Макроразнообразие

В области беспроводной связи макроразнесение ^{[1] [2]} представляет собой разновидность схемы пространственного разнесения , использующей несколько приемных или передающих антенн для передачи одного и того же сигнала. Расстояние между передатчиками намного больше длины волны , в отличие от микроразнесения, где расстояние порядка длины волны или короче ее.

В сотовой сети или беспроводной локальной сети макроразнесение подразумевает, что антенны обычно расположены на разных базовых станциях или в точках доступа . Макроразнесение приемника — это форма объединения антенн , требующая инфраструктуры, которая передает сигналы от локальных антенн или приемников к центральному приемнику или декодеру. Макроразнесение передатчика может быть формой одновременной передачи , когда один и тот же сигнал отправляется с нескольких узлов. Если сигналы отправляются по одному и тому же физическому каналу (например, частота канала и последовательность распространения), говорят, что передатчики образуют одночастотную сеть — термин, используемый особенно в мире вещания.

Целью является борьба с замиранием и увеличение мощности и качества принимаемого сигнала в открытых позициях между базовыми станциями или точками доступа. Макроразнесение также может способствовать эффективному многоадресному обслуживанию, где 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 (нисходящего канала) и/или макроразнесении приемника (восходящего канала).

Примеры

• Мягкая передача обслуживания CDMA :
  • Более мягкая передача обслуживания UMTS .
• Одночастотные сети (SFN) на основе OFDM и частотной коррекции (FDE) являются формой макроразнесения передатчиков , используемой в вещательных сетях, таких как DVB-T и DAB.
  • Динамические одночастотные сети (DSFN), где схема планирования динамически адаптирует формирования SFN к условиям трафика и/или условиям приемника
  • 802.16e макроразнесенная передача (MDHO)
  • Одночастотная многоадресная широковещательная сеть 3GPP (MBSFN) стандарта LTE позволяет эффективно отправлять одни и те же данные на множество мобильных телефонов в соседних сотах.
  • Кооперативное разнесение , например, скоординированная многоточечная передача/прием (CoMP) стандарта долгосрочного развития 3GPP (LTE), позволяет увеличить скорость передачи данных на мобильный телефон, находящийся в зоне пересечения диапазонов передачи нескольких базовых станций.

Формы

Базовая форма макроразнесения называется макроразнесением одного пользователя. В этой форме один пользователь, который может иметь несколько антенн, взаимодействует с несколькими базовыми станциями. Поэтому, в зависимости от пространственной степени свободы (DoF) системы, пользователь может передавать или получать несколько независимых потоков данных на/с базовых станций в одном и том же временном и частотном ресурсе.

• Однопользовательское макроразнообразие
  • Макроразнесение восходящей линии связи
  • Макроразнесение нисходящей линии связи

В следующей, более продвинутой форме макроразнесения, несколько распределенных пользователей взаимодействуют с несколькими распределенными базовыми станциями в одном и том же временном и частотном ресурсе. Было показано, что эта форма конфигурации оптимально использует доступную пространственную DoF и, таким образом, значительно увеличивает емкость сотовой системы и емкость пользователя.

• Многопользовательское макроразнообразие
  • Канал множественного доступа с макроразнесением (MAC) ^[2]
  • Канал вещания макроразнообразия (BC) ^{[3] [4]}

Математическое описание

Типичный сценарий многопользовательской макроразнесенной восходящей связи с тремя базовыми станциями (BS) и двумя мобильными станциями (MS). Все BS подключены к блоку обработки обратного соединения (BPU). ^[2]

Рассматриваемая здесь система связи MIMO с макроразнесением и несколькими пользователями с восходящим каналом состоит из распределенных пользователей с одной антенной и распределенных базовых станций с одной антенной (BS). Следуя хорошо известной модели узкополосной системы MIMO с плоским замиранием , отношение ввода-вывода может быть задано как ${\displaystyle \scriptstyle N}$ ${\displaystyle \scriptstyle n_{R}}$

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

где и являются векторами приема и передачи, соответственно, а и являются матрицей канала макроразнесения и пространственно некоррелированным вектором шума AWGN , соответственно. Спектральная плотность мощности шума AWGN предполагается равной . Элемент th из , представляет собой коэффициент замирания (см. Замирание ) th составной линии связи, которая в данном случае является линией связи между th пользователем и th базовой станцией. В сценарии макроразнесения, ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {y} }$ ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {x} }$ ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {H} }$ ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {n} }$ ${\displaystyle \scriptstyle N_{0}}$ ${\displaystyle \scriptstyle i,j}$ ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {H} }$ ${\displaystyle h_{ij}}$ ${\displaystyle \scriptstyle i,j}$ ${\displaystyle \scriptstyle j}$ ${\displaystyle \scriptstyle i}$

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

где называется средним усилением связи, дающим среднее отношение сигнал/шум связи . Таким образом, матрица профиля мощности макроразнесения ^[2] может быть определена как ${\displaystyle \scriptstyle g_{i,j}}$ ${\displaystyle \scriptstyle {\frac {g_{ij}}{N_{0}}}}$

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

Исходное соотношение «вход-выход» можно переписать в терминах профиля мощности макроразнообразия и так называемой нормализованной матрицы канала, как ${\displaystyle \mathbf {H} _{w}}$

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

где — поэлементный квадратный корень из , а оператор , представляет собой умножение Адамара (см. произведение Адамара ). Элемент , , удовлетворяет условию, заданному формулой ${\displaystyle \mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}}$ ${\displaystyle \mathbf {G} }$ ${\displaystyle \circ }$ ${\displaystyle \scriptstyle i,j}$ ${\displaystyle \mathbf {H} _{w}}$ ${\displaystyle h_{w,ij}}$

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

Было показано, что существует функциональная связь между постоянной матрицей профиля мощности макроразнесения и производительностью многопользовательских систем макроразнесения при замирании. ^[2] Хотя кажется, что макроразнесение проявляется только в профиле мощности, системы, которые полагаются на макроразнесение, как правило, будут иметь другие типы ограничений мощности передачи (например, каждый элемент имеет ограниченную среднюю мощность) и различные наборы координирующих передатчиков/приемников при общении с разными пользователями. ^[4] Обратите внимание, что приведенное выше соотношение вход-выход можно легко распространить на случай, когда каждый передатчик и/или приемник имеет несколько антенн. ${\displaystyle \mathbf {G} }$ ${\displaystyle \mathbf {x} }$

Смотрите также

• MIMO
  • Многопользовательский MIMO
• Разнесение антенн
• Схемы разнообразия
• Разнообразие, объединяющее
  • Максимальное соотношение комбинирования
  • Избирательное комбинирование
• Увеличение разнообразия
• Микроразнообразие
• Множество антенн
• Мультистатический радар
• Распределенная антенная система

Ссылки

1. D. Gesbert, S. Hanly, H. Huang, S. Shamai, O. Simeone, W. Yu, Многосотовые кооперативные сети MIMO: новый взгляд на помехи. Журнал IEEE по отдельным направлениям в коммуникациях, т. 28, № 9, стр. 1380–1408, декабрь 2010 г.
2. DA Basnayaka, PJ Smith и PA Martin, Анализ производительности систем MIMO с макроразнесением с приемниками MMSE и ZF в условиях плоского замирания Рэлея, IEEE Transactions on Wireless Communications, т. 12, № 5, стр. 2240–2251, май 2013 г.
3. MK Karakayali, GJ Foschini и RA Valenzuela, Координация сети для спектрально эффективной связи в сотовых системах. Журнал IEEE Wireless Communication, т. 13, № 4, стр. 56–61, август 2006 г.
4. E. Björnson и E. Jorswieck, Оптимальное распределение ресурсов в скоординированных многоклеточных системах, Основы и тенденции в теории коммуникаций и информации, т. 9, № 2–3, стр. 113–381, 2013.