بخشی از مقاله
چکیده -
امروزه مخابرات مشارکتی به عنوان یک روش ارسال میتنی بر دایورسیتی برای شبکه های بی سیم 25 mm نسل آینده مورد توجه قرار گرفته است. ایده این روش این است که رله ها به عنوان یک آرایه آنتن مجازی عمل کرده و اطلاعات مبدأ را برای گیرنده ارسال مجدد می کنند. به این ترتیب مخابرات مشارکتی به صورت مؤثری از ماهیت پخش سیگنال در شبکه های بی سیم در راستای ایجاد نوعی دایورسیتی مکانی ایجاد می کند.درمیان پروتکل های رله ای روش آشکارسازی و ارسال مجدد به علت عملی بودن توجه زیادی را به خود جلب کرده است.در این مقاله با در نظرگرفتن یک سیستم رله مشارکتی با استفاده از روش آشکارسازی و ارسال مجدد، فرض می کنیم هرکدام از رله ها به چندین آنتن مجهز می باشند و با معرفی نمایه توان های جدید تلاش می کنیم ازهردو نوع دایورسیتی چندآنتنی بهره ببریم.شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد که نمایه های توان معرفی شده کارایی اینگونه سیستمهای رله ای را بهبود می دهد.
کلمات کلیدی: آشکارسازی و ارسال مجدد، دایورسیتی توأم، سیستم های چندآنتنی، نسخه توان
.1 مقدمه
برای دایورسیتی مکانی می توان به روش MIMO اشاره کرد که با استفاده از مجهز کردن فرستنده و گیرنده با تعدادی آنتن، به دایورسیتی مکانی دست یابند. دایورسیتی می تواند کارایی سیستمهای مخابراتی را به صورت قابل توجهی ارتقا دهد. به واقع با تعریف کردن دایورسیتی به صورت منفی شیب مجانبی احتمال خطا برحسب SNR، سیستم MIMO می تواند به مقدار M × N دایورسیتی ایجاد کند که M تعداد آنتن فرستنده و N تعداد آنتن گیرنده است. مقدار M × N تعداد مسیرهای مستقل بین فرستنده و گیرنده است، این مرتبه دایورسیتی قابل توجه می تواند بوسیله کدینگ فضا زمان بدست می آید.
روش V-BLAST تنها به دایورسیتی گیرنده دست می یابد و البته از لحاظ نرخ ارسال، بهینه میباشد. روش V-BLAST علاوه بر دایورسیتی ماکزیمم گیرنده، می تواند مرتبه آزادی موجود در کانال را استفاده نماید. همانند سیستمهای MIMO، هدف اصلی سیستمهای مخابراتی مشارکتی بدست آوردن دایورسیتی فضایی میباشد که بوسیله استفاده از لینکهای مشارکتی امکان پذیر می گردد. در روشهای مشارکتی گیرنده، نسخههایی از سیگنال ارسالی را که با استفاده از لینکهای ایجاد شده توسط رله ارسال شده است را دریافت می نماید در نتیجه کارایی یک سیستم مشارکتی بستگی به لینکهای رله دارد و به عبارت دیگر به تعداد رلههای مشارکتی وابسته است.
مشارکت در بین رلهها منجر به نوعی از دایورسیتی فضایی می گردد که اصطلاحا به آن دایورسیتی مشارکتی می گویند. یک سیستم مشارکتی ساده شامل منبع - S - رله - R - و مقصد - D - میباشد. چنین سیستمی می تواند دو مسیر مستقل ودر نتیجه دایورسیتی از مرتبه ی 2 ایجاد کند. در سیستمهای مشارکتی علاوه بر ایجاد دایورسیتی ایجاد شده در سیستمهای ارسال رله ای منجر به افزایش برد و کاهش آثار نامطلوب سایه اندازی* می گردد. به دست آوردن دایورسیتی MIMO در سیستمهای MIMO - V-BLAST - و همچنین دایورسیتی مشارکتی در سیستمهای مخابرات مشارکتی نیاز به طراحی مناسب سیستمی دارد. در سیستمهای MIMO گیرنده ML قادر به دست یافتن به حداکثر دایورسیتی گیرنده است ولی این گیرندهها در عمل قابل پیاده سازی نمیباشد. علت غیرقابل پیاده سازی بودن گیرنده ML ، این است که پیچیدگی آن به صورت نمایی با تعداد آنتن فرستنده افزایش می یابد.
هرچند که گیرندههای خطی همانند گیرندههای ZF و MMSE دارای پیچیدگی کمی میباشند، نمی توانند دایورسیتی گیرنده را بدست آورند.[1] یکی از روشهایی که در مقالات به منظور بهبود کارایی روشهای خطی مورد توجه قرار گرفته است روشهای مبتنی بر کاهش لتیس - LR - است. مقاله [2] نشان داده است که پیچیدگی میانگین آشکار سازهای LR تابعی چند جمله ای میباشند که نسبت به آشکارسازیهای ML به لحاظ پیچیدگی مناسب تر است. از سوی دیگر روشهای مبتنی بر تقویت و ارسال مجدد - AF - و آشکار سازی و ارسال مجدد - DF - دو نوع از روشهای بنیادی مخابرات مشارکتی هستند. در روش AF رله به سادگی سیگنال دریافتی را تقویت و به سمت گیرنده ارسال می کند و گیرنده نسخههای دریافتی از فرستنده و رله را ترکیب کرده و آشکارسازی را انجام می دهد. روش AF به دایورسیتی مشارکتی دست می یابد ولی به علت اینکه نیازمند به ذخیره آنالوگ شکل موج دارد به لحاظ عملی مناسب نیست. اخیرا توجه زیادی به روشهای مبتنی بر DF شده است زیرا این روشها از لحاظ پیاده سازی، عملی تر و ساده تر میباشد. هرچند روش DF با گیرندههای متعارف در سیستمهای مشارکتی قادر به بدست آوردن دایورسیتی مشارکتی نیست. در مقاله ی [3] یک گیرنده ی مشارکتی ارائه شده که باعث می گردد در سیستمهای مبتنی بر DF به دایورسیتی مشارکتی دست یابند.
همچنین در مقاله ی [4]یک روش وفقی**LAR ارائه شده است. این روش با تغییر مقیاس سیگنال دریافت شده بر مبنای قابل اعتماد بودن لینک منبع به رله - SR - به دایورسیتی مشارکتی دست می یابد. این تغییر مقیاس با استفاده از یک متغیر به نام نسخه توان انجام می گردد. قابل اعتماد بودن لینک منبع به رله تأثیر قابل توجهی بر کارایی سیستمهای DF داردکه این اعتماد در [5] با استفاده از کدگذاری پیشرفته ی زمانی تضمین شده است. استفاده از روشهای کدگذاری منجر به استفاده ی غیربهینه از پهنای باند می گردد .[6] دایورسیتی ایجاد شده توسط یک نسخه ی توان دلخواه، درحالت کلی مورد بررسی قرار گرفته است. آنالیز انجام شده در این پایان نامه بصورتی است که سیستم نیاز به فیدبک و کدگذاری نداشته باشد.
روشهای مختلف ایجاد کننده دایورسیتی می توانند به منظور افزایش قابل توجه کارایی ترکیب گردد .[7] در نتیجه ایده ی مجهز کردن فرستنده و گیرندههای مشارکتی با چندین آنتن اخیرا مورد توجه قرار گرفته است .[8]در واقع اعمال تکنیکهای MIMO به سیستمهای مشارکتی، کارایی این گونه سیستمها را به طرز قابل توجهی افزایش می دهد. یک سیستم MIMO ترکیب شده با شبکه ی رله می تواند به دایورسیتی توأم مشارکتی و گیرنده دست یابد. با توجه به تعریف دایورسیتی، دایورسیتی d را می توان به صورت شیب احتمال خطا در SNR های بالا تعریف نمود.
مشهور است که دایورسیتی به مرتبه ی آزادی کامل کانال معادل، ارتباط دارد. دقت کنید که در یک سیستم مشارکتی MIMO دو نوع دایورسیتی در دسترس است: دایورسیتی مشارکتی و همچنین دایورسیتی چندآنتنی . - MIMO - در سیستمیبا سه گره - فرستنده، رله و گیرنده - حداکثر دایورسیتی مشارکتی برابر با 2 میباشد.
همچنین به علت عدم استفاده از کدگذاری فضا زمان حداکثر دایورسیتی چند آنتنی برابر با N است که در واقع همان دایورسیتی گیرنده میباشد. در نتیجه در صورتی که از یک طراحی مناسب بهره ببریم می توان در چنین سیستمیبه دایورسیتی از مرتبه ی 2N دست بیابیم. در [8] نشان داده شده است که سیستم MIMO ای که از روش ZF در گیرنده و رله استفاده می کند می تواند به حداکثر دایورسیتی 1 دست یابد. همچنین نشان داده شده است که استفاده از ماتریس نسخه ی توان مناسب در رله، باعث می شود که دایورسیتی مشارکتی بدست آید. به منظور اضافه کردن دایورسیتی گیرنده از یک روش مبتنی بر درخواست اتوماتیک * - ARQ - استفاده شده است. تعداد تکرار در این روش با استفاده از پارامتری به نام نقصان تعامد - OD - انجام می پذیرد در واقع پارامتر OD میزان تعامد کانال را مشخص می کند.
روش ARQ زمانی که با روش LAR ترکیب می گردد به حداکثر بهره ی مشارکتی در دسترس دست می یابد. در ادامه روشی را ارائه می دهیم که به منظور رسیدن به حداکثردایورسیتی مشارکتی، بدون نیاز به ارسال مجدد، طراحی شده است. ادامه این مقاله به این صورت ارائه شده است : در بخش 2 مدل سیستم را ارائه می دهیم سپس در بخش 3 نسخه توان چندآنتنی را معرفی می کنیم و پس از آن در بخش 4 آشکارسازی پیشنهادی را ارائه می دهیم و نهایتاً در بخش 5 با انجام شبیه سازی هایی کارایی روش پیشنهادی را بررسی خواهیم کرد.
.2 مدل سیستم
یک سیستم رله ای با یک فرستنده، یک رله و یک گیرنده در نظر می گیریم. هر کدام از گره های این سیستم مجهز به N آنتن می باشند. کانالهای بین فرستنده، رله و مقصد را بترتیب 0، 1 و 2 نشان می دهیم. این کانال ها دارای فیدینگ مسطح و مستقل درنظر گرفته می شوند. به منظور جلوگیری از تداخل، سیستم را به صورت یک طرفه درنظر می گیریم فرض می کنیم که این سیستم در دو برش زمانی کار می کند در برش زمانی اول بردار N بعدی که حاوی سمبل های اطلاعات است از فرستنده ارسال می گردد که ∈ و نقاط منظومه است. رله سیگنال دریافتی را آشکارسازی کرده مجددا کدگذاری و به مقصد ارسال می کند. ارسال رله در برش زمانی دوم انجام می گیرد. به منظور سادگی نمایش اندیس های 0 و 1 و 2 به ترتیب لینک منبع به رله، منبع به مقصد و رله به مقصد را نشان می دهد.
