Modulacja przestrzenna
Modulacja przestrzenna to technika, która umożliwia modulację w przestrzeni, poprzez różne anteny (radio) w nadajniku . W przeciwieństwie do z wieloma wejściami i wieloma wyjściami (MIMO) (gdzie wszystkie anteny nadawcze są aktywne i transmitują symbole z modulacją cyfrową, takie jak kluczowanie z przesunięciem fazowym i kwadraturowa modulacja amplitudy ), w modulacji przestrzennej tylko jedna antena spośród wszystkich anten nadawczych jest aktywne i nadawcze, podczas gdy wszystkie pozostałe anteny nadawcze pozostają bezczynne. Obowiązek odbiornika (teoria informacji) polega na: oszacowaniu indeksu aktywnej anteny w nadajniku oraz dekodowaniu symbolu wysyłanego przez antenę nadawczą.
Oba procesy przenoszą bit wiadomości . Ponieważ tylko jedna antena nadawcza jest aktywna w danym momencie, wymagany jest jeden pojedynczy łańcuch RF dla aktywnej anteny, w przeciwieństwie do systemów MIMO, w których NT ( liczba anten nadawczych) jest aktywnych i odpowiednio wymagana jest NT liczba łańcuchów RF. Łańcuchy RF są kosztowne, co sprawia, że wdrożenie modulacji przestrzennej (SM) jest znacznie tańsze. Konwencjonalne systemy MIMO mają problemy, takie jak zakłócenia między antenami i problemy z synchronizacją anten nadawczych, ponieważ wszystkie anteny nadawcze są aktywne.
Procedura
do nadajnika dociera szereg bitów informacyjnych . Nadajnik dzieli przychodzące bity na porcję k + 1 bitów, gdzie k jest wykładnikiem dwójki wykorzystywanym do decydowania o indeksie anteny, z którego l bitów będzie transmitowanych po zastosowaniu M-arnego schematu transmisji lub modulacji. W rzeczywistości tylko l bitów jest przesyłanych praktycznie, ponieważ indeks anteny zawiera również informację o k bitach, stąd w sumie k + l bity będą dekodowane w odbiorniku.
Przykład
Nadajnik SM z NT = 2 antenami wykorzystuje binarny modulator z kluczowaniem fazowym (BPSK). W takim przypadku nadajnik może transmitować symbol BPSK wykonując modulację BPSK, która przeniesie bit wiadomości. Indeks anteny, z której nadawany jest symbol BPSK, zawiera dodatkowy bit informacji, jak pokazano w tabeli 1.
| Bity przychodzące | Indeks anteny | Nadawany symbol BPSK |
|---|---|---|
| 00 | 1 | 1 |
| 01 | 1 | -1 |
| 10 | 2 | 1 |
| 11 | 2 | -1 |
Ciąg bitów 10 wiadomości przychodzącej pasuje do trzeciego wiersza w tabeli przeglądowej. W numeracji bitów najbardziej znaczący bit (MSB) to 1, a najmniej znaczący bit (LSB) to 0. MSB wskazuje indeks anteny nadawczej, podczas gdy LSB wskazuje, który symbol BPSK ma być transmitowany. Jeśli MSB=0, pierwsza antena będzie transmitować symbol. Jeśli MSB=1 wtedy druga antena będzie nadawać. Dla LSB=0, transmitowany będzie symbol BPSK 1, natomiast dla LSB=1, transmitowany będzie symbol -1 BPSK. W tym przypadku k = l = 1 , więc tylko jeden bit wiadomości jest przesyłany z drugiej anteny. Odbiornik dekoduje zarówno bit wiadomości, jak i indeks aktywnej anteny, w efekcie dekodowane są dwa bity wiadomości. Dlatego wydajność widmowa nadajnika SM w tym przypadku wynosi 2 bity/s/Hz.
Odbiornik musi oszacować indeks anteny, a także zdekodować symbol.
Zaawansowana modulacja przestrzenna
W celu poprawy wydajności widmowej, SM został zmodyfikowany do różnych zaawansowanych schematów SM:
- Kwadraturowa modulacja przestrzenna
- Ulepszona modulacja przestrzenna
- Uogólniona modulacja przestrzenna
- Modulacja oparta na mediach przestrzennych
- Ulepszona modulacja przestrzenna
W niektórych z powyższych zaawansowanych metod SM, więcej niż jedna antena nadawcza jest aktywna w danym momencie w nadajniku w celu poprawy wydajności widmowej. SM i jego zaawansowane warianty są używane w komunikacji optycznej w wolnej przestrzeni , określanej odpowiednio jako optyczna modulacja przestrzenna i zaawansowana optyczna modulacja przestrzenna.