Codare spațio-temporală stratificată

Codurile spaţiu-timp au un dezavantajul complexitatati decodorulului care creste exponential cu numărul de biţi pe simbol, limitând astfel realizabilitatea ratei de date. Foschini a propus folosirea unei arhitecturi spaţiu-timp stratificate (LST), arhitectură care poate atinge o limită inferioară pe un canal MIMO. Trăsătura distinctivă al acestei arhitecturi este că permite prelucrarea semnalelor multidimensionale în domeniul spatiu-timp prin proesare in trepte 1-D, unde 1-D se referă la o dimensiune în spaţiu. Metoda se bazeaza pe tehnici puternice de prelucrare a semnalului de la receptor şi coduri convenţionale specifice canalelelor 1- D.

În arhitectura propusa iniţial, fluxurile de informaţii MT sunt transmise simultan, în aceeaşi banda de frecvenţă, folosind NT antene de transmisie . Receptorul utilizează NR = NT pentru separare şi detectere semnalelor transmise . Procesul de separare implică o combinaţie de suprimare si anulare a interferenţelor.Semnalele separate sunt apoi decodificate prin utilizarea algoritmilor de decodare convenţionali dezvoltati pentru (1-D) , care duc la o complexitate mult mai mica în comparaţie cu decodarea maxima de risc. Complexitatea receptoarelor LST creste liniar cu rata de date. Desi in propunerea iniţială numărul de antene de la receptie, notată

de MR era necesar să fie egală sau mai mare decât numărul de antene de transmie, utilizarea

unor tehnici mai avansate de detectare / decodare permite imbunatatirea acestei cerinţă pentru un MR ≥ 1

Aceste coduri au fost excelente pentru îmbunătăţirea calitatii legăturii prin combaterea deep-fading-ului . Foschini a propus exploatarea întârzieri existente într-un canal de bandă largă. În funcţie de frecvenţa şi lăţimea de bandă a semnalelor transmise, ele folosesc o anumita cale prin canal. Perioada de timp necesară pentru a parcurge această cale este de fapt răspândirea întârziere pentru acea cale. Aceste căi prin însăşi natura lor sunt independente şi fiecare cale nu se “vede” una pe alta. Foschini a hotărât să exploateze această proprietate existenta in natura prin transmisia semnalelor pe aceste căi. Prin urmare, nu avem nevoie in mod deliberat sa realizam fluxuri de date ortogonale cum facem in blocurie de codare spaţiu-timp . Proprietatea de ortogonalitate există în natură şi noi pur şi simplu o exploatam . Având în vedere bandă îngustă de transmisie, fiecare flux de date urmează un singur traseu la receptor şi, în consecinţă,fluxurile de date individuale nu realizeaza multipaths . Acesta este un criteriu foarte important în măsura în care semnalele sunt de bandă îngustă. Într-adevăr, este aplicabil tuturor sistemelor de transmisie MIMO. Aceasta tehnologia se numeşte multiplexare spaţiala (SM). Cu toate acestea, realitatea este departe de acest ideal. Fluxurilor de date nu sunt cu adevărat independente şi dispun de o anumită cantitate de interacţiune unele cu altele, care a dus la un fenomen numit interferenţe multistream (MSI), precum fadingul şi zgomotului aditiv specific oricarui canal.

Transmitoare LST: Tipuri de Codificare. Există două tipuri majore de clasificare tehnologiei SM-

1.codare orizontale(HE)

2.codare verticală (VE).

1.1 Codare orizontala

Schema pentru această metodă este prezentată în figura 1.1. Aceasta codare se numeste codare orizontala stratificata spatiu-timp (HLST).

În această metodă fluxul de biţi este în primul rand demultiplexat în MT fluxuri de date. Fiecare flux de date este, ulterior, codificat şi intercalat. Aceasta este urmată de o mapare

în schema de modulare aleasa dintr-o constelaţie.Codificarea temporala este independenta şi fiecare flux de date este transmis de la antene individuale.Rata spaţială este, prin urmare, în mod evident MT. În cazul în rm este rata de modulare dependent de tipul de constelaţia aleasa, şi rc rata de convolutie,atunci rata de semnalizare devine rm*rc*MT biti/ transmisie. În acest sistem fiecare flux transmis este receptionat de antenele MR. Prin urmare, diversitatea maximă ce poate fi obtinuta este de ordinul MR. Acest lucru face ca acest sistem sa fie suboptimal, deoarece ne-am fi dorit ordinul de diversitate sa fie MR*MT.Am pornit de la ipoteza nu avem nici o cunostinta despre canalul de la transmisie si cunoastem caracteriticile canalului la recepţie , care are un câştig serie la receptor de MR. Există două variante de scheme făcute cu scopul de a creşte ordinul de diversitate, cât mai aproape de MT*MR posibil. Acestea sunt codarea diagonală (DE) şi codare “threaded” (TE).

1.1.1 Codarea diagonala(DE)

Acest tip de codare, de asemenea este numita codare diagonală stratificata spaţiu-timp (DLST), ce arată ca în figura 1.2.Prelucrare initiala de semnal este la fel ca cea pentru HE. Cu toate acestea, înainte de a merge la antena, fluxul este rotit într-o “round-robin fashion”, astfel încât fluxul de biti şi asocierea antenei este periodic reutilizata. În cazul în care cuvântul de cod este suficient de mare putem asigura că acesta este transmis de la toate antenele MT. Acest lucru dă o diversitate de MT la tansmiţător..Zona de spaţui-timp irosit din figura 1.2, este o zona unde nici o transmisie nu area loc. Aceste pierderi iniţiale sunt necesare pentru a permite decodarea optima . Arhitectura D-BLAST organizează straturile pe diagonală în spaţiu şi timp. Fiecare bloc reprezinta un simbol transmis. Fiecare strat este reprezentat cu o nuanţă diferită şi se execută pe diagonală prin intermediul elementelor antenei odata cu trecerea timpului. În loc sa se transmita fiecare flux de date la o singura antenă ca în figura 1.1, abordarea diagonala asigură faptul că nici unul dintre straturi sa nu fie omis din cauza unei căi de transmisie slabe. Receptorul BLAST utilizează o strategie de detectare multiutilizator bazata pe o combinaţie de interferenţa, anulare şi suprimare. În D-BLAST, fiecare strat diagonal constituie un cuvânt complet de cod, astfel decodificarea se realizează strat-cu-strat. Luand în considerare matricea cuvintelor cod din figura 1.2 intrările de sub primul strat diagonal sunt zerouri. Pentru a decoda prima diagonală, receptorul generează o decizie soft statistica pentru fiecare element din această diagonală. Pentru a face astfel, interferentele din diagonalele superioare sunt suprimate prin proiectarea semnalului receptionat pe spaţiul nul al interfeţelor superioare. Statisticile sunt apoi folosite de către decodorul de canal corespunzător pentru a decoda aceasta diagonală. Ieşirea decodorului este apoi retransmisa înapoi pentru a anula contribuţia primei diagonale în timp ce se decodeaza urmatoarea diagonală. Receptorul apoi trece la decodarea următoarei diagonale in aceeasi maniera.În ciuda acestor lucruri, D-BLAST poate obtine o diversitate de ordin MT*MR dacă folosim blocuri de cod gaussian cu mărimea infinata a blocului . Ca de obicei, câştigul de codare va depinde de codificator şi câştigul “array” MR este realizabil la receptor din moment ce avem cunoastere perfecta a canalului. Noi am declarat că D-BLAST poate atinge o diversitate de ordin MT*MR ,dacă vom folosi blocuri de cod gaussian cu mărimea blocului infinit. În realitate, acest lucru nu este posibil, şi astfel un nou tip de codificare (SM) numit “threaded layered space-time code” (TLST) a fost propus . Această metodă mixeaza semnalul mai mult pe antene decât o face sistemul pe diagonală D-BLAST. Singura cerinţa este că în timpul fiecărei perioade de simbol orice strat transmite, cel mult,la o antenă. Ca urmare, toate interferenţele spaţiale vor veni de la alte straturi. Cu toate acestea, spre deosebire de D-BLAST nu putem face prelucrarea semnalelor la receptor a unui strat la un moment dat, dar avem nevoie sa efectuam în comun o decodare ” multiple threads”.