Makroróżnorodność

W dziedzinie komunikacji bezprzewodowej makroróżnorodność jest rodzajem schematu różnorodności przestrzennej wykorzystującego kilka anten odbiornika lub nadajnika do przesyłania tego samego sygnału. Odległość między nadajnikami jest znacznie większa niż długość fali , w przeciwieństwie do mikroróżnorodności, gdzie odległość jest rzędu długości fali lub krótsza.

W sieci komórkowej lub bezprzewodowej sieci LAN makroróżnorodność oznacza, że ​​anteny są zwykle umieszczane w różnych lokalizacjach stacji bazowych lub punktów dostępowych . Makroróżnorodność odbiorników jest formą łączenia anten i wymaga infrastruktury, która pośredniczy w przekazywaniu sygnałów z lokalnych anten lub odbiorników do centralnego odbiornika lub dekodera. Makroróżnorodność nadajnika może być formą simulcastingu , gdzie ten sam sygnał jest wysyłany z kilku węzłów. Jeśli sygnały są przesyłane tym samym kanałem fizycznym (np. częstotliwość kanału i sekwencja rozprzestrzeniania), mówi się, że nadajniki tworzą sieć jednoczęstotliwościową — termin ten jest używany zwłaszcza w świecie nadawców.

Celem jest walka z zanikaniem sygnału oraz zwiększenie mocy i jakości odbieranego sygnału w odsłoniętych miejscach pomiędzy stacjami bazowymi lub punktami dostępowymi. Zróżnicowanie makro może również ułatwić wydajne rozsyłania grupowego , w których ten sam kanał częstotliwości może być używany dla wszystkich nadajników wysyłających te same informacje. Schemat różnorodności może być oparty na makroróżnorodności nadajnika (łącze w dół) i/lub makroróżnorodności odbiornika (łącze w górę).

Przykłady

• Miękkie przełączanie CDMA :
  • Miękkie przełączanie UMTS .
• Sieci jednoczęstotliwościowe (SFN) oparte na OFDM i wyrównaniu w dziedzinie częstotliwości (FDE) są formą makroróżnorodności nadajników stosowaną w sieciach nadawczych, takich jak DVB-T i DAB
  • Dynamiczne sieci jednoczęstotliwościowe (DSFN), w których schemat planowania dynamicznie dostosowuje formacje SFN do warunków ruchu i/lub warunków odbiornika
  • Przekazywanie różnorodności makro 802.16e (MDHO)
  • 3GPP długoterminowa ewolucja (LTE) multicast-broadcast single-frequency network (MBSFN), umożliwiająca wydajne przesyłanie tych samych danych do wielu telefonów komórkowych w sąsiednich komórkach.
  • Różnorodność kooperacyjna , na przykład 3GPP long term evolution (LTE) skoordynowana wielopunktowa transmisja/odbiór (CoMP), umożliwiająca zwiększenie szybkości transmisji danych do telefonu komórkowego znajdującego się w nakładających się zakresach transmisji kilku stacji bazowych.

Formularze

Podstawowa forma makroróżnorodności nazywana jest makroróżnorodnością pojedynczego użytkownika. W tej postaci pojedynczy użytkownik, który może mieć wiele anten, komunikuje się z kilkoma stacjami bazowymi. Dlatego też, w zależności od przestrzennego stopnia swobody (DoF) systemu, użytkownik może przesyłać lub odbierać wiele niezależnych strumieni danych do/ze stacji bazowych w tym samym zasobie czasu i częstotliwości.

• Makroróżnorodność jednego użytkownika
  • Makroróżnorodność łącza w górę
  • Makroróżnorodność łącza w dół

W następnej, bardziej zaawansowanej formie makroróżnorodności, wielu rozproszonych użytkowników komunikuje się z wieloma rozproszonymi stacjami bazowymi w tym samym zasobie czasu i częstotliwości. Wykazano, że ta forma konfiguracji optymalnie wykorzystuje dostępne przestrzenne DoF, a tym samym znacznie zwiększa pojemność systemu komórkowego i pojemność użytkownika.

• Makroróżnorodność wielu użytkowników
  • Wielodostępowy kanał makroróżnorodności (MAC)
  • Kanał transmisji makroróżnorodności (BC)

Opis matematyczny

Typowy scenariusz komunikacji uplink z wieloma użytkownikami w makroróżnorodności z trzema stacjami bazowymi (BS) i dwiema stacjami mobilnymi (MS). Wszystkie BS są podłączone do jednostki przetwarzania wstecznego (BPU).

$składa$ MIMO dla wielu użytkowników z makroróżnorodnością się z użytkowników pojedynczej anteny i rozproszonych stacji bazowych (BS) z pojedynczą $.$ Zgodnie z dobrze znanym wąskopasmowym modelem systemu MIMO z płaskim zanikaniem , zależność wejście-wyjście można przedstawić jako

${\ Displaystyle \ mathbf {y} = \ mathbf {H} \ mathbf {x} + \ mathbf {n}}$

gdzie i $wektorami$${\ displaystyle \ scriptstyle \ mathbf {n}}$ odbioru i $a$$i$ n to odpowiednio macierz kanału makroróżnorodności i przestrzennie nieskorelowany wektor szumu AWGN . Zakłada się, że gęstość widmowa mocy AWGN wynosi ${\ displaystyle \ scriptstyle N_ {0}}$ . ja ${\ Displaystyle \ scriptstyle i, j}$ th element $\ Displaystyle \ scriptstyle \ mathbf {H}}$${\ displaystyle \ scriptstyle i, j}$ , ${\ Displaystyle h_ {ij}}$ reprezentuje współczynnik zanikania (patrz Zanikanie ) i th element składowy, który w tym konkretnym przypadku jest łącznikiem między użytkownikiem a $\ scriptstyle i}$$displaystyle$ ta stacja bazowa. W scenariuszu makroróżnorodności

${\ Displaystyle E \ lewo \ {\ lewo | h_ {ij} \ prawo | ^ {2} \ prawo \} = g_ {ij} \ quad \ forall i, j$ }

gdzie ${\ Displaystyle \ scriptstyle g_ {i, j}}$ nazywa się średnim wzmocnieniem łącza, co daje średni SNR łącza ${\ Displaystyle \ scriptstyle {\ frac {g_ {ij}} {N_ {0 }}}}$ . Macierz profilu mocy makroróżnorodności można zatem zdefiniować jako

${\ Displaystyle \ mathbf {G} = {\ rozpocząć {pmatrix} g_ {11} & \ kropki & g_ {1N} \\ g_ {21} & \ kropki & g_ {2N} \\\ kropki & \ kropki & \ kropki \ \g_{n_{R}1}&\kropki &g_{n_{R}N}\\\end{pmatrix}}.}$

Oryginalna relacja między wejściem a wyjściem może zostać przepisana pod względem profilu mocy makroróżnorodności i tak zwanej znormalizowanej macierzy kanałów, ponieważ H $\ displaystyle \ mathbf {H} _ {w}}$

${\ Displaystyle \ mathbf {y} = \ lewo (\ lewo (\ mathbf {G} ^ {\ circ {\ Frac {1} {2}} }\right)\circ \mathbf {H} _{w}\right)\mathbf {x} +\mathbf {n} }$ .

gdzie ${\ Displaystyle \ mathbf {G} ^ {\ circ {\ Frac {1} {2}}}}$ jest elementarnym pierwiastkiem kwadratowym z , a ${\ Displaystyle \ mathbf {G}}}$ operator ${\ displaystyle \ circ}$ reprezentuje mnożenie Hadamarda (patrz iloczyn Hadamarda ). ja ${\ Displaystyle \ scriptstyle i, j}$ th element $\ Displaystyle \ mathbf {H} _ {w}}$ , ${\ Displaystyle h_ {w, ij}}$ spełnia warunek podany przez

${\ Displaystyle E \ lewo \ {\ lewo | h_ {w, ij} \ prawo | ^ {2} \ prawo \} = 1 \ quad \ forall i, j}$ .

Wykazano, że istnieje funkcjonalny związek między $stałą$ matrycą profilu mocy makroróżnorodności a wydajnością zanikających systemów makroróżnorodności z wieloma użytkownikami Chociaż wydaje się, że makroróżnorodność przejawia się tylko w profilu mocy, systemy, które opierają się na makroróżnorodności, będą zazwyczaj miały inne rodzaje ograniczeń mocy nadawania ( $.$ ma ograniczoną średnią moc) i różne zestawy koordynujących nadajników/odbiorników podczas komunikacji z różnymi użytkownikami. Należy zauważyć, że powyższą zależność wejście-wyjście można łatwo rozszerzyć na przypadek, gdy każdy nadajnik i / lub odbiornik ma wiele anten.

Zobacz też

• MIMO
  • Multi-user MIMO
• Różnorodność anten
• Schematy różnorodności
• Łączenie różnorodności
  • Maksymalny współczynnik łączenia
  • Selektywne łączenie
• Zysk różnorodności
• Mikroróżnorodność
• Wiele anten
• Radar multistatyczny
• Rozproszony system antenowy