I. Bevezetés
Az intelligens antennákat általában adaptív antennarendszereknek nevezik, amelyek specifikus antennasugarakat alkothatnak az irányított átvitel és vétel elérése érdekében, és főleg a térbeli szűrés és pozícionálás befejezésére szolgálnak. Lényegében az antennarendszer elemeinek helyzeti viszonyát, vagyis a jel fáziskapcsolatát használja fel a többszörös hozzáférési és a többutas interferencia leküzdésére. Ez a lényeges különbség közte és a hagyományos sokszínűségi technológia között.
A MIMO rendszer olyan kommunikációs rendszerre utal, amely egyszerre több antennát használ az adó végén és a vevő végén. Hatékonyan használja a véletlenszerű fakulást és az esetleges többutas terjedést a szolgáltatás átviteli sebességének megduplázására. Alapvető technológiája a tér-idő jelfeldolgozás, amely több időtartomány és térben elosztott térbeli tartomány kombinációját használja a jelfeldolgozáshoz. Ezért az intelligens antennák kiterjesztésének tekinthető.
Az intelligens antennarendszer több antennával rendelkezik a mobil kommunikációs kapcsolat adó- vagy vételi végén. Attól függően, hogy a jelfeldolgozás a kommunikációs kapcsolat adó- vagy vevő végén van-e, az intelligens antennatechnikát több bemenetű egykimenetként (MISO) határozzák meg. Single Output, Single Input Multiple Output (SIMO, Single Input Multiple Output) és Multiple Input Multiple Output (MIMO, Multiple Input Multiple Output) stb.
2. Több bemenetű és több kimenetű intelligens antenna adó-vevő szerkezete és a kutatás előrehaladása
Az 1. ábrán látható, hogy a kódolás, moduláció és tér-idő feldolgozás (nyalábképzés vagy tér-idő kódolás) után a bitfolyam különböző információs szimbólumokká van feltérképezve, és egyszerre több antennáról továbbítva; több antennát használnak a fogadó végén, fogadják el, hajtsák végre a megfelelő demodulációt, dekódolást és tér-idő feldolgozást.
1. ábra Többszörös bemenetű, többkimenetű intelligens antenna adó-vevő szerkezet
A MIMO rendszerben a tér-idő feldolgozási technológiák főleg a sugárformálást, a tér-idő kódolást és az űr multiplexelést tartalmazzák. A sugárformálás az intelligens antennák egyik kulcsfontosságú technológiája, amely javítja a jel / zaj arányt azáltal, hogy a fő energiát a kívánt felhasználóhoz irányítja. A sugárformálás hatékonyan elnyomhatja a társcsatorna interferenciáját, és a legfontosabb a sugárformáló tömeg meghatározása.
1. A MIMO rendszer átviteli rendszere
A MIMO rendszer átviteli sémája főként két típusra oszlik: az adatátviteli sebességet maximalizáló átviteli séma (térbeli multiplexelő SDM) és a változatosság nyereségét maximalizáló átviteli séma (tér-idő kódoló STC). A maximális adatsebesség-átviteli séma elsősorban a térbeli multiplexelést valósítja meg független jelek különböző antennákon történő továbbításával. A tér-idő kódolási séma az adatfolyam együttes kódolására vonatkozik az adó végén, hogy csökkentse a csatorna elhalványulásának és zajának a szimbólum hibaarányát. Növeli a jel redundanciáját az átviteli végén lévő közös kódolás révén, így a jel vételre kerül. A vég diverzitásnövekedést nyer, de a tér-idő kódolási séma nem növelheti az adatsebességet.
(1) Tér-idő kódolás Egyes dokumentumok nagyszámú átviteli mechanizmust tartalmaznak. Ezek a mechanizmusok maximalizálhatják a spektrum hatékonyságát, a legmagasabb sebességet és a jel / zaj arányt (SNR, Signal to Noise Ratio). Mindannyian a csatorna állapotára (CSI) támaszkodnak. , Channel State Information) az adó és a vevő számára ismert. A CSI megszerezhető a vevő végén csatornabecsléssel, majd visszajelzés útján értesíthető az adó végéről.
Azoknál az átviteli mechanizmusoknál, amelyeknél az átviteli végén nincs szükség CSI-re, tér-idő kódolást lehet bevezetni, vagy térbeli multiplexer-erősítést lehet használni a térdimenzió kihasználására. A tér-idő kódolás főként tér-idő rácsos kódokra és tér-idő blokk kódokra oszlik. A vett jelet a maximális valószínűségű (ML, Maximum Likelihood) dekóder érzékeli. A legkorábbi tér-idő kód az STTC (Space-Time Trellis Code). Ily módon a vevőnek többdimenziós Viterbi algoritmusra van szüksége. Az STTC által nyújtott sokféleség megegyezik az adóantennák számával, és a biztosított kódolási erősítés a kódszó bonyolultságától függ, a sávszélesség hatékonyságának feláldozása nélkül. A tér-idő blokk kód (STBC, Space-Time Block Code) ugyanazt a változatosság-nyereséget biztosíthatja, mint az STTC, de nincs kódolási erősítése. Továbbá, mivel az STBC-nek csak lineáris feldolgozásra van szüksége dekódoláskor, általában az STBC-t használják. A tér-idő kódolási technológia általában azt feltételezi, hogy a CSI teljesen ismert a fogadó végén. Ha a CSI mindkét végén ismeretlen, egységes tér-idő kódolást és differenciális tér-idő kódolást javasolnak.
(2) Térbeli multiplexelés A térbeli multiplexelés független jelek továbbítására utal az adó végén, valamint ZF, MMSE, ML, V-BLAST [3] és más módszerek alkalmazásával a vevő végén történő dekódoláshoz. Maximalizálhatja a MIMO rendszer átlagos átviteli sebességét, és feláldozhat néhány adatsebességet a nagyobb diverzitásnövelés érdekében.
(3) Tér multiplexelés és tér-idő kódolás kombinációja Kombinálja a tér multiplexelést és a tér-idő kódolást, és maximalizálja az átlagos adatsebességet azzal a feltétellel, hogy az egyes adatfolyamok elérjék a minimális diverzitáserősítést. Jelenleg főként két séma létezik, amelyek egyesítik a térbeli multiplexelést és a tér-idő kódolást, a linkkódolást és az adaptív MIMO rendszereket blokk kód leképezéssel. Az összekapcsolt kódolási séma a tér-idő kódolás belső használatára, a hagyományos csatorna hibajavító kód (TCM, konvolúciós kód, RS kód) kódolási séma külső használatára vonatkozik [4], ez a séma nemcsak diverzitásnyereséget biztosíthat, hanem javíthatja a a rendszer kapacitása. Mivel a csatornák közötti korreláció hatással lesz a többantennás rendszer spektrumhatékonyságára, amikor a csatorna ideális állapotban van, vagy a csatornák közötti korreláció kicsi, az adó egy térbeli multiplexer átviteli sémát alkalmaz, és ha a csatornák közötti korreláció nagy , tér-idő kódolást használunk. Indítási terv.
2. A MIMO sokszínűségi technológiát kap
A MIMO rendszer dekódoló algoritmusai a fogadó végén főként ZF algoritmust, MMSE algoritmust, döntési visszacsatolásos dekódolási algoritmust, maximális valószínűségű dekódolási algoritmust és réteges tér-idő feldolgozási algoritmust tartalmaznak (haranglábak rétegelt téridő, BLAST). Közülük a nulla kényszerítő algoritmus és az MMSE algoritmus lineáris algoritmus, míg a döntési dekódolási algoritmus, a maximális valószínűségű dekódolási algoritmus és a rétegelt tér-idő feldolgozási algoritmus nem lineáris algoritmus. A SIMO vagy MIMO kommunikációs kapcsolat vevő végén a vevő vagy a hangszínszabályzó a többutas jelet használja az átvitt jel rekonstruálásához. A nem frekvencia-szelektív SIMO csatornában az optimális vételi mechanizmus a Maximum Ratio Combining (MRC, Maximum Ratio Combining); a frekvencia-szelektív SIMO csatorna esetében az optimális vételi mechanizmus az ML detektálás, de nem lineáris, és összetettsége hasonló az antennáéhoz. A szám exponenciális (lineáris dekóderrel helyettesíthető, de a teljesítmény csökken). A ZF hangszínszabályzó kiküszöböli a szimbólumok közötti interferenciát (ISS (InterSymbol Interference)) a csatorna inverzén keresztül, de a zaj erősítésének árán. Az MMSE vevő kompromisszumot hozhat létre a zajerősítés és az ISI megszüntetése között. A döntési visszajelzés-kiegyenlítő (DFE, a döntés-visszajelzés-kiegyenlítő), a döntési visszacsatoláson alapuló szuboptimális nemlineáris mechanizmus felhasználható a lineáris hangszínszabályzó teljesítményének javítására. Visszacsatolási szűrőn keresztül kiküszöböli az előző szimbólum által generált ISI egy részét az aktuális szimbólumból. Az ML és a lineáris kiegyenlítés kiterjeszthető a MIMO csatornákra is. A MIMO vevőkészülékekkel kapcsolatos probléma a többáramú interferencia (MSI, Multistream) megléte. Az MSI kölcsönös interferenciát okozhat több adatfolyam között. A nemlineáris folyamatos törlési hangszínszabályzó vagy a V-BLAST hangszínszabályzó átalakíthatja a MIMO csatornákat párhuzamos csatornákká, de ennek a mechanizmusnak hibajavítása lehet.
3. Sugárformázási technológia a MIMO rendszerben
(1) A saját fénysugarat formáló MIMO rendszer rendszermodellje r = Hs + n, és a H csatornamátrixot egyedérték-bontásnak vetik alá. Ha a csatorna információ az átviteli végén ismert, akkor az adó végén kialakuló sajátnyaláb és a fogadó végén lineáris feldolgozás használható a MIMO átalakítására. A csatorna párhuzamos alcsatornákra van felosztva. Ha az adó nem ismeri a csatornaállapot-információt, többfelhasználós környezetben véletlenszerű sugárformálási módszer alkalmazható a többfelhasználós diverzitás elérésére.
(2) A sugárformálás és a tér-idő kódolás kombinációja A legtöbb esetben ésszerű azt feltételezni, hogy a CSI információ egy része ismert az adó végén, ezért javasolunk egy hibrid mechanizmust, amely ötvözi a tér-idő kódolást és a sugárformálást. A tér-idő kódolás és a sugárformálás két különböző átviteli diverzitási technológia. A tér-idő kódolás egy nyílt hurkú diverzitási technológiához tartozik, és nem igényel csatornainformációt az adó végén; a tömbsugárzás egy zárt hurkú diverzitástechnológia, amely a csatorna visszajelzési információkat használja a térszűréshez vagy az interferencia elnyomásához. A csatorna visszacsatolásának pontossága komolyan befolyásolja a sugárformálás hatását. Amikor a feladó megkapja a csatornaállapot-információ egy részét (például a csatornaátlagot vagy a csatorna kovariancia-mátrixát), akkor az átviteli stratégia (nyalábformálás vagy tér-idő kódolás [5]) kiválasztható a csatornainformáció szerint. A nyalábformálás súlyát a visszacsatolási csatorna információ határozza meg, azzal a feltétellel, hogy a vevő vég megfeleljen a jel / zaj arány és a bit hibaarány követelményeinek. A dokumentumok [6] [7] rámutatnak arra, hogy az energiaelosztás, a sugárformálás és a tér-idő kódolás kombinálása hatással van az adóra. Az ízületi optimalizálás jobb teljesítményt nyújt, mint a hagyományos tér-idő kódolás, anélkül, hogy növelné a berendezések bonyolultságát és az átviteli sebesség csökkenését.
Röviden, a MIMO intelligens antenna adó-vevő jellemzőit leíró teljesítménymutatók a következők: Mean Square Error (MSE), SNR, Bit Error Rate (BER, Bit Error Rate), elérhető teljesítmény, szükséges átviteli teljesítmény és a csatorna kapacitása. Az átvitel és a vétel mechanizmusait ezeknek a kritériumoknak megfelelően optimalizálják. Az adó-vevő kialakításakor különös figyelmet kell fordítani a következő négy fő paraméterre: (1) a CSI megbízhatósága az adónál és a vevőnél; 2. az átvitt jel jellemzői (moduláció, multiplexelés és oktatási információk); (3) optimalizálás Teljesítménymérés; (4) Számítási bonyolultság.
2019-6-11 09:07:33 Hozzászólás jelentése
e085086068
0 Három, az intelligens antennák előnyei
A mobil kommunikációs rendszerekben a többutas és a többutas késleltetés kiterjesztése jelenti a fő problémát a mobil kommunikációban. A többutas terjedés a jel súlyos elhalványulását, a késleltetett terjedés pedig a szimbólumok közötti interferenciát idézi elő, ami komolyan befolyásolja a kommunikációs kapcsolatok minőségét. Ugyanakkor a kétcsatornás interferencia a fő korlátozó tényező a mobil kommunikációs rendszerek kapacitásában, amely hatással lesz a hatékony hálózati erőforrások (frekvencia, idő) felhasználók általi újrafelhasználására. Az intelligens antennák javíthatják a kapcsolat minőségét a többutas használatával, növelhetik a rendszer kapacitását a kölcsönös interferencia csökkentésével, és lehetővé tehetik, hogy a különböző antennák különböző adatokat továbbítsanak. Röviden, az intelligens antennák előnyei a következőképpen foglalhatók össze:
(1) Növekvő lefedettség. A jelek koherens vétele az antennarendszer által a vevő végén tömb- vagy nyalábformáló erősítést generálhat, amely arányos a vevőantennák számával.
(2) Teljesítménycsökkentés / költségcsökkentés Az intelligens antennák optimalizálják a meghatározott felhasználók továbbítását, ami csökkentheti az átviteli teljesítményt, ezáltal csökkentve az erősítő költségeit.
(3) A kapcsolatminőség javításának / a megbízhatóság növelésének formái közé tartozik az idődiverzitás, a frekvencia diverzitás, a kóddiverzitás és az űrdiverzitás. Ha intelligens antennákat használunk a térbeli tartomány mintavételezéséhez, akkor térbeli sokféleség lép fel. Egy nem frekvenciás szelektív halványuló MIMO csatornában a maximális térbeli diverzitás sorrendje megegyezik az adó antennák számának és a vevő antennák számának szorzatával. A több adási antenna egy speciális moduláció és kódolási mechanizmus segítségével generálhat adási diverzitást, és a több vételi antenna vételi sokfélesége független fakulási jelek kombinációjától függ.
(4) A spektrum hatékonyságának növelése. Az adási teljesítmény pontos szabályozása különböző módszerekkel csökkenti a társcsatorna interferenciát, ezáltal növelve az ugyanazon erőforrásokat használó felhasználók számát. A térosztásos többszörös hozzáférés (SDMA) megvalósítása nyalábformálás útján elérheti az erőforrás multiplexelést, ezáltal növelve az adatsebességet és a spektrum hatékonyságát. Ezt az erősítést térbeli multiplexelő nyereségnek is nevezik. A MIMO rendszerben több független térbeli dimenziót használnak az adatok egyidejű továbbítására. Egy nem korrelált Rayleigh fakuló MIMO csatornában a csatorna kapacitása arányos az adó- és vételi antennák minimális számával.
Az intelligens antennákat általában úgy tervezik, hogy a fent említett nyereségek egyikére összpontosítsanak, például a sugárformálásra, a diverzitáserősítésre és a multiplexelőerősítésre. Ezen nyereség közötti kompromisszum a közelmúltban a kutatás középpontjába került.
4. Intelligens antennatechnika a jövőbeni mobil kommunikációs rendszerekben
A jövőbeni mobil kommunikációs rendszerek olyan jelfeldolgozási technológiákat igényelnek, amelyek különböző kommunikációs környezetekhez igazíthatók. Ezért a jövőbeli intelligens antenna tervezésének kezdeti szakaszában alaposan meg kell fontolnia a teljesítmény és az összetettség közötti kompromisszumot.
1. A fizikai réteg újrakonfigurálhatósága
Annak érdekében, hogy a mobil kommunikációs adó-vevő olyan környezetben működjön, ahol több paraméter folyamatosan változik, az adó-vevőben újrakonfigurálható adaptív technológiát kell elfogadni a szerkezet beállításához a legjobb teljesítmény elérése érdekében. Az intelligens antenna adó-vevő újrakonfigurálhatósága az adó-vevő szerkezet intelligens kapcsolásának tekinthető különböző környezetekben. Például az irodalom [8] [9] algoritmust javasolt a térbeli sokféleség és a MIMO csatornák multiplexelése közötti kompromisszumra.
2. Optimalizálás a különböző rétegek között
Az OSI (Open System Interconnection) modell által meghatározott magas szintek közötti kölcsönhatás javíthatja az egész rendszer teljesítményét. Az intelligens antennát a fizikai réteg, a linkréteg és a hálózati réteg paramétereinek kombinálásával tervezik, vagyis a tervezés figyelembe veszi a különféle rétegek kapcsolatát, nem pedig egyetlen réteget vesz figyelembe. A gyakorlat azt mutatja, hogy nem hatékony egy réteg tervezési módszerének teljesítményértékelését figyelembe venni. Például az ütemezés bevezetésekor a tér-idő kódolással elért nyereség csökken vagy akár eltűnik.
Az OSI különböző rétegei között kicserélt információk a következőképpen osztályozhatók: (1) CSI: Meg kell becsülni a csatorna impulzus válaszát, a helymeghatározási információkat, a jármű sebességét, a jelerősséget, az interferencia erősségét, az interferencia modellt stb. (2) QoS kapcsolódó paraméterek: ideértve az késleltetést, az áteresztőképességet, a bit hibaarányt, a csomag hibaarányát (PER, Packet Error Rate) stb.
Nagyon fontos figyelembe venni a rétegek közötti optimalizálási kritériumokat. A tényleges rendszerben az intelligens antenna kapcsolatminősége nem csak az elfogadott adatérzékelési módszertől függ, hanem az adott kódolási mechanizmustól és a linkrétegen elfogadott közepes hozzáférés-vezérlés (MAC, Medium Access Control) funkciótól is. A felső rétegben használt protokoll verem teljesítménye. Ezért a fenti tényezőket átfogóan kell figyelembe venni a tervezés során, nem pedig egyetlen tényezőt. A késleltetéstől mentes szolgáltatásokhoz az intelligens antennatechnológia, például a V-BLAST kombinálva van a Hybrid Automatic Repeat Request (H-ARQ, Hybrid Automatic Repeat Request) mechanizmussal.
3. Többfelhasználós sokféleség
A többfelhasználós kommunikáció során figyelmet fordítottak az esélymechanizmus nevű kommunikációs módszerre. Az alapötlet a multiplexelés, csatornák hozzárendelésével azokhoz a felhasználókhoz, akik nagy valószínűséggel teljesítik a folyamatos átvitelt. Ez maximalizálhatja a rendszer áteresztőképességét. A fényvisszaverő térbeli csatornák esetében az opportunista nyalábalakítási módszer a legmagasabb SNR értékű felhasználókra mutat; másrészt megfelelő szóródás esetén az esély mechanizmus a legnagyobb pillanatnyi kapacitással rendelkező felhasználók számára fogja lefoglalni a csatornát. Az esélymechanizmus többfelhasználós sokféleséget generálhat, amely kiegészítheti a kóddiverzitást, az idődiverzitást, a frekvencia diverzitást vagy az űrdiverzitást. De hatással van a MAC protokoll kialakítására, a MAC elhagyja a konfliktusfelderítési mechanizmust, és a többfelhasználós mechanizmus felé fordul.
4. Tényleges teljesítményértékelés
A jövőbeni mobil kommunikációs rendszerben az intelligens antennák használata elsősorban két tanulmány eredményétől függ:
(1) A jövőbeni rendszer tervezési szakaszában figyelembe kell venni az intelligens antennák és a mobil kommunikációs környezet jellemzőit, például a terjedési jellemzőket, az antennarendszer konfigurációját, a szolgáltatási módot, az interferencia helyzetet és a jel sávszélességének hatékonyságát az összeférhetőség biztosítása érdekében;
(2) A jövőbeni rendszerrel kapcsolatos legfontosabb paraméterek szerint az intelligens antenna tényleges teljesítményét a kapcsolati szintű szimuláció és a rendszerszintű szimuláció közötti optimalizálási kompromisszum révén értékelik.
V. Összegzés
A többantennás technológia használata a CDMA technológián alapuló 3G-ben hatékonyan csökkentheti a többszörös hozzáférési zavarokat, a tér-idő feldolgozás pedig nagymértékben növelheti a CDMA-rendszer kapacitását. A spektrumkihasználás javításában nyújtott kimagasló teljesítményük révén a MIMO és az intelligens antennák kiemelt témákká váltak a 4G fejlesztésében. Ez a cikk az intelligens antennák és a MIMO rendszerek kombinációját használja egy több bemenetű, több kimenetű intelligens antenna adó-vevő tér-idő jelfeldolgozási séma kidolgozására, kitér az intelligens antennák előnyeire és az intelligens antennák jövőbeli fejlődési trendjeire, és ismerteti a felmerült problémákat is. a tervezésben. Röviden, az intelligens antennatechnológia ésszerű használata nagymértékben javítja a jövő mobil kommunikációs rendszereinek teljesítményét.
Másik termék:
