거시적 다양성

무선통신 분야에서 매크로다양성은^[1]^[2] 동일한 신호를 전송하기 위해 여러 수신기나 송신기 안테나를 사용하는 공간 다양성 계획의 일종이다. 송신기 사이의 거리는 파장보다 훨씬 길며, 그 거리가 파장 순서에 있거나 파장보다 짧은 미생물 다양성과는 대조적이다.

셀룰러 네트워크나 무선 LAN에서, 거시적 다양성은 안테나가 일반적으로 서로 다른 기지국 사이트나 접속 지점에 위치한다는 것을 의미한다. 수신기 거시적 다양성은 안테나의 한 형태로, 지역 안테나 또는 수신기에서 중앙 수신기 또는 디코더로 신호를 매개하는 인프라가 필요하다. 송신기 거시적 다양성은 여러 노드에서 동일한 신호가 전송되는 시뮬레이팅의 한 형태일 수 있다. 신호가 동일한 물리적 채널(예: 채널 주파수 및 확산 시퀀스)을 통해 전송되는 경우, 송신기는 단일 주파수 네트워크(특히 방송계에서 사용되는 용어)를 형성한다고 한다.

목표는 페이딩과 싸우고 기지국 또는 접근 지점 사이의 노출된 위치에서 수신된 신호 강도와 신호 품질을 높이는 것이다. 매크로 다양성은 또한 같은 정보를 전송하는 모든 송신기에 동일한 주파수 채널을 사용할 수 있는 효율적인 멀티캐스트 서비스를 촉진할 수 있다. 다양성 체계는 송신기(다운링크) 매크로 다양성 및/또는 수신기(업링크) 매크로 다양성에 기초할 수 있다.

예

CDMAsoft 핸드오프:
- UMTS 부드러운 핸드오버
OFDM과 주파수 영역 균등화(FDE) 기반 단일 주파수 네트워크(SFN)는 DVB-T, DAB 등 방송 네트워크에서 사용되는 송신기 매크로다양성의 한 형태다.
- DSFN(Dynamic Single Frequency Network) - 스케줄링 체계가 SFN 구성을 트래픽 조건 및/또는 수신기 조건에 동적으로 조정
- 802.16e 매크로 다이버시티 핸드오버(MDHO)
- 3GPP 장기 진화(LTE) 멀티캐스트 브로드캐스트 단일 주파수 네트워크(MBSFN)는 인접한 셀에 있는 많은 모바일에 동일한 데이터를 효율적으로 전송할 수 있게 한다.
- 예를 들어 3GPP 장기 진화(LTE) 조정 다중점 전송/감지(CoMP)와 같은 협력적 다양성으로 인해 여러 기지국 전송 범위의 중복에 위치한 모바일로 데이터 전송 속도를 높일 수 있다.

양식

거시적 다양성의 기본 형태는 단일 사용자 거시적 다양성이라고 불린다. 이 형식에서 안테나가 여러 개 있을 수 있는 단일 사용자는 여러 기지국과 통신한다. 따라서 시스템의 공간적 자유도(DoF)에 따라 사용자는 복수의 독립 데이터 스트림을 기지국으로부터 동시 및 주파수 자원으로 송수신할 수 있다.

단일 사용자 거시적 다양성
- 업링크 매크로다양성
- 다운링크 매크로다양성

거시적 다양성의 차상적인 형태에서, 복수의 분산 사용자들은 동일한 시간과 빈도 자원으로 복수의 분산된 기지국과 통신한다. 이러한 형태의 구성은 가용 공간 DoF를 최적으로 활용하여 셀룰러 시스템 용량과 사용자 용량을 상당히 증가시키는 것으로 나타났다.

다중 사용자 매크로다양성
- 매크로다양성 다중접속채널(MAC)^[2]
- 매크로다양성방송채널(BC)^[3]^[4]

수학적 설명

3개의 기지국(BS)과 2개의 이동국(MS)이 있는 전형적인 다중이용자 매크로다양성 업링크 통신 시나리오. 모든 BS는 백홀 처리 장치(BPU)에 연결된다.^[2]

여기서 고려하는 매크로다양성 다중 사용자 MIMO 업링크 통신 시스템은 $\scriptstyle N$ ${\$ 분산 $\scriptstyle N$ 단일 안테나 사용자와 $\scriptstyle n_{R}$ ${\$ n_ ${R}$ 분산 $\scriptstyle n_{R}$ 단일 안테나 기지국(BS)으로 구성된다. 잘 확립된 협대역 플랫 페이딩 MIMO 시스템 모델에 따라 다음과 같이 입출력 관계를 부여할 수 있다.

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

여기서 $\scriptstyle \mathbf {y}$ ${\$ 및 $\scriptstyle \mathbf {y}$ $\scriptstyle \mathbf {x}$ {\ $displaystyle \script$ $style$ $\$ $mathbf$ ${x$ $}$ 은 $\scriptstyle\mathbf{x}$ $($ 는) 수신 및 송신 벡터, $\scriptstyle \mathbf {H}$ ${\\$ $\mathbf$ { $n}$ 및 n $}은$ 는 $\scriptstyle {\mathbf {H}}$ ) 매크로다양성 채널 매트릭스페이스다. 각각 상관 관계가 없는 AWGN 노이즈 벡터. AWGN 노이즈의 전력 스펙트럼 밀도는 $\scriptstyle N_{0}$ $\scriptstyle N_{0}$ ${\$ 로 가정한다 $\scriptstyle N_{0}$ $\scriptstyle \mathbf {H}$ ${\$ $i,j}$ 의 $\scriptstyle i,j$ 요소인 i $\scriptstyle i,j$ $\scriptstyle i,j$ {\displaystyle $\mathbf {H$ $h_{ij}$ $h_{ij}$ ${\$ 는 $\scriptstyle i,j$ j ${\$ $displaysty \style i,j}$ 구성 $\scriptstyle i,j$ $\scriptstyle j$ 의 페이딩 계수(Peding 참조)를 나타낸다 $h_{ij}$ . $displaystyle \scriptstyle j}$ 사용자 $\scriptstyle j$ 및 $\scriptstyle i$ ${\$ i} $기지국$ 거시적 다양성 시나리오에서

E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j

{ h

E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j

j

E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j

E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j

=

E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j

i

E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j

i

,

j {\

displaystyle E\left\{\\\lft h_{ij}\right ^{2}\rig\}=g_{ij}\quad \all i,j},

E\left\{\left|h_{ij}\right|^{2}\right\}=g_{ij}\quad \forall i,j

여기서 $\scriptstyle g_{i,j}$ $\scriptstyle g_{i,j}$ , j ${\$ $\scriptstyle {\frac {g_{ij}}{N_{0}}}$ $}}$ 은(는) g i J N $\scriptstyle {\frac {g_{ij}}{N_{0}}}$ ${\$ }}{nij $}}}$ 의 평균 링크 SNR을 제공하는 평균 링크 게인이라고 한다 $\scriptstyle g_{i,j}$ . $N_{0$ 따라서 거시적 다양성 전력 프로필 매트릭스는^[2] 다음과 같이 정의될 수 있다.

\mathbf {G} ={\begin{pmatrix}g_{11}&\dots &g_{1N}\\g_{21}&\dots &g_{2}N}\\\dots &\dots &\dots \\\\\dots \\\g_{n_{R}1}&\dots &g_{n_{R}N}\\end{pmatrix}}}.

원래의 입출력 관계는 매크로다양성 전력 프로필과 소위 정규화된 채널 매트릭스인 $\mathbf {H} _{w}$ w ${\$ 의 관점에서 다시 작성될 수 있다 $\mathbf {H} _{w}$

\mathbf {y} =\left(\left(\mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}\right)\circ \mathbf {H} _{w}\right)\mathbf {x} +\mathbf {n}

.

여기서 $\mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}$ $\mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}$ 1 $\mathbf {G} ^{\circ {\frac {1}{2}}}$ ${\$ {\ $frac{1}{2$ }}은 $\mathbf {G}$ ${\$ 의 원소형 제곱근이며 ${\mathbf {G}}^{{\circ {\frac {1}{2}}}}$ $\mathbf {G}$ 연산자 $\circ$ ${\displaystyle \circir$ }은 $\circ$ Hadamard 곱셈을 나타낸다. $\mathbf {H} _{w}$ $\scriptstyle i,j$ , $\scriptstyle i,j$ ${\$ 그 요소는 $\scriptstyle i,j$ $\mathbf {H} _{w}$ w $\mathbf {H} _{w}$ {\ $displaystyle \mathbf$ { $H} _{$ $h_{w,ij}$ $h_{w,ij}$ w , $h_{w,ij}$ j $h_{w,ij}$ {\ $displaystyle h_{w$ ,ij $}$ 에 의해 주어진 조건을 만족한다 $h_{w,ij}$

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

{

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

i

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

=

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

E\left\{\left|h_{w,ij}\right|^{2}\right\}=1\quad \forall i,j

{\displaystyle E\left\{\\\lft h_{w,ij}\right

^{

2}\right\}=1\quad \fall i,j

매크로다양성 전력 프로파일 매트릭스의 $\mathbf {G}$ 인 G ${\$ 과 $\mathbf {G}$ (와) 페이딩 중인 다중 사용자 매크로다양성 시스템의 성능 사이에 기능적 링크가 존재하는 것으로 나타났다.^[2] 매크로다양성이 단지 전력 프로파일에서만 나타나는 것처럼 보이지만, 매크로다양성에 의존하는 시스템은 일반적으로 다른 유형의 전송 전력 제약 조건( $\mathbf {x}$ : x ${\$ 의 각 요소는 제한된 평균 전력을 가지고 있음 $\mathbf {x}$ )과 통신 시 서로 다른 조정 송신기/수신기의 집합을 가질 것이다.서로 다른 사용자와 동기화하는 방법.^[4] 위의 입력-출력 관계는 각 송신기 및/또는 수신기에 여러 안테나가 있을 때 케이스로 쉽게 확장될 수 있다는 점에 유의하십시오.

참고 항목

참조

^ D. Gesbert, S. Hanly, H. Huang, S. Shamai, O. Simeone, W. Yu, Multi-cell MIMO 협력 네트워크: 통신에서 선택된 영역에 대한 IEEE 저널의 간섭에 대한 새로운 견해, 28권, 9권, 페이지 1380-1408, 2010년 12월.
^ ^a ^b ^c ^d ^e D. A. Basnayaka, P. J. Smith 및 P. A. Martin, 2013년 5월 평면 Rayleigh 페이딩 IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 12, 5, 페이지 2240-2251에서 MMSE 및 ZF 수신기를 사용한 매크로다양성 MIMO 시스템의 성능 분석.
^ M. K. 카라카얄리, G. J. 포스키니, R. A. Valenzuela, 2006년 8월 13권, 4권, 56-61, 8월, 셀룰러 시스템 IEEE 무선 통신 매거진에서 시각적으로 효율적인 통신을 위한 네트워크 조정.
^ ^a ^b E. Björnson과 E. Jorswiek, Coordinated Multi-Cell Systems에서의 최적의 자원 할당, 통신 및 정보 이론의 기초와 동향, 2013년 2권 9호, 2-3호, 페이지 113-381,

[Gesbert2010-1] D. Gesbert, S. Hanly, H. Huang, S. Shamai, O. Simeone, W. Yu, Multi-cell MIMO 협력 네트워크: 통신에서 선택된 영역에 대한 IEEE 저널의 간섭에 대한 새로운 견해, 28권, 9권, 페이지 1380-1408, 2010년 12월.

[Basnayaka-2] D. A. Basnayaka, P. J. Smith 및 P. A. Martin, 2013년 5월 평면 Rayleigh 페이딩 IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 12, 5, 페이지 2240-2251에서 MMSE 및 ZF 수신기를 사용한 매크로다양성 MIMO 시스템의 성능 분석.

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