3. Многоантенные технологии в беспроводных системах связи

Для достижения высоких скоростей передачи данных в современных стационарных и подвижных системах связи используют многоантенную технику. Эта техника применяется в различных вариантах и имеет различные названия. Это — МЕА, Alamouti STC (STBC), MIMO, AAS, Smart Antennas, SDMA.

Первые исследования по многоантенной технике, показывающие ее выгоды и перспективы, выполнены в [20]. Многоантенную систему можно 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.

Далее в главе кратко рассматриваются и сравниваются между собой различные способы построения многоантенных систем. В разд. 3.1 рассмотрены многоантенные системы с одним пространственным каналом. Это наиболее простая техника, использующая разнесение передающих и приемных антенн для увеличения SNR. Разд. 3.2 посвящен MIMO-технике без адаптации в передатчике. Эта техника успешно применяется, если число передающих антенн не превышает числа приемных. В противном случае желательна адаптация, требующая знания параметров радиоканала в передатчике. Адаптивным системам посвящен разд. 3.3.

Для иллюстрации достоинств различных многоантенных технологий приводятся результаты моделирования. Моделирование выполнено в предположении, что все Nt x Nr федингов между Nt предающими и Nr приемными антеннами представляют независимые релеевские фединги. То есть комплексный коэффициент передачи из любой передающей антенны в любую приемную — это комплексная случайная величина. Средние значения действительной и мнимой частей ее полагаются равными нулю, а их дисперсии по 1/2. Суммарная дисперсия действительной и мнимой частей при этом равна 1, т. е. матрица канала полагается нормированной так, что средняя мощность полезного сигнала на выходе каждой приемной антенны равна мощности, излучаемой передающей антенной. Изменения уровня сигнала при его распространении учитываются отношением сигнал/шум (SNR). Полагается, что на выходе канала в каждом элементе приемной антенны к принятому сигналу добавляется комплексный шум. Дисперсия действительной и мнимой частей шума полагается равной a 12.

При этих предположениях рассчитывается зависимость удельной пропускной способности системы связи от отношения сигнал/шум C(SNR). Удельная пропускная способность — это максимально возможная скорость безошибочной передачи информации, приходящаяся на 1 Гц полосы частот, измеряемая в бит/с·Гц. На практике часто используется иная характеристика системы связи — зависимость BER или FER (отношение числа ошибочных фреймов к общему числу фреймов) от SNR. Достоинство пропускной способности в том, что эта величина не зависит от способов модуляции и кодирования. В то же время выигрыш в пропускной способности, получаемый при переходе от одной многоантенной технологии к другой, позволяет приближенно оценить выигрыш при применении иного критерия, например, сохранения BER.

Основы теории мобильной и беспроводной связи


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.