یزد دانشگاه

کامپیوتر و برق دانشکده

مخابرات گروه

پایاننامه

ارشد کارشناسی درجه دریافت برای

مخابرات(سیستم) - برق مهندسی

فضایی مدوالسیون عملکرد بهبودچندمسیری محوشدگی با کانالهای در

راهنما: استاد

سعادت رضا دکتر

مشاور: استاد

ابوئی جمشید دکتر

نگارش: و پژوهش

رضوانی علیرضا

١٣٩٢ شهریور

ودشان و رموازسا گ شاخو ھا آ ه ازر ه مسا داکار وارو یا دروما م، ازروی م وردگارمراشای نا شانورو یکال شان، گا وغ رمو ت خاریا جا ودشان و ی ا دم. ند ه بعمو راه

جایآورم. را ت ان ش د با ت. ما د یز یجاودا رما شان روم. ی م قد م دروما غ، ی ت و ی ذ ود از پاسیک لرا ا ن ا

ت... ی و اغ،خا آگارش نو دو ندهرا ی ا ه مازک یدا الزم ود ید. جامر را ز م ن شا سا ارم پاس را د داون جاما لا ا ه ک عادت ر د ی آ ناب زا تاد ا از م. ما ی دردا و ما د ود یاری نپایان ان یا ی و ا ر ید نابآ ه تاد نازا ارم. پاس دازه یا د ود ما را ی رو و با و ورا ش واز ور، ل رز د م رکارخا نو د ر د ی نابآ م.از ما ی ی دردا و ما م ند ه شان شاورها دتاز

ارم. پاس آن شان یا نا اتکار واعالم نپایان ا ی لارزیا د ز ق، ه دا ه ید اسا

چکیدهحداقل به نیاز روش این میباشد. MIMO سیستمهای از استفاده جدید روش یک فضایی مدوالسیون

بازه هر در واقع در نمیکنند. ارسال داده همزمان صورت به آنتنها و دارد فرستنده در آنتن دو

و کانالی بین تداخل از جلوگیری سبب عامل همین و میباشد فعال آنتن یک تنها سیگنالدهی،

مزیت مهمترین این و بود خواهد سادهتر گیرنده در آشکارسازی نتیجه در میشود. آنتنی بین تداخل

این در میباشد. فضا-زمان کدگذاری و V-BLAST جمله از روشها سایر به نسبت فضایی مدوالسیون

k زیررشتههای به ارسالی بیت رشته واقع در میباشد. اطالعات دارای نیز آنتنها فضایی موقعیت روش

اطالعات بیت k از بخشی میشوند. ارسال شکل دو به نیز بیتی k اطالعات این و میشود تقسیم بیتی

با و ... و MPSK ،MQAM مانند خطی مدوالسیونهای توسط اطالعات بقیه و آنتن اندیس از استفاده با

تعمیمیافته فضایی مدوالسیون فضایی، مدوالسیون توسعهیافته حالت میشود. ارسال رایج روشهای

جهت روش چندین میباشد. فعال همزمان طور به آنتن چندین سمبل دوره یک در آن در که میباشد

از استفاده با که است شده داده نشان و شده مطرح تعمیمیافته فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود

از استفاده همچنین و آنتنها از نشده استفاده حالتهای از استفاده مناسب، صورت به کانال کدگذاری

کاهش بدون کمتری خطای احتمال به میتوان گیرنده و فرستنده سمت دو در بیشتر آنتنهای تعداد

اضافی پیچیدگی مقداری شدن افزوده سبب اشارهشده روشهای از هریک که یافت دست طیفی بازده

بسته شکل به رابطهای همچنین است. شده مقایسه و محاسبه سوم فصل در که بود خواهد سیستم به

این آنتن، یک بودن فعال فرض با و شده مطرح تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال برای

بود. خواهد استفاده قابل نیز میباشد فضایی مدوالسیون همان که معمول روش برای رابطه

مسیری، چند محوشدگی فضایی، مدوالسیون خروجی، ورودی-چند چند سیستمهای واژه: کلید

کانال حالت اطالعات فضا-زمان، کدهای

مطالب فهرست

آ مطالب فهرست

ج تصاویر فهرست

ه جداول فهرست

١ مقدمه ١٢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . پیشگفتار ١-١٢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . تاریخچه ١-٢٤ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . آینده فصول به نگاهی ١-٣

٥ آنتنه چند سیستمهای ٢٦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . مقدمه ٢-١٧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . آنتنه چند سیستمهای مزایای ٢-٢٧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . تسهیم بهره ٢-٢-١١٠ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . چندگانگی بهره ٢-٢-٢١٤ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . آرایه بهره ٢-٢-٣١٥ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . بهره سه میان مصالحه ٢-٢-٤١٦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MIMO کانال مدل ٢-٣١٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (STC) زمان فضا- کدگذاری ٢-٤١٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . زمان ـ فضا بلوکی کدهای ٢-٤-١١٩ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . الموتی. روش برای بهینه گیرنده٢٠ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . متعامد زمان فضا- بلوکی کدهای٢٠ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . زمان فضا- ترلیس کدهای ٢-٤-٢٢٢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ای الیه فضا-زمان کدهای ٢-٥٢٣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D-BLAST ٢-٥-١٢٤ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-BLAST ٢-٥-٢٢٧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون ٢-٦٢٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . مدوالسیون عملکرد ٢-٧

٢٩ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون در فرستنده ٢-٧-١٣٠ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون در بیسیم کانال ٢-٧-٢٣١ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون در گیرنده ٢-٧-٣٣١ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون معایب و مزایا ٢-٨٣٢ . . . . . . . . . . . . . . MIMO روشهای سایر به نسبت SM مزایای ٢-٨-١٣٣ . . . . . . . . . . . . . . MIMO روشهای سایر به نسبت SM معایب ٢-٨-٢٣٤ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . گیرنده در ارسالی سیگنال آشکارسازی روشهای ٢-٩٣٧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون در آنتن چند از همزمان ارسال ٢-١٠

٤١ فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود ٣٤٢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . مقدمه ٣-١٤٢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . سیستم مدل و فرضیات ٣-٢٤٤ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . QAM مدوالسیون شبیهسازی ٣-٣٤٥ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون شبیهسازی ٣-٤٤٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . تعمیمیافته فضایی مدوالسیون شبیهسازی ٣-٥٥٠ . . . . . . . . . . . . . . . تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال محاسبه ٣-٦٥٥ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود ٣-٧٥٦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . کانولوشنال کدگذاری از استفاده ٣-٧-١٥٧ . . . . . . . . . . . . . کانولوشنال کدهای در کدگشایی و کدکنندگی ٣-٧-٢٥٩ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . پریتی چککننده کد از استفاده ٣-٧-٣٦٢ . . . . . . . . . . . آنتنها ترکیب شده صرفنظر حالتهای از استفاده ٣-٧-٤٦٣ . . . . . گیرنده و فرستنده سمت در بیشتر آنتنهای تعداد از استفاده ٣-٧-٥٦٧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . محاسباتی پیچیدگی محاسبه ٣-٨٦٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MIMO روش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-١٦٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SM روش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٢٦٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . GSM روش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٣٦٨ . . . . . . اضافی آنتنهای تعداد با GSM روش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٤٦٩ . . . . . . . . . . . . . پریتی کد با GSM روش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٥٦٩ . . . . . . . . محذوف حالتهای با GSM روش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٦٦٩ . . . . . . . . . . کانولوشنال کد با GSM روش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٧

٧١ پیشنهادات و جمعبندی ٤٧٢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . جمعبندی ٤-١٧٣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . پیشنهادات ٤-٢

٧٩ Bibliography

ب

تصاویر فهرست

٧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MIMO مودم یک از نمایی ٢-١١٠ . . . . . . . . . . . . گیرنده و فرستنده در آنتن چندین از استفاده با ارسال نرخ افزایش ٢-٢١١ . . . . . . . . . . . . . . . . . . گیرنده در آنتن چندین از استفاده با خطا احتمال بهبود ٢-٣١٣ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . گیرنده در دریافتی سیگنال دو ترکیب اثر ٢-٤١٥ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . تسهیم و چندگانگی روش دو مقایسه ٢-٥١٦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . چندگانگی[١٨] و تسهیم بهره مصالحه ٢-٦١٧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MIMO 2x2 برای کانال ماتریس ضرایب ٢-٧١٧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MIMO 2x2 برای کانال محوشدگی لحظهای ضرایب ٢-٨١٩ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . الموتی کد در فرستنده ساختار ٢-٩٢١ . . . . . . . . . . . . . . [١٩] STTC در QPSK مدوالسیون و حالته چهار ترلیس دیاگرام ٢-١٠

فضا-زمان ترلیس کدهای در مختلف ترلیس حالتهای تعداد برای خطا احتمال مقایسه ٢-١١٢٢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [١٩]

٢٤ . . . . . . . . . . . . قطری[١٩] الیههای صورت به D-BLAST در شده ارسال سمبلهای ٢-١٢٢٥ . . . . . . . . . . . . . . . [١٩] قبلی مراحل تداخل حذف و D-BLAST کدگشایی روش ٢-١٣٢٥ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V-BLAST در فرستنده بلوک ٢-١٤٢٦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . افقی الیههای صورت به V-BLAST در داده ارسال ٢-١٥٢٩ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [٢١]SM در منظومه بعدی سه نمایش ٢-١٦٣٠ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی[٢١] مدوالسیون در فرستنده ٢-١٧٣١ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی[٢١] مدوالسیون در بیسیم کانال ٢-١٨٣٢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فضایی[٢١] مدوالسیون در آشکارساز ٢-١٩٣٣ . . . . . . . . . . فضایی[٢١] مدوالسیون در کاربره تک و چندکاربره آشکارسازی مقایسه ٢-٢٠٣٥ . . . . . [١]3 bps/Hz طیفی بازده با چندآنتنه سیستم از استفاده مختلف روشهای مقایسه ٢-٢١٣٦ . . . . . [١]6 bps/Hz طیفی بازده با چندآنتنه سیستم از استفاده مختلف روشهای مقایسه ٢-٢٢

ارسال[٤] مختلف روشهای برای فضایی مدوالسیون در بهینه زیر و بهینه آشکارساز مقایسه ٢-٢٣٣٧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

٤٦ . . . . . . . گیرنده در آنتن ٤ و فرستنده در آنتن ٢ با QAM مدوالسیون خطای احتمال ٣-١٤٦ . . . . . . . گیرنده در آنتن ٤ و فرستنده در آنتن ٧ با QAM مدوالسیون خطای احتمال ٣-٢٤٧ . . . . . . . . . . . . . . . متفاوت چندگانگی مرتبهای با 128QAM مدوالسیون مقایسه ٣-٣

٤٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فرستنده در آنتن ٤ با فضایی مدوالسیون ٣-٤٤٩ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فرستنده در آنتن ٨ با فضایی مدوالسیون ٣-٥٥١ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال ٣-٦٥١ . . . . . . . . . . . . . . چندآنتنه سیستم در داده ارسال برای مختلف روش سه مقایسه ٣-٧٥٥ . . . . . . . . . . . . . . . تحلیلی و شبیهسازی حالت در سمبل خطای احتمال مقایسه ٣-٨٥٦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فرستنده در متفاوت فعال آنتنهای تعداد مقایسه ٣-٩٥٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . تعمیمیافته فضایی کدشده مدوالسیون دیاگرام بلوک ٣-١٠٥٨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . شبیهسازی در استفاده مورد کانولوشنال کد کدکننده ٣-١١٥٩ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ویتربی الگوریتم اولیه حالت ٣-١٢٦٠ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ویتربی الگوریتم شونده تکرار حالت ٣-١٣٦٠ . . . . . . . تعمیمیافته فضایی مدوالسیون و شده کد مدوالسیون خطای احتمال مقایسه ٣-١٤٦٢ . . . . آن بدون و پریتی کد وجود با تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال مقایسه ٣-١٥٦٤ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . شده ارائه جدید روش و GSM خطای احتمال مقایسه ٣-١٦٦٥ . . . . . . . . . . . . . فرستنده در موجود آنتنهای تعداد افزایش با GSM خطای احتمال ٣-١٧٦٥ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فرستنده سمت در بیشتر آنتنهای تعداد از استفاده ٣-١٨٦٦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . روش دو در دریافتی آنتنهای تعداد افزایش مقایسه ٣-١٩

د

جداول فهرست

٢٢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . STTC روش در آنتنها از ارسالی سمبلهای ٢-١٣٨ . . . . . . . . . . . . . . . GSM در آنتنها بودن فعال مختلف حالتهای به کد تخصیص ٢-٢

٥٨ . . . . . . . . . . . . . . . کدکننده ثباتهای وضعیت مختلف حالتهای به کد تخصیص ٣-١٦١ . . دوم و اول آنتن از ارسال فرض با گیرنده در آنتنها مختلف ترکیبهای تخمین احتمال ٣-٢

.

١ فصل

مقدمه

پیشگفتار ١-١

سیمکشی، به نیاز عدم میباشد. افزایش حال در روز به روز بیسیم ارتباطی وسایل از استفاده میزان

بیسیم ارتباطات از استقبال دالیل جمله از میتوان را ... و ارتباط حین در تحرک امکان آسان، نصب

چالش دو باالتر، ارسال نرخ به دستیابی و اطالعات ارسال در خطا احتمال کاهش آورد. حساب به

کیفیت، با ارسال یک به دستیابی جهت به میشود. محسوب بیسیم مخابراتی سیستمهای در عمده

وفقی٢ مدوالسیون و کدگذاری١ به میتوان که است شده مطرح تاکنون مختلفی روشهای

ورودی-چند چند سیستمهای ، فضا-زمان٤ کدهای ، تکرارشونده٣ کدگشایی الگوریتمهای ،

نمود. اشاره حاملی٦ چند مدوالسیون و خروجی٥

و/یا فرستنده سمت در آنتن چندین از استفاده باکیفیت، ارسال به دستیابی اصلی روشهای از یکی

کاربردها برخی در میگیرد. قرار استفاده مورد مختلفی شکلهای به کاربرد، به بسته که میباشد گیرنده

نیز کاربردهایی در و خطا احتمال کاهش دیگر برخی در و میباشد اهمیت دارای ارسال نرخ افزایش

بحث مورد خصوص این در اخیرا که روشهایی جمله از میگیرد. قرار نظر مد توأم صورت به دو هر

میباشد[١]. فضایی٧ مدوالسیون روش است گرفته قرار

تاریخچه ١-٢

٨SSK مدوالسیون معرفی به آن در و شده منتشر [٢] در بار اولین برای فضایی مدوالسیون تاریخ، گذر در

در فضایی مدوالسیون متداول روش میباشد. فضایی مدوالسیون از خاصی حالت واقع در که پرداخته

میشود، محسوب طیفی بازده افزایش راههای جمله از که روش این در شد. مطرح [١] در ٢٠٠٦ سال

آنتن از سمبل یک رفته، بکار مدوالسیون نوع به بسته و باشد فعال میتواند آنتن یک تنها لحظه هر در

است شده ارائه ارسالی سمبل و آنتن شماره آشکارسازی برای روشی مقاله این در میشود. ارسال فعال

است رفته کار به OFDM١٠ در فضایی مدوالسیون [٣] در است. شده برده نام I-MRC٩ به آن از که

در آمده بدست نتایج است. شده مقایسه Alamouti-OFDM و V-BLAST OFDM مانند روشهایی با و

١Coding٢Adaptive Modulation٣Iterative decoding٤Space Time Codes٥Multi Input, Multi Output

٦Multicarrier Modulation٧Spatial Modulation٨Space Shift Keying٩Iterative Maximum Ratio Combining

١٠Orthogonal Frequency Division Multiplexing

٢

میباشد. دیگر روش دو با مقایسه در SM-OFDM در پیچیدگی ٩٠درصدی کاهش دهنده نشان [٣]

معیار با ارسالی سمبلهای شدن فرض هماحتمال شرایط در خطا احتمال لحاظ از بهینه آشکارساز

خطای احتمال نمودار مقایسه است. شده ارائه [٤] در فضایی مدوالسیون برای شباهت١ بیشترین

مدوالسیون مطلوبتر عملکرد از حاکی برابر، طیفی بازده یک در بهینه آشکارساز با SM و V-BLAST

فعال آنتن یک جای به فعال آنتن چندین از استفاده ایده [٥] در میباشد. دیگر روش به نسبت فضایی

از استفاده با [٧ ،٦] در میشود. طیفی بازده افزایش سبب که است شده مطرح سمبل دوره هر در

داده نشان و شده مطرح TCSM٣ بحث آنتن، چندین از استفاده و ترلیس٢ کدشده مدوالسیون مفهوم

کدهای در فضایی مدوالسیون [٨] در دارد. بهتری عملکرد TCM با مقایسه در TCSM که است شده

در گردد. حاصل توأما چندگانگی و کدگذاری بهره تا شده سبب و است رفته بکار زمان - فضا بلوکی

داده نشان و است شده بررسی کانال ضرایب تخمین در خطا وجود با فضایی مدوالسیون کارایی [٩]

از استفاده برای جدید روشی [١٠] در میباشد. مقاوم کانال تخمین خطای مقابل در روش این که شده

استاندارد روش به نسبت بیشتری تسهیم بهره دارای که شده ارائه آنتن یک جای به فعال آنتن چندین

همبستگی دارای محوشدگی با کانال یک در فضایی مدوالسیون خطای احتمال نیز [١١] در میباشد.

است. شده مطرح خطا احتمال روابط و است شده بررسی مختلف مدوالسیون روشهای با و

است آن تعمیمیافته، فضایی مدوالسیون و فضایی مدوالسیون روشهای در موجود مشکالت از یکی

شماره تخمین آنکه دلیل به ندارد وجود آنتن(ها) شماره تخمین برای چندگانگی از استفاده امکان که

تالش پایاننامه این در بنابراین میباشد. کانال محوشدگی ضرایب از استفاده کمک به فعال آنتن(های)

کاربرد به بسته موارد برخی در همچنین شود. ارائه آنتن(ها) خطای احتمال بهبود جهت روشی تا شده

جهت روشهایی که میباشد ارسالی توان افزایش بدون مشخص، مقداری تا خطا احتمال کاهش به نیاز

است. شده ارائه کار این

١Maximum Likelihood٢Trellis Coded Modulation

٣Trellis Coded Spatial Modulation

٣

آینده فصول به نگاهی ١-٣

سیستم از آمده بدست بهرههای آنها، کردن مدل ،MIMO آنتنهای خصوص در کلیاتی دوم فصل در

جمله از داده ارسال روشهای ، آرایه٣ بهره و تسهیم٢ بهره ، دایورسیتی١ بهره جمله از MIMO

آورده نیز مقاالت در شده ارائه نتایج از برخی و است شده بیان SM و V-BLAST فضا-زمان، کدهای

شبیهسازی همچنین چندمسیره، محوشدگی دارای کانال و چندآنتنه سیستم شبیهسازی است. شده

احتمال محاسبه برای بسته شکل یک ارائه و تعمیمیافته فضایی مدوالسیون و فضایی مدوالسیون

همچنین است. شده مطرح سوم فصل در فضایی مدوالسیون و تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای

در نیز آنها محاسباتی پیچیدگی بررسی همراه به فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود جهت روشهایی

خصوص در پیشنهاداتی و پروژه انجام از گیری نتیجه نیز پایانی فصل در است. شده آورده فصل این

است. شده مطرح مدوالسیون این روی بر کار

١Diversity Gain٢Multiplexing Gain

٣Array Gain

٤

٢ فصل

آنتنه چند سیستمهای

مقدمه ٢-١

از آنتن، یک جای به آن در که میرود کار به آنتنه تک سیستمهای مقابل در آنتنه چند سیستمهای

بکار آنتنهای تعداد لحاظ از بیسیم ارتباطات میشود. استفاده گیرنده و/یا فرستنده در آنتن چندین

میشوند. تقسیم دسته چهار به گیرنده و فرستنده در رفته

١SISO •

٢SIMO •

٣MISO •

MIMO •

به مربوط MIMO اولیه ایده میشوند. محسوب MIMO خاص حالتهای اول دسته سه واقع در که

به بیسیم مخابرات حوزه در را زیادی توجهات عرضه، از پس تکنولوژی این میباشد. ١٩٧٠م سال

،IEEE 802.11n (WiFi) مانند بیسیم مخابرات استانداردهای مهم بخش یک امروزه و کرد جلب خود

برای آنتن چندین از استفاده است. داده اختصاص خود به را ... و ،IEEE 802.16e (WiMax) ،3GPP ،4G

جلب صنعتی و دانشگاهی محیطهای در ٢٠٠٠ سال از را زیادی توجهات بیسیم مخابرات سیستمهای

در که شود آنتن بهره یا و چندگانگی بهره تسهیم، بهره سبب میتواند آنتن چندین از استفاده کرد.

به مییابد. بهبود تداخل و نویز به سیگنال نسبت یا و خطا احتمال ارسال، نرخ ترتیب، به آن نتیجهی

نیاز بلکه نمیباشد؛ نیاز مورد باال ارسال نرخ یک تنها مطمئن، سرویس٤ کیفیت یک تضمین جهت

دلیل به بیسیم مخابرات سیستم یک در اما شود. گرفته نظر در باید نیز خوب خطای کارایی یک به

محوشدگی٧ اثرات آن بر عالوه و مییابد انتشار مسیره چند صورت به سیگنال ، انکسار٦ و بازتاب٥

همزمان طور به هدف دو هر به دستیابی برای چالشی و میشود ارسالی سیگنال شدن خراب سبب نیز

دارد. وجود توان بازده و طیفی بازده بین مصالحه٨ یک همواره ثابت، باند پهنای یک در میباشد.

میدهد. نشان را MIMO مودم یک از (٢-١)نمایی شکل

١Single Input, Single Output٢Single Input, Multi Output٣Multi Input, Single Output٤Quality of Service

٥Reflection٦Refraction٧Fading٨Trade off

٦

MIMO مودم یک از نمایی :٢-١ شکل

آنتنه چند سیستمهای مزایای ٢-٢

یک در میشود. پرداخته چندآنتنه سیستمهای از آمده بدست بهره١های انواع بررسی به بخش این در

معمول حالت با مقایسه در سیستم در مزیتی بتوان روش یک از استفاده با که زمانی مخابراتی، سیستم

و خطا احتمال کاهش شامل مزیت این که میباشد بهره دارای فوق روش که میشود گفته نمود ایجاد

کدگذاری از استفاده نمونه عنوان به میباشد. طیفی بازده و ارسال نرخ افزایش یا ارسالی انرژی کاهش

مینماید. سیستم برای بهره ایجاد روش این پس میشود. دریافت در خطا احتمال کاهش سبب کانال

آنقدر را ارسالی انرژی میزان میتوان پس است یافته کاهش دریافتی، خطای احتمال میزان که آنجا از

بهره میزان همان فوق انرژی کاهش میزان کند. برابری معمول روش خطای احتمال با تا داد کاهش

است. شده بررسی ادامه در که میآید بدست بهره نوع سه چندآنتنه سیستم یک در میباشد. حصولی

تسهیم بهره ٢-٢-١

میشود گفته الیه٢ آن به اغلب که مستقل رشته زیر NT به ارسالی بیت رشته فضایی، تسهیم روش در

آنتنهای تعداد اگر میشود. ارسال آنتن، یک از رشتهها زیر از هریک همزمان طور به و میشود تقسیم

که دارد برابری NT بهبود SISO سیستم یک با مقایسه در حالت این در ارسال نرخ باشد NT ارسالی

باالتر ارسالی توان سطح یا و بیشتر باند پهنای با تا است الزم خطا احتمال افزایش از جلوگیری جهت

تا است الزم گیرنده در میشود ارسال فرکانسی باند یک در الیهها همه که آنجا از نمود. جبران را آن١Gain ٢Layer

٧

نرخ افزایش از حاصل بهره شوند. جدا یکدیگر از آنها ، تداخل١ حذف روشهای از نوع یک کمک با

از شیوه ٤ به مخابراتی کانالهای کلی طور به گویند. تسهیم بهره را SISO روش با مقایسه در ارسال

از: عبارتند که مینمایند عمل مستقل هم

٢TDM •

یک به هرکدام که میشود تقسیم ثابت طول با کوچکتر بازه چندین به زمانی بازه TDM روش در

میگیرد. قرار استفاده مورد مختلف کانالهای از دادهها ارسال برای و مییابد اختصاص زیرکانال

پس است. هماهنگکننده کانال یک و زیرکانال هر برای زمانی بازه یک شامل TDM قاب٣ یک

میشود. تکرار جدید قابی با فوق روال مجددا زیرکانال آخرین از

٤FDM •

که میشود تقسیم فرکانسی زیرباندهای از مجموعهای به دسترس در باند پهنای FDM روش در

میشود. استفاده جدا سیگنال یک ارسال برای زیرباندها این از یک هر ندارند. همپوشانی هم با

زیادی سیگنالهای تا میدهد اجازه نوری فیبر یا کابل مانند واحد ارسال تجهیزات به روش این

کانالهای آن در که میباشد کابلی تلویزیون در FDM از استفاده مثال یک بگذارد. اشتراک به را

توسط FDM همچنین میشود. حمل کابل تک یک روی همزمان صورت به زیادی تلویزیونی

میشود. استفاده تلفنی تماس چندین ارسال برای تلفنی سیستمهای

٥CDM •

فرستنده کانال هر به که خاص کدگذاری روش یک و گسترده طیف تکنولوژی از CDM روش در

با میخواهند عدهای اتاق یک در که شود فرض اگر میشود. استفاده میدهد اختصاص کد یک

صحبت نوبت به میتوانند افراد درهمریختگی، از جلوگیری برای کنند مکالمه همزمان طور به هم

مختلف زبانهای با یا فرکانسی) کنند(تقسیم صحبت متفاوت بمی و زیر با زمانی)، (تقسیم کنند

زبانهای اما میشوند متوجه را یکسان زبانهای افراد اخیر مثال در کد). کنند(تقسیم صحبت

یک کانال هر نیز کد از استفاده روش در مشابه طور به میگیرند. نظر در نویز عنوان به را دیگر

١Interference Cancellation٢Time Division Multiplexing٣Frame

٤Frequency Division Multiplexing٥Code Division Multiplexing

٨

ارتباط میتوانند دارند تطبیق خاص کدی با که کانالهایی تنها اما است گذاشته اشتراک به کد

کنند. برقرار

١SDM •

در میشود. ایجاد موازی فضایی کانالهای تقسیم طریق از مختلف کانالهای SDM روش در

سیگنال و ندارد سلول داخل در سیار واحد موقعیت از اطالعاتی مبدأ ایستگاه سلولی، شبکههای

سبب کار این شود. فراهم رادیویی کامل پوشش تا میشود پخش سلول داخل در جهات تمام در

شد. خواهد نیز مجاور سلولهای برای تداخل ایجاد سبب آن بر عالوه شد. خواهد توان اتالف

بهبود روش این سیار، واحد فضایی موقعیت کمک به و هوشمند آنتن تکنولوژی از استفاده با

با را خود دریافت، و ارسال در مبدأ ایستگاه تشعشع الگوی و داشت خواهد توجهی قابل کارایی

فازی آرایهی اغلب روش این به باشد. کاربر جهت در بهره باالترین تا داد خواهد تطبیق کاربر هر

گویند.

این به که گیرد قرار استفاده مورد میتواند نیز کاربر چندین دسترسی برای فوق روشهای همچنین

شد اشاره پیشتر که همانگونه البته گویند. SDMA٥ و CDMA٤ ،FDMA٣ ،TDMA٢ ترتیب به روشها

مستقل یکدیگر از و میکنند عمل فرکانسی باند یک در و همزمان طور به کانالها فضایی تسهیم در

گیرنده در شده ایجاد تداخل حذف جهت روشهایی از استفاده به نیاز بنابراین نمینمایند. عمل

محسوب باال SNRهای در کانال ظرفیت افزایش برای قدرتمند روش یک فضایی تسهیم میباشد.

و فرستنده در موجود آنتنهای تعداد کمینهی برابر همزمان ارسالی رشتههای تعداد حداکثر میشود.

.[١٢] است شده بیان تسهیم بهره تعریف ٢-١ رابطه در میباشد. گیرنده

r = limSNR→∞

R(SNR)

logSNR(٢-١)

بیشترین که است تسهیم بهره برابر r و مشخص SNR در ارسال نرخ نشاندهنده R فوق رابطه در که

تعداد نشاندهنده M ،٢-٢ شکل در میباشد. دریافتی و ارسالی آنتنهای تعداد کمینه برابر آن مقدار

افزایش سبب آنتنها تعداد افزایش است مشخص که همانگونه و میباشد دریافتی و ارسالی آنتنهای

١Space Division Multiplexing٢Time Division Multiple Access٣Frequency Division Multiple Access

٤Code Division Multiple Access٥Space Division Multiple Access

٩

میگردد. ارسال نرخ

گیرنده و فرستنده در آنتن چندین از استفاده با ارسال نرخ افزایش :٢-٢ شکل

چندگانگی بهره ٢-٢-٢

بیشترین به میتوان مختلف) مسیرهای از مشابه اطالعات (ارسال شونده تکرار کدهای از استفاده با

زمان، چندین در را سیگنال از کپی چندین میتوان نمونه عنوان به .[١٣] یافت دست چندگانگی بهره

بهبود جهت میتوان چندآنتنه سیستم از نمود. ارسال (آنتن) بعد چندین در یا و فرکانس چندین

دو کدگذاری از استفاده با (اضافی) تکراری سیگنالهای دریافت و ارسال کمک به سیستم خطای نرخ

مختلف زمانهای از استفاده نیازمند SISO مدل در چندگانگی ایجاد نمود. استفاده زمان و فضا بعدی

استفاده دریافت و/یا ارسال برای آنتن چندین از زمانیکه اما میباشد. متفاوت فرکانسی باندهای یا و

چندگانگی از استفاده مزیت است[١٤]. فضایی بعد همان که میگردد اضافه نیز سومی بعد میشود

نرخ کاهش بدون چندگانگی بهره یک اول روش در که است آن زمانی چندگانگی با مقایسه در فضایی

صورت در همچنین کاهشمیدهد[١٥]. شدت به را ارسال نرخ دوم، روش اما میافتد اتفاق مؤثر ارسال

که چندگانگی بهره رابطه میباشد. نیاز مورد بیشتری باند پهنای نیز فرکانسی چندگانگی از استفاده

میشود[١٢]. تعریف ٢-٢ رابطه صورت به میباشد خطا نرخ شیب صورت به واقع در

−d(r) = limSNR→∞

logPout(r, SNR)

logSNR(٢-٢)

١٠

گیرنده در آنتن چندین از استفاده با خطا احتمال بهبود :٢-٣ شکل

میباشد خاموشی١ احتمال Pout و مشخص (r) تسهیم بهره یک در چندگانگی بهره d فوق رابطه در که

داریم: ٢-٣ رابطه طبق بر یعنی شود. بیشتر کانال ظرفیت از ارسال نرخ که آنست احتمال برابر که

Pout = Pr{C < R} (٢-٣)

آنتنهای در ارسالی آنتنهای تعداد حاصلضرب برابر چندگانگی بهره میزان بیشترین ٢-٢ رابطه در

نشان را فرستنده در آنتن متفاوتی تعداد با سیستم یک خطای احتمال ٢-٣ شکل میباشد. دریافتی

از استفاده میباشد مشخص شکل در که همانگونه میباشد. بیت خطای احتمال BER که میدهد

دارد: وجود چندگانگی نوع دو کلی طور به میشود. خطا احتمال بهبود سبب بیشتر آنتن

ارسالی٢ چندگانگی •

دریافتی٣ چندگانگی •

فاصله میشود. استفاده گیرنده در شدهاند تفکیک یکدیگر از که آنتن تعدادی از دریافتی چندگانگی در

از گیرنده در همچنین میباشد. همبستگی٤ فاصله برابر یکدیگر از ها آنتن بودن تفکیک قابل برای الزم١Outage Probability٢Transmit Diversity

٣Receive Diversity٤Coherence distance

١١

سیگنال کیفیت بهبود جهت به نیز ... و ٣EGC ،٢SC ، ١MRC مانند سیگنال ترکیب مختلف روشهای

است. آمده ادامه در روشها این خصوص در توضیحاتی که میشود استفاده دریافتی

MRC •

باشد، شده زده تخمین کامل طور به گیرنده در (αk) کانال محوشدگی ضرایب آنکه فرض با

گیرنده در دریافتی سیگنالهای ترکیب برای خطا احتمال محاسبه جهت از بهینه روش MRC

داشت. خواهیم گیرنده در ، xi(t) سیگنال ارسال فرض با میباشد.

yi(t) = αi xi(t) + ni(t) (٢-٤)

سیگنال با جمعشونده٤ گوسی سفید نویز ni(t) ، -ام i آنتن از دریافتی سیگنال yi(t) آن در که

شکل به فوق رابطه میباشد. کانال محوشدگی مختلط ضریب αi(t) و -ام i آنتن از دریافتی

میآید. در زیر رابطه صورت به برداری

y = αx+ n (٢-٥)

کانال حالت اطالعات ماتریس α و نویز بردار n ارسالی، بردار x دریافتی، بردار y آن در که

خطای احتمال همان که خطا احتمال لحاظ از بهینه تصمیمگیری معیار گیرنده در میباشد.

: با[١٦] است برابر فوق روش برای میباشد (٥MAP)بیشینه پسین

maxi

p(y|α,xi) ≡ maxi

NR∑i=1

ℜ(yi.α∗n x∗

i ) (٢-٦)

سیگنالهای فاز ضریبمحوشدگی، مزدوج در دریافتی سیگنال کردن ضرب روشبا این در واقع در

سیگنالهای و شده حذف میباشد متفاوت مسیرهای در مختلف تأخیرهای از ناشی که دریافتی

یکدیگر بر مخربی اثر سیگنالها کردن جمع تا میشود سبب مسأله این میشود. همفاز دریافتی

تکسیگنال آشکارسازی از مطلوبتر سیگنالها، جمع از حاصل آشکارسازی نتیجهی و نداشته

میدهد. نشان را گیرنده در دریافتی سیگنال دو ترکیب ٢-٤ شکل باشد.

EGC •

میشوند ضرب ضریبی در دریافتی سیگنالهای ابتدا آن در و روشMRCمیباشد روشمشابه این١Maximum Ratio Combining٢Selection Combining٣Equal Gain Combining

٤AWGN٥Maximum A-posteriori Probability

١٢

گیرنده در دریافتی سیگنال دو ترکیب اثر :٢-٤ شکل

این در اما میباشد محوشدگی ضریب مزدوج برابر MRC روش در ضریب این گردد. همفاز تا

٢-٨ رابطه داشت. خواهد تضعیف ضریب فاز مزدوج برابر فازی و واحد دامنه دارای ضریب روش،

میدهد. نشان را مطالب همین ریاضی بیان به

maxi

p(y|α,xi) = maxi

NR∑i=1

Re(yi.β∗i x

∗i ) (٢-٧)

αn = anejφn −→ β∗

n = e−jφn (٢-٨)

SC •

سیگنالهای تمام میان در گیرنده در را نویز به سیگنال نسبت بیشترین که روشسیگنالی این در

داشت: خواهیم دیگر عبارت به میشود. انتخاب دریافتی سیگنال عنوان به باشد داشته دریافتی

maxn

γn = maxn

(α2n

E

N0) (٢-٩)

میباشد. گیرنده در نویز توان N0 و گیرنده در دریافتی سیگنال توان E آن در که

نیاز بیشتری چندگانگی بهره به یا و نمیباشد امکانپذیر دریافتی چندگانگی از استفاده که مواردی در

به فروسو١ ارتباط در و سلولی سیستم یک در مثال میشود. استفاده ارسالی چندگانگی از میباشد،

دو به ارسالی چندگانگی شود. استفاده ارسالی چندگانگی از تا است الزم ارسال، نرخ افزایش جهت

میشود: تقسیم دسته١Downlink

١٣

بسته) (حلقه گیرنده از پسخورد١ دریافت با ارسالی چندگانگی .١

باز) (حلقه گیرنده از پسخورد دریافت بدون ارسالی چندگانگی .٢

به فرستنده به گیرنده از کانال اطالعات سپس و میشود زده تخمین کانال ابتدا بسته حلقه حالت در

ارسال برای قسمت دو به کانال FDD روش در میشود. داده پسخورد ٣TDD یا و ٢FDD روش کمک

کند. دریافت و ارسال را اطالعات که است قادر همزمان طور به و میشود تقسیم اطالعات دریافت و

دو از استفاده در میشود. تقسیم دوطرفه٤ ارتباط یک برای زمانی بازه دو به کانال نیز TDD روش در

دارد: وجود زیر خطاهای از هریک دادن رخ احتمال فوق روش

کانال تخمین خطای •

کوانتش٥ خطای •

فیدبک تأخیر •

فیدبک ارسال در خطا •

مطرح ندارد پسخورد به نیازی که باز حلقه روش شد، روش این توسعه مانع که مشکالت این نتیجه در

در که میباشد زمان فضا- کدگذاری پسخورد، بدون ارسالی چندگانگی روشهای جمله از .[١٧] شد

مشابهی اطالعات چندگانگی، بهره آوردن دست به جهت واقع در است. شده پرداخته آن به آینده بخش

در محوشدگی، ضرایب اثرگذاری و نویز با شدن آغشته از پس و میشود ارسال مختلف آنتنهای از

ترکیب دریافتی سیگنالهای ... و EGC ،SC ، MRC مانند موجود مختلف روشهای کمک به گیرنده

بهره از استفاده جهت به اما میشوند. عمیق٦ محوشدگی اثرات رفتن ازبین یا و تضعیف سبب و شده

٢-٥ شکل میشود. ارسال نرخ افزایش سبب که میشود ارسال آنتن هر از متفاوتی اطالعات تسهیم

میدهد. نشان را روش دو تفاوت

آرایه بهره ٢-٢-٣

در SNR بهبود برای میتواند چندآنتنه سیستمهای پایینتر، خطای نرخ و باالتر ارسال نرخ بر عالوه

به بهره این بگیرد. قرار استفاده مورد چندکاربره مدلهای در کانالی بین تداخل از جلوگیری و گیرنده١Feedback٢Frequency Division Duplex٣Time Division Duplex

٤Full Duplex٥Quantization٦Deep Fading

١٤

تسهیم و چندگانگی روش دو مقایسه :٢-٥ شکل

نرمافزاری٢ آنتنهای یا و هوشمند١ آنتنهای آن به که تطبیقی آنتنی آرایههای از استفاده کمک

آنتنی آرایه پرتو الگوهای ، پرتو٣ شکلدهی روشهای از استفاده با میآید. بدست میشود گفته

مالحظهای قابل تداخل که جهاتی از و شود هدایت دلخواه جهت یک در میتواند دریافتی و ارسالی

میشود سبب پرتو شکلدهی روشهای از استفاده شود. جلوگیری میتواند نامطلوب) (جهات دارد

شکلدهی شود. هدایت خاص جهت یک در گیرنده و فرستنده در آرایهای آنتنهای پرتو الگوهای تا

بوسیله آمده بدست SNR بهره شود. تعبیر فضایی حوزهی در خطی فیلتر یک عنوان به میتواند پرتو

.[١٥] گویند آرایه بهره یا آنتن بهره اغلب را پرتو شکلدهی

بهره سه میان مصالحه ٢-٢-٤

تسهیم بهره بیشترین و ارسال کیفیت افزایش جهت به چندگانگی بهره بیشترین به دستیابی میان

نشان ٢-١٠ رابطه صورت به که دارد وجود مصالحهای طیفی بازدهی بهترین به یابی دست جهت به

میباشد[١٢]. فرستنده در موجود های آنتن تعداد NT آن در که میشود داده

d(r) = (NT − r)(NR − r) r = 0, . . . ,min(NT , NR) (٢-١٠)

باشد صفر برابر تسهیم بهره که میشود حاصل زمانی چندگانگی بهره بیشترین که میدهد نشان رابطه

میباشد. دریافتی در ارسالی آنتنهای تعداد حاصلضرب برابر مقدار این شد اشاره پیشتر که همانگونه و

را فوق رابطه ٢-٦ شکل شود. بیشینه تسهیم بهره که میشود صفر زمانی چندگانگی بهره همچنین

مشخص تسهیم بهره یک در چندگانگی و آرایه بهره میان رابطه میدهد. نمایش گویاتری صورت به

١Smart Antennas٢Software Antennas

٣Beamforming

١٥

چندگانگی[١٨] و تسهیم بهره مصالحه :٢-٦ شکل

:[١٢] میشود مشخص ٢-١١ رابطه صورت به

LimSNR−→∞

Pout(r, SNR)

SNR−d(r)= a(r)−d(r) (٢-١١)

میباشد. مشخص تسهیم بهره یک در آرایه بهره بیانگر a(r) ٢-١١ رابطه در که

MIMO کانال مدل ٢-٣

میشود. داده نشان ٢-١٢ رابطه صورت به MIMO سیستم برای زمان با تغییرناپذیر کانال مدل

y = Hx+ n (٢-١٢)

آن: در که

x = [x1, x2, ..., xNT]T

آنتن، NT دارای ارسالی سیگنال مختلط بردار

y = [y1, y2, ..., yNR]T

آنتن، NR دارای دریافتی سیگنال مختلط بردار

n = [n1, n2, ..., nNR]T

١٦

MIMO 2x2 برای کانال ماتریس ضرایب :٢-٧ شکل

MIMO 2x2 برای کانال محوشدگی لحظهای ضرایب :٢-٨ شکل

و شونده جمع گوسی نویز سیگنال مختلط بردار

H =

h11 h12 ... h1NT

h21 h22 ... h2NT

.

.

.

..

.

.

.

.hNR1 hNR2 ... hNRNT

ماتریس میشود. نامگذاری ٢-٧ شکل مطابق کانال ماتریس ضرایب میباشد. مختلط کانال ماتریس

ضرایب میشود. گفته کانال١ اطالعات ماتریس آن به و میباشد ستون NT و سطر NR دارای H

زمان به وابسته آن دقت و میشود محاسبه پایلوت٣ سیگنال یا آموزشی٢ دنباله کمک به H ماتریس

.[١] میباشد ارسالی سیگنال دریافتی توان و کانال همبستگی٤

دیگر لحظه به ای لحظه از کانال محوشدگی ضرایب میشود مشاهده ٢-٨ شکل در که گونه همان

میشود. تغییرات دستخوش MIMO 2x2 سیستم در h22 و h21 ،h12 ،h11 مختلف لینکهای در

١Channel State Information٢Training sequence

٣Pilot٤Coherence Time

١٧

(STC) زمان فضا- کدگذاری ٢-٤

مخابراتی سیستمهای در آنتن چندین از استفاده با داده ارسال قابلیت بهبود روشهای از یکی روش این

میشود: تقسیم دسته دو به فضا-زمان کدگذاری میشود. محسوب بیسیم

١(STBC) زمان ـ فضا بلوکی کدهای .١

٢(STTC) زمان ـ فضا ترلیس کدهای .٢

میشود. پرداخته یک هر بررسی به که

زمان ـ فضا بلوکی کدهای ٢-٤-١

سادگی به کدها این است. ارسالی چندگانگی به دستیابی برای مؤثر و ساده بسیار روش یک STBC

ارتباط یک در کند. مهیا نیز را دریافتی چندگانگی و یابند تعمیم نیز گیرنده آنتن چندین در میتوانند

میتوانند BSها که آنجا از میپذیرد، صورت پایه٥ ایستگاه به سیار٤ ایستگاه از ارسال که فراسو٣

سیگنال باشند، شده تجهیز میباشند دارا را بودن مستقل برای مناسب فواصل که آنتن چندین به

مانند چندگانگی ترکیبی روشهای از یکی کمک با و شود دریافت آنتن چندین توسط میتواند دریافتی

از MS یک که آنجا از عکس حالت در اما آورد. بدست را دریافتی چندگانگی ... و SC ،EGC ،MRC

روشی از موارد گونه این در میباشد. دشوار آنتن چندین بودن دارا امکان میباشد محدود اندازه لحاظ

نمود. استفاده ارسالی چندگانگی بهره مزایای از بتوان که میشود استفاده

کرده معرفی ارسالی آنتن دو از استفاده با ارسالی چندگانگی آوردن بدست برای روش یک الموتی٦

زمانی٧ فاصله دو در و میشود گرفته نظر در زمان یک در x2 و x1 مانند سمبل دو روش این در است.

در میشود. ارسال دوم آنتن از x2 و آنتن اولین از x1 اول، زمانی فاصله در میشود. ارسال متوالی،

Mتایی منظومه٨ یک از x2 و x1 میشود. ارسال دوم آنتن از x∗1 و اول آنتن از −x∗

2 دوم زمانی فاصله

ارسال نرخ مجموع میشوند، ارسال زمانی فاصله دو در سمبل دو که آنجا از میشود. انتخاب دلخواه

کد ساختار ٢-٩ شکل است. کانال از استفاده در بیت log2 M یا و کانال از استفاده در سمبل ١ برابر

١Space Time Block Code٢Space Time Trellis Code٣Uplink٤Mobile Station

٥Base Station٦Alamouti٧Time Slot٨Constellation

١٨

الموتی کد در فرستنده ساختار :٢-٩ شکل

میدهد. نشان را الموتی فضا-زمان

الموتی روش برای بهینه گیرنده

با: است برابر زمانی فاصله اولین در دریافتی سیگنال گیرنده، در آنتن تک یک فرض با

y1(1) =√ρ(h11x1 + h21x2) + n1(1) (٢-١٣)

داریم: هم دوم فاصله در

y1(2) =√ρ(−h11x

∗2 + h21x

∗1) + n1(2) (٢-١٤)

با: است برابر بهینه گیرنده بنابراین

(x1, x2) = arg max(x1,x2)

P (x1, x2|y, h11, h21) (٢-١٥)

= arg max(x1,x2)

P (HHy|x1, x2, h11, h21) (٢-١٦)

نوشت: زیر ماتریسی شکل به میتوان را y رابطه

y =√ρ

[h11 h21

h∗21 −h∗

11

] [x1

x2

]+

[n1(1)n∗1(2)

](٢-١٧)

داشت: خواهیم نتیجه در

HHy =√ρ

[|h11|2 + |h21|2 0

0 |h11|2 + |h21|2] [

x1

x2

]+

[n′1(1)

n′1(2)

](٢-١٨)

محسوب نرمال توأما پس هستند، نرمال تصادفی متغیرهای خطی ترکیب n′1(2) و n′

1(1) که آنجا از

گیری تصمیم بنابراین هستند. هم از مستقل پس باشند، می ناهمبسته که آنجا از همچنین میشوند.

واقع توجه مورد دلیل واقع در و میباشد مفید بسیار مسأله این و میشود مجزا x2 x1و مورد در بهینه

١٩

داریم: پس میشود. محسوب الموتی روش شدن

x1 = argmaxx1

∣∣∣h∗11y1(1) + h21y

∗1(2)−

√ρ(|h11|2 + |h21|2)x1

∣∣∣ (٢-١٩)

x2 = argmaxx2

∣∣∣h∗21y1(1)− h11y

∗1(2)−

√ρ(|h11|2 + |h21|2)x2

∣∣∣ (٢-٢٠)

.[١٩] داد تعمیم نیز گیرنده در آنتنه چند حالت برای میتوان را روش این همچنین

متعامد١ زمان فضا- بلوکی کدهای

این میشود. استفاده روش این از باشد آنتن دو از بیش ارسالی آنتنهای تعداد بخواهیم که صورتی در

سطر i-امین (1 ≤ i ≤ 8 ) i-ام لحظه در زیر ماتریس در شد. ارائه ١٩٩٩م سال در تارخ٢ توسط روش

میشود. ارسال آنتن چهار از استفاده با X2

زمان فضا- ترلیس کدهای ٢-٤-٢

طور به و کانولوشنال کدهای مشابه روش این ایده شد. ارائه ١٩٩٨م سال در تارخ وحید توسط STTC

دارد وجود پایه ترلیس ساختار یک آن در که میباشد ترلیس٣ کدشدهي مدوالسیون مشابه تر دقیق

کپیهای روش این در میکند. مشخص را مختلف های آنتن از ارسال برای شده کد سمبلهای که

در تا شوند می ارسال آنتن چندین توسط اند شده توزیع مختلف زمانهای در که ترلیس کد یک اضافی

بلوکی کدهای با ترلیس کدهای تفاوت واقع در شود. بازسازی خوبی به بتواند ارسالی های داده گیرنده،

چندگانگی، بهره بر عالوه کدها این تا میشود سبب که میباشد ترلیس کدهای بودن دار حافظه در

حالتها تعداد هرچه مییابد. افزایش دیکدینگ پیچیدگی مقابل در گردد. منتفع نیز کدینگ بهره از

١Orthogonal Space-Time Block Code٢Tarokh

٣Trellis Coded Modulation

٢٠

[١٩] STTC در QPSK مدوالسیون و حالته چهار ترلیس دیاگرام :٢-١٠ شکل

صورت این به کدگذاری میگردد. خطا احتمال کاهش و سیستم عملکرد بهبود سبب یابد افزایش

میشوند کد که اطالعاتی بیتهای زوج هر میشود. فرض S0 حالت دیاگرام اولیه حالت میشود: اجرا

به میشود. ارسال همزمان صورت به آنتن دو از شده کد سمبل دو و میکنند مشخص را گذار حالت

حالته، چهار ترلیس دیاگرام یک و QPSK مدوالسیون فرستنده، در آنتن دو وجود فرض با نمونه عنوان

شود ارسال است قرار زیر اطالعات رشته که آن فرض با داشت. خواهیم ٢-١٠ شکل مطابق الگویی

داریم:

2, 1, 3, 0, 0, 1

انتخاب ارسال برای 02 پس میباشد 2 اول ارسالی سمبل که آنجا از میکنیم. شروع S0 حالت از

بعدی سمبل میرویم. S2 حالت به اینک میشود. ارسال 0 دوم آنتن از و 2 اول آنتن از یعنی میشود.

S1 حالت به و میشود ارسال 2 دوم آنتن از و 1 اول آنتن از یعنی میشود. انتخاب 21 پس میباشد. 1

میشود. ارسال 1 دومی از و 3 اول آنتن از و میشود انتخاب 13 که میباشد 3 بعدی سمبل میرویم.

میدهد. نشان را آنتن دو از شده ارسال سمبلهای ٢-١ جدول شد. خواهد طی پایان تا روال همین

ارسالی سمبلهای ندارد وجود دیگر سمبل به سمبل یک از گذار در محدودیتی که آنجا از اینجا در

این کلی حالت در ولی میشوند. ارسال اول آنتن به نسبت تأخیر سمبل دورهی یک با دوم آنتن از

[٢٠] به نمونه عنوان به باشند. یکدیگر از متفاوت میتوانند ارسالی سمبلهای و ندارد وجود مسأله

کانال از استفاده بار هر در اطالعات بیت دو مثال این در شود می مشاهده که گونه همان شود. رجوع

کلی طور به است. کانال از استفاده در بیت دو ارسال نرخ که آنست دهنده نشان که میشود ارسال

٢١

STTC روش در آنتنها از ارسالی سمبلهای :٢-١ جدول

[١٩] فضا-زمان ترلیس کدهای در مختلف ترلیس حالتهای تعداد برای خطا احتمال مقایسه :٢-١١ شکل

شاخه 2R حالت هر از ترلیس دیاگرام در باید کانال از استفاده بار هر در بیت R نرخ آوردن بدست برای

دهد. می نشان مختلف حاالت تعداد برای را STTC خطای نرخ ٢-١١ شکل شود. خارج

ای١ الیه فضا-زمان کدهای ٢-٥

اولین روش این میشود. محسوب فضایی تسهیم سیستمهای اولین از یکی الیهای فضا-زمان کدهای

معماری یک عنوان به زمان آن از و شد معرفی بل آزمایشگاه در فوشینی٢ توسط ١٩٩٦م در بار

جمله از ای الیه فضا-زمان کدینگ چندین میرود. کار به باال ارسال نرخ با کاربردهای برای مناسب

١Layered Space-Time Codes ٢Foschini

٢٢

NT از که آنست معماریها این رایج مشخصه دارد. وجود Turbo-BLAST و ٢V-BLAST،١D-BLAST

همزمان طور به سمبلها و است شده تشکیل میباشد سمبل تعدادی دارای هریک که مستقل زیررشته

نرخ Rc که میباشد Rc.k.NT برابر ارسال نرخ و میشود ارسال فرستنده در دسترس در آنتن NT از

تقسیم فرستنده آنتنهای بین ارسالی توان همچنین میباشد. سیگنال منظومه اندازه 2k و کانال کد

الیهای رایج معماری دو معرفی به ادامه در میگویند. فضایی تسهیم گاهی معماری این به میشود.

است. شده پرداخته میباشد V-BLAST D-BLASTو همان که

D-BLAST ٢-٥-١

به میتواند D-BLAST آنکه دلیل به کرد. ارائه را قطری الیهای معماری یک فوشینی ١٩٩٦م سال در

مرجعی عنوان به ارسال نرخ جنبه از روش این امروزه کند پیدا دست شانون حد به نزدیک ظرفیتی

میباشد. باال بسیار نیز آن پیچیدگی میزان البته که میشود گرفته نظر در MIMO سیستم کارایی برای

رشته است. قطری الیه یک با مطابق که میکند استفاده فضا-زمان ترکیب یک از معماری این کدکننده

به زیررشته هر و میشود تقسیم زیررشته چندین به میشود خارج منبع از آنکه از پس اطالعات بیت

آنتنها میان در الیه هر سپس میشود. نگاشت مختلط سمبلهای به سپس و میشود کد مجزا صورت

٤ با سیستمی برای الیه هر ارسالی سمبلهای ٢-١٢ شکل میشود. پخش چرخشی صورت به زمان و

سیگنالدهی بازه در ١ الیه ابتدا میباشد مشخص شکل در که همانگونه میدهد. نشان را ارسالی آنتن

طریق از ٢ الیه و سوم آنتن طریق از ١ الیه بعدی، سمبل بازه در میشود. ارسال چهارم آنتن از اول

الیه هر که داشت توجه باید مییابد. ادامه شیوه همین به روال این میشود. ارسال چهارم آنتن

باشد بزرگ بسیار میتواند قاب و باشد داشته ارسالی آنتنهای تعداد از بیش سمبلهایی است ممکن

الیههای مجموعه یک که بار هر شود. ارسال مختلف آنتنهای از و مرحله چندین در است الزم که

شکل در خورده هاشور (ناحیه داشت. خواهیم آنتن از استفاده و زمان در اتالفی میشوند ارسال جدید

یک از کدگشایی به اقدام سپس و میکند کدگشایی را الیه یک ابتدا معماری این در کدگشا ( ٢-١٢

داده تشخیص خطا بدون است شده ارسال تنهایی به که آنجا از الیه سمبل اولین میکند. دیگر الیهی

مواجه تداخل یک با که میشود دمدوله و شده آشکارسازی الیه، روی بعدی سمبل آن از پس میشود.

١Diagonal Bell Laboratories Layered Space-Time ٢Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time

٢٣

قطری[١٩] الیههای صورت به D-BLAST در شده ارسال سمبلهای :٢-١٢ شکل

که یکبار و دارد ادامه روال این ترتیب همین به و است مواجه تداخلکننده دو با بعدی سمبل است.

٢-١٣ شکل شود. کدگشایی میتواند الیه به مربوط زیررشته میشود دمدوله اول الیه سمبلهای تمام

دچار پردازش، صورت این غیر در زیرا باشد خطا بدون باید کدگشایی این میدهد. نشان را مراحل این

رشته کانال کدگذاری اول، الیه کدگشایی بودن خطا بدون از اطمینان جهت به میشود. خطا انتشار

حذف الیه آن میتواند شد کدگشایی الیه که یکبار باشد. طوالنی باید بیت رشته و قدرتمند باید بیت

میشود. تکرار بار هر روال این و شود گرفته نظر در بعدی الیه و شود

V-BLAST ٢-٥-٢

محاسباتی پیچیدگی تا میکند تالش که است D-BLAST شدهي ساده نسخه یک V-BLAST معماری

از دارد وجود D-BLAST در که ارسالی چندگانگی معماری، این انجام روال در البته دهد. کاهش را آن

مشخص شکل در که همانگونه است. شده داده نشان ٢-١٤ شکل در V-BLAST کدکننده میرود. بین

SISO زمانی کدکننده یک از رشته زیر هر میشود. تقسیم موازی زیررشته NT به پیام بیت رشته است

سپس و میشود نگاشت منظومه نقطه یک به میشود، جایداده١ میشود، داده عبور T بلوک طول با

که است k.NT برابر فضایی٢ نرخ و NT برابر الیهها تعداد میشود. ارسال متناظر ارسالی آنتن توسط

ارسالی آنتن یک با الیه هر که آنجا از میباشد. ارسالی سمبل هر در موجود بیتهای تعداد برابر k

١interleaved ٢Spatial rate

٢٤

[١٩] قبلی مراحل تداخل حذف و D-BLAST کدگشایی روش :٢-١٣ شکل

V-BLAST در فرستنده بلوک :٢-١٤ شکل

مختلف کاربران و/یا متفاوت ارسال نرخ با کاربردهایی برای میتواند معماری این است، همراه ثابت

شکل در که همانگونه میدهد. نشان را V-BLAST در داده ارسال ٢-١٥ شکل بدهد. تطبیق را خود

و زمان اتالف از روش این در همچنین میباشد. افقی صورت به الیهها معماری این در است مشخص

این که آنجا از است؛ معروف برداری مدوالسیون عنوان به همچنین روش این میشود. جلوگیری آنتن

بر سمبلها کردن دمدوله به نیاز کدگشا میدهد. انجام موازی صورت به را سریال عملیات معماری،

بلوک تا دارند نیاز شده مدوله سمبلهای شود استفاده کانال کدینگ از اگر دارد. دریافتی بردار روی

ارسال در مشکل چندین شود. انجام فورا میتواند صورت این غیر در شود. کدگشایی کامل صورت به

جمله: از دارد. وجود آنتنه چند سیستمهای با

٢٥

افقی الیههای صورت به V-BLAST در داده ارسال :٢-١٥ شکل

در باالیی ICI دارای مشابه فرکانسهای روی بر همزمان ارسال دلیل به BLAST ارسال سیستم .١

.[٣] میباشد گیرنده

افزایشخواهد را کلی سیستم پیچیدگی که میباشد پیچیده گیرنده الگوریتم یک نیازمند باال ICI .٢

.[٣] داد

به BLAST سیستمهای اگرچه عالوه به دارد. گیرنده پیچیدگی با مصالحهای سیستم کارایی .٣

آل ایده غیر شرایط در آن کارایی مییابند، دست کانال آل ایده شرایط در مطلوبی نسبی کارایی

.[٣] میکند افت شدت به

آن، متعامد طراحی دلیل به عالوه به میرود. بین از محدودیتها این کامل چندگانگی با STC در .٤

ناکامل، مشخصات با کانال حضور در همچنین شود. کدگشایی گیرنده در راحتی به میتواند STC

سمبل یک کامل، چندگانگی با STC سیستمهای فرکانسی کارایی بیشترین اما میباشد. مقاوم

که فرکانسی کارایی به رسیدن برای دیگر عبارت به است. ارسالی آنتن هر برای سمبل دوره بر

.[٣] میباشد مدوالسیون باالتر مراتب از استفاده به نیاز است BLAST تکنیک با مشابه

آنتنهای تعداد با مساوی یا و کمتر باید ارسالی آنتنهای تعداد ،BLASTتکنیک مؤثر عملکرد برای .٥

بستر حالت باشد دریافتی آنتنهای تعداد از بیش ارسالی آنتنهای تعداد اگر . باشد دریافتی

برای میتوانند STCها کلی طور به است. متفاوت STCها در شرایط البته داد. خواهد رخ خطا١

١Error floor

٢٦

آنتن دو با تنها STC یک طراحی حال هر در کنند. عمل دریافتی و ارسالی آنتن متفاوتی تعداد

.[٣] میباشد امکانپذیر ارسالی

فضایی مدوالسیون ٢-٦

مورد آنتن بهره یا چندگانگی بهره تسهیم، بهره جهت میتواند مختلف راههای از MIMO سیستمهای

سه به که است آن هزینه و پیچیدگی افزایش MIMO سیستمهای مشکل مهمترین گیرد. قرار استفاده

میافتد[٢١]: اتفاق دلیل

چندین بوسیله که مستقل اطالعاتی دنبالههای شدن اضافه اثر در که (ICI) کانالی١ بین تداخل •

میشود. ایجاد شده ارسال فرستنده آنتن

(IAS) آنتنها٢ بین سنکرونسازی •

طور به و میباشد نیاز مورد همزمان، طور به سیگنالها تمام ارسال برای که ٣RF زنجیره چندین •

بیش گیرنده آنتنهای تعداد به نیاز فرستنده-گیرنده چندین طراحی عالوه، به است. گران کلی

باشیم. محدودیتهایی دچار اقتصادی دالیل به است ممکن که دارد فرستنده آنتنهای تعداد از

انرژی نیازمند دیجیتال سیگنال پردازش و نیاز مورد افزار سخت آنکه دلیل به مسائل، قبیل این

دشوار سیار ایستگاههای در بخصوص را MIMO سیستم عملی سازی پیاده میباشد، ای مالحظه قابل

یک توسعه جهت تحقیقات ،MIMO روش مهم و برجسته مزیتهای دلیل به حال هر در میسازد.

کلیدی مزیتهای حفظ و عملی محدودیتهای حذف هدف با آنتن چند با ارسال برای جدید روش

یک عنوان به فضایی مدوالسیون موضوعی، تحقیقات این کردن دنبال با یافت. ادامه شده، اشاره

هزینهی و پیچیدگی کاهش سبب که شد معرفی MIMO سیستمهای برای جدید مدوالسیون مفهوم

پیچیدگی میشود. مطلوب ارسال نرخ تضمین و سیستم کارایی در تنزل بدون آنتنه چند سیستمهای

مدوالسیون ساده عملکرد با همراه همزمان، طور به باال طیفی بازدهی و فرستنده-گیرنده طراحی در کم

میشود: دنبال زیر صورت به

١Inter-Channel Interference٢Inter Antenna Synchronization

٣Radio Frequency

٢٧

مسأله این است. فعال داده ارسال برای سیگنالدهی زمانی بازه هر در فرستنده آنتن یک تنها .١

سنکرون به نیازی همچنین کند، اجتناب کانالی بین تداخل از کامل طور به SM که میشود سبب

داده ارسال برای RF زنجیره یک به تنها و باشد نداشته وجود ارسالی آنتنهای میان در بودن

ارسال به آنتن چندین همزمان آن در که میباشد MIMO طرح برخالف مسأله این که باشد نیاز

پیچیدگی با طراحی از فضایی مدوالسیون که میشود سبب فرض این همچنین هستند. مشغول

استفاده گیرنده در دادهها کدگشایی برای ١ML روش از بتواند و ببرد بهره دنباله یک برای کم

.[٢١] کند

میشود. استفاده اطالعات منبع یک عنوان به آنتنها آرایه در ارسالی آنتن هر فضایی موقعیت .٢

اطالعاتی بیتهای از بلوک یک و آنتن اندیس هر بین یک به یک نگاشت ایجاد بوسیله مسأله این

کدشدهی مدوالسیون حاصل، کدگذاری کار و ساز به که میآید دست به شود ارسال است قرار که

فضایی تسهیم بهره به SM که میشود سبب کار و ساز این میشود. گفته ارسالی٢ آنتن اندیس

موقعیت بوسیله اطالعات از بخشی آنکه دلیل به یابد؛ دست آنتنه تک سیستمهای با مقایسه در

[٢٢ ،٢١] میشود. حمل ارسالی آنتن

برجسته فیزیکی الیه در ارسال جدید شیوه یک عنوان به را فضایی مدوالسیون فوق، مشخصه دو

برای آنتن چندین و کدگذاری دیجیتال، مدوالسیون فرد، به منحصر روش یک از ترکیبی که میسازد

میباشد. کم پیچیدگی با سازی پیاده و باال ارسال نرخ به دستیابی

مدوالسیون عملکرد ٢-٧

بخش یک است. اطالعات کننده حمل واحد دو در اطالعات بیتهای بلوک یک نگاشت SM اصلی ایده

است. شده تشکیل بیت تعدادی از منظومه، اندازه به توجه با که میباشد ارسالی سمبل به مربوط

ارسالی، اطالعات به توجه با که میباشد فعال ارسالی آنتن اندیس به مربوط اطالعات، دیگر بخش

یک ارسالی، آنتن موقعیت داخل در ارسالی اطالعات بخش تعبیه نتیجه میشود. فعال آنتنها از یکی

میباشد بعدی سه منظومه به متعلق شده مدوله سیگنال و است MIMO روش و ترکیبی مدوالسیون

شده داده نشان ٢-١٦ شکل در ساده مثال یک میکند. ترکیب تؤاما را فضایی اطالعات و سیگنال که١Maximum Likelihood ٢Transmit-antenna index coded modulation

٢٨

[٢١] SM در منظومه بعدی سه نمایش :٢-١٦ شکل

اطالعات که زمانی میباشد. QPSK مدوالسیون و NT = 4 با خطی آنتن آرایهی یک به متعلق که است

شباهتی اصال که مییابد تقلیل SSK مدوالسیون به SM باشد آنتن اندیس به محدود تنها شده حمل

ندارد. مرسوم مدوالسیونهای از یک هیچ به

فضایی مدوالسیون در فرستنده ٢-٧-١

بیت ⌊log2NT ⌋+ log2M شامل بلوکهایی به باینری منبع توسط شده منتشر بیت رشته فرستنده، در

سپسهر میباشد. منظومه اندازه برابر M و فرستنده در موجود آنتنهای تعداد NT که میشوند تقسیم

بیتهای میشوند. تقسیم log2M و ⌊log2NT ⌋ زیربلوک دو به و شده پردازش نگاشت یک توسط بلوک

شده انتخاب داده ارسال برای که آنتنی و میشود استفاده آنتن انتخاب برای زیربلوک اولین به متعلق

خواهند باقی خاموش جاری سیگنالدهی زمانی بازه در آنتنها بقیه حالیکه در میکند؛ روشن را است

که ارسالی بیتهای تعداد واقع در میکند. مشخص را ارسالی سمبل زیربلوک، دومین بیتهای ماند.

شش مثال برای میباشد. ارسالی آنتنهای تعداد و منظومه اندازه به وابسته شود ارسال SM با میتواند

از استفاده اجازه تداخلی محیط و کانال اگر شود. ارسال آنتن دو و 32QAM با میتواند اطالعات بیت

شکل در گردد. محقق ارسالی آنتن چهار و 16QAM با میتواند طیفی بازده همان ندهد را 32QAM

٢٩

فضایی[٢١] مدوالسیون در فرستنده :٢-١٧ شکل

طیفی بازده به قادریم ما نتیجه در است. شده فرض ارسال برای آنتن چهار و BPSK مدوالسیون ٢-١٧

سوم بیت و مییابد اختصاص آنتن شماره به اول بیت دو که بیابیم دست هرتز بر ثانیه بر بیت سه

فعال داده ارسال برای دو شماره آنتن است 10 اول بیت دو که آنجا از میباشد. منظومه به مربوط هم

.[٢١] شد خواهد ارسال آنتن این از 1 بیت میباشد، 1 سوم بیت که آنجا از و میباشد

فضایی مدوالسیون در بیسیم کانال ٢-٧-٢

سیگنال میکند. عبور بیسیم کانال یک میان از میشود ارسال فعال آنتن بوسیله سیگنال آنکه از پس

که میکند تجربه را متفاوتی انتشار شرایط آنتنها آرایه در فعال آنتن فضایی موقعیت به توجه با ارسالی

میباشد. گیرنده به فرستنده بیسیم لینک هر میان در محیطی اشیاء مختلف انفعاالت و فعل از ناشی

انتشار شرایط در تفاوت میباشد. چندمسیره محوشدگی با کانال یک کانال برای مدل بهترین بنابراین

دادهها که میآید نظر به گونه این واقع در میباشد. فضایی مدوالسیون کار اساس مختلف، آنتنهای از

SM کانال یک ٢-١٨ شکل میشوند. داده عبور کانال در مشخص ضرایب با تصادفی مدوالسیون یک از

متفاوت کافی اندازه به (H ماتریس (عناصر گیرنده به فرستنده بیسیم لینکهای اگر میدهد. نشان را

مشابه تقریبا گیرنده در مختلف، ارسالی آنتنهای بوسیله شده منتشر سیگنالهای که آنجا از نباشند،

شود! ممکن غیر ارتباط است ممکن رسید خواهند نظر به

٣٠

فضایی[٢١] مدوالسیون در بیسیم کانال :٢-١٨ شکل

فضایی مدوالسیون در گیرنده ٢-٧-٣

میشود. برده بهره آشکارسازی برای بیسیم کانال توسط شده ایجاد تصادفی مدوالسیون از گیرنده در

جهت به میدهد. نشان را گیرنده در کامل کانال حالت اطالعات با ML آشکارساز ٢-١٩ شکل

ضربه پاسخ باید گیرنده ، نویز به آغشته Rx دریافتی سیگنال روی از Tx ارسالی سیگنال آشکارسازی

پاسخ ٤ باید گیرنده ٢-١٩ شکل در بداند. گیرنده به فرستنده بیسیم لینکهای تمام برای را کانال

حالت در میباشد. ١ برابر دریافتی آنتنهای و ٤ برابر ارسالی آنتنهای تعداد زیرا بزند؛ تخمین را کانال

فاصله گیرنده ، ML قواعد طبق بر دارد. زدن تخمین به نیاز کانال ضربه پاسخ NT × NR تعداد کلی

بیسیم کانال بوسیله را ممکن شده مدوله سیگنالهای مجموعه و دریافتی سیگنال بین اقلیدسی

نیاز اقلیدسی فاصله M ×NT ×NR کلی حالت در میکند. انتخاب را آن نزدیکترین و میکند محاسبه

دارد[٤]. محاسبه به

فضایی مدوالسیون معایب و مزایا ٢-٨

نکات و نقاط دارای نیز فضایی مدوالسیون بیسیم، مخابرات در شده ارائه روشهای سایر همچون

زیر در داد. قرار نظر مد را نکات این کلیه باید روشها سایر با مقایسه جهت که میباشد منفی و مثبت

است. شده ارائه روش این معایب و مزایا از لیستی

٣١

فضایی[٢١] مدوالسیون در آشکارساز :٢-١٩ شکل

MIMO روشهای سایر به نسبت SM مزایای ٢-٨-١

مدوالسیون ،Alamouti Space-Time و V-BLAST مانند مرسوم آنتنه چند سیستمهای به نسبت .١

فرستنده در تکی RF زنجیره یک به تنها و میکند جلوگیری IAS و ICI از کامل طور به فضایی

میباشد. SM کار و ساز دلیل به مسأله این که دارد نیاز

در تسهیم بهره یک SM در بعدی سه منظومه نمایش مرسوم، آنتنه تک سیستمهای به نسبت .٢

مییابد افزایش (NT ) ارسالی آنتنهای تعداد با لگاریتمی صورت به که میکند ایجاد فضایی حوزه

مییابد[٤]. افزایش طیفی بازده یابد توسعه باند، پهنای که آن بدون و

از میتواند مدوالسیون این و ندارد وجود SM در تداخل حذف الگوریتم به نیازی که آنجا از .٣

میباشد. V-BLAST از سادهتر اساسا SM گیرنده طراحی ببرد، بهره گیرنده در ML کدگشایی

میشود، استفاده چندگانگی بهره آوردن بدست جهت به تنها دریافتی آنتن SM در که آنجا از .٤

کلی حالت در کند. کار مؤثر طور به میتواند مدوالسیون این باشد NT > NR که صورتی در

کاربردهای برای را SM مسأله این است. نیاز مورد SM از استفاده برای گیرنده در آنتن یک تنها

میسازد. مناسب کم پیچیدگی با سیار واحدهای در فروسو

زوجهای که آنجا از دارد. را چندگانه١ دسترسی کاربردهای در کردن کار قابلیت اساسا SM .٥

ضربه پاسخ میکنند، اشغال را مختلفی فضایی موقعیتهای معموال مختلف، فرستنده-گیرنده

گیرنده هر اگر بود. خواهد سایرین از متفاوت آماری صورت به کاربران از زوج هر کانال

١Multiple Access

٣٢

فضایی[٢١] مدوالسیون در کاربره تک و چندکاربره آشکارسازی مقایسه :٢-٢٠ شکل

(یعنی کند استفاده فرستندهها تمام ضربههای پاسخ مجموعه از داده آشکارسازی برای مشخص

به ارتباط برای را بیسیم منابع همان که است ممکن کاربر چندین کاربر) چندین آشکارسازی

نمیکند؛ عمل مدوالسیون واحد یک مانند تنها بیسیم کانال دیگر عبارت به بگذارند. اشتراک

مفهوم برای مناسب مثال یک میکند. عمل تصادفی کامال اثر با طبیعی منبع یک عنوان به بلکه

نشان شکل در که همانگونه است. شده داده نشان ٢-٢٠ شکل در کاربره چند دسترسی در SM

هر کاربره، چند آشکارساز کمک به گیرنده دو و فرستنده دو با شبکه یک برای است شده داده

میآورند. بدست کاربره تک حالت به نسبت مشابهی کارایی کاربر دو

به نسبت را باالتری ظرفیت SM است، آمده بدست SM کمک به که تسهیم بهره نتیجهی در .٦

میکند. آماده STBC مانند مرسوم کدینگ روشهای

MIMO روشهای سایر به نسبت SMمعایب ٢-٨-٢

است. نیاز مورد SM مفهوم از گیری بهره برای فرستنده آنتن ٢ حداقل .١

مناسبی کارایی نمیتواند SM نباشند، متفاوت کافی اندازهی به گیرنده به فرستنده لینکهای اگر .٢

به نیاز که میباشد مرسوم فضایی تسهیم روشهای مشابه بعضا محدودیت این البته باشد. داشته

٣٣

کند. تضمین را دستیابی قابل داده نرخ بتواند تا دارد زیاد١ پراکندگی با محیطی

است ممکن مسأله این دارد. داده آشکارسازی برای کانال از کاملی اطالعات به نیاز گیرنده .٣

جهت پردازش مقداری به نیاز همچنین کند. ایجاد کانال تخمین واحد روی بر پیچیدگی

دارد. وجود کانال تخمین

مقابل لگاریتمی(در داده نرخ افزایش یک میتواند فضایی مدوالسیون ، V-BLAST با مقایسه در .٤

رسیدن برای را SM است ممکن مسأله این کند. ایجاد فرستنده آنتنهای تعداد افزایش با خطی)

کند. محدود آنتنها تعداد لحاظ از باال بسیار فرکانسی کارایی به

گیرنده در ارسالی سیگنال آشکارسازی روشهای ٢-٩

این در است. شده ارائه جداگانه طور به ارسالی سمبل و آنتن شماره آشکارسازی برای روشی [١] در

میشود محاسبه گیرندهها و فرستنده یک بین کانال مسیرهای تمام MRC نتایج مکرر صورت به روش

طور به میشود. انتخاب باشد، داشته دریافتی سیگنال با را همبستگی بیشترین که فرستندهای و

محوشدگی فرض تا میشود سبب آنتنها، بین ارسالی فرکانس موج طول نصف اندازه به فاصلهای کلی

آن بر میتواند دیگر اشیاء و انسان بدن مجاورت مانند عواملی البته باشد. صحیحی فرض ناهمبسته

پس مینماید اطالعات ارسال به اقدام آنتن یک تنها سمبل دوره هر در که آنجا از باشد[١]. گذار تأثیر

داد. نمایش ٢-٢١ رابطه صورت به میتوان را کانال H ماتریس

H =

h11 h12 ... h1NT

h21 h22 ... h2NT

.

.

.

..

.

.

.

.hNR1 hNR2 ... hNRNT

=[h1 h2 ... hNT

](٢-٢١)

آن در که

hυ =[h1υ h2υ ... hNRυ

]T (٢-٢٢)

تمامیآنتنهای به فرستنده آنتن یک سمبل دوره هر در میدهد نشان روابط که همانگونه میباشد.

برای میشود. استفاده H ماتریس از ستون یک ارسال هر در یعنی میکند. ارسال داده گیرنده

١Rich Scattering

٣٤

[١]3 bps/Hz طیفی بازده با چندآنتنه سیستم از استفاده مختلف روشهای مقایسه :٢-٢١ شکل

داریم: ارسالی سمبل و آنتن شماره آشکارسازی

gj = hHj y j = 1 : NT (٢-٢٣)

g =[g1 g2 ... gNT

]T (٢-٢٤)

ℓ = argmaxj

|g| (٢-٢٥)

xℓ = Q(g(j=ℓ)) (٢-٢٦)

ارسالی سیگنال تخمین برای xℓ و میزند تخمین را شده ارسال آنتن شماره ℓ فوق روابط در که

منظومه اعضای از یکی به دریافتی سیگنال نگاشت عمل Q تابع ٢-٢٦ رابطه در که میرود کار به

در خطا رخدادن سبب باشد همراه خطا با که فوق تخمین دو از هرکدام نتیجه در دارد. عهده بر را

V-BLAST فوق، آشکارساز با SM مقایسه از حاصل نتایج ٢-٢٢ و ٢-٢١ شکلهای شد. خواهند گیرنده

بر ثانیه بر بیت شش و سه طیفی بازده برای را SIMO سیستم یک در ارسال و MMSE آشکارساز با

میدهد. نشان هرتز

٣٥

[١]6 bps/Hz طیفی بازده با چندآنتنه سیستم از استفاده مختلف روشهای مقایسه :٢-٢٢ شکل

به مقاله این در MIMO کانال مدل است. شده معرفی SM آشکارسازی برای ای بهینه روش [٤] در

میباشد: زیر صورت

y =√ρHxq + n (٢-٢٧)

فضایی مدوالسیون در که آنجا از میباشد. موجود سمبل M مجموعه از ام q سمبل xq آن در که

میآید: در زیر صورت به ٢-٢٧ رابطه پس میباشد بردار یک شکل به و ستونی صورت به H ماتریس

y =√ρhj xq + n (٢-٢٨)

گوسی سفید نویز بعدی NR بردار n و دریافتی آنتن هر در نویز به سیگنال نسبت متوسط ρ آن در که

هم ورودی سیگنالهای که آنجا از میباشد. یک واریانس و صفر میانگین با مختلط جمعشوندهی

از: است عبارت که میباشد ML آشکارسازی معیار بهترین میشوند فرض احتمال

[JML, qML

]= argmax

j,qPY (y|xjq,H) (٢-٢٩)

داشت: خواهیم فوق رابطه کردن ساده از پس که

[JML, qML

]= argmin

j,q

√ρ ∥hjxq∥2F − 2Re{yHhjxq} (٢-٣٠)

٣٦

ارسال[٤] مختلف روشهای برای فضایی مدوالسیون در بهینه زیر و بهینه آشکارساز مقایسه :٢-٢٣ شکل

به که میباشد فروبنیوس نرم دهنده نشان ∥∥F و 1 ≤ q ≤ M ، 1 ≤ j ≤ NT فوق روابط در که

میشود. تعریف زیر صورت

∥A∥F =

√√√√ m∑i=1

n∑j=1

|aij |2 =√trace(AHA) (٢-٣١)

بیت خطای احتمال متوسط Pe,bit شکل این در میدهد. نشان را آشکارساز این عملکرد ٢-٢٣ شکل

میباشد.

فضایی مدوالسیون در آنتن چند از همزمان ارسال ٢-١٠

روش این در میشود. گفته ١GSM آن به که شده مطرح تعمیمیافته فضایی مدوالسیون بحث [٥] در

تعداد که است آن در روش این مزیت میشود. ارسال آنتن چند یا دو از سمبل یک همزمان طور به

در حالیکه در ندارد. وجود آن برای محدودیتی و باشد دلخواهی تعداد هر میتواند فرستنده آنتنهای

استفاده فرستنده در آنتن ٥ از که صورتی در مثال باشد. ٢ از توانی باید آنتنها تعداد فضایی مدوالسیون

میباشد.(

52

)برابر موجود حالتهای تعداد کند ارسال را اطالعات بتواند آنتن ٢ همزمان و شود

باید گیرنده در و مییابد اختصاص کدی آنتن، بودن روشن دوتایی حالتهای از یک هر برای یعنی

شماره تشخیص در خطا احتمال که میرود انتظار پس شود. زده تخمین فعال آنتن دو هر شماره١Generalised Spatial Modulation

٣٧

GSM در آنتنها بودن فعال مختلف حالتهای به کد تخصیص :٢-٢ جدول

آنتنها بودن فعال حالتهای تعداد افزایش با نیز طیفی بازده طرفی از اما یابد افزایش فعال آنتنهای

مییابد. افزایش فوق روش با

ماتریس و (NA < NT ) بوده فعال آنتن NT مجموع از سمبل دوره هر در آنتن NA که میشود فرض

M- رفته بکار مدوالسیون همچنین میباشد. ستون NT و سطر NR دارای H کانال محوشدگی ضرایب

بیتهای تعداد پس میباشد. M ×(

NT

NA

)برابر ممکن حالتهای کل تعداد بنابراین میباشد. QAM

استفاده فرض با مثال بود. خواهد⌊log2

(M ×

(NT

NA

))⌋برابر سمبل دوره هر در ارسال برای ممکن

دوره هر در آنتن دو همزمان بودن فعال و فرستنده سمت در آنتن پنج وجود و BPSK مدوالسیون از

بیت⌊log2

(2×

(52

))⌋= 4 برابر سمبل دوره هر در ارسال قابل بیتهای تعداد حداکثر سمبل،

جدول در که مییابد اختصاص کدی ارسالی آنتن بودن فعال مختلف حالتهای از هریک به میباشد.

میباشد مشخص ٢-٢ جدول در که همانگونه است. شده داده نشان کد تخصیص از نمونه یک ٢-٢

نیاز حالت ١٦ به ممکن حالت ٢٠ از واقع در است. نیافته تخصیص کدی (4,5) و (2,5) حالتهای به

نسبت تعمیمیافته فضایی مدوالسیون مزیت کلی طور به نمیشود. گرفته نظر در حالت ٤ و میباشد

از: است عبارت مرسوم فضایی مدوالسیون به

نمیباشد. ٢ از توانی لزوما فرستنده در موجود آنتنهای تعداد •

٣٨

مدوالسیون با مقایسه در بیشتری طیفی بازده به حالت، دو در برابر آنتنهای فرضتعداد با میتوان •

یافت. دست فضایی

میشود. چندبرابر تعمیمیافته روش در ارسالی سمبل برای چندگانگی مرتبه •

معایب:

گیرنده در محاسباتی پیچیدگی افزایش •

آنتن تخمین به مربوط خطای احتمال افزایش •

ابتدا در شد. پرداخته چندآنتنه سیستمهای زمینه در گرفته صورت اقدامات مرور به جاری فصل در

استفاده مرسوم روشهای سپس و شد پرداخته چندآنتنه سیستمهای از حاصل بهرههای بررسی به

مدوالسیون بعدی، بخش در گرفت. قرار بررسی مورد بیسیم کانالهای در چندآنتنه سیستمهای از

از برخی و گرفت قرار بررسی مورد چندآنتنه سیستمهای از استفاده جدید روش یک عنوان به فضایی

گردید. مطرح آن با مرتبط مقاالت

٣٩

٤٠

٣ فصل

فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود

مقدمه ٣-١

میشود. مصرفی توان کاهش و تشعشع کاهش جمله از محیطی آلودگی کاهش سبب سبز١ مخابرات

خطای احتمال همان با اطالعات ارسال برای کمتر توان از استفاده سبز، مخابرات اصلی اهداف از یکی

محیط در فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود جهت روشهایی بررسی به فصل این در میباشد. قبلی

مؤثر سبز مخابرات به دستیابی در میتواند که است شده پرداخته مسطح محوشدگی با چندمسیری

رایلی٢ محوشدگی با مخابراتی کانال یک در و MIMO سیستم یک در QAM مدوالسیون ابتدا در باشد.

رفته کار به شبیهسازیها در که شده گرفته قرار مقایسه و بررسی مورد متفاوت چندگانگی مرتبههای با

در و QAM مدوالسیون از استفاده با توسعهیافته فضایی مدوالسیون و فضایی مدوالسیون سپس و است

روشهایی و خطا احتمال محاسبه برای بسته شکل یک است. شده مقایسه متفاوت منظومه اندازههای

است. شده آورده بعدی بخش در مدوالسیون این عملکرد در بهبود جهت

سیستم مدل و فرضیات ٣-٢

قابل کامل طور به گیرنده در کانال حالت اطالعات ماتریس که آنست بر فرض جاری فصل تمامی در

رایلی توزیع با و تخت٤ محوشدگی نوع از کانال میباشد. همدوس٣ نوع از گیرنده و بوده تخمین

از: است عبارت k-ام لحظه در تکآنتنه سیستم یک در دریافتی سیگنال پس میباشد.

y(k) =√ρ h(k)x(k) + n(k) (٣-١)

ضریب h(k) ، k-ام لحظه در ارسالی سیگنال x(k) k-ام، لحظه در دریافتی سیگنال y(k) آن در که

توان نسبت ρ و k-ام لحظه در جمعشونده مختلط گوسی نویز n(k) k-ام، لحظه در کانال محوشدگی

یک برابر ارسالی سمبل توان و E{|h(k)|2

}= 1 که میشود فرض میباشد. نویز توان به سیگنال

SNR با برابر ρ بنابراین میباشد. بعد هر در ٠/٥ واریانس و صفر میانگین دارای نویز و شده نرمالیزه

استفاده به نیازی شود گرفته نظر در زمان با تغییرناپذیر صورت به کانال مدل اگر میباشد. گیرنده در

بنابراین نمیباشد. کانال محوشدگی ضرایب و دریافتی و ارسالی سیگنالهای برای زمان پارامتر از

١Green Communications٢Rayleigh Fading

٣Coherent٤Flat Fading

٤٢

داشت: خواهیم

y =√ρ hx+ n (٣-٢)

بود: خواهد زیر صورت به دریافتی سیگنالهای شود استفاده آنتن NR از گیرنده در که صورتی در

y1 =√ρ h1 x+ n1 (٣-٣)

y2 =√ρ h2 x+ n2 (٣-٤)

...

yNR=

√ρ hNR

x+ nNR(٣-٥)

ارسالی سیگنال تخمین برای میباشد خطا احتمال لحاظ از بهینه روش که MAP معیار از گیرنده در

داریم: پس است. شده استفاده

x = arg maxj=1,2,...,M

p(y1, y2, ..., yNR|h1, h2, ..., hNR

, xj) (٣-٦)

کانال که آنجا از میشود. انتخاب مدوالسیون تایی M منظومه مجموعه از xj فوق رابطه در که

فوق شرطی احتمال پس میباشند یکدیگر از مستقل نیز مختلف سمبلهای و شده فرض ناهمبسته

داشت: خواهیم یعنی میباشد. دریافتی سیگنالهای تک تک شرطی احتمال حاصلضرب صورت به

x = arg maxj=1,2,...,M

NR∏l=1

p(yl|hl, xj) (٣-٧)

≡ arg maxj=1,2,...,M

NR∏l=1

exp(− |yl −√ρhlxj |2) (٣-٨)

محوشدگی با کانال و SIMO سیستم در MAP معیار و نهایی رابطه به فوق عبارت کردن ساده از پس

از: است عبارت که رسید خواهیم رایلی

x = arg maxj=1,2,...,M

Re

{(NR∑l=1

h∗l yl

)x∗j

}− 1

2

√ρ

(NR∑l=1

|hl|2)|xj |2 (٣-٩)

باشد، همانرژی ارسالی سیگنالهای که صورتی در مینامند[١٩]. بیشینه١ نسبت ترکیب را فوق معیار

میباشد. کردن صرفنظر قابل و داشت خواهد ثابت مقداری مختلف j-های تمام ازای به دوم عبارت

(N0)نویز توان طیف چگالی بر (Eb) بیت انرژی نسبت حسب بر میتواند خطا احتمال نمودارهای

است. شده بیان دسیبل حسب بر نمودارها کلیه فصل این در که شود بیان (dB) دسیبل برحسب یا و١Maximum Ratio Combining

٤٣

صورت به نویز توان طیف چگالی به بیت انرژی و نویز توان طیف چگالی به (Es)سمبل انرژی رابطه

میباشد. زیر رابطه

Es

N0=

Eb

N0× log2 M (٣-١٠)

میباشد. استفاده مورد منظومه اندازه برابر M آن در که

تکرار و است شده استفاده مونتکارلو١ روش از خطا احتمال برای فصل این شبیهسازیهای در

مقایسه جهت همچنین برسد. ١٠٠ عدد به خطاها تعداد که است افتاده اتفاق آنجا تا تصادفی آزمایش

و است شده استفاده متفاوت اندازههای با مستطیلی QAM مدوالسیون از فضایی مدوالسیون عملکرد

میباشد. گری٢ کد صورت به سمبلها کدگذاری

QAM مدوالسیون شبیهسازی ٣-٣

محوشدگی با کانال و MIMO سیستم یک در QAM مدوالسیون خطای احتمال مقایسه به بخش این در

که میباشد خطا احتمال لحاظ از بهینه معیار گیرنده، در تصمیمگیری معیار میشود. پرداخته رایلی

در که آنجا از بود. خواهد ML معیار با برابر مختلف سمبلهای وقوع شدن فرض هماحتمال دلیل به

آمد: خواهد در زیر صورت به ٣-٥ تا ٣-٣ روابط است شده استفاده آنتن NT از فرستنده

y1 =√ρ (h11 + h12 + . . .+ h1NT )x+ n1 (٣-١١)

y2 =√ρ (h21 + h22 + . . .+ h2NT

)x+ n2 (٣-١٢)

...

yNR=

√ρ (hNR1 + hNR2 + . . .+ hNRNT

)x+ nNR(٣-١٣)

نتیجه، در میباشد. i-ام آنتن به j-ام آنتن از سمبل ارسال در کانال محوشدگی ضریب hij آن در که

سطر مجموع از hl جای به آن در که بود خواهد ٣-٩ رابطه مشابه رابطهای خطا احتمال محاسبه معیار

صورت به گردید معرفی دوم بخش در که همانگونه ماتریس این که میشود استفاده H ماتریس l-ام

١Monte Carlo method ٢Grey Code

٤٤

میشود: تعریف زیر

H =

h11 h12 ... h1NT

h21 h22 ... h2NT

.

.

.

..

.

.

.

.hNR1 hNR2 ... hNRNT

(٣-١٤)

همانگونه دارد. وجود آنتن ٤ گیرنده در حالتها، تمام در که است آن بر فرض بخش این در

آنتنهای در فرستنده آنتنهای تعداد حاصلضرب برابر چندگانگی مرتبه شد اشاره دوم فصل در که

و فرستنده در آنتن ٢ وجود فرض با را QAM مدوالسیون خطای احتمال ٣-١ شکل میباشد. گیرنده

مشخص فوق شکلهای در که همانگونه میدهد. نشان فرستنده در آنتن ٧ وجود فرض با ٣-٢ شکل

تصمیمگیری نواحی که آنجا از واقع در مییابد. افزایش خطا احتمال منظومه، اندازه افزایش با میباشد

با همچنین یافت. خواهد افزایش خطا وقوع احتمال میشود، کوچکتر منظومه نقاط تعداد افزایش با

سبب و شده مهیا گیرنده در ارسالی سیگنال از بیشتری های نسخه تعداد چندگانگی، مرتبه افزایش

صورت ارسالی سمبل از دقیقتری تخمین نتیجه در و بیابد کاهش عمیق محوشدگی اثرات تا میشود

میکند. مقایسه هم با متفاوت چندگانگی مرتبههای با را 128QAM مدوالسیون ٣-٣ شکل گیرد.

فضایی مدوالسیون شبیهسازی ٣-٤

در است. شده بررسی رایلی توزیع و مسطح محوشدگی با محیط در فضایی مدوالسیون بخش این در

فعال فرستنده در سمبل دوره هر در آنتن یک تنها شد اشاره قبل فصل در که همانگونه روش این

در آشکارسازی معیار بود. خواهیم شاهد را SIMO مدل یک سمبل دوره هر در واقع در و میباشد

خطای احتمال محاسبه مشابه معیار، این محاسبه روش میباشد. MAP معیار قبلی بخش مشابه گیرنده

شماره تا است الزم فضایی مدوالسیون در که آنجا از اما میباشد MIMO کانال در QAM مدوالسیون

داشت: خواهیم بنابراین شود زده تخمین نیز ارسالی آنتن

[JML, qML

]= argmax

j,qPY (y|xjq,H)

= argmaxj,q

Re{yHhjxq} −1

2

√ρ ∥hjxq∥2F

j = 1, 2, ..., NT q = 1, 2, ...,M (٣-١٥)

٤٥

گیرنده در آنتن ٤ و فرستنده در آنتن ٢ با QAM مدوالسیون خطای احتمال :٣-١ شکل

گیرنده در آنتن ٤ و فرستنده در آنتن ٧ با QAM مدوالسیون خطای احتمال :٣-٢ شکل

٤٦

متفاوت چندگانگی مرتبهای با 128QAM مدوالسیون مقایسه :٣-٣ شکل

از ستون یک تنها سمبل دوره هر در که آنجا از اما میباشد ٣-٩ رابطه همان فوق رابطه واقع در

و سمبل و شده ضرب دریافتی بردار در مختلف ستونهای گیرنده در پس میباشد، فعال H ماتریس

شماره و ارسالی سمبل عنوان به شود تصمیمگیری معیار شدن بیشینه سبب که H ماتریس از ستونی

که میباشد هم از مستقل منظومه فضای دو از ترکیبی فضایی مدوالسیون میشود. انتخاب فعال آنتن

بنابراین میباشد. ارسالی فعال آنتن شماره به مربوط منظومه دیگری و ارسالی سمبل منظومه یکی

خطا به مربوط قسمت یک است: شده تشکیل قسمت دو از نیز فضایی مدوالسیون خطای احتمال

اشتباه تشخیص به مربوط دیگری و میباشد منظومه نقاط مجموعه از ارسالی سمبل آشکارسازی در

ندارد. یکدیگر روی بر اثری و بوده مستقل یکدیگر از خطا دو این و میباشد ارسال در فعال آنتن شماره

همچنین میباشد. فوق بخش دو از یک هر خطای احتمال مجموع برابر کل، خطای احتمال بنابراین

٣-٤ شکل شد. خواهد سمبل آن ارسال در خطا وقوع سبب فوق، بخش دو از یک هر در خطا رخدادن

٨ وجود فرض با را روش این عملکرد ٣-٥ شکل و آنتن ٤ وجود فرض با فضایی مدوالسیون عملکرد

حمل آنتنها توسط اطالعات بیت دو که آن دلیل به آنتنه ٤ حالت در میدهد. نشان فرستنده در آنتن

٤٧

فرستنده در آنتن ٤ با فضایی مدوالسیون :٣-٤ شکل

به اطالعات ارسال برای مشابه وضعیت از بیشتر بیت ٣ آنتنه ٨ حالت در و ٢بیت طیفی بازده میشود،

باشد. برابر روش دو طیفی بازده باید منصفانه مقایسه جهت به بنابراین میباشد. MIMO معمول روش

تعمیمیافته فضایی مدوالسیون شبیهسازی ٣-٥

توسعهیافته حالت تعمیمیافته فضایی مدوالسیون گردید، معرفی نیز قبل فصل در که همانگونه

سمبل یک ارسال به و میباشد فعال آنتن چندین همزمان طور به آن در که است فضایی مدوالسیون

دوره هر در فعال آنتنهای تعداد که است شده فرض بخش این شبیهسازیهای در میپردازد. مشخص

فرض همچنین باشد. آنتن ٤ گیرنده در موجود آنتنهای تعداد و آنتن ٢ برابر فرستنده در سمبل

گیرنده در بنابراین و میکنند ارسال را مشابه سمبل یک فرستنده، در مختلف آنتنهای که میشود

آنتن چندین از که وقتی همچنین نمیشود. ایجاد تداخلی مختلف آنتنهای از دریافتی اطالعات بین

بهره نیز فرستنده در فضایی چندگانگی از میشود، استفاده سمبل یک ارسال برای همزمان طور به

طیفی بازده در تغییر بدون ارسالی، سمبل از ناشی خطا احتمال کاهش سبب مجموع در و میشود برده

تخمین است، یافته افزایش فرستنده در فعال آنتنهای تعداد که آنجا از طرفی از البته شد. خواهد

٤٨

فرستنده در آنتن ٨ با فضایی مدوالسیون :٣-٥ شکل

بهینه تصمیمگیری معیار بود. خواهد همراه بیشتری خطای احتمال با گیرنده در فعال آنتنهای شماره

MIMO یکسیستم در واقع در میباشد. فضایی مدوالسیون در تصمیمگیری معیار تعمیم روش، این در

همانگونه تصمیمگیری معیار در است، بوده فعال سمبل دوره هر در فرستنده آنتنهای تمام که آنجا از

هم با ،H ماتریس از سطر یک محوشدگی ضرایب تمامی میباشد مشخص نیز ٣-١٣ تا ؟؟ رابطه در که

دوره یک در آنتن چندین مجموع از آنتن ٢ تنها است شده فرض که روش این در اما است. شده جمع

فرض با مثال میشود. جمع هم با فعال آنتن ٢ به مربوط محوشدگی ضرایب تنها باشد، فعال سمبل

داشت: خواهیم فرستنده در آنتن ٥ مجموع از دوم و اول آنتنهای بودن فعال

y1 =√ρ(h11 + h12)x+ n1 (٣-١٦)

y2 =√ρ(h21 + h22)x+ n2 (٣-١٧)

...

yNR=

√ρ(hNR1 + hNR2)x+ nNR

(٣-١٨)

٤٩

همانگونه میباشد. ستون ٨ دارای که میشود داده Hتشکیل ′ ماتریس گیرنده در تصمیمگیری جهت به

استفاده فرستنده در موجود آنتنهای از مختلف ترکیب ٨ از میباشد مشخص نیز ٢-٢ جدول در که

میباشد: زیر صورت به H ′ ماتریس پس میشود.

H ′ =

h11 + h12 h11 + h13 . . . h13 + h15

h21 + h22 h21 + h23 . . . h23 + h25

h31 + h32 h31 + h33 . . . h33 + h35

h41 + h42 h41 + h43 . . . h43 + h45

h51 + h52 h51 + h53 . . . h53 + h55

(٣-١٩)

آنتنهای تعداد برابر آن سطرهای تعداد و 2

log 2

52

= 8 برابر H ′ ماتریس ستونهای تعداد

درمیآید: زیر صورت به بهینه تصمیمگیری معیار پس میباشد. گیرنده در ]موجودJML, qML

]= argmax

j,qPY (y|xjq,H

′)

= argmaxj,q

Re{yHh′jxq} − 1

2

√ρ ∥h′

jxq∥2F(٣-٢٠)

میباشد. H ′ ماتریس j-ام ستون برابر h′j و j = 1, 2, ..., 2

log 2

NT

NA

, q = 1, 2, ...,M آن در که

اندازههای با QAM مدوالسیون برای را تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال ٣-٦ شکل

در که است آن گیرد قرار توجه مورد باید اینجا در که نکتهای میدهد. نشان مختلف مدوالسیون

اطالعات بیت ٢ آنتنها ٣-٤ شکل در و میکنند حمل را اطالعات بیت ٣ آنتنها که آنجا از ٣-٦ شکل

بنابراین باشد، برابر حالت دو طیفی بازده باید شکل دو مقایسه برای که آنجا از و مینمایند، ارسال را

از بهتر هرتز بر ثانیه بر بیت ٤ از بیش طیفی بازده در تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال

فضایی مدوالسیون با را روش این خطای احتمال ٣-٧ شکل همچنین بود. خواهد فضایی مدوالسیون

عملکرد میباشد، مشخص شکل در که همانگونه است. کرده مقایسه مرسوم چندآنتنه روش و معمولی

در میباشد. فرستنده در آنتن ٨ وجود با SM عملکرد از بهتر فرستنده در آنتن ٧ وجود فرض با GSM

میباشد. برابر روشها کلیه طیفی بازده شکل این

تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال محاسبه ٣-٦

و آنتن خطای احتمال است: شده تشکیل بخش دو از تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال

داریم: پس ارسالی. سمبل خطای احتمال

Pe(GSM) = Pe(ant) + Pe(sym)− Pe(ant ∩ sym) (٣-٢١)

٥٠

تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال :٣-٦ شکل

چندآنتنه سیستم در داده ارسال برای مختلف روش سه مقایسه :٣-٧ شکل

٥١

کانال ضرایب ناهمبستگی فرض با است مستقل ارسالی سمبل و آنتن شماره اشتباه تشخیص خطای

تأثیری دیگری بر یکی، در خطا وقوع عدم یا وقوع و بوده مستقل هم از فوق خطای دو یکدیگر، از

داریم: پس گذاشت.[٣] نخواهد

Pe(GSM) = Pe(ant) + Pe(sym)− Pe(ant)× Pe(sym) (٣-٢٢)

و شده محاسبه جداگانه طور به هریک ارسالی سمبل و آنتن خطای احتمال تا است کافی بنابراین

دارای آنتنها مختلف ترکیبهای که آنجا از آید. بدست کلی حالت در روش این خطای احتمای

میباشد آنتنها مختلف ترکیبهای نمایش به مربوط که فضایی منظومه میباشند، برابر وقوع احتمال

صورت به سمبلها منظومه مانند فضایی منظومه بنابراین و میشود گرفته نظر در هماحتمال صورت به

داریم: پس میشود. گرفته نظر در متقارن

Pe(ant) = Pe(ant|ant1, ant2, x) (٣-٢٣)

شرط به آنتن خطای احتمال صورت به فرستنده در آنتن دو همزمان ارسال فرض با خطا احتمال پس

خواهیم ارسالی آنتنهای شماره تخمین جهت به میآید. در باشد شده ارسال دوم و اول آنتن از آنکه

داشت:

Mij = arg minj=1,2,...NC

∥∥yi − h′jx∥∥2 (٣-٢٤)

میباشد: زیر صورت به دریافتی سیگنال و میباشد NC =

(NT

2

)فوق رابطه در که

yi = h′ix+ ni (٣-٢٥)

میآید: در زیر صورت به ٣-٢٣ رابطه پس میباشد. j-ام و i-ام آنتن متری١ معیار برابر Mij همچنین

Pe(ant) = 1− Pc(ant|ant1, ant2, x)

≡ 1− P (M11 < M12,M11 < M13, ...,M11 < M1NC)

P (ant1, ant2, x)(٣-٢٦)

میشود: تعریف زیر صورت به M1j فوق رابطه در که

M1j = argminj

{∥n1∥2 j = 1∥∥(h′

1 − h′j

)x+ n1

∥∥2 j = 1(٣-٢٧)

هریک احتماالت حاصلضرب برابر و بوده مستقل یکدیگر از نیز کسر مخرج توأم احتماالت همچنین

به اما نمیباشد مستقل کامل طور به فوق روابط متری معیارهای که آن علیرغم میباشد. متغیرها از١Metric

٥٢

میگیریم. نظر در مستقل یکدیگر از را آنها خطا، احتمال محاسبه امکان و فوق روابط سادهسازی جهت

داشت: خواهیم بنابراین

Pe(ant) ≈ 1− P (M11 < M12)P (M11 < M13) ... P (M11 < M1NC)

P (x = x)× P (ant1, ant2)(٣-٢٨)

یک برای P (ant1, ant2) احتمال بود. خواهد1

Mبرابر تایی M منظومه یک برای P (x = x) احتمال

احتماالت از یکی محاسبه به اینک میباشد. NC =

(NT

2

)که بود خواهد 1

NCبرابر تایی NC منظومه

میشود. پرداخته ٣-٢٨ رابطه

P (M11 < M1j) = P(∥n1∥2 <

∥∥(h′1 − h′

j

)x+ n1

∥∥2) (٣-٢٩)

صورت به و شود خارج بسته شکل از که صورتی در که بوده ماتریسی شکل به فوق تساوی راست سمت

داشت: خواهیم شود نوشته متغیرها مجموع

P (M11 < M1j) = P

(NR∑k=1

|nk1|2 <

NR∑t=1

∣∣(h′t1 − h′

tj

)x+ nt1

∣∣2) (٣-٣٠)

داریم: پس میباشد. گوسی نویز مربعات مجموع فوق، نامساوی چپ سمت عبارت

nk1 ∼ CN(0, σn2) (٣-٣١)

(h′t1 − h′

tj

)x+ nt1 ∼ CN(0, σn

2 + 2σn2 |x|2) (٣-٣٢)

متغیر 2NR مربعات مجموع حقیقت در ٣-٣٠ عبارت پس میباشد مختلط صورت به نویز که آنجا از

متغیر یک میباشد مستقل یکدیگر از آنتن مختلف مؤلفههای نویزهای که آنجا از و میباشد گوسی

مشابه نیز نامساوی راست سمت عبارت همچنین میکند. تولید آزادی درجه 2NR با اسکور١ کای

صورت به را U2 و U1 متغیرهای میکند. تولید آزادی درجه 2NR با اسکور کای متغیر یک چپ سمت

میکنیم: تعریف زیر

U1 ≜ M11

σ211

(٣-٣٣)

U2 ≜ M1j

σ21j

(٣-٣٤)

آمد: خواهد در زیر صورت به ٣-٣٠ رابطه پس

P (M11 < M1j) = P(σ211 U1 < σ2

1j U2

)(٣-٣٥)

١Chi–Square

٥٣

داشت: خواهیم هم بر رابطه طرفین تقسیم با

P (M11 < M1j) = P

(U1

U2<

σ21j

σ211

)(٣-٣٦)

تقسیم حاصل پس میباشد، آزادی درجه 2NR با اسکور کای توزیع دارای U2 و U1 متغیر دو که آنجا از

تابع میدهد. نشان را آن تجمعی توزیع واقع در ٣-٣٦ رابطه و بود خواهد F توزیع با متغیر یک آن

یکدیگر به نسبت U2 و U1 ، x =σ21j

σ211

آن در که میشود تعریف F (x; d1, d2) صورت به F تجمعی توزیع

U2 و U1 متغیرهای به مربوط آزادی درجه نیز d2 و d1 میباشد. اسکور کای توزیع دارای و مستقل

آمد: خواهد در زیر صورت به ٣-٢٨ رابطه بنابراین میباشد.

Pe(ant) ≈ 1− F (x; 2NR, 2NR)NC−1 ×M ×NC (٣-٣٧)

در آنتن دو با MIMO کانال یک که میکنیم فرض ارسالی سمبل خطای احتمال محاسبه برای

کانال در باینری مدوالسیون خطای احتمال [١٦] در داریم. اختیار در گیرنده در آنتن NR و فرستنده

است: شده محاسبه زیر بسته رابطه صورت به رایلی محوشدگی با

Pe(sym) ≈(

2NR − 1NR

) (1

4 γc

)NR

(٣-٣٨)

است: شده تعریف زیر صورت به γc آن در که

γc =EN0

NR∑n=1

E{α2n

}(٣-٣٩)

محاسبه تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال ٣-٣٨ و ٣-٣٧ ، ٣-٢٢ روابط از استفاده با

مدوالسیون شبیهسازی و تحلیلی حالت برای سمبل خطای احتمال مقایسه ٣-٨ شکل شد. خواهد

نشان BPSK مدوالسیون و گیرنده در آنتن ٤ و فرستنده در آنتن ٥ حالت برای تعمیمیافته فضایی

خطای احتمال محاسبه در رفته کار به تقریب به میتوان نمودار دو اختالف دالیل جمله از میدهد.

واقع در که شده گرفته نظر در هماحتمال هم با متری معیارهای تمام همچنین کرد. اشاره آنتنها

سایر با مقایسه در بیشتری خطای دادن رخ احتمال میباشد مشترک آنتن یک دارای که حالتهایی

دارد. حاالت

٥٤

تحلیلی و شبیهسازی حالت در سمبل خطای احتمال مقایسه :٣-٨ شکل

فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود ٣-٧

روش جمله از چندآنتنه سیستمهای در موجود روشهای از برخی شبیهسازی و بررسی به اینجا تا

مدوالسیون عملکرد بهبود جهت روشهایی بررسی به اینک است. شده پرداخته GSM و SM ، MIMO

تخمین خطای بتوان باید فضایی، مدوالسیون عملکرد در بهبود ایجاد جهت به میشود. پرداخته فضایی

چندگانگی مرتبه دارای ارسالی سمبل که آنجا از داد. کاهش را سمبل تخمین خطای یا و آنتن شماره

در که آنجا از و میباشد گیرنده آنتنهای تعداد در فرستنده فعال آنتنهای تعداد حاصلضرب برابر

مورد آنتن چندین معموال نیز گیرنده در و آنتن ٢ حداقل فرستنده در توسعهیافته فضایی مدوالسیون

احتمال و میشود دریافت گیرنده در سمبل یک از متعددی نسخههای پس میگیرد، قرار استفاده

نتیجه در مییابد. کاهش فضایی مدوالسیون مرسوم روش با مقایسه در ارسالی سمبل از ناشی خطای

مالحظهای قابل تأثیر سمبل خطای احتمال کاهش در فرستنده در فعال آنتنهای تعداد به افزودن

افزایش سبب که دیگری روشهای از استفاده همچنین میباشد. مطلب همین گویای ٣-٩ شکل ندارد.

عملکرد شدن بدتر سبب میتواند حتی و باشد بیتأثیر مواردی در شاید و کمتأثیر شود چندگانگی بهره

تلف سبب فقط زمانی چندگانگی یا و مشارکتی مخابرات از استفاده نمونه عنوان به گردد. مدوالسیون

٥٥

فرستنده در متفاوت فعال آنتنهای تعداد مقایسه :٣-٩ شکل

سمبلها ارسال برای فاز دو به مشارکتی مخابرات در زیرا میشود. طیفی بازده یا و ارسال نرخ شدن

پهنای عمال مشارکت، و ارسال فازهای به آن تخصیص و سمبل دوره کردن نصف با که میباشد نیاز

طرفی از میشود. طیفی بازده شدن نصف سبب که شده برابر دو ارسالی سمبل برای نیاز مورد باند

کل، در پس میباشد. ناچیز بسیار چندگانگی مرتبه بودن باال به توجه با روشها، این از حاصل بهره

خطای احتمال دیگر طرف از گردد. فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود سبب نمیتواند روشها این

مالحظه قابل معمولی، فضایی مدوالسیون روش با مقایسه در روش این در آنتنها تخمین از حاصل

آمد. نائل مدوالسیون عملکرد در بهبود به میتوان داد کاهش آنرا روشی با بتوان که صورتی در و بوده

ازای به تعمیمیافته فضایی مدوالسیون عملکرد ٣-٦ و ٣-٤ در شده ارائه شکلهای طبق بر که آنجا از

به بخش این در میباشد فضایی مدوالسیون عملکرد از بهتر موارد اغلب در مختلف طیفی بازدههای

میشود. پرداخته تعمیمیافته فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود جهت روشهایی بررسی

کانولوشنال کدگذاری از استفاده ٣-٧-١

میباشد. کانال کدگذاری از استفاده بیسیم، مخابرات سیستمهای در خطا احتمال بهبود روش یک

میشود. تقسیم کانولوشنال کدگذاری و بلوکی کدگذاری دسته دو به عمده طور به کانال کدگذاری

٥٦

یک میشود. اطالعات ارسال نرخ کاهش سبب آمده، بدست بهره کنار در کانال کدگذاری از استفاده

ورودی نرخ k کدکننده، خروجی نرخ n آن در که میدهند نشان (n, k,K) صورت به را کانولوشنال کد

میباشد کدکننده در شده استفاده ثباتهای تعداد برابر که گویند محدودیت طول را K و کدکننده به

محسوب آن قوت نقاط از و میباشد اهمیت دارای آنچه فضایی مدوالسیون در که آنجا از .[٢٣]

طیفی بازده که صورتی در پس میباشد، معمول روشهای با مقایسه در طیفی بازده افزایش میشود

روشها سایر با مقایسه در مالحظهای قابل برتری روش این عمال برود دست از فضایی مدوالسیون در

طیفی بازده تا شود اتخاذ روشی باید کانال کدگذاری از استفاده صورت در بنابراین داشت. نخواهد

در میباشد. ترلیس کدشده مدوالسیون روش از استفاده مشکل این حل برای راه یک نکند. تغییری

دنباله آن، از پس میشود. خارج آن از بیت k+1 و شده وارد اطالعات بیت k کدکننده در روش این

اندازه نیابد کاهش اطالعات ارسال نرخ آنکه جهت به و میشود داده عبور مدوالسیون بلوک از ارسالی

باینری مدوالسیون از کدگذاری بدون حالت در که صورتی در یعنی میشود. برابر دو نیز مدوالسیون

پهنای و طیفی بازده طریق بدین میشود. استفاده 4QAM مدوالسیون از اکنون است میشده استفاده

مشخص، سمبل دوره یک در طیفی بازده افزایش جهت به نمیکند. تغییری ارسال برای نیاز مورد باند

مشکل اما کرد. ارسال باند پهنای تغییر بدون زمانی بازه همان در را بیشتری بیت تعداد میتوان

تصمیمگیری نواحی و شده نزدیکتر یکدیگر به روش این در منظومه نقاط که است آن در روش این

در که است شده داده نشان [٢٤] در مییابد. افزایش خطا احتمال نتیجه در شد. خواهد کوچکتر

عملکرد تا میشود سبب روش این از حاصل بهره ، k

k + 1نرخ با کانولوشنال کدگذاری از استفاده صورت

باینری مدوالسیون که میشود فرض اینجا در باشد. معمول حالت از بهتر ترلیس کدشده مدوالسیون

بلوک نمیکند. تغییری طیفی بازده بنابراین میباشد. 1

2نیز کدگذاری نرخ و شده تبدیل 4QAM به

است. شده داده نشان ٣-١٠ شکل در روش این دیاگرام

کانولوشنال کدهای در کدگشایی و کدکنندگی ٣-٧-٢

یک فوق شکل در میباشد: ٣-١١ شکل صورت به شبیهسازی در شده استفاده کانولوشنال کدکننده

. میشود مشاهده (2, 1, 3) کانولوشنال کد

٥٧

تعمیمیافته فضایی کدشده مدوالسیون دیاگرام بلوک :٣-١٠ شکل

شبیهسازی در استفاده مورد کانولوشنال کد کدکننده :٣-١١ شکل

تخصیص که میباشد حالت ٨ برابر حالتها کل تعداد فوق کدکننده با متناسب ویتربی الگوریتم در

و میباشد S0 حالت با شروع الگوریتم این در میباشد. ٣-١ جدول صورت به مختلف حالتهای به کد

بعدی بیت مجددا میافتد. اتفاق مختلف حالت دو باشد یک یا صفر دریافتی، بیت آنکه فرض با سپس

از پس رسید. خواهد حالت ٨ به کدگشا به بیت ٣ ورود از پس نهایت در و میکند ایجاد حالت دو

میرود. دیگر حالت به حالت یک از جدید بیتهای ورود با فقط و نمیکند تغییری حاالت تعداد آن

که آنجا از است. شده داده نشان ویتربی الگوریتم شونده تکرار و اولیه مراحل ٣-١٣ و ٣-١٢ شکل دو

کدکننده ثباتهای وضعیت مختلف حالتهای به کد تخصیص :٣-١ جدول

٥٨

ویتربی الگوریتم اولیه حالت :٣-١٢ شکل

خواهد همینگ فاصله کمترین تصمیمگیری معیار است گرفته انجام سخت١ معیار با تصمیمگیری

همانگونه میدهد. نشان GSM روش با را کدشده مدوالسیون خطای احتمال مقایسه ٣-١٤ شکل بود.

با سیستمی به نیاز البته است داشته توجهی قابل بهبود خطا احتمال میباشد مشخص شکل در که

میباشد. کدگشا و کدکننده بخش برای بیشتری پیچیدگی

پریتی چککننده کد از استفاده ٣-٧-٣

که صورتی در که آنست دارد اهمیت تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خصوص در که مسائلی از یکی

در گیرنده در شود، انتخاب ارسال برای فرستنده در موجود آنتنهای از مختلف ترکیبهای از هریک

در یکنواخت شکل به خطا توزیع این دهد، رخ خطا فعال آنتنهای شمارهی تشخیص در که صورتی

یکی شمارهی تخمین تنها بیشتری احتمال با خطا، وقوع صورت در بلکه نمیباشد؛ ترکیبها همه بین

آنکه احتمال فرستنده، در فعال آنتن دو وجود فرض با دیگر عبارت به میشود. خطا دچار آنتنها از

کمتر بسیار شود داده تشخیص اشتباه صورت به گیرنده در فرستنده، در فعال آنتن دو هر شمارهی

در موجود آنتن ٥ از اگر نمونه عنوان به میباشد. آنتن دو از یکی شماره در خطا تشخیص احتمال از

اطالعات بیت ٣ تا میتواند که میشود ایجاد حالت ١٠ باشد فعال سمبل دوره هر در آنتن ٢ فرستنده

شماره تخمین احتمال بپذیرد صورت دوم و اول آنتن از تنها ارسال، که شود فرض اگر کند. حمل را

میشود. توزیع ٣-٢ جدول صورت به گیرنده در مختلف نویزهای به سیگنال نسبت در مختلف آنتنهای

سمبلهای مختلف، آنتنهای ترکیب به که صورتی در مشخصمیباشد ٣-٢ جدول در که همانگونه١Hard Decision

٥٩

ویتربی الگوریتم شونده تکرار حالت :٣-١٣ شکل

تعمیمیافته فضایی مدوالسیون و شده کد مدوالسیون خطای احتمال مقایسه :٣-١٤ شکل

٦٠

دوم و اول آنتن از ارسال فرض با گیرنده در آنتنها مختلف ترکیبهای تخمین احتمال :٣-٢ جدول

گیرنده در خطا بیت ١ بروز سبب آنتن شماره تشخیص در خطا وقوع شود داده تخصیص مناسبی

بهبود را آنتنها تخمین خطای احتمال آن کمک به بتوان که هستیم راهی دنبال به واقع در میشود.

نمیباشد دسترس در اطالعاتی ارسالی سمبل تخمین خالف بر آنتنها تخمین در که آنجا از بخشید.

از استفاده امکان میپذیرد، صورت گیرنده در کانال حالت ماتریس از استفاده طریق از صرفا کار این و

از که آنست میشود مطرح اینجا در که ایدهای ندارد. وجود آنتن شماره تخمین بهبود برای چندگانگی

جلوگیری جهت به باشد. داشته را خطا بیت یک تشخیص قدرت که شود استفاده کانال کدگذاری یک

بیت یک تشخیص روش سادهترین از استفاده با کار این کدگذاری، این پیادهسازی در پیچیدگی از

دارای سمبل ارسال که آنجا از است. شده پیادهسازی میباشد پریتی١ کردن چک کد همان که خطا

پریتی بیت یک واقع در مییابد. اختصاص آنتن اطالعات به فقط پریتی بیت میباشد، چندگانگی

شماره تخمین در خطا بیت یک وقوع صورت در تا میشود افزوده ارسالی سمبل به آنتن کد به مربوط

نرخ و میشود محسوب بلوکی کدهای جزء پریتی کد باشد. تشخیص قابل خطا این گیرنده، در آنتنها

به میتواند پریتی کد میباشد. کدکننده به ورودی بیتهای تعداد k که میباشد k

k + 1برابر آن کد

بیتی k دنباله در که میباشد صورت این به روش این کدگذاری شود. پیادهسازی فرد یا زوج صورت

فرد یا باشد زوج یکها تعداد آنکه به توجه با و میشود شمرده یک بیتهای تعداد کدکننده، به ورودی

به میشود. افزوده دنباله انتهای به یک یا صفر بیت یک فرد، یا باشد زوج نوع از پریتی کد همچنین و

بیت یک باشد فرد ورودی دنباله یکهای تعداد و شود استفاده زوج پریتی کد از چنانچه نمونه عنوان

دنباله، یکهای تعداد اگر و شود زوج ارسالی بیتهای نهایی تعداد تا میشود افزوده دنباله انتهای به ١

پریتی کد از استفاده فرض با نیز گیرنده در شد. خواهد افزوده دنباله انتهای به صفر بیت یک باشد زوج١Parity Check Code

٦١

آن بدون و پریتی کد وجود با تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال مقایسه :٣-١٥ شکل

تعداد که آنست معنای به باشد زوج که صورتی در و شده شمرده دریافتی دنباله در یکها تعداد زوج،

خطا دچار دنباله از بیت ٢ یا است، نداده رخ خطایی اصال یا یعنی میباشد. زوج افتاده اتفاق خطاهای

تشخیص به مربوط تنها دهد رخ خطایی اگر اوقات اکثر در که آنجا از پس . ... و بیت ٤ یا است، شده

شد خواهد دنباله در خطا بیت یک بروز سبب اشتباه این اغلب که آنجا از و میباشد آنتن یک اشتباه

به زیادی پیچیدگی افزودن بدون فضایی مدوالسیون عملکرد در میتوان پریتی کد از استفاده با پس

شدن بیشینه برابر GSM در تصمیمگیری معیار که آنجا از نمود. ایجاد بهبود فرستنده-گیرنده ساختار

گرفته نظر در عبارتی کافیست شد داده تشخیص گیرنده در خطا آنکه از پس میباشد، ٣-٦ عبارت

شود داده تشخیص خطا دارای نیز دومی اگر دارد. قرار دوم رتبه در بودن بیشینه لحاظ از که شود

از استفاده با GSM خطای احتمال ٣-١٥ شکل مییابد. ادامه خطا بدون حالت به رسیدن تا فوق روال

میدهد. نشان را آن بدون و پریتی کد

آنتنها ترکیب شده صرفنظر حالتهای از استفاده ٣-٧-٤

صورت ممکن حالتهای کلیه بین تصمیمگیری گیرنده در فضایی، مدوالسیون معمول روش در

ممکن حالت ٤ بین از گیرنده در شود استفاده فرستنده در آنتن ٤ از صورتی در مثال میپذیرد.

٦٢

تشخیص قابل باشد افتاده اتفاق آنتن شماره تخمین در اشتباهی که صورتی در و میشود انتخاب یکی

به برد. بهره نیز شده صرفنظر حالتهای از میتوان تعمیمیافته فضایی مدوالسیون در بود. نخواهد

فعال سمبل دوره هر در آنتن ٢ که شود استفاده فرستنده در آنتن ٤ از که صورتی در نمونه عنوان

در میشود. استفاده فرستنده در آن حالت ٤ از که میافتد اتفاق آنتنها از مختلف ترکیب ٦ باشد،

یعنی نباشد، ارسالی مطلوب حالتهای بین از که صورتی در و شده اعمال تصمیمگیری معیار گیرنده

که است اتفاقی مشابه ایده این میشود. انتخاب مطلوب حالت نزدیکترین نتیجه در و داده رخ خطایی

دنباله به اضافی بیتهای افزودن با نیز کانال کدگذاری در میدهد. روی کانال کدگذاری خصوص در

درجه با و شده سمبل ارسال حاالت تعداد از بیش گیرنده در افتاده اتفاق حالتهای تعداد ورودی،

یعنی نباشد ارسالی سمبلهای جزء شده زده تخمین سمبل که صورتی در آن، در شده ایجاد آزادی

میشود. انتخاب مطلوب سمبل محتملترین کدگشایی، مختلف روشهای کمک با و داده رخ خطایی

این از تا دهیم افزایش را شده صرفنظر حالتهای تعداد که آنست میشود مطرح اینجا در که ایدهای

افزایش را مدوالسیون اندازه طیفی، بازده ماندن ثابت جهت طرفی از و بشود بهتری استفاده ویژگی

نشان را باال در شده اشاره روش با را تعمیمیافته روش خطای احتمال مقایسه ٣-١٦ شکل دهیم.

میدهد.

جهت خاصی الگوریتم از کانال، کدگذاری در معمول روشهای خالف بر روش این در که آنجا از

میباشد. دسیبل یک از کمتر حاصل بهره میزان است نشده استفاده خطا تصحیح

گیرنده و فرستنده سمت در بیشتر آنتنهای تعداد از استفاده ٣-٧-٥

سمت در بیشتری آنتنهای تعداد از ثابت، و مشخص طیفی بازده یک در که آنست دیگر ایده یک

در فعال آنتنهای تعداد روش این در کند. پیدا کاهش منظومه اندازه مقابل در و شود استفاده فرستنده

دوره هر در قبلی بحث مشابه یعنی نمیکند. تغییری هیچ معمول روش با مقایسه در سمبل دوره هر

ترکیبهای تعداد اما نمیکند؛ تغییری چندگانگی مرتبه و میباشد فعال فرستنده در آنتن ٢ سمبل

که آنچه واقع در بود. خواهد طیفی بازده افزایش سبب و مییابد افزایش آنتنها از مختلف دوتایی

توسط شده حمل اطالعات افزایش و منظومه اندازه کاهش شد خواهد روش این در بهبود ایجاد سبب

٦٣

شده ارائه جدید روش و GSM خطای احتمال مقایسه :٣-١٦ شکل

آنتن ٢ و شود استفاده فرستنده سمت در آنتن ٥ از که صورتی در مثال عنوان به میباشد. آنتنها

است موجود آنتن ٥ از آنتن دو ترکیبهای تمام برابر حاالت کل تعداد باشد، فعال سمبل دوره هر در

اگر و ١٥ به حالتها کل تعداد برسد عدد ٦ به آنتنها تعداد زمانیکه میباشد. حالت ١٠ برابر که

بازده به دستیابی برای نمونه عنوان به میرسد. ٢١ به حالتها کل تعداد شود عدد ٧ آنتنها تعداد

64QAM مانند مدوالسیونی از و آنتن اطالعات بیت ٣ از میتوان هرتز بر ثانیه بر بیت ٩ برابر طیفی

میتوان آنتن، از اطالعات بیت ٣ به دستیابی برای نمود. استفاده سمبل) ارسال در اطالعات بیت ٦)

میتوان مقابل، در باشد. فعال سمبل دوره هر در آن آنتن ٢ که کرد استفاده فرستنده در آنتن ٦ یا ٥

آنتن اطالعات بیت ٤ یابد. اختصاص سمبل به نیز بیت ٥ و گرفت نظر در بیت ٤ را آنتن اطالعات

به 32QAM مدوالسیون از و شود پیادهسازی باشد فعال آن آنتن ٢ که فرستنده در آنتن ٧ با میتواند

بهبود مدوالسیون عملکرد میباشد مشخص ٣-١٧ شکل در که همانگونه نمود. استفاده 64QAM جای

خواهد دنبال به را بیشتری بهره راهکار این از استفاده شود بیشتر مدوالسیون اندازه چقدر هر مییابد.

میدهد. نشان را هرتز بر ثانیه بر بیت ٩ طیفی بازده با مختلف روشهای مقایسه ٣-١٨ شکل داشت.

٦٤

فرستنده در موجود آنتنهای تعداد افزایش با GSM خطای احتمال :٣-١٧ شکل

فرستنده سمت در بیشتر آنتنهای تعداد از استفاده :٣-١٨ شکل

٦٥

روش دو در دریافتی آنتنهای تعداد افزایش مقایسه :٣-١٩ شکل

گیرنده سمت در بیشتری آنتنهای تعداد از که آنست مدوالسیون، بهتر عملکرد جهت به دیگر روش

از استفاده با که نمیباشد ارسالی سمبل اطالعات مشابه فعال، آنتنهای شماره تخمین شود. استفاده

از تنها فعال آنتن شماره تشخیص زیرا نمود؛ کمک تخمین بهبود به بتوان زمانی یا فضایی چندگانگی

اطالعات سمبل، ارسال مشابه و میباشد امکانپذیر گیرنده در کانال ضرایب ماتریس از استفاده طریق

تا میشود سبب باشد بیشتر گیرنده در آنتنها تعداد که چقدر هر نمیباشد. اختیار در نویز به آغشته

فعال آنتن شماره از دقیقتری تخمین و یابد افزایش گیرنده در کانال محوشدگی ضرایب بردار طول

احتمال گیرنده، در آنتنها تعداد افزایش نیز دیگر طرف از یابد. کاهش خطا احتمال و پذیرد صورت

یعنی میدهد. کاهش دریافتی نسخههای تعداد افزایش با را ارسالی سمبل تخمین از ناشی خطای

روش با مقایسه در و شده مدوالسیون عملکرد بهبود سبب جهت دو از گیرنده آنتنهای تعداد افزایش

در که همانگونه که است حالی در این داشت. خواهد بیشتری بهره MIMO سیستم در متداول ارسال

افزایش از ناشی خطا افزایش سبب فرستنده در فعال آنتنهای تعداد افزایش شد داده نشان ٣-٩ شکل

در آنتن ٥ و آنتن ٤ حالت در خطا احتمال مقایسه ٣-١٩ شکل شد. خواهد آنتنها شماره تخمین

٦٦

میدهد. نشان را گیرنده

میباشد. آنتنها از مختلف ترکیبهای به کد تخصیص نحوه گرفت قرار مطالعه مورد که دیگری بحث

به ندارد. وجود گری کد از استفاده امکان عمال میباشد زیاد مجاور نقاط تعداد اینجا در که آنجا از

آن مجاور نقاط باشند فعال دوم و اول آنتن فرستنده، در موجود آنتن ٥ از که زمانی نمونه عنوان

ذکر نمونه در که باشد رفته کار به ٢ یا ١ آنتنهای از یکی آن در که است ترکیبهایی تمام شامل

ترکیب هر ازای به یعنی (1, 3)(1, 4)(1, 5)(2, 3)(2, 4)(2, 5) از: عبارتند مجاور آنتنهای مجموعه شده

حالتها تمام وقوع احتمال که آنجا از و دارد وجود آن برای مجاور نقطه چندین آنتنها، مجموعه از

آنتنها، مختلف ترکیبهای برای بیتها نگاشت مختلف روشهای از استفاده پس میباشد برابر هم با

در اهمیتی مختلف سمبلهای به کد تخصیص روش بنابراین نمیکند. ایجاد خطا احتمال در تغییری

نمیکند. ایجاد خطا احتمال

محاسباتی١ پیچیدگی محاسبه ٣-٨

بررسی به که میآید حساب به رایانه علوم در محاسبات نظریه از شاخهای محاسباتی، پیچیدگی نظریه

بررسی مورد منابع رایجترین میپردازد. الگوریتمها اجرای برای نیاز مورد منابع میزان به مربوط مسائل

اشاره روشهای محاسباتی پیچیدگی بخش این در میباشد. نیاز مورد محاسباتی حجم و محاسبه زمان

دیگر پارامترهای میگیرد. قرار بررسی مورد محاسباتی، عملیات تعداد لحاظ از قبلی بخشهای در شده

است بوده برابر هم با بررسی مورد روشهای کلیه در طیفی بازده و ارسالی توان آنتنها، تعداد مانند

به پیچیدگی دارای جمع به نسبت ضرب عمل که آنجا از همچنین است. نشده لحاظ پیچیدگی در و

که آنجا از همچنین و است شده تشکیل جمع تعدادی از ضرب یک واقع در و میباشد بیشتری مراتب

تنها اینجا در میباشند، جمع عمل برابری تعداد دارای تقریبا قبلی بخشهای در شده اشاره روشهای

پیچیدگی محاسبه به اینک است. شده گرفته نظر در محاسباتی عملیات عنوان به مختلط ضرب عمل

میشود. پرداخته فصل این در شده مطرح روشهای محاسباتی

١Computational Complexity

٦٧

MIMOروش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-١

مختلط ضربهای تعداد شد اشاره روش این برای بهینه تصمیمگیری معیار ٣-٩ رابطه در که همانگونه

مدوالسیون از استفاده و گیرنده در آنتن NR فرستنده، در آنتن NT فرضوجود با روش این در رفته بکار

با: است برابر M −QAM

CMIMO = 2M + 2NR (٣-٤٠)

مختلط ضرب تعداد همین به نیز دوم عبارت و مختلط ضرب M + NR دارای ٣-٩ رابطه اول عبارت

دارد.

SMروش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٢

با: است برابر روش این پیچیدگی شده، تعریف پارامترهای و ٣-١٥ رابطه به توجه با

CSM = 2NTNR +NTM +M (٣-٤١)

مختلط ضرب M+NRNT دارای دوم عبارت و NTM+NRNT دارای تصمیمگیری معیار اول عبارت که

میباشد[٤].

GSMروش محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٣

داریم: ٣-٢٠ رابطه طبق بر ، NC =

(NT

NA

)تعریف با و سمبل دوره هر در فعال آنتن NA فرض با

CGSM = 2NCNR +NCM +M (٣-٤٢)

باشد. شده گرفته نظر در NC برابر ارسالی آنتنهای تعداد آن در که میباشد ٣-٤١ رابطه مشابه که

اضافی آنتنهای تعداد روشGSMبا محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٤

میکند. تغییر گیرنده و فرستنده آنتنهای تعداد آن در که میباشد GSM حالت مشابه نیز حالت این

افزایش ٣-٤٢ رابطه در شده تعریف NC یابد افزایش فرستنده در موجود آنتنهای تعداد که حالتی در

در شد. خواهد ٣-٤٢ رابطه در NR افزایش سبب آنتنها، تعداد افزایش نیز گیرنده در و یافت خواهد

تعداد روش این

٦٨

پریتی کد روشGSMبا محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٥

بنابراین است. شده برابر دو منظومه اندازه آن در که تفاوت این با میباشد GSM حالت مشابه حالت این

داشت: خواهیم

CGSMP = 2NCNR + 2NCM + 2M (٣-٤٣)

محذوف حالتهای روشGSMبا محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٦

پیچیدگی رابطه پس است. شده نصف آنتنها حاالت تعداد و برابر دو مدوالسیون اندازه روش این در

بود: خواهد زیر صورت به محاسباتی

CGSMC = NCNR +NCM + 2M (٣-٤٤)

کانولوشنال کد روشGSMبا محاسباتی پیچیدگی ٣-٨-٧

کدگذاری روش و GSM روش محاسباتی پیچیدگی مجموع برابر روش این محاسباتی پیچیدگی

داشت: خواهیم ریاضی بیان به میباشد. کانولوشنال

CTC−GSM = CGSM + CConvolutional Code (٣-٤٥)

= 2NCNR +NCM +M + CConvolutional Code (٣-٤٦)

پیچیدگی کلی طور به اما ندارد. مختلطی عملیاتضرب هیچ کانولوشنال کد کدگشای و بخشکدکننده

رشته دو طول به بسته مختلط ضرب یک بود. خواهد مختلط ضرب با مقایسه قابل آن محاسباتی

کد کدکننده رسید. خواهد نهایی پاسخ به و میشود محاسبه ساعت١ پالس چندین در ضربشونده

استفاده های ثبات٢ تعداد به بسته کدگشا بخش شد. خواهد اجرا ساعت پالس یک در کانولوشنال

دریافتی بیت اولین تا دارد نیاز زمان ساعت پالس از ثباتها تعداد برابر ٥ حداقل به کدکننده، در شده

که میشود زده تخمین دریافتی، بیت یک ساعت پالس هر ازای به آن از پس و باشد تخمین قابل

میباشد. دوتایی٣ مدوالسیون یک تخمین مشابه

سیستمهای زمینه در مطرح روشهای از برخی شبیهسازی به ابتدا جاری فصل در خالصه طور به١Clock Pulse٢Register

٣Binary

٦٩

گردید. مطرح فضایی مدوالسیون عملکرد بهبود جهت روش چند سپس و شده پرداخته چندآنتنه

گردید مطرح تعمیمیافته فضایی مدوالسیون خطای احتمال محاسبه برای بسته شکل یک همچنین

نیز پایانی بخش در بود. خواهد نیز فضایی مدوالسیون به تعمیم قابل خاص، شرایط فرض با که

گردید. بررسی فصل این در شده مطرح روشهای محاسباتی پیچیدگی

٧٠

٤ فصل

پیشنهادات و جمعبندی

جمعبندی ٤-١

مطرح کنون تا ابتدا از فضایی مدوالسیون روش از تاریخچهای نخست فصل در پایاننامه این در

V-BLAST جمله از چندآنتنه سیستمهای در استفاده مورد روشهای به نگاهی دوم فصل در گردید.

و ارسال روشهای و است شده SM و Space-Time Block Code ،Space-Time Trellis Code ،D-BLAST ،

در فضایی مدوالسیون بررسی به سوم فصل در شد. گرفته قرار بررسی مورد آنها در اطالعات دریافت

GSM و SM ،MIMO روش سه شد. پرداخته رایلی آماری توزیع با مسیره چند محوشدگی با محیط

عملکرد بهبود جهت به روش ٤ همچنین گردید. مطرح آن در خطا احتمال شبیهسازی و بررسی

عبارتند که گردید مطرح میباشد فضایی مدوالسیون کلیتر حالت که تعمیمیافته فضایی مدوالسیون

صرفنظر حالتهای از استفاده پریتی، چککننده کد از استفاده کانولوشنال، کدگذاری از استفاده از:

نخست روش در گیرنده. و فرستنده سمت در بیشتر آنتنهای تعداد از استفاده و آنتنها ترکیب شده

ماندن ثابت جهت به مدوالسیون در تغییراتی و شده افزوده کانولوشنال کدکننده ،GSM ساختار به

و جدید روش عملکرد در دسیبل ٢.٥ حدود بهبود از حاکی شبیهسازی نتایج شد. ایجاد طیفی بازده

که شد خواهد ایجاد شده ارسال سمبل در تغییراتی تنها دوم روش در دارد. سیستم شدن پیچیدهتر

سوم روش نمود. خواهد ایجاد دسیبل ٠.٧ حدود در بهبودی و میافزاید سیستم به کمی پیچیدگی

افزوده پیچیدگی میزان و داشت خواهد ارسال برای شده استفاده مدوالسیون اندازه در تغییراتی نیز

خواهد فرستنده در شده استفاده آنتنهای تعداد و مدوالسیون اندازه به بستگی نیز روش این به شده

سمت در آنتن تعداد افزایش بود. خواهد دسیبل ٠.٧ حدود در نیز روش این از حاصل بهبود داشت.

همراه به متوسط SNRهای در دسیبل ٢ حدود در گیرنده در و دسیبل ٠.٧ حدود در بهرهای فرستنده

داشت. خواهد شده افزوده آنتنهای تعداد به وابسته نیز روشها این پیچیدگی که داشت خواهد

سمت در آنتن افزودن و کانولوشنال کدگذاری از استفاده میآید نظر به بدستآمده نتایج به توجه با

بسته کلی، حالت در اما نماید. ایجاد فضایی مدوالسیون عملکرد در توجهی قابل بهبود میتواند گیرنده

در بهبود ایجاد جهت میتواند سوم فصل در شده مطرح روشهای از هریک موجود، امکانات و نیاز به

گیرد. قرار استفاده مورد فضایی مدوالسیون

٧٢

پیشنهادات ٤-٢

است. شده مطرح زمینه این در کار ادامه جهت پیشنهاداتی قسمت این در

افزایش آنتن توسط شده حمل بیتهای تعداد طرفی از یابد افزایش فعال آنتنهای تعداد هرچه .١

بنابراین میشود. بیشتر فعال آنتنهای شماره تخمین خطای احتمال دیگر طرف از و یافت خواهد

قرار بررسی مورد میتواند که هستیم مواجه اینجا در بهینهسازی مسئله یک با میآید نظر به

شود. مشخص فعال آنتنهای تعداد بهینه حالت و گیرد

اندازه ترکیب از مختلفی حالتهای میتوان مشخص، طیفی بازده یک با اطالعات ارسال برای .٢

بهینه مسئله یک نیز اینجا در میاد نظر به گرفت. نظر در فعال آنتنهای تعداد و مدوالسیون

شود. مشخص طیفی بازده هر برای بهینه حالت و شود گرفته نظر در میتواند سازی

به کانال حالت اطالعات وجود با فضایی مدوالسیون خطای احتمال مقالهای در این از پیش .٣

مجدد شبیهسازی و فرض این گرفتن نظر در میآید نظر به است. شده بررسی ناکامل صورت

مدوالسیون این عملکرد خصوص در ارزشمندی اطالعات حاوی میتواند شده ارائه روشهای

باشد.

٧٣

٧٤

فارسی به انگلیسی

A

Adaptive Modulation . . . . . . . . . . وفقی مدوالسیون

Array Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . آرایه بهره

B

Base Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . پایه ایستگاه

Beamforming . . . . . . . . . . . . . . . . . پرتو شکلدهی

Binary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . دوتایی

C

Channel State Information . . . کانال اطالعات ماتریس

Chi–Square . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . اسکور کای

Clock Pulse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ساعت پالس

Coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . کدگذاری

Coherence Time . . . . . . . . . . . . . . همبستگی زمان

Coherent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . همدوس

Computational Complexity . . . . محاسباتی پیچیدگی

Constellation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . منظومه

D

Diversity Gain . . . . . . . . . . . . . . . . دایورسیتی بهره

Downlink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فروسو

E

Error floor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . خطا بستر

F

Fading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . محوشدگی

Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . پسخورد

Flat Fading . . . . . . . . . . . . . . . . . تخت محوشدگی

G

Green Communications . . . . . . . . . . . سبز مخابرات

H

Hard Decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . سخت معیار

I

Inter Antenna . . . . . . . . . آنتنها بین سنکرونسازی

Synchronization

Inter-Channel Interference . . . . . . کانالی بین تداخل

Interference Cancellation . . . . . . . . . . . تداخل حذف

interleaved . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . جایداده

Iterative decoding . . . . . . . . . تکرارشونده کدگشایی

L

Layered Space-Time Codes . ای الیه فضا-زمان کدهای

M

Maximum Likelihood . . . . . . . . . . شباهت بیشترین

Maximum Ratio Combining . . . بیشینه نسبت ترکیب

Metric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . متری معیار

Mobile Station . . . . . . . . . . . . . . . . . سیار ایستگاه

Monte Carlo method . . . . . . . . . . . مونتکارلو روش

Multi Input, Multi Output . . خروجی ورودی-چند چند

Multicarrier Modulation . . . . حاملی چند مدوالسیون

Multiple Access . . . . . . . . . . . . . چندگانه دسترسی

Multiplexing Gain . . . . . . . . . . . . . . . . تسهیم بهره

P

Parity Check Code . . . . . . . . . پریتی کردن چک کد

Q

Quality of Service . . . . . . . . . . . . . سرویس کیفیت

R

Rayleigh Fading . . . . . . . . . . . . . . رایلی محوشدگی

Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . بازتاب

Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . انکسار

Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ثبات

S

Smart Antennas . . . . . . . . . . . . . هوشمند آنتنهای

Software Antennas . . . . . . . . . . نرمافزاری آنتنهای

Space Time Codes . . . . . . . . . . . . فضا-زمان کدهای

Spatial Modulation . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون

T

Time Slot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . زمانی فاصله

Trade off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . مصالحه

Training sequence . . . . . . . . . . . . . . آموزشی دنباله

Trellis Coded Modulation . ترلیس کدشده مدوالسیون

U

Uplink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فراسو

٧٦

انگلیسی به فارسی

ا

Software Antennas . . . . . . . . . . نرمافزاری آنتنهای

Smart Antennas . . . . . . . . . . . . . هوشمند آنتنهای

Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . انکسار

Base Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . پایه ایستگاه

Mobile Station . . . . . . . . . . . . . . . . . سیار ایستگاه

ب

Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . بازتاب

Array Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . آرایه بهره

Multiplexing Gain . . . . . . . . . . . . . . . . تسهیم بهره

Diversity Gain . . . . . . . . . . . . . . . . دایورسیتی بهره

Maximum Likelihood . . . . . . . . . . شباهت بیشترین

پ

Clock Pulse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ساعت پالس

Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . پسخورد

Computational Complexity . . . . محاسباتی پیچیدگی

ت

Inter-Channel Interference . . . . . . کانالی بین تداخل

Maximum Ratio Combining . . . بیشینه نسبت ترکیب

ث

Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ثبات

ج

interleaved . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . جایداده

چ

Multi Input, Multi Output . . خروجی ورودی-چند چند

ح

Interference Cancellation . . . . . . . . . . . تداخل حذف

د

Multiple Access . . . . . . . . . . . . . چندگانه دسترسی

Training sequence . . . . . . . . . . . . . . آموزشی دنباله

Binary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . دوتایی

ر

Monte Carlo method . . . . . . . . . . . مونتکارلو روش

ز

Coherence Time . . . . . . . . . . . . . . همبستگی زمان

س

Inter Antenna . . . . . . . . . آنتنها بین سنکرونسازی

Synchronization

ش

Beamforming . . . . . . . . . . . . . . . . . پرتو شکلدهی

ف

Time Slot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . زمانی فاصله

Uplink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فراسو

Downlink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . فروسو

ک

Chi–Square . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . اسکور کای

Parity Check Code . . . . . . . . . پریتی کردن چک کد

Coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . کدگذاری

Iterative decoding . . . . . . . . . تکرارشونده کدگشایی

Space Time Codes . . . . . . . . . . . . فضا-زمان کدهای

Layered Space-Time Codes . ای الیه فضا-زمان کدهای

Quality of Service . . . . . . . . . . . . . سرویس کیفیت

م

Channel State Information . . . کانال اطالعات ماتریس

Fading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . محوشدگی

Rayleigh Fading . . . . . . . . . . . . . . رایلی محوشدگی

Flat Fading . . . . . . . . . . . . . . . . مسطح محوشدگی

Green Communications . . . . . . . . . . . سبز مخابرات

Multicarrier Modulation . . . . حاملی چند مدوالسیون

Spatial Modulation . . . . . . . . . . . فضایی مدوالسیون

Trellis Coded Modulation . ترلیس کدشده مدوالسیون

Trellis Coded Modulation ترلیس کدشدهي مدوالسیون

Adaptive Modulation . . . . . . . . . . وفقی مدوالسیون

Trade off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . مصالحه

Hard Decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . سخت معیار

Metric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . متری معیار

Constellation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . منظومه

هCoherent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . همدوس

٧٨

Bibliography

[1] R. Mesleh, H. Haas, C. W. Ahn, and S. Yun, “Spatial modulation-a new low com-

plexity spectral efficiency enhancing technique,” inCommunications and Network-

ing in China, 2006. ChinaCom’06. First International Conference on, pp. 1–5,

IEEE, 2006. ,ج 2, 17, 34, 35, 36

[2] Y. A. Chau and S.-H. Yu, “Space modulation on wireless fading channels,” in Ve-

hicular Technology Conference, 2001. VTC 2001 Fall. IEEE VTS 54th, vol. 3,

pp. 1668–1671, IEEE, 2001. 2

[3] R. Y. Mesleh, H. Haas, S. Sinanovic, C. W. Ahn, and S. Yun, “Spatial modulation,”

Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol. 57, no. 4, pp. 2228–2241, 2008.

2, 3, 26, 27, 52

[4] J. Jeganathan, A. Ghrayeb, and L. Szczecinski, “Spatial modulation: optimal de-

tection and performance analysis,” Communications Letters, IEEE, vol. 12, no. 8,

pp. 545–547, 2008. ,ج 3, 31, 32, 36, 37, 68

[5] A. Younis, N. Serafimovski, R. Mesleh, and H. Haas, “Generalised spatial modula-

tion,” in Signals, Systems and Computers (ASILOMAR), 2010 Conference Record

of the Forty Fourth Asilomar Conference on, pp. 1498–1502, IEEE, 2010. 3, 37

[6] R. Mesleh, M. D. Renzo, H. Haas, and P. M. Grant, “Trellis coded spatial modu-

lation,” Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol. 9, no. 7, pp. 2349–

2361, 2010. 3

[7] E. Basar, U. Aygolu, E. Panayirci, and H. Poor, “New trellis code design for spa-

tial modulation,”Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol. 10, no. 8,

pp. 2670–2680, 2011. 3

[8] E. Basar, U. Aygolu, E. Panayirci, and H. V. Poor, “Space-time block coded spatial

modulation,” Communications, IEEE Transactions on, vol. 59, no. 3, pp. 823–832,

2011. 3

[9] E. Basar, U. Aygolu, E. Panayirci, and H. V. Poor, “Performance of spatial modula-

tion in the presence of channel estimation errors,” Communications Letters, IEEE,

vol. 16, no. 2, pp. 176–179, 2012. 3

[10] J. Wang, S. Jia, and J. Song, “Generalised spatial modulation system with multiple

active transmit antennas and low complexity detection scheme,”Wireless Commu-

nications, IEEE Transactions on, vol. 11, no. 4, pp. 1605–1615, 2012. 3

[11] M. D. Renzo and H. Haas, “Bit error probability of sm-mimo over generalized

fading channels,” Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol. 61, no. 3,

pp. 1124–1144, 2012. 3

[12] L. G. Ordónez, D. P. Palomar, and J. R. Fonollosa, “On the diversity, multiplexing,

and array gain tradeoff in mimo channels,” in Information Theory Proceedings

(ISIT), 2010 IEEE International Symposium on, pp. 2183–2187, IEEE, 2010. 9,

10, 15, 16

[13] D. Tse and P. Viswanath, Fundamentals of wireless communication. Cambridge

university press, 2005. 10

[14] H. Rad, S. Gazor, and K. Shahtalebi, “Spatial-temporal-frequency decomposition

for 3d mimo microcellular environments,” in Electrical and Computer Engineer-

ing, 2004. Canadian Conference on, vol. 3, pp. 1229–1232, IEEE, 2004. 10

[15] J. Mietzner, R. Schober, L. Lampe, W. H. Gerstacker, and P. A. Hoeher, “Multiple-

antenna techniques for wireless communications-a comprehensive literature sur-

vey,”Communications Surveys & Tutorials, IEEE, vol. 11, no. 2, pp. 87–105, 2009.

10, 15

[16] J. Proakis andM. Salehi,Digital Communications. McGraw-Hill higher education,

McGraw-Hill Education, 2008. 12, 54

[17] J. Abouei, “Wireless communication,” tech. rep., 2011. 14

[18] A. Goldsmith,Wireless communications. Cambridge university press, 2005. ,ج 16

[19] T. Duman and A. Ghrayeb, Coding for MIMO Communication Systems. Wiley,

2008. ,ج 20, 21, 22, 24, 25, 43

[20] V. Tarokh, N. Seshadri, and A. R. Calderbank, “Space-time codes for high data rate

wireless communication: Performance criterion and code construction,” Informa-

tion Theory, IEEE Transactions on, vol. 44, no. 2, pp. 744–765, 1998. 21

٨٠

[21] M. D. Renzo, H. Haas, and P. M. Grant, “Spatial modulation for multiple-antenna

wireless systems: a survey,” Communications Magazine, IEEE, vol. 49, no. 12,

pp. 182–191, 2011. ,ج 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33

[22] S. Song, Y. Yang, Q. Xionq, K. Xie, B.-J. Jeong, and B. Jiao, “A channel hopping

technique i: Theoretical studies on band efficiency and capacity,” in Communica-

tions, Circuits and Systems, 2004. ICCCAS 2004. 2004 International Conference

on, vol. 1, pp. 229–233, IEEE, 2004. 28

[23] S. Lin and D. J. Costello, Error control coding, vol. 123. Prentice-hall Englewood

Cliffs, 2004. 57

[24] G. Ungerboeck, “Trellis-codedmodulation with redundant signal sets,” IEEECom-

munications Magazine, vol. 25, 1987. 57

٨١

Abstract

Spatial Modulation (SM) is a recently developed transmission techniquethat uses multiple antennas. The basic idea is to map a block of informa-tion bits to two information carrying units: 1) a symbol that was chosenfrom a constellation diagram and 2) a unique transmit antenna number thatwas chosen from a set of transmit antennas. The use of the transmit an-tenna number as an information-bearing unit increases the overall spectralefficiency by the base-two logarithm of the number of transmit antennas.At the receiver, a maximum receive ratio combining algorithm is used toretrieve the transmitted block of information bits. In every symbol dura-tion just one antenna is active to prevent from interchannel interference(ICI) and inter-antenna interference (IAI). Therefore the detection algo-rithm would be simple in receiver and this is an advantage of SM ratherthan other techniques like V-BLAST, Space-Time Code and so on. In thisthesis, we provide multiple techniques to improve performance of Gen-eralised Spatial Modulation (GSM). GSM is the same as SM method butin GSM multiple antennas are active in every symbol duration. We showthat by using appropriate channel coding, use of free antennas combina-tion, and use of additional antennas in transmitter and receiver side, wecan reach to lower bit error probability without changing in spectral ef-ficiency. All of these techniques increase the complexity of systems. Inthis thesis we calculate the computational complexity of these techniquesand we derive a closed form of GSM symbol error probability. In addi-tion, this derived symbol error probability can be used for SM when wesuppose one active antenna.

Index terms: Multiple Input Multiple Output(MIMO), Spatial Modula-tion(SM), Space-Time Code, Multipath Fading, Channel State Informa-tion (CSI)

Yazd UniversityElectrical and Computer Engineering Department

Thesis Submittedfor the degree of M. Sc.In Communications

Title:

Performance Improvement of Spatial Modulation In

Multipath Fading Channels

SupervisorDr. R.Saadat

AdvisorDr. J.Abouei

By:Alireza Rezvani

September 2013