Metoda turbo-blast pentru comunicații wireless

TURBO-BLAST e o schema inovatoare de antene multransmisie multireceptie (MTMR) pentru comunicatii wireless. Sunt luate in calcul urmatoarele notiuni: arhitectura BLAST (arhitectura stratificata spatiu-timp conceputa de Laboratoarele Bell – Bell Labs layered space-time), schema de codare RLST(aleator stratificata spatiu-timp - Random layered space-time) folosind coduri bloc independente si circuitul de intretesere spatiu-timp aleator; un receptor care realizeaza o decodare iterativa a codurilor aleatoare stratificate spatiu-timp(RLST) si o estimare a matricei de canal intr-un mod iterative si cat mai simplu posibil. Rezultatul obtinut este un nou transmitator care nu numai ca este eficient comparat cu un decodor de maxima probabilitate optim, dar chiar ofera o probabilitate de eroare mult mai mica decat schemele traditionale BLAST pentru aceleasi conditii de operare. Aceasta lucrare prezinta si rezultate experimentale folosind masuratori realistice de canale demonstrand astfel inalta eficienta spectrala a schemei TURBO-BLAST.

Introducere

In anul 1993 Berrou a dezvoltat receptorul iterativ ‘turbo’ pentru decodarea codurilor uzuale bidimensionale. Doua proprietati stau la baza codurilor turbo:

- Eroarea de performanta a decodorului turbo este imbunatatita odata cu numarul de iteratii ale algoritmului de decodare

- Decodorul turbo este capabil sa se apropie de limita Shannon a capacitatii canalului

Acest principiu turbo (accelerat) a fost aplicat cu success nu numai in decodarea canalului de comunicatie , dar si in egalizarea canalului, modulatie codata sau detectia multiuser. In aceasta lucrare este descrisa o aplicatie inovatoare a principiului turbo pentru comunicatii wireless folosind antene multiple la ambele capete ale lantului de transmisiune. Aceasta structura de antene este de fapt arhitectura BLAST (stratificata spatiu-timp).

Structurile de comunicatii multitransmisie multireceptie (MTMR), popularizate ca si arhitecturi BLAST, s-au bucurat de o atentie remarcabila in literatura de specialitate dat fiind ca reprezinta baza pentru comunicatiile de date cu rata ridicata pentru canalele wireless la o valoare fixa a puterii de transmisie. Pentru un singur utilizator, aceasta arhitectura ofera o extraordinara eficienta spectrala comparativ cu alte scheme de multiplexare (banda larga), cum ar fi CDMA(acces multiplu cu diviziune de cod – Code Divison Multiple Access) si OFDM (multiplexare ortogonala cu diviziune in frecventa – Orthogonal Frequency-division Multplexing), prin operare antenele de transmisie functionand in paralel si folosind intreaga latime de banda.

Diversitatea spatiala oferita de structurile MTMR realizeaza o legatura puternica intre transmitator si receptor. Intr-un mediu corelat de canal un lucru foarte important devine interferenta dintre antene (CAI – Co-antenna Interference). Pentru a inlatura efectele degradante ale interferentelor dintre antene(CAI) si a bloca fading-ul, este nevoie de un sistem robust de antene MTMR. In particular, arhitectura trebuie realizata folosind codoare si decodoare corespunzatoare pentru a obtine o probabilitate de eroare a cuvantului-cod mai mica odata cu cresterea practica a complexitatii codarii si decodarii. Codarea spatiu-timp si codarea stratificata spatiu-timp sunt cele mai populare tehnici de codare pentru schemele MTMR. Totusi codarea spatiu timp e usual folosita pentru spatii bidimensionale, si nu este potrivita pentru transmisiuni de date cu rata ridicata datorita complexitatii de decodare. In contrast, codarea stratificata spatiu-timp foloseste un concept spatiu-timp elegant, in care conceptul spatiu-timp bidimensional este obtinut stratificand codurile de canal unidimensionale. Cel mai important, codarea spatiu-timp stratificata introdusa in arhitecturile BLAST permite rezolvarea decodarii multidimensionale folosind procesarea unidimensionala a receptorului.

Prima arhitectura BLAST propusa in literatura de specialitate este Diagonal-BLAST (D-BLAST), care are foloseste o stratificare spatiu-timp pe diagonala. Aceasta metoda sufera din cauza pierderii de limite la inceputul si sfarsitul fiecarui pachet, lucru ce devine semnificativ la un moment dat.

Vertical-BLAST reuseste sa depaseasca problema intampinata de D-BLAST, prin folosirea schemei de codare spatiu-timp cu stratificare pe orizontala independenta, dar nu utilizeaza diversitatea de transmisiune si, astfel, sufera din cauza unei capacitati scazute de informatie. Realizarea acestor doua arhitecuri au dus la aparitia TURBO-BLAST, a alta arhitectura spatiu-timp stratificata. Acest nou sistem este bazat pe un cod aleator stratificat spatiu-timp (RLST) si un receptor cu detectie si decodare iterativa (IDD – Iterative Detection and Decoding).