Макроразнообразие

В области беспроводной связи макроразнообразие ^[1]^[2] представляет собой своего рода схему пространственного разнесения , использующую несколько антенн приемника или передатчика для передачи одного и того же сигнала. Расстояние между передатчиками намного больше длины волны , в отличие от микроразнообразия , когда расстояние порядка или меньше длины волны.

В сотовой сети или беспроводной локальной сети макроразнесение подразумевает, что антенны обычно располагаются на разных базовых станциях или в точках доступа . Макроразнесение приемников представляет собой форму объединения антенн и требует инфраструктуры, которая передает сигналы от местных антенн или приемников к центральному приемнику или декодеру. Макроразнесение передатчиков может быть формой одновременной передачи , при которой один и тот же сигнал отправляется из нескольких узлов. Если сигналы передаются по одному и тому же физическому каналу (например, по частоте канала и последовательности расширения), говорят, что передатчики образуют одночастотную сеть — термин, используемый особенно в мире радиовещания.

Цель состоит в том, чтобы бороться с замиранием и повысить мощность и качество принимаемого сигнала в открытых местах между базовыми станциями или точками доступа. Макроразнесение может также способствовать повышению эффективности услуг многоадресной рассылки , при которых один и тот же частотный канал может использоваться для всех передатчиков, отправляющих одну и ту же информацию. Схема разнесения может быть основана на макроразнесении передатчика (нисходящей линии связи) и/или макроразнесении приемника (восходящей линии связи).

Примеры

CDMA Мягкая передача обслуживания :
- UMTS Более мягкая передача обслуживания .
(SFN) на основе OFDM и выравнивания частотной области (FDE) Одночастотные сети представляют собой форму макроразнесения передатчиков , используемую в сетях вещания, таких как DVB-T и DAB.
- Динамические одночастотные сети (DSFN), в которых схема планирования динамически адаптирует формирования SFN к условиям трафика и/или условиям приемника.
- 802.16e (MDHO) Передача обслуживания с макроразнесением
- сеть многоадресной и широковещательной передачи 3GPP Одночастотная (LTE) (MBSFN), позволяющая эффективно отправлять одни и те же данные на множество мобильных телефонов в соседних сотах.
- Кооперативное разнесение , например, 3GPP долгосрочная эволюция (LTE) скоординированная многоточечная передача/прием (CoMP), позволяющая увеличить скорость передачи данных для мобильных устройств, находящихся в перекрытии диапазонов передачи нескольких базовых станций.

Формы

Базовая форма макроразнообразия называется однопользовательским макроразнообразием. В этой форме один пользователь, который может иметь несколько антенн, связывается с несколькими базовыми станциями. Следовательно, в зависимости от пространственной степени свободы (DoF) системы пользователь может передавать или принимать несколько независимых потоков данных на/от базовых станций в одном и том же временном и частотном ресурсе.

Однопользовательское макроразнообразие
- Макроразнообразие восходящей линии связи
- Макроразнообразие нисходящей линии связи

В следующей, более продвинутой форме макроразнообразия, несколько распределенных пользователей обмениваются данными с несколькими распределенными базовыми станциями с использованием одного и того же временного и частотного ресурса. Было показано, что эта форма конфигурации оптимально использует доступную пространственную глубину резкости и, таким образом, значительно увеличивает пропускную способность сотовой системы и пропускную способность пользователей.

Многопользовательское макроразнообразие
- Канал множественного доступа с макроразнообразием (MAC) ^[2]
- Канал вещания макроразнообразия (БК) ^[3]^[4]

Математическое описание

многопользовательская система связи восходящего канала MIMO Рассматриваемая здесь с макроразнесениемсостоит из $\scriptstyle N$ распределенная одиночная антеннапользователи и $\scriptstyle n_{R}$ распределенная одиночная антеннабазовые станции (БС). После хорошо зарекомендовавшего себя узкополосного флэта Модель системы затухания MIMO , соотношение ввода-вывода можно представить как

\mathbf {y} =\mathbf {H} \mathbf {x} +\mathbf {n}

где $\scriptstyle \mathbf {y}$ и $\scriptstyle \mathbf {x}$ являются приемом и передачейвекторы соответственно и $\scriptstyle \mathbf {H}$ и $\scriptstyle \mathbf {n}$ являются каналом макроразнообразияматрица и пространственно некоррелированный вектор шума AWGN ,соответственно. спектральная плотность мощности шума AWGN Предполагается, что равнабыть $\scriptstyle N_{0}$ . $\scriptstyle i,j$ -й элемент $\scriptstyle \mathbf {H}$ , $h_{ij}$ представляет коэффициент затухания (см. Затухание ) $\scriptstyle i,j$ составляющее звеночто в данном конкретном случае является связующим звеном между $\scriptstyle j$ й пользователь и $\scriptstyle i$ базовая станция. В сценарии макроразнообразия

E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j

,

где $\scriptstyle g_{i,j}$ называется средней ссылкойусиление, дающее среднее SNR канала $\scriptstyle {\frac {g_{ij}}{N_{0}}}$ . Матрица профиля мощности макроразнообразия ^[2]таким образом, можно определить как

\mathbf {G} ={\begin{pmatrix}g_{11}&\dots &g_{1N}\\g_{21}&\dots &g_{2N}\\\dots &\dots &\dots \\g_{n_{R}1}&\dots &g_{n_{R}N}\\\end{pmatrix}}.

Исходное соотношение ввода-вывода может быть переписано с точки зрения профиля мощности макроразнесения и так называемой нормализованной матрицы каналов. $\mathbf {H} _{w}$ , как

\mathbf {y} =\left(\left(\mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}\right)\circ \mathbf {H} _{w}\right)\mathbf {x} +\mathbf {n}

.

где $\mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}$ это поэлементноквадратный корень из $\mathbf {G}$ и оператор, $\circ$ , представляет Адамараумножение (см. произведение Адамара ). $\scriptstyle i,j$ -й элемент $\mathbf {H} _{w}$ , $h_{w,ij}$ , удовлетворяет условию, заданному

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

.

Показано, что существует функциональная связь между перманентом матрицы профиля мощности макроразнообразия, $\mathbf {G}$ и производительность многопользовательских систем макроразнообразия при затухании. ^[2] Хотя кажется, что макроразнообразие проявляется только в профиле мощности, системы, которые полагаются на макроразнообразие, обычно имеют другие типы ограничений мощности передачи (например, каждый элемент $\mathbf {x}$ имеет ограниченную среднюю мощность) и разные наборы согласующих передатчиков/приемников при общении с разными пользователями. ^[4] Обратите внимание, что описанную выше взаимосвязь ввода-вывода можно легко распространить на случай, когда каждый передатчик и/или приемник имеет несколько антенн.

См. также

Ссылки

^ Д. Гесберт, С. Хэнли, Х. Хуанг, С. Шамай, О. Симеоне, В. Ю, Многосотовые кооперативные сети MIMO: новый взгляд на помехи Журнал IEEE по выбранным областям связи, том. 28, нет. 9, стр. 1380–1408, декабрь 2010 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Д. А. Баснаяка, П. Дж. Смит и П. А. Мартин, Анализ производительности систем MIMO с макроразнесением с приемниками MMSE и ZF при плоском релеевском затухании. Транзакции IEEE по беспроводной связи, том. 12, нет. 5, стр. 2240–2251, май 2013 г.
^ М. К. Каракаяли, Г. Дж. Фоскини и Р. А. Валенсуэла, Координация сети для спектрально эффективной связи в сотовых системах Журнал IEEE Wireless Communication Magazine, том. 13, нет. 4, стр. 56–61, август 2006 г.
^ Jump up to: ^а ^б Э. Бьёрнсон и Э. Йорсвик, Оптимальное распределение ресурсов в скоординированных многоклеточных системах , Основы и тенденции в теории коммуникаций и информации, том. 9, нет. 2–3, стр. 113–381, 2013.

[Gesbert2010-1] Д. Гесберт, С. Хэнли, Х. Хуанг, С. Шамай, О. Симеоне, В. Ю, Многосотовые кооперативные сети MIMO: новый взгляд на помехи Журнал IEEE по выбранным областям связи, том. 28, нет. 9, стр. 1380–1408, декабрь 2010 г.

[Basnayaka-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Д. А. Баснаяка, П. Дж. Смит и П. А. Мартин, Анализ производительности систем MIMO с макроразнесением с приемниками MMSE и ZF при плоском релеевском затухании. Транзакции IEEE по беспроводной связи, том. 12, нет. 5, стр. 2240–2251, май 2013 г.

[Karakayali-3] М. К. Каракаяли, Г. Дж. Фоскини и Р. А. Валенсуэла, Координация сети для спектрально эффективной связи в сотовых системах Журнал IEEE Wireless Communication Magazine, том. 13, нет. 4, стр. 56–61, август 2006 г.

[fnt2013-4] Jump up to: ^а ^б Э. Бьёрнсон и Э. Йорсвик, Оптимальное распределение ресурсов в скоординированных многоклеточных системах , Основы и тенденции в теории коммуникаций и информации, том. 9, нет. 2–3, стр. 113–381, 2013.

[1]

[2]

[3]

[4]