8299308512

4. Transmisja w systemach wieloantenowych

W niniejszym rozdziale skupimy się na dwóch podstawowych technikach transmisyjnych stosowanych w systemach wieloantenowych, tj. na multipleksacji przestrzennej oraz kodowaniu przestrzenno-czasowym. W toku rozważań omówione zostaną cele i korzyści wynikające z implementacji każdej z nich, a także scharakteryzowane zostaną konkretne algorytmy, co uzmysłowi, w jaki sposób w praktyce może być realizowana czy to multipleksacja przestrzenna, czy to kodowanie przestrzenne-czasowe. Niezwykle ważną kwestią, która również zostanie poruszona, jest sposób realizacji odbioru strumieni przestrzennych powstałych w wyniku zastosowaniu algorytmów transmisyjnych opartych o układy złożone z dużej liczby anten. Jak się okaże w toku przeprowadzanej analizy, to właśnie realizacja odbiornika stanowi jedną z podstawowych trudności w implementacji techniki wieloantenowej - duża część istniejących algorytmów odbiorczych cechuje się bardzo wysokimi - czasem zaporowymi - wymaganiami jeśli chodzi o zdolność przetwarzania, którym to wymaganiom nierzadko nie są w stanie sprostać nawet współczesne układy elektroniczne. Oczywiście poziom komplikacji rośnie wraz ze zwiększaniem liczby zastosowanych anten w łączu radiowym, a więc współczesna (i zdroworozsądkowa) praktyka projektowa nakazuje ograniczanie liczby anten, tak aby wypośrodkować między wymaganiami jakościowymi stawianymi projektowi a faktycznymi możliwościami sprzętu, który znajduje się w dyspozycji inżynierów i projektantów.

4.1. Multipleksacj a przestrzenna

Pierwszą z omawianych technik transmisyjnych w systemach MIMO będzie multipleksacja przestrzenna (spatial multiplexing). Istotę tej techniki najprościej jest wyjaśnić analizując jej nazwę. Pod pojęciem „multipleksacja” najczęściej rozumiemy zwielokrotnienie, czyli realizację szeregu kanałów w określonym medium. Tak jak w przypadku np. multipleksacji z podziałem częstotliwości FDM (Freąuency Division Mnltiplexing) zwielokrotnienie odbywa się dzięki wykorzystaniu szeregu podkanałów częstotliwościowych uzyskanych z podziału dostępnego pasma, tak w przypadku multipleksacji przestrzennej wykorzystuje się po prostu tzw. podkanały przestrzenne.

Dla zilustrowania tej techniki rozważmy system wieloantenowy zawierający M anten nadawczych i N odbiorczych. Zadaniem układu nadawczego jest transmisja pewnego wejściowego strumienia bitów. Jeśli układ ten realizuje algorytmy multipleksacji przestrzennej, strumień ten zostanie w pierwszej kolejności rozdzielony na M podstrumieni (często zwanych również warstwami), a następnie każdy z powstałych podstrumieni będzie niezależnie nadawany przez odpowiednią, przypisaną mu antenę nadawczą. W istocie rzeczy zatem, podczas pojedynczego okresu symbolowego nadanych zostaje M niezależnych symboli danych. Nietrudno zauważyć, iż w porównaniu z sytuacją w „klasycznym” systemie z jedną anteną nadawczą i jedną odbiorczą, tym razem w tym samym czasie przesłanych zostanie M-krotnie więcej danych, a więc szybkość transmisji wzrasta - w teorii - M-krotnie.

Jak już wspominano w części poświeconej zyskowi multipleksacji, podstawowym problemem wiążącym się z tą techniką jest odpowiednie wydzielenie i w dalszej kolejności zdekodowanie odebranych podstrumieni. Pamiętać należy, iż każda z anten odbiorczych odbiera sygnał, który jest mieszaniną części lub wszystkich podstrumieni, dodatkowo zniekształconych pod wpływem szumu i innych zjawisk typowych dla niestacjonarnego kanału radiowego. Okazuje się, że w tym wypadku pomocne okazuje się być zjawisko propagacji wielodrogowej, gdyż dzięki niemu poszczególne ścieżki są bardziej rozróżnialne. Innymi słowy, im silniejsza