I. Inngangur
Snjöll loftnet eru venjulega kölluð aðlagandi loftnetssett, sem geta myndað sérstaka loftnetsgeisla til að ná stefnusendingu og móttöku, og eru aðallega notuð til að ljúka rýmisíun og staðsetningu. Í meginatriðum notar það stöðutengsl milli þáttanna í loftnetsfylkingunni, það er fasasambandi merkisins til að vinna bug á margfeldi aðgangsröskunum og truflunum á fjölbrautum. Þetta er grundvallarmunurinn á því og hefðbundinni fjölbreytni tækni.
MIMO kerfið vísar til samskiptakerfis sem notar samtímis mörg loftnet í sendiendanum og móttökunni. Það notar í raun handahófskennda fölnun og mögulega fjölbreiðslu fjölgun til að tvöfalda flutningshraða þjónustunnar. Kjarnatækni þess er vinnsla merki í rými, sem notar samsetningu margra tímaléna og rýmisléna sem dreift er í geimnum til að vinna úr merkjum. Þess vegna má líta á það sem framlengingu á snjöllum loftnetum.
Snjalla loftnetskerfið er með mörg loftnet við sendenda / eða móttökuenda farsímatengils. Samkvæmt því hvort merkisvinnslan er staðsett við sendiendann eða móttökusamskiptatengilinn er snjalla loftnetstæknin skilgreind sem MISO (multiple input single output). Single Output, Single Input Multiple Output (SIMO, Single Input Multiple Output) og Multiple Input Multiple Output (MIMO, Multiple Input Multiple Output) osfrv.
2. Multi-inntak og multi-framleiðsla snjall loftnet senditæki uppbygging og rannsóknir framfarir
Það sést á mynd 1 að eftir kóðun, mótun og vinnslu rýmistíma (geislamyndun eða rúmtímakóðun) er bitastraumurinn kortlagður í mismunandi upplýsingatákn og sendur frá mörgum loftnetum á sama tíma; mörg loftnet eru notuð í móttökulokanum Móttaka, framkvæma samsvarandi lýsingu, afkóðun og vinnslu í rými.
Mynd 1 Margfeldi uppbygging snjalla loftnetssendivaramóta með mörgum framleiðsla
Rýmis-vinnslutækni í MIMO kerfinu felur aðallega í sér geislamyndun, kóðun á rými og tíma og margbreytileika á rými. Geislamyndun er lykiltækni í snjöllum loftnetum sem bætir hlutfall merkis og hávaða með því að beina aðalorkunni til viðkomandi notanda. Geislamyndun getur með áhrifum dregið úr truflunum á samrásum og lykillinn er að ákvarða þyngd geislamyndunar.
1. Sendingarkerfi MIMO kerfisins
Sendingaráætlun MIMO kerfisins skiptist aðallega í tvær gerðir: flutningsáætlun sem hámarkar gagnahraða (staðbundin margföldun SDM) og flutningsáætlun sem hámarkar fjölbreytileikann (rúm-tíma kóðun STC). Hámarks sendingarkerfi gagnahraða gerir aðallega grein fyrir staðbundinni margföldun með því að senda sjálfstæð merki á mismunandi loftnetum. Rýmis-kóðunaráætlunin vísar til sameiginlegrar kóðunar gagnastraums við endann sem sendir til að draga úr villutíðni táknanna af völdum rásarblekkingar og hávaða. Það eykur óþarfi merkisins með sameiginlegri kóðun við sendiendann, þannig að merkið berst. Endinn fær margbreytileika, en rúmtímakóðakerfið getur ekki aukið gagnahraða.
(1) Rýmiskóðun Stór fjöldi flutningsaðferða er að finna í sumum skjölum. Þessar aðferðir geta hvor um sig hámarkað litróf skilvirkni, hæsta hlutfall og hlutfall merkis og hávaða (SNR, Signal to Noise Ratio). Þeir reiða sig allir á upplýsingar um rásarástand (CSI). , Channel State Information) er þekktur fyrir sendi og móttakara. Hægt er að fá CSI í móttökunni með mati á rásum og síðan er hægt að tilkynna sendiendanum með endurgjöf.
Fyrir flutningskerfi sem ekki krefjast CSI í sendenda, er hægt að koma á rýmis-tíma kóðun eða nota rýmis margfaldaðan gróða til að nýta sér rýmisvíddina. Rýmis-kóðun er aðallega skipt í rýmiskóða trellis kóða og rýmiskóða kóða. Móttekið merki greinist með afkóðara fyrir hámarks líkur (ML, Hámarks líkur). Elstu kóða um geimtíma er STTC (Space-Time Trellis Code). Á þennan hátt þarf móttakandinn fjölvíddar Viterbi reiknirit. Fjölbreytileikinn sem STTC getur veitt er jafn fjöldi sendiloftneta og kóðunarhagnaðurinn sem fylgir er háður flóknu merkjavísu án þess að fórna skilvirkni bandbreiddar. Space-Time Block Code (STBC, Space-Time Block Code) getur veitt sömu fjölbreytileika og STTC, en það hefur engan kóðahagnað. Þar sem STBC þarf aðeins línulega vinnslu við afkóðun er STBC venjulega notað. Rýmis-kóðunartækni gerir almennt ráð fyrir að CSI sé fullkomlega þekkt í móttökunni. Þegar CSI er óþekkt í báðum endum er mælt með einingartímakóðun og mismunadrifstímakóðun.
(2) Rýmis margfaldun Rýmis margbreytileiki vísar til þess að senda óháð merki við sendenda og nota ZF, MMSE, ML, V-BLAST [3] og aðrar aðferðir til að afkóða í móttökuenda. Það getur hámarkað meðalflutningshraða MIMO kerfisins og getur fórnað einhverjum gagnahraða til að fá meiri fjölbreytileika.
(3) Samsetning rýmisfjölmiðlunar og rúmtímakóðunar Sameina rýmisfjölbreytni og rúmtímakóðun og hámarka meðalgagnahraða með þeim skilyrðum að hver gagnastraumur fái lágmarks fjölbreytileika. Á þessari stundu eru aðallega tvö kerfi sem sameina staðbundna margföldun og rúmtímakóðun, tengikóðun og aðlagandi MIMO-kerfi með kortakortagerð. Tengd kóðunarkerfi vísar til innri notkunar rýmis-kóðunar, ytri notkunar hefðbundinnar leiðarvilluleiðréttingarkóða (TCM, krampakóða, RS kóða) kóðunaráætlunar [4], þetta kerfi getur ekki aðeins veitt fjölbreytileika, heldur einnig bætt kerfisgeta. Vegna þess að fylgni milli rása mun hafa áhrif á litróf skilvirkni fjöl loftnetskerfisins, þegar rásin er í kjörstöðu eða fylgni milli rásanna er lítil, samþykkir sendirinn rýmis fjölskipt sendingarkerfi og þegar fylgni milli rásanna er mikil , er notuð rúmtímakóðun. Sjósetja áætlun.
2. MIMO fá fjölbreytni tækni
Afkóðunaralgóritmar MIMO kerfisins við móttökuna eru aðallega ZF reiknirit, MMSE reiknirit, ákvarðunarreiknirit fyrir ákvarðanir um endurgjöf, hámarkslíkur á afkóðunaralgoritma og lagskiptan rýmis-tíma vinnslu reiknirit (bell labs lagskipt rúmtími, BLAST). Meðal þeirra eru núllþvingunarreikniritið og MMSE-reikniritið línuleg reiknirit, en ákvörðunarreikniregniritið, hámarkslíkindisafkóðunaralgoritmið og lagskipt reiknirit fyrir rými-tíma vinnslu eru ólínuleg reiknirit. Við móttöku loka SIMO- eða MIMO-samskiptatengisins notar móttakari eða tónjafnari fjölleiðarmerki til að endurgera send merki. Í SIMO rásinni sem ekki er tíðni er ákjósanlegur móttökubúnaður Hámarkshlutfallssamsetning (MRC, Hámarkshlutfallssamsetning); fyrir tíðnisértæku SIMO rásina er ákjósanlegur móttökubúnaður ML uppgötvun, en hann er ólínulegur og flækjustig þess svipað og loftnetið. Fjöldinn er veldisvísir (hægt er að skipta út fyrir línulegan afkóða, en árangur minnkar). ZF tónjafnari getur útrýmt truflunum milli tákna ISI (InterSymbol Interference) í gegnum andhverfu rásarinnar, en á kostnað þess að magna hávaða. MMSE móttakari getur skipt á milli hávaðamagnunar og ISI afpöntunar. Ákvörðunarbreytingarjafnari (DFE, Decision Feedback Equalizer), óstjórnlegur ólínulegur aðferð byggður á endurgjöf ákvörðunar, er hægt að nota til að bæta afköst línulegs tónjafnara. Það útilokar hluta ISI sem myndað var af fyrra tákninu frá núverandi tákni með endurgjöfssíu. ML og línuleg jöfnun er hægt að útvíkka til MIMO rásanna. Vandamálið sem tengist MIMO móttakurum er til staðar truflun á mörgum straumum (MSI, Multistream). MSI getur valdið gagnkvæmum truflunum milli margra gagnastrauma. Ólínulegur stöðugur stöðvunarjafnari eða V-BLAST tónjafnari getur umbreytt MIMO rásum í samhliða rásir, en þetta kerfi getur haft fjölgun villna.
3. Geislunartækni í MIMO kerfi
(1) Kerfislíkanið af MIMO kerfinu með eigin geislamyndun er r = Hs + n og rásarmatrínið H verður fyrir eintölu gildi niðurbroti. Ef upplýsingar um rásina eru þekktar í sendiendanum, er hægt að nota eigingeislaljósmyndunina við sendiendann og línulega vinnslu í móttökuendanum til að umbreyta MIMO. Rásinni er skipt í samhliða undirrásir. Ef sendirinn þekkir ekki upplýsingar um rásarástandið, í fjölnotendaumhverfi, er hægt að nota handahófi geislamyndunaraðferð til að ná fjölbreytileika margra notenda.
(2) Samsetning geislamyndunar og rúmtímakóðunar Í flestum tilfellum er eðlilegt að gera ráð fyrir að hluti CSI upplýsinganna sé þekktur í endanum sem sendir og því er lagður til blendingur sem sameinar rúmtímakóðun og geislamyndun. Rýmis-kóðun og geislamyndun eru tvær mismunandi sendingar fjölbreytni tækni. Rýmis-tíma kóðun tilheyrir opnum lykkjum fjölbreytni tækni og þarf ekki upplýsingar um rás í endanum sem sendir; array geislamyndun er fjölbreytni tækni með lokaðri lykkju sem notar upplýsingar um rásarviðbrögð við rýmis síun eða truflun. Nákvæmni viðbragða rásanna mun hafa alvarleg áhrif á áhrif geislamyndunar. Þegar sendandinn aflar sér hluta af upplýsingum um rásarástandið (svo sem meðaltal rásar eða breytileika fylki rásar) er hægt að velja flutningsstefnuna (geislamyndun eða rúmtímakóðun [5]) í samræmi við upplýsingar um rásina. Þyngd geislamyndunar er ákvörðuð af endurgjöf rásaupplýsinganna með því skilyrði að tryggja að móttakandi uppfylli kröfur um hlutfall merkis og hávaða og bitavilluhlutfall. Skjöl [6] [7] benda á að sameina orkuúthlutun, geislamyndun og rúmtímakóðun hefur áhrif á sendinn Sameining hagræðingar veitir betri afköst en hefðbundin rúmtímakóðun án þess að auka flækjustig búnaðar og tap á flutningshraða.
Í stuttu máli eru frammistöðumælikvarðarnir sem lýsa einkennum MIMO snjalla loftnetssenditækisins Mean Square Error (MSE), SNR, Bit Error Rate (BER, Bit Error Rate), náðanlegt afköst, nauðsynlegt sendikraft og Channel getu. Sendingar- og móttökubúnaðurinn er bjartsýni samkvæmt þessum forsendum. Hönnun senditækisins ætti að fylgjast sérstaklega með eftirfarandi fjórum lykilbreytum: (1) áreiðanleika CSI við sendi og móttakara; (2) einkenni sends merkis (upplýsingar um mótun, margbreytingu og þjálfun); (3) hagræðing Árangursmælingar; (4) Reikniflóki.
2019-6-11 09:07:33 Athugasemdaskýrsla
e085086068
0 Þrír, kostir snjallra loftnets
Í farsímasamskiptakerfum eru fjölbrautir og fjölbrautar seinkun framlenging helstu vandamálin í farsímasamskiptum. Fjölgun fjölleiða mun valda mikilli fölnun merkja og seinkun á útbreiðslu mun valda truflunum milli tákna, sem munu hafa alvarleg áhrif á gæði samskiptatengla. Á sama tíma eru truflanir með rásum aðal takmarkandi þáttur fyrir getu farsímasamskiptakerfa, sem mun hafa áhrif á endurnotkun skilvirkra netauðlinda (tíðni, tíma) notenda. Snjöll loftnet geta bætt tengigæði með því að nota fjölbraut, auka kerfisgetu með því að draga úr gagnkvæmum truflunum og leyfa mismunandi loftnetum að senda mismunandi gögn. Í stuttu máli er hægt að draga saman kosti snjalla loftneta á eftirfarandi hátt:
(1) Aukin umfjöllun. Samhangandi móttaka merkja með loftnetssamstæðunni við móttökuna getur myndað fylkis- eða geislamyndunarhagnað, sem er í réttu hlutfalli við fjölda móttökuloftneta.
(2) Rafmagnslækkun / kostnaðarlækkun Snjall loftnet fínstilla sendingu tiltekinna notenda, sem geta dregið úr flutningsgetu og þar með lækkað kostnað magnarans.
(3) Formin til að bæta gæði hlekkja / auka áreiðanleika fela í sér tímafjölbreytni, tíðnibreytileika, fjölbreytni kóða og fjölbreytni í rými. Þegar notuð eru snjöll loftnet til að sýna sýnishorn af landléninu, þá kemur staðbundinn fjölbreytileiki fram. Í MIMO rás sem ekki er tíðni að dofna er hámarks rýmisbreytileikaröðin jafnt og framleiðsla fjölda sendra loftneta og fjölda móttökuloftneta. Mörg send loftnet geta myndað fjölbreytni með því að nota sérstaka mótunar- og kóðunarbúnað og móttökufjölbreytni margra móttökuloftneta fer eftir samsetningu sjálfstæðra fölnunarmerkja.
(4) Auka litróf skilvirkni. Með því að stjórna sendingaraflinu með mismunandi aðferðum mun það draga úr truflunum á samrás og þar með fjölga notendum sem nota sömu auðlindir. Framkvæmd geimskipta margra aðganga (SDMA) með geislamyndun getur náð margfaldun auðlinda og þar með aukið gagnahraða og litróf skilvirkni. Þessi ávinningur er einnig kallaður staðbundinn margfeldisstyrkur. Í MIMO kerfinu eru margar sjálfstæðar landvíddir notaðar til að senda gögn samtímis. Í ótengdri Rayleigh fölnandi MIMO rás er rásargetan í réttu hlutfalli við lágmarksfjölda loftneta sem senda og taka á móti.
Snjall loftnet eru venjulega hönnuð til að einbeita sér að einum ofangreindra ábata, svo sem geislamyndunar, fjölbreytileika og margbreytileika. Jöfnun þessara ábata hefur nýlega orðið þungamiðja rannsókna.
4. Snjall loftnetstækni í farsímafjarskiptakerfum í framtíðinni
Framtíðar farsímafjarskiptakerfi krefjast merkivinnslu tækni sem hægt er að laga að ýmsum samskiptaumhverfi. Þess vegna verður upphafsstig framtíðar snjall loftnetshönnunar að íhuga vandlega málamiðlun milli afkasta og flækjustigs.
1. Endurstillanlegt líkamlegt lag
Til þess að farsímasenditæki virki í umhverfi þar sem mörgum breytum er stöðugt breytt er nauðsynlegt að taka upp endurstillanlega aðlögunartækni í senditækinu til að stilla uppbygginguna til að ná sem bestum árangri. Líkja má endurstillingarhæfni í snjalla loftnetssenditækinu sem greindri skiptingu senditækisins í ýmsum umhverfum. Til dæmis, bókmenntir [8] [9] lögðu til reiknirit til málamiðlunar milli fjölbreytileika rýmis og margbreytileika í MIMO rásum.
2. Hagræðing milli mismunandi laga
Samspil hárra stiga sem skilgreint er af OSI (Open System Interconnection) líkaninu getur bætt afköst alls kerfisins. Snjalla loftnetið er hannað með því að sameina breytur líkamlega lagsins, tengilagsins og netlagsins, það er, hönnunin tekur mið af tengslum hinna ýmsu laga, frekar en að íhuga eitt lag. Æfing sýnir að það er óhagkvæmt að huga að frammistöðumati hönnunaraðferðar eins lags eitt og sér. Til dæmis, þegar áætlun er kynnt, mun hagnaðurinn sem fæst með kóðun um rými minnka eða jafnvel hverfa.
Upplýsingunum sem skiptast á milli ólíkra laga af OSI er hægt að flokka á eftirfarandi hátt: (1) CSI: Nauðsynlegt er að áætla svörun rásarhvata, staðsetningarupplýsingar, hraða ökutækis, merkjastyrk, truflunarstyrk, truflunarlíkan osfrv. (2) QoS tengdar breytur: þar með taldar tímatöf, afköst, bitavillihlutfall, pakkavillihlutfall (PER, Packet Error Rate) o.s.frv. (3) Líkamleg auðlindir í lögum: þar með talið rýmisvinnslukerfi, fjöldi loftnetsflokka, rafmagnsleysi osfrv.
Það er mjög mikilvægt að huga að hagræðingarviðmiðum á milli laga. Í raunverulegu kerfi eru hlekkjagæði snjalla loftnetsins ekki aðeins háð gagnagreiningaraðferðinni sem notuð er, heldur veltur það einnig á sérstökum kóðunarbúnaði og miðli aðgangsstýringar (MAC, Medium aðgangsstýring) aðgerð sem samþykkt er á tengilaginu. Siðareglur stafla árangur notaður í efra laginu. Þess vegna ætti að taka heildstætt tillit til ofangreindra þátta við hönnun, frekar en eins þáttar. Fyrir seinkunarnema þjónustu er snjalla loftnetstæknin eins og V-BLAST sameinuð með Hybrid Automatic Repeat Request (H-ARQ, Hybrid Automatic Repeat Request) kerfinu.
3. Fjölbreytileiki margra notenda
Í margnotendasamskiptum hefur samskiptaaðferð sem kallast tækifærismekanismi verið hugað að. Grunnhugmyndin er að margfalda með því að úthluta rásum til notenda sem eru líklegastir til að ljúka stöðugri sendingu. Þetta getur hámarkað afköst kerfisins. Fyrir hugsandi landlægar rásir mun tækifærissinnaða geislamyndunaraðferðin vísa til notenda með hæstu SNR; á hinn bóginn, ef um nægilega dreifingu er að ræða, mun líkindakerfið úthluta rásinni til þeirra notenda sem eru með mesta tafargetu. Tækifærakerfið getur búið til fjölnotendafjölbreytni, sem getur verið viðbót við fjölbreytni kóða, tímafjölbreytni, tíðnifjölbreytni eða fjölbreytni í rými. En með áhrif á hönnun MAC samskiptareglunnar mun MAC yfirgefa átökakerfið og snúa sér að fjölnotendakerfinu.
4. Raunverulegt árangursmat
Í framtíðinni fyrir farsímasamskiptakerfi er notkun snjalla loftneta aðallega háð niðurstöðum tveggja rannsókna:
(1) Á hönnunarstigi framtíðarkerfisins ætti að íhuga einkenni snjallra loftneta og farsímasamskiptaumhverfis, svo sem fjölgunareiginleika, uppsetningu loftnetamyndunar, þjónustustillingar, truflanaástands og virkni merkisbandvíddar til að tryggja samhæfni;
(2) Samkvæmt helstu breytum sem tengjast framtíðarkerfinu er raunverulegur árangur snjalla loftnetsins metinn með fínstillingu málamiðlunar milli eftirlits á tengilstigi og eftirlíkingu á kerfisstigi.
V. Yfirlit
Notkun margra loftnetstækni í 3G byggð á CDMA tækni getur á áhrifaríkan hátt dregið úr truflunum á margvíslegum aðgangi og vinnsla í rými getur aukið mjög getu CDMA kerfisins. Með framúrskarandi frammistöðu sinni við að bæta litrófsnýtingu hafa MIMO og snjall loftnet orðið að umtalsefni í þróun 4G. Þessi grein notar sambland af snjöllum loftnetum og MIMO kerfum til að veita fjölinntak margra framleiðsla snjalla loftnets senditækisins rúmtíma merkjavinnslukerfi, fjallar um kosti snjalla loftneta og framtíðarþróunarþróun snjalla loftneta og skýrir einnig vandamálin sem upp koma í hönnuninni. Í stuttu máli mun skynsamleg notkun snjalla loftnetstækni bæta afköst farsímafjarskiptakerfa framtíðarinnar.
önnur varan okkar:
