Юридические услуги в ростове от адвоката Грицко С.В..
Пространственно-временное блочное кодирование. Схема Аламоути PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Monday, 20 August 2012 14:29

Существует два основных вида STC-кодов — пространственно-временные решетчатые коды (STTC) и пространственно-временные блочные коды (STBC). STTC позволяет получить хорошие выигрыши и от разнесения сигналов, и от применения кодирования, но платой за это является относительная сложность алгоритмов декодирования. Во избежание этого недостатка были разработаны STBC. Автором первого из них является Сиаваш Аламоути (Siavash Alamouti). Этот блочный код, получивший название в честь автора, предназначен для систем MIMO с двумя передающими антеннами. Схема Аламоути обеспечивает значительное разнесение сигналов и высокую скорость передачи информации за счет введения ортогональности по фазе между одновременно передаваемыми сигналами и парами сигналов, последовательно излучаемых каждой антенной. Обобщение данного кода на случай большего количества антенн передатчика привело к созданию целого ряда STBC. Однако в отличие от схемы Аламоути данные коды могут обеспечивать или значительное разнесение сигналов, или высокую скорость передачи информации. Для повышения энергетического выигрыша от кодирования STBC подвергают дополнительному кодированию с простым алгоритмом. Такие схемы получили название суперортогональные пространственно-временные решетчатые коды (Super Orthogonal Space-Time Trellis Codes).

В случае применения OFDMA схема блочного кодирования представляется следующим образом. Исходная информационная последовательность битов bl делится во временной области на блоки фиксированной

длины Ьк {к — номер блока). В каждом блоке биты распределены на равные группы:

At = (At,l’ At,2’ •••5 Ait,TV} ’ bk',={bl„

где N — число групп в блоке — равно числу ортогональных поднесущих при OFDM, i — номер группы блока, m — количество битов в группе, 2т — число точек в сигнальном созвездии. После процедуры модуляции из групп формируются комплексные отсчеты в частотной области, соответствующие точкам сигнального созвездия. Весь набор отсчетов, соответствующий одному блоку называется OFDMA-символом sk = sj,..., sk].

Процесс пространственно-временного блочного кодирования может рассматриваться как распределение фиксированного числа M OFDMA символов в кодовую матрицу размерности NtxK\

{^1, s2,..., sM } => S,

где K определяет число временных отсчетов, на протяжении которых будет производиться набор преобразований до их повторения, т. е., длину пространственно-временного блока, М < NtK за счет введения избыточности. Матрица S имеет вид

м

S = XRe(A И +./ Ini( v Щ,

2=1

набор матриц {Д, Я } )'=] размерности NtxK называется линейным STBC.

Ранее символом si обозначался сформированный сигнал, а символом S — матрица кодового слова. В данном случае операции производится на уровне групп комплексных отсчетов. OFDMA-символы и сигналы, а также матрицы кодового слова и кодовые матрицы имеют одинаковые обозначения из-за сходства роли, которую они играют в процессе кодирования.

В схеме Аламоути OFDMA-символы разделяются на пары — четный и нечетный. Для их передачи требуется два интервала времени ти. В первом интервале передающая антенна 1 будет излучать сигнал символа J2i_x, в то время как антенна 2 — сигнал символа J2i. В следующем временном
интервале антенна 1 передает сигнал, сформированный из -s2i , а антенна

_ >н

2 — из s2i_x . Причем операции сопряжения и отрицания применяются ко всем комплексным отсчетам символа.

В дальнейшем для упрощения записи выражений будем рассматривать пару комплексных отсчетов, соответствующих одной и той же поднесущей: sx — из символа s2i , и s2 — из s2r Тогда кодовая матрица схемы Аламоути имеет вид
Физический смысл таких манипуляций заключается в том, что если сигналы, излучаемые антеннами передатчика, в первом временном интервале были синфазны, то во втором они будут в противофазе и наоборот. Если же фазы сигналов в первом интервале ортогональны, то они такими останутся и во втором, с той лишь разницей, что опережение фазы излучения поочередно будет возникать то на первой, то на второй антенне. Кроме того, ортогональными будут и сигналы, последовательно излучаемые каждой антенной.

Для приема кодированного по Аламоути двухсимвольного сигнала достаточно одной приемной антенны и пары временных отсчетов, в каждом из которых на приемную антенну поступают сигналы

I] = Л'| /?, + s2h2 + /7,

<

* у    * у    5

r2=-s2hl+sl h2+n2

где h1 и h2 — коэффициенты передачи MIMO-канала в первой и второй антеннах соответственно (для рассматриваемой поднесущей), образующие

вектор передаточных характеристик: /г = [/^, /г^], щ и п2 — компоненты, учитывающие влияние АБГШ, которые также можно представить в виде вектора: п = [^, л2], тогда

г = hS + Я,

где г = [/;, г2\. В отличие от выражения (1.25) векторы г , h , п — являются строками, что означает прием на одну антенну и описание процесса кодирования в течение двух интервалов времени.
Обозначим множество комплексных отсчетов, соответствующих точкам сигнального созвездия как Z. Второй этап декодирования заключается в том, что по стратегии наибольшего правдоподобия из множества Z выбирается тот отсчет, который бы минимизировал расстояние между ним и его оценочным значением, полученным на первом этапе.