЦ). Шема преноса максималне брзине преноса података углавном остварује просторно мултиплексирање преношењем независних сигнала на различитим антенама. Просторно-временска шема кодирања односи се на заједничко кодирање тока података на крају преноса како би се смањила стопа грешака симбола узрокована блеђењем канала и шумом. Повећава редундантност сигнала кроз заједничко кодирање на крају преноса, тако да сигнал прима Крај добија појачање разноликости, али просторно-временска шема кодирања не може повећати брзину података.
(1) Просторно-временско кодирање У неким документима дат је велики број механизама преноса. Ови механизми могу респективно максимизирати ефикасност спектра, највећу брзину и однос сигнал-шум (СНР, однос сигнал-шум). Сви се ослањају на информације о стању канала (ЦСИ). , Цханнел Стате Информатион) је познат предајнику и пријемнику. ЦСИ се може добити на пријемном крају проценом канала, а затим се преносни крај може обавестити повратном информацијом.
За механизме преноса који не захтевају ЦСИ на крају преноса, може се увести кодирање простор-времена или се може искористити просторно мултиплексирање појачања како би се искористила предност димензије простора. Просторно-временско кодирање углавном се дели на просторно-временске решеткасте кодове и свемирско-временске блоковске кодове. Примљени сигнал детектује декодер са највећом вероватноћом (МЛ, Макимум Ликелихоод). Најранији просторно-временски код је СТТЦ (Спаце-Тиме Треллис Цоде). На овај начин, пријемнику је потребан вишедимензионални Витербијев алгоритам. Разноликост коју СТТЦ може пружити једнака је броју предајних антена, а добијени добитак кодирања зависи од сложености кодне речи без жртвовања ефикасности пропусног опсега. Просторно-временски блок-код (СТБЦ, Просторно-временски блок-код) може пружити исти добитак разноликости као СТТЦ, али нема добитак кодирања. Такође, пошто СТБЦ приликом декодирања треба само линеарну обраду, СТБЦ се обично користи. Просторно-временска технологија кодирања генерално претпоставља да је ЦСИ потпуно познат на пријемном крају. Када је ЦСИ непознат на оба краја, предлажу се јединствено просторно-временско кодирање и диференцијално просторно-временско кодирање.
(2) Просторно мултиплексирање Просторно мултиплексирање односи се на пренос независних сигнала на крају преноса и коришћење ЗФ, ММСЕ, МЛ, В-БЛАСТ [3] и других метода за декодирање на пријемном крају. Може максимизирати просечну брзину преноса МИМО система и може жртвовати неке брзине преноса података да би се добио већи добитак разноврсности.
(3) Комбинација свемирског мултиплексирања и просторно-временског кодирања Комбинујте свемирско мултиплексирање и просторно-временско кодирање и максимизирајте просечну брзину података под условом да сваки ток података добије минимални добитак разноврсности. Тренутно постоје углавном две шеме које комбинују просторно мултиплексирање и просторно-временско кодирање, кодирање веза и адаптивни МИМО системи користећи мапирање блоковских кодова. Повезана шема кодирања односи се на интерну употребу просторно-временског кодирања, екстерну употребу традиционалног кода за исправљање грешака у каналу (ТЦМ, конволуциони код, РС код) шеме кодирања [4], ова шема не само да може да обезбеди добитак разноликости, већ и да побољша капацитет система. Будући да ће корелација између канала утицати на ефикасност спектра вишеантенског система, када је канал у идеалном стању или је корелација између канала мала, предајник усваја просторну шему мултиплексирања и када је корелација између канала велика , користи се просторно-временско кодирање. План лансирања.
2. МИМО прима технологију разноликости
Алгоритми декодирања МИМО система на пријемном крају углавном укључују ЗФ алгоритам, ММСЕ алгоритам, алгоритам декодирања са повратним информацијама о одлуци, алгоритам декодирања са највећом вероватноћом и алгоритам слојевите просторно-временске обраде (слојевити простор-време лабораторија звона, БЛАСТ). Међу њима су алгоритам нуле-форсирања и ММСЕ алгоритам линеарни алгоритми, док су алгоритам декодирања одлуке, алгоритам декодирања максималне вероватноће и алгоритам слојевите просторно-временске обраде нелинеарни алгоритми. На крају пријема СИМО или МИМО комуникационе везе, пријемник или еквилајзер користи вишеструки сигнал за реконструкцију преноса сигнала. У СИМО каналу који није селектиран фреквенцијом, оптимални механизам пријема је комбинација максималног односа (МРЦ, комбинација максималног односа); за фреквенцијски селективни СИМО канал, оптимални механизам пријема је МЛ детекција, али он је нелинеаран и његова сложеност је слична оној антене. Број је експоненцијалан (може се заменити линеарним декодером, али перформансе ће бити смањене). ЗФ еквилајзер може елиминисати интер-симболичке сметње ИСИ (ИнтерСимбол Интерференце) кроз инверзу канала, али по цену појачавања шума. ММСЕ пријемник може постићи компромис између појачања шума и ИСИ поништавања. Еквализатор повратних информација о одлуци (ДФЕ, Екуализер за повратне информације о одлукама), субоптимални нелинеарни механизам заснован на повратним информацијама о одлуци, може се користити за побољшање перформанси линеарног еквилајзера. Помоћу филтра за повратне информације елиминише део ИСИ генерисаног претходним симболом из тренутног симбола. МЛ и линеарно изједначавање могу се проширити на МИМО канале. Проблем везан за МИМО пријемнике је постојање вишеструких сметњи (МСИ, Мултистреам). МСИ може проузроковати међусобне сметње између више токова података. Нелинеарни еквилајзер за континуирано поништавање или еквилајзер В-БЛАСТ може претворити МИМО канале у паралелне канале, али овај механизам може имати ширење грешака.
3. Технологија обликовања зрака у МИМО систему
(1) Системски модел МИМО система који формира сопствене зраке је р = Хс + н, а матрица канала Х је подвргнута декомпозицији појединачне вредности. Ако су информације о каналу познате на крају одашиљања, обликовање сопственог снопа на крају преноса и линеарна обрада на крају пријема могу се користити за трансформисање МИМО Канал је подељен на паралелне потканалце. Ако предајник не зна информације о стању канала, у вишекорисничком окружењу може се користити метод случајног обликовања снопа за постизање разноликости више корисника.
(2) Комбинација обликовања зрака и кодирања простор-времена У већини случајева разумно је претпоставити да је део ЦСИ информација познат на крају преноса, па је предложен хибридни механизам који комбинује простор-време кодирања и обликовања зрака. Просторно-временско кодирање и обликовање зрака су две различите технологије разноврсности преноса. Просторно-временско кодирање припада технологији разноврсности отворене петље и не захтева информације о каналу на крају преноса; обликовање снопа низова је технологија разноликости затворене петље која користи повратне информације о каналу за просторно филтрирање или сузбијање сметњи. Тачност повратних информација о каналу озбиљно ће утицати на ефекат обликовања снопа. Када пошиљалац добије део података о стању канала (попут просека канала или матрице коваријанције канала), стратегија преноса (обликовање снопа или кодирање простор-времена [5]) може се одабрати према информацијама о каналу. Тежина обликовања снопа одређује се информацијом о каналу повратне спреге под условом да се осигура да крај пријема испуњава захтеве односа сигнала и шума и стопе грешака у битима. Документи [6] [7] истичу да комбиновање расподјеле снаге, обликовања зрака и кодирања простор-времена има ефекта на предајник. Заједничка оптимизација пружа боље перформансе од традиционалног кодирања простор-времена без повећања сложености опреме и губитка брзине преноса.
Укратко, показатељи перформанси који описују карактеристике примопредајника паметне антене МИМО су средња квадратна грешка (МСЕ), СНР, брзина грешке у битима (БЕР, брзина грешака у битовима), достижна пропусност, потребна снага преноса и капацитет канала. Механизми преноса и пријема оптимизовани су према овим критеријумима. Дизајн његовог примопредајника треба обратити посебну пажњу на следећа четири кључна параметра: (1) поузданост ЦСИ на предајнику и пријемнику; (2) карактеристике преноса сигнала (информације о модулацији, мултиплексирању и обуци); (3) оптимизација Мерење перформанси; (4) Рачунарска сложеност.
2019-6-11 09:07:33 Пријави коментар
еКСНУМКС
0 Три, предности паметних антена
У системима мобилне комуникације, главни пут у мобилној комуникацији су продужење вишеструког и вишеструког одлагања. Простирање више стаза ће проузроковати озбиљно слабљење сигнала, а ширење одлагања проузроковаће интерференцију између симбола, што ће озбиљно утицати на квалитет комуникационих веза. Истовремено, ометање заједничког канала главни је ограничавајући фактор за капацитет система мобилне комуникације, што ће утицати на поновну употребу ефикасних мрежних ресурса (фреквенција, време) од стране корисника. Паметне антене могу побољшати квалитет везе користећи вишеструку путању, повећати капацитет система смањењем међусобних сметњи и омогућити различитим антенама да преносе различите податке. Укратко, предности паметних антена могу се сажети на следећи начин:
(1) Повећавање покривености. Кохерентни пријем сигнала помоћу антенског низа на прихватном крају може генерисати низ или појачање формирања снопа, што је пропорционално броју пријемних антена.
(2) Смањење снаге / смањење трошкова Паметне антене оптимизују пренос одређених корисника, што може смањити преносну снагу, смањујући тако трошкове појачавача.
(3) Облици побољшања квалитета везе / повећања поузданости укључују временску разноврсност, разноврсност фреквенција, разноврсност кода и разноврсност простора. Када се помоћу паметних антена узоркује просторни домен, јавља се просторна разноликост. У МИМО каналу са нефреквентним селективним бледењем, максимални редослед просторне разноврсности једнак је умношку броја предајних антена и броја пријемних антена. Више предајних антена може генерисати разноврсност преноса коришћењем посебног механизма модулације и кодирања, а разноврсност пријема више пријемних антена зависи од комбинације независних фадинг сигнала.
(4) Повећати ефикасност спектра. Прецизно управљање снагом преноса различитим методама смањиће сметње ко-канала, повећавајући тако број корисника који користе исте ресурсе. Реализацијом вишеструког приступа свемирском поделом (СДМА) кроз обликовање зрака може се постићи мултиплексирање ресурса, повећавајући тиме брзину података и ефикасност спектра. Ово појачање се назива и просторно мултиплексирање. У МИМО систему користи се више независних просторних димензија за истовремено преношење података. У некорелираном Раилеигх-овом бледећем МИМО каналу, капацитет канала је пропорционалан минималном броју предајних и пријемних антена.
Паметне антене су обично дизајниране да се фокусирају на један од горе поменутих добитака, као што су обликовање снопа, појачање разноврсности и добитак мултиплексирања. Компромис између ових добитака недавно је постао фокус истраживања.
4. Технологија паметних антена у будућим системима мобилне комуникације
Будући системи мобилне комуникације захтевају технологије обраде сигнала које се могу прилагодити различитим комуникационим окружењима. Стога, почетна фаза будућег дизајна паметне антене мора пажљиво размотрити компромис између перформанси и сложености.
1. Реконфигурабилност физичког слоја
Да би примопредајник мобилне комуникације могао да ради у окружењу у којем се континуирано мења више параметара, неопходно је у примопредајнику усвојити прилагодљиву прилагодљиву технологију која ће прилагодити структуру тако да постигне најбоље перформансе. Реконфигурабилност примопредајника паметне антене може се сматрати интелигентним пребацивањем структуре примопредајника у различитим окружењима. На пример, литература [8] [9] је предложила алгоритам за компромис између свемирске разноликости и мултиплексирања у МИМО каналима.
2. Оптимизација између различитих слојева
Интеракција између високих нивоа дефинисаних ОСИ (Опен Систем Интерцоннецтион) моделом може побољшати перформансе целог система. Паметна антена је дизајнирана комбиновањем параметара физичког слоја, слоја везе и мрежног слоја, односно дизајн узима у обзир однос између различитих слојева, уместо да узима у обзир један слој. Пракса показује да је неефикасно разматрати процену перформанси саме методе дизајна. На пример, када се уведе заказивање, добитак добијен просторно-временским кодирањем ће се смањити или чак нестати.
Информације које се размењују између различитих слојева ОСИ могу се класификовати на следећи начин: (1) ЦСИ: Потребно је проценити импулсни одзив канала, информације о позицији, брзину возила, јачину сигнала, јачину сметњи, модел сметњи итд. (2) КоС повезани параметри: укључујући временско кашњење, проток, стопу грешака у битима, стопу грешака у пакетима (ПЕР, стопа грешака у пакетима) итд. (3) Ресурси физичког слоја: укључујући механизам за обраду простора, број антенских низова, губитак напајања батерије итд.
Веома је важно узети у обзир критеријуме за оптимизацију између слојева. У стварном систему, квалитет везе паметне антене не зависи само од усвојеног метода детекције података, већ зависи и од специфичног механизма кодирања и функције контроле приступа медијуму (МАЦ, Медиум Аццесс Цонтрол) усвојене на слоју везе. Перформансе стека протокола коришћене у горњем слоју. Стога, горе наведене факторе треба узети у обзир свеобухватно приликом дизајнирања, а не један фактор. За услуге осетљиве на кашњење, технологија паметне антене попут В-БЛАСТ комбинована је са механизмом хибридног аутоматског понављања (Х-АРК, хибридни аутоматски поновљени захтев).
3. Различитост више корисника
У вишекорисничкој комуникацији обраћена је пажња на начин комуникације који се назива механизам могућности. Основна идеја је мултиплексирање додељивањем канала корисницима који ће највероватније завршити континуирани пренос. Ово може максимизирати проток система. За рефлектујуће просторне канале, опортунистичка метода обликовања зрака указује на кориснике са највећим СНР; с друге стране, у случају довољног расипања, механизам шансе ће канал доделити оним корисницима са највећим тренутним капацитетом. Механизам прилика може генерисати разноликост за више корисника, што може бити додатак разноврсности кода, разноврсности времена, разноврсности фреквенција или свемиру. Али утичући на дизајн МАЦ протокола, МАЦ ће напустити механизам за откривање сукоба и окренути се вишекорисничком механизму.
4. Стварна процена учинка
У будућем систему мобилне комуникације, употреба паметних антена углавном зависи од резултата две студије:
(1) У фази пројектовања будућег система, карактеристике паметних антена и окружења мобилне комуникације, као што су карактеристике ширења, конфигурација антенског низа, режим услуге, стање сметњи и ефикасност пропусног опсега сигнала, треба узети у обзир како би се осигурала компатибилност;
(2) Према кључним параметрима који се односе на будући систем, стварне перформансе паметне антене процењују се кроз компромис оптимизације између симулације на нивоу везе и симулације на нивоу система.
В. Резиме
Коришћење технологије више антена у 3Г заснованој на ЦДМА технологији може ефикасно смањити сметње вишеструког приступа, а просторно-временска обрада може у великој мери повећати капацитет ЦДМА система. Са својим изванредним перформансама у побољшању коришћења спектра, МИМО и паметне антене постале су вруће теме у развоју 4Г. Овај чланак користи комбинацију паметних антена и МИМО система како би пружио шему обраде сигнала просторно-временског примања примопредајника паметних антена са више излаза, разматра предности паметних антена и будуће трендове развоја паметних антена, а такође објашњава проблеме на које наилази у дизајну. Укратко, рационална употреба технологије паметних антена у великој мери ће побољшати перформансе будућих система мобилне комуникације.
Наша друга производ:
