Макроразнообразие

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

• Мягкая передача обслуживания CDMA :
  • Более мягкая передача обслуживания UMTS .
• Одночастотные сети (SFN) на основе OFDM и выравнивания частотной области (FDE) 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.
  • Передача обслуживания с макроразнесением 802.16e (MDHO)
  • Одночастотная сеть многоадресной и широковещательной передачи 3GPP (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 (BC) ^{[3] [4]}

Математическое описание

Типичный сценарий многопользовательской восходящей линии связи с макроразнесением с тремя базовыми станциями (BS) и двумя мобильными станциями (MS). Все БС подключены к обратному процессору (BPU). ^[2]

Рассматриваемая здесь многопользовательская система связи восходящей линии связи MIMO с макроразнесением состоит из распределенных пользователей с одной антенной и распределенных базовых станций с одной антенной (BS). Следуя хорошо зарекомендовавшей себя модели системы MIMO с плоским замиранием в узкой полосе частот , соотношение ввода-вывода можно представить 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, и и являются матрицей канала макроразнесения и пространственно некоррелированным вектором шума AWGN , соответственно. Предполагается, что спектральная плотность мощности шума AWGN равна . Элемент , представляет коэффициент замирания (см. Затухание ) составного канала, который в данном конкретном случае является каналом между пользователем и базовой станцией. В сценарии макроразнообразия ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {y} }$ ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {x} }$ ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {H} }$ ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {n} }$ ${\displaystyle \scriptstyle N_{0}}$ ${\displaystyle \scriptstyle i,j}$ ${\displaystyle \scriptstyle \mathbf {H} }$ ${\displaystyle h_{ij}}$ ${\displaystyle \scriptstyle i,j}$ ${\displaystyle \scriptstyle j}$ ${\displaystyle \scriptstyle i}$

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

где называется средним коэффициентом усиления канала, дающим среднее SNR канала . Таким образом , матрицу профиля мощности макроразнообразия ^[2] можно определить 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 ввода-вывода может быть переписано в терминах профиля мощности макроразнесения и так называемой нормализованной матрицы каналов, 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 умножение Адамара (см. произведение Адамара ). th элемент , , удовлетворяет условию, заданному ${\displaystyle \mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}}$ ${\displaystyle \mathbf {G} }$ ${\displaystyle \circ }$ ${\displaystyle \scriptstyle i,j}$ ${\displaystyle \mathbf {H} _{w}}$ ${\displaystyle h_{w,ij}}$

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

Показано, что существует функциональная связь между постоянством матрицы профиля мощности макроразнообразия и характеристиками 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 имеет ограниченную среднюю мощность) и разные наборы координирующих передатчиков. /receivers 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. ${\displaystyle \mathbf {G} }$ ${\displaystyle \mathbf {x} }$

Смотрите также

• МИМО
  • Многопользовательский MIMO
• Разнообразие антенн
• Схемы разнообразия
• Разнообразие, сочетающееся
  • Максимальное соотношение комбинирования
  • Выборочное объединение
• Увеличение разнообразия
• Микроразнообразие
• Многие антенны
• Мультистатический радар
• Распределенная антенная система

Рекомендации

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.
2. Д. А. Баснаяка, П. Дж. Смит и П. А. Мартин, Анализ производительности систем MIMO с макроразнесением с приемниками MMSE и ZF в плоском релеевском замирании, транзакции IEEE в беспроводной связи, том. 12, нет. 5, стр. 2240–2251, май 2013 г.
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.
4. Э. Бьёрнсон и Э. Йорсвик, Оптимальное распределение ресурсов в скоординированных многосотовых системах, Основы и тенденции в теории коммуникаций и информации, том. 9, нет. 2–3, стр. 113–381, 2013.