Введение
Кодирование в блоках пространства-времени — это техника, используемая в беспроводной связи для передачи нескольких копий потока данных через ряд антенн и использования различных принимаемых версий данных для повышения надежности передачи. Тот факт, что передаваемый сигнал должен пройти через потенциально сложную среду с рассеянием, отражением, преломлением и т.п., и может быть дополнительно искажен тепловым шумом в приемнике, означает, что некоторые из принимаемых копий данных могут быть ближе к исходному сигналу, чем другие. Эта избыточность повышает вероятность использования одной или нескольких принимаемых копий для правильного декодирования принятого сигнала. Фактически, кодирование в пространстве-времени объединяет все копии принятого сигнала оптимальным образом, чтобы извлечь максимум информации из каждой из них.
Space–time block coding is a technique used in wireless communications to transmit multiple copies of a data stream across a number of antennas and to exploit the various received versions of the data to improve the reliability of data transfer. The fact that the transmitted signal must traverse a potentially difficult environment with scattering, reflection, refraction and so on and may then be further corrupted by thermal noise in the receiver means that some of the received copies of the data may be closer to the original signal than others. This redundancy results in a higher chance of being able to use one or more of the received copies to correctly decode the received signal. In fact, space–time coding combines all the copies of the received signal in an optimal way to extract as much information from each of them as possible.
Введение
Большинство исследований в области беспроводной связи до начала 1990-х годов были сосредоточены на использовании антенной решетки только на одном конце беспроводного канала — обычно на приемной стороне. Знаковые работы Жерара Дж. Фоскини и Майкла Дж. Ганса, а также Фоскини и Эмре Телатара расширили возможности беспроводной связи, показав, что в условиях интенсивного рассеяния значительное увеличение пропускной способности достигается при использовании антенных решеток на обоих концах канала. Альтернативный подход к использованию множества антенн заключается в применении нескольких передающих антенн и, опционально, нескольких принимающих антенн. Предложенные Вахидом Тарохом, Намби Сешадри и Робертом Кальдербанком пространственно-временные коды (STC) обеспечивают существенное снижение частоты ошибок по сравнению с системами с одной антенной. Их первоначальная схема была основана на кодах Треллиса, но более простые блочные коды были использованы Сиавашем Аламути, а позднее Вахидом Тарохом, Хамидом Джафархани и Робертом Кальдербанком для разработки кодов блочного пространственно-временного кодирования (STBC). STC предполагает передачу нескольких избыточных копий данных для компенсации затухания и теплового шума, в надежде, что некоторые из них достигнут приемника в лучшем состоянии, чем другие. В частности, в случае STBC поток данных, предназначенный для передачи, кодируется в блоки, которые распределяются между пространственно разнесенными антеннами во времени. Хотя для работы требуется несколько передающих антенн, наличие нескольких принимающих антенн не обязательно, хотя и улучшает производительность. Этот процесс приема различных копий данных известен как рецессионный прием и активно изучался до публикации работы Фоскини в 1998 году. STBC обычно представляется в виде матрицы, где каждая строка соответствует временному слоту, а каждый столбец — передаче одной антенны во времени. Здесь — модулированный символ, который необходимо передать во временном слоте с антенны . Должно быть временных слотов, передающих и принимающих антенн. Этот блок обычно рассматривается как имеющий «длину».
Кодовая скорость STBC измеряет количество символов, передаваемых в среднем за один временной слот в течение одного блока. Сиаваш Аламути изобрел самый простой из всех STBC в 1998 году, который отличается особой простотой, и предложил название схемы. Они также доказали, что ни один код для более чем двух передающих антенн не может достичь полной скорости. С тех пор их коды были усовершенствованы (как самими авторами, так и многими другими исследователями). Тем не менее, они служат наглядными примерами того, почему скорость не может достичь 1 и какие другие проблемы необходимо решить для создания «хороших» STBC. Они также продемонстрировали простую линейную схему декодирования, соответствующую их кодам при условии наличия полной информации о состоянии канала.
Квазиортогональные STBC
Эти коды демонстрируют частичную ортогональность и обеспечивают лишь часть прироста разнесения, упомянутого выше. Пример, приведенный Хамидом Джафархани:
Критерий ортогональности выполняется только для столбцов (1 и 2), (1 и 3), (2 и 4) и (3 и 4). Важно отметить, однако, что код имеет полную скорость и по-прежнему требует лишь линейной обработки на приемной стороне, хотя декодирование несколько сложнее, чем для ортогональных STBC. Результаты показывают, что этот Q STBC превосходит (с точки зрения битовой ошибки) полностью ортогональный 4-антенный STBC в широком диапазоне соотношений сигнал/шум (SNR). Однако при высоких значениях SNR (выше примерно 22 дБ в данном случае) увеличенное разнесение, обеспечиваемое ортогональными STBC, дает лучшую битовую характеристику. После этой точки относительные преимущества схем следует оценивать с точки зрения полезной скорости передачи данных. Q STBC также значительно развились по сравнению с базовым примером.