स्थानिक बहुसंकेतन: केवल जटिल के बारे में। भाग 1

वायरलेस मानकों और संचार प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में हाल के वर्षों की सफलता, वास्तव में, एक तकनीक - MIMO के कारण है। प्रस्तावित सिद्धांत बहुत अच्छी तरह से सक्रिय OFDM प्रौद्योगिकी के अनुकूल है और यह इस बंडल था जिसने आज के 802.11% / ac, LTE, आदि को प्राप्त करना संभव बना दिया है। लेख में मैं यह समझाने की कोशिश करूंगा कि मल्टी-एंटीना सिस्टम का उपयोग करते समय गति में वृद्धि का क्या कारण है और जटिल सूत्रों और योजनाओं के बिना MIMO-OFDM सिस्टम के संचालन के सिद्धांत का वर्णन करने का प्रयास करें।

एक परिचय के रूप में, मैं अनुशंसा करना चाहता हूं कि आप कॉमरेड टीजीएक्स के काम से खुद को परिचित करें, जहां यह बहुत खूबसूरती से समझाया गया है कि ओएफडीएम क्या है, संचार सिद्धांत से कुछ अवधारणाएं दी गई हैं।
विशिष्ट शब्दों में संक्षेप में प्रवेश किए बिना, एक संचार प्रणाली के गुणों को 2 बिंदुओं में वर्णित किया जा सकता है: शोर प्रतिरक्षा (पीयू) और बैंडविड्थ (पीपी)। इस तथ्य के बावजूद कि आज हम सभी प्रसारण की गति को मापते हैं (संचार प्रणाली द्वारा प्रदान की जाने वाली अधिकतम गति है) संचरण की विश्वसनीयता सबसे आगे रखी जाती है (संकेतक: त्रुटि की संभावना)। किसी भी प्रणाली में, पीयू के लिए पीपी के आदान-प्रदान के लिए हमेशा एक तंत्र होता है। इसीलिए, स्थानांतरण स्थितियों में तेज गिरावट के साथ (आपने अपने लैपटॉप को कार्यालय से रसोई तक छोड़ दिया है), आपको अपने ब्राउज़र में पटाखे नहीं मिलते हैं (हालाँकि आप सबसे अधिक संभावना उन्हें या तो नहीं देखेंगे), लेकिन गति में कमी पर ध्यान दें।
बहुत पहले नहीं, क़ीमती डेसीबल निचोड़ने का मुख्य तरीका सिग्नल-कोड निर्माण और शोर-प्रतिरोधी कोडिंग के तरीकों में सुधार करना था। MIMO ने इसे असंभव बना दिया: आवृत्ति बैंड, सिग्नल ऊर्जा को बदलने के बिना, केवल एंटेना की भौतिक वृद्धि और प्रसंस्करण विधियों की जटिलता के कारण, कई बार संचार प्रणालियों के सैद्धांतिक पीपी और पु को बढ़ाना संभव था। ऐसा हुआ कि रूसी में व्यावहारिक रूप से कोई सामान्य साहित्य नहीं है, लेखक को अंग्रेजी भाषा के साहित्य के प्रसंस्करण से निपटना था।

MIMO सिस्टम वर्गीकरण

इस स्थानिक अतिरेक के उपयोग के प्रकार के अनुसार कई इनपुट और कई आउटपुट वाले सिस्टम के रूप में MIMO सिस्टम को अलग करने के लिए यह तार्किक रूप से सही होगा।

मैंने यहां पीवीसी के विषय का खुलासा करने की कोशिश की।
बीएफ (बीमफॉर्मिंग बीमफॉर्मिंग) - एमआईएमओ सिस्टम के विकास की संभावना। बिंदु सीएआर (डिजिटल एंटीना सरणी) का उपयोग करना है, जो आपको विकिरण पैटर्न को गतिशील रूप से बदलने की अनुमति देता है। इसे कैसे लागू किया जा सकता है? कई बीम का गठन एक बहु-एंटीना प्रणाली की नकल है, अर्थात। क्लासिक एंटेना के एक बगीचे को बाड़ने की कोई आवश्यकता नहीं है। रिसीवर के स्थान पर स्वचालित समायोजन आपको रिसीवर को अधिक शक्ति देने की अनुमति देता है और इसलिए पीयू और, परिणामस्वरूप पीपी को बढ़ाता है।

स्थानिक बहुसंकेतन

गणितीय रूप से, रेडियो चैनल से गुजरने के बाद रिसीवर पर सिग्नल मूल सिग्नल और कुछ जटिल स्थानांतरण फ़ंक्शन (KPF) और शोर के उत्पाद का योग होता है। रेडियो चैनल में होने वाले कुख्यात लुप्तप्राय KPF है। केपीएफ का वितरण कानून, एक यादृच्छिक चर के रूप में, ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच प्रत्यक्ष दृश्यता की उपस्थिति और मल्टीपथ सिग्नल प्रसार (एक अपार्टमेंट में दीवारें, एक शहर में एक घर, आदि) को प्रभावित करने वाले कारकों को निर्धारित करता है। हमारे मामले में, सबसे सार्वभौमिक मामला प्रत्यक्ष दृश्यता की अनुपस्थिति होगा - रेले फिडिंग। ।
चूंकि सिस्टम में कई एंटेना हैं, इसलिए विभिन्न एंटेना से संकेतों द्वारा यात्रा किए गए मार्ग भी अलग-अलग हैं, इसलिए प्रत्येक ट्रांसमीटर-रिसीवर जोड़ी के लिए उनके KPF अलग-अलग होंगे। यह एक बुनियादी रूप से महत्वपूर्ण बिंदु है। केपीएफ प्रणाली की संरचना के आधार पर, इसकी सभी उप-धाराएं एक मैट्रिक्स तक कम हो सकती हैं।
और अब मज़ेदार हिस्से के लिए। यह पता चला है कि प्रत्येक चैनल की अपनी विशेषताएं हैं जो पड़ोसी लोगों से भिन्न होती हैं, इसलिए, इसके माध्यम से प्रेषित सिग्नल को समान आवृत्ति बैंड में प्रेषित अन्य चैनलों के माध्यम से प्रेषित संकेतों से स्पष्ट रूप से अलग किया जा सकता है।
MIMO का गणित, अर्थात् निर्णय लेने वाले एल्गोरिदम, बल्कि जटिल हैं, लेकिन वे सभी प्राप्त पक्ष पर केपीएफ के ज्ञान पर आधारित हैं। लेकिन इसे कैसे लागू किया जाए, अगर एक निश्चित आवृत्ति पर हम सूचना प्रसारित करते हैं, और यह एक यादृच्छिक चर है? सबसे प्रभावी समाधान सिग्नल संरचना में पायलटों को पेश करना है - पहले से ज्ञात मापदंडों के साथ सिग्नल जिसके साथ आप चैनल का मूल्यांकन कर सकते हैं।

चैनल रेटिंग

OFDM प्रौद्योगिकी अद्वितीय है, उत्कृष्ट सीईई (आवृत्ति और ऊर्जा दक्षता) संकेतक, अभूतपूर्व शोर प्रतिरक्षा (शोर प्रतिरक्षा के साथ भ्रमित नहीं होना) और लचीलेपन के अलावा, यह एमआईएमओ अवधारणा के साथ पूरी तरह से फिट बैठता है। ओएफडीएम संरचना आवृति स्पेक्ट्रम में एक दूसरे से निश्चित दूरी पर स्थित संशोधित उपकार का एक समूह है।
इस तथ्य के कारण कि वास्तविक चैनल आवृत्ति-चयनात्मक होते हैं (यहां तक ​​कि पड़ोसी उप-वाहक का KPF भी एक बड़ा अंतर हो सकता है), कुछ उपचैनल्स चैनल अनुमान के लिए उपयोग किए जाते हैं। ऐसा करने के लिए, पायलट सबकार्टरों को एफएम -2 (चरण 2 की स्थिति के साथ चरण मॉड्यूलेशन) द्वारा संशोधित किया जाता है, रिसेप्शन में ज्ञात छद्म यादृच्छिक अनुक्रम के साथ 1 बिट प्रसारित करने की अनुमति देता है। इन सबकेरियर्स के स्थान का चुनाव भी आकस्मिक नहीं है: वे निजी और समय डोमेन (विभिन्न प्रकार के हस्तक्षेपों में कारण) में उनके वितरण की एकरूपता को ध्यान में रखते हैं।

प्राप्त करने के पक्ष में, पायलट वाहक टेम्पलेट को स्वीकृत संस्करण में विभाजित किया गया है, और परिणामस्वरूप, हमें पायलट वाहक के लिए चैनल KPF मिलता है। इसके बाद, प्राप्त मूल्यों को सूचना उपचैन के लिए अनुमानित किया जाता है।
लक्ष्य प्राप्त किया जाता है: चैनल KPFs सभी उपकारकों के लिए पाए जाते हैं और MIMO पर वापस जाना संभव है।

सिग्नल प्रोसेसिंग

प्राप्त सिग्नल को संसाधित करने के लिए बड़ी संख्या में विधियां हैं, लेकिन सार में सबसे सरल और सबसे अधिक संसाधन-गहन एमएल (अधिकतम समानता) है।
प्राप्त सिग्नल पर निर्णय गणना संकेत मूल्य और सभी उपनगरों और संभावित संकेतों पर प्रत्यक्ष गणना द्वारा अपनाया गया कार्यान्वयन के बीच न्यूनतम अंतर के अनुसार किया जाता है।

प्रस्तुत एल्गोरिथ्म काफी सरल है, हालांकि, यह आपको स्पष्ट रूप से समझाने की अनुमति देता है कि "गति कहां से आई है" और कैसे "रिसीवर समझता है कि ऐन्टेना किस संकेत से आया था"।

निष्कर्ष

वास्तव में, इस लेख में प्रस्तुत सामग्री हिमशैल की नोक है। एमएल एल्गोरिथम का उपयोग अभ्यास में नहीं किया जाता है, क्योंकि इसके लिए बहुत सारे संसाधनों की आवश्यकता होती है। एक महत्वपूर्ण सुधार गोलाकार डिकोडिंग एल्गोरिथ्म था। आधुनिक संचार प्रणालियां लगातार त्रुटि-सुधार कोड दर, मॉडुलन स्थिति, बीमफॉर्मिंग और स्थानिक कोडिंग दर की अनुकूलन क्षमता की ओर बढ़ रही हैं। ये सभी तरीके रेडियो चैनल को अधिकतम निचोड़ते हैं। स्थानिक प्रसंस्करण के विषय पर, प्रसारण के लिए प्रसिद्ध चैनल अनुमान के आधार पर एक "पानी से भरे" समाधान के उपयोग के साथ एक संकेत के एकवचन प्रसंस्करण (प्रीकोडिंग) का विचार मुझे बहुत ही आशाजनक लगता है।

साहित्य

1. एलेन सिबील, क्लाउड ओस्टेज, अल्बर्टो ज़नेला "एमआईएमओ: थ्योरी से इंप्लीमेंटेशन"
2. योंग सू चो, जेकेवोन किम, वोन यंग यांग, चुंग जी कांग "MIMO-OFDM वायरलेस कम्युनिकेशंस विद एलएलबी"