Методы борьбы с замираниями, которые предлагаются для WiMAX

Для борьбы с замираниями и межсимвольной интерференцией при использовании WiMAX в диапазоне 2-11 ГГц в условиях отсутствия прямой видимости (NLOS) были предложены различные методы для физического уровня (PHY) систем WiMAX. Далее будет дан краткий обзор некоторых из этих методов.

5.1 Разделение

Разделение – это мощная коммуникационная технология, которая борется с замираниями, эксплуатируя случайную природу беспроводного канала, и позволяет реализовать независимый (очень некоррелированый) канал передачи сигнала между передатчиком и приемником. Даже в тех случаях, если некоторые из лучей подвергаются глубокому замиранию, другие независимые от них лучи могут передавать сильный сигнал, и при наличии более чем одного луча, при детерминированном выборе одного из них, может быть достигнуто значительное улучшение параметров [1]. Три главных вида разделения, которые применяются в PHY WiMAX – это временное разделение, частотное разделение и пространственное разделение. Из этих трех типов разделения наиболее важными на данный момент можно считать пространственное разделение и частотное разделение.

5.1.1 Пространственное разделение

Пространственное Разделение, которое иногда также называют Антенным Разделением (Antenna Diversity), достигается при наличии множества антенн в передатчике или приемнике, или и в передатчике, и в приемнике (Множественный Вход Множственный Выход (MIMO)). Для того чтобы получить независимо замирающие сигналы, необходима величина разделения в пространстве между двумя антеннами порядка нескольких длин волны.

В системе с m передающих антенн, и n приемных антенн, максимальный выигрыш от разделения равен mn в предположении, что коэффициенты замираний между индивидуальными парами антенн соответствуют независимым и тождественно распределеным (i.i.d) Рэлеевским замираниям [5].

Для достижения большого усиления от разделения могут использоваться Пространственно-Временные методы кодирования типа Пространственно-Временных Блочных кодов (STBC) и Пространственно-Временных Решетчатых кодов (STTC). Кроме достижения усиления от разделения, Пространственно-Временные Решетчатые коды достигают также усиления от кодирования, но сложность декодирования STTC намного выше, чем для STBC.

Наряду с пространственно-временными методами кодирования, которые улучшают надежность приема, существуют также и другие методы MIMO, которые увеличивают скорость передачи информации при постоянном уровне надежности (готовности) канала, увеличивая количество степеней свободы, применимых в коммуникациях [6] [7]. Одна из таких техник – это система Bell Labs Space Time Architecture BLAST, которая достигает усиления мультиплексирования, передавая независимые потоки символов от множества передающих антенн. Если лучи между индивидуальными парами приемо-передающих антенн замирают независимо, образуются многократные пространственные параллельные каналы, которые передают независимые информационные потоки через эти пространственные каналы, то, в результате, скорость данных может быть увеличена. Этот эффект также называют пространственным мультиплексированием.

Цель системы BLAST состоит в том, чтобы достигнуть усиления мультиплексирования, передавая М полезных символов/канал, где М – это количество передающих антенн, Пространственно-Временные методы кодирования позволяют достигнуть максимального усиления разделения и надежно передают 1 полезный символ/канал. Спектральная эффективность Пространственно-Временных схем кодирования может быть улучшена при использовании таких методов, которые обеспечивают более высокий уровень модуляции, но это приводит к ухудшению коэффициента ошибок (BER), поскольку в созвездиях более высокого порядка сигналы расположены ближе друг к другу.

Таким образом, существует обратная зависимость между усилением разделения и усилением мультиплексирования в беспроводном из пункта-к-пункту канале с замираниями, которая устанавливает ограничения для всей системы MIMO.

Табл. 1. Схемы модуляции и кодирования для 802.16d.

Для PHY WiMAX также могут быть предложены Пространственно-Временные блочные коды как дополнительный метод, который может быть реализован при передаче информации в нисходящем канале для того, чтобы обеспечить повышенное разделение [4]. Схема 2 £ 1 или 2 £ 2 Alamouti STBC [8], которая обеспечивает оба вида разделения: - разделение во времени и пространственное разделение, также может быть осуществлена. Для того чтобы в первую очередь воспользоваться преимуществами разделения на приеме, при котором нет необходимости в дополнительной передаваемой мощности, применяют обе схемы разделения.

5.1.2 Адаптивная Модуляция и Кодовые отношения

Стандарт 802.16a/d определяет семь комбинаций модуляции и кодовых отношений, которые могут использоваться для того, чтобы достигнуть различных соотношений скорости данных и надежности канала, в зависимости от серьезности условий замираний в канале. Эти возможные комбинации показаны в Табл.1. За счет использования модуляций более высокого уровня можно увеличить скорость данных, но при этом ухудшить надежность системы и наоборот. Используется сверточное кодирующее устройство с кодовым отношением 1/2. При использовании в WiMAX PHY сверточного кодирующего устройства, а также при использовании пунктурирования, могут быть достигнуты полные кодовые отношения 2/3 и 3/4. Пунктурирование – это процесс удаления некоторых из паритетных битов после кодирования. В дальнейших исследованиях используются только схемы модуляции BPSK и QPSK, и никакое пунктурирование не выполняется, то есть, кодовое отношение внутреннего сверточного кодера постоянно и устанавливается равным 1/2.

Рисунок 1. Модель основной системы.

5.1.3 Модель системы

На рис. 1 показана модель основной системы для PHY уровня WiMAX, которая использовалась при моделировании. В результате моделирования получены значения коэффициента ошибок (BER) для различных комбинаций методов кодирования и разделения.

Дата добавления: 2015-07-08