Diversidad de transmisión basada en codificación de bloques espacio-temporales

La diversidad de transmisión basada en codificación de bloques espacio-temporales ( STTD ) es un método de diversidad de transmisión utilizado en los sistemas celulares UMTS de tercera generación . STTD es opcional en la interfaz aérea UTRAN , pero obligatorio para el equipo de usuario ( UE ). STTD utiliza códigos de bloques espacio-temporales (STBC) para aprovechar la redundancia en múltiples versiones transmitidas de una señal.

STTD es uno de los numerosos esquemas de diversidad de transmisión de bucle abierto que también incluyen diversidad de transmisión conmutada por fase (PSTD), diversidad conmutada por tiempo (TSTD), diversidad de transmisión ortogonal (OTD) y dispersión espacio-temporal (STS) [1]. El objetivo de todos estos esquemas es suavizar el desvanecimiento Rayleigh y los efectos de pérdida observados cuando se utiliza una sola antena en ambos extremos de un enlace de radio en un entorno de propagación multitrayecto . La diversidad mejora la fiabilidad del enlace para cada usuario a lo largo del tiempo, especialmente cerca de los bordes de la celda (en ausencia de transferencia suave ), y también el rendimiento promedio de un conjunto de usuarios en cualquier instante particular. Al no depender de la retroalimentación lenta del estado del canal del móvil (es decir, el equipo del usuario), STTD de bucle abierto es casi inmune a los desplazamientos Doppler asociados con altas velocidades de UE y es el método preferido para este escenario. Sin embargo, un esquema de diversidad de transmisión de bucle abierto no debe degradar el rendimiento para un usuario cercano a la estación base donde los canales pueden ser de línea de visión y casi ideales. Dado que STTD es un sistema de codificación ortogonal, esto también está garantizado.

STTD se puede aplicar a símbolos individuales en QAM, palabras clave CDMA o símbolos de subportadora en OFDM y el método de transmisión se ha estandarizado, especialmente en redes celulares inalámbricas 3G [2] como se describe a continuación. El codificador del transmisor toma pares consecutivos de símbolos de datos {S1, S2}, normalmente enviados directamente desde una antena. Para dos antenas transmisoras, los símbolos {S1, S2} se transmiten sin cambios desde la antena n.° 1 mientras que simultáneamente desde la antena n.° 2 se envía la secuencia {-S2*, S1*}. En el receptor se necesita álgebra lineal para la decodificación. Considere las ganancias complejas del canal.${\displaystyle h_{1},h_{2}}$Las diferencias entre los elementos TX y el único elemento RX ya se conocen en el receptor. Las señales recibidas en las dos ranuras de tiempo son

${\displaystyle \{h_{1}S_{1}-h_{2}S_{2}^{*},\;\;h_{1}S_{2}+h_{2}S_{1}^{*}\}}$ con algo de ruido añadido${\displaystyle \{n_{1},\;n_{2}\}}$Al conjugar el segundo símbolo recibido dentro del receptor, podemos escribir la ecuación matricial. ${\displaystyle {\begin{bmatrix}x_{1}\\x_{2}^{*}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}h_{1}&-h_{2}\\h_{2}^{*}&h_{1}^{*}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}S_{1}\\S_{2}^{*}\end{bmatrix}}+{\begin{bmatrix}n_{1}\\n_{2}^{*}\end{bmatrix}}}$

y la solución de mínimos cuadrados consiste en resolver S1 y S2 mediante inversión de matrices:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}{\hat {S}}_{1}\\{\hat {S}}_{2}^{*}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}h_{1}&-h_{2}\\h_{2}^{*}&h_{1}^{*}\end{bmatrix}}^{-1}{\begin{bmatrix}x_{1}\\x_{2}^{*}\end{bmatrix}}={1 \over {h_{1}h_{1}^{*}+h_{2}h_{2}^{*}}}{\begin{bmatrix}h_{1}^{*}&h_{2}\\-h_{2}^{*}&h_{1}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}x_{1}\\x_{2}^{*}\end{bmatrix}}}$

Esta es la solución de anulación de interferencias. Intenta reducir a cero la interferencia entre los símbolos mediante un proceso de ponderación de combinaciones lineales de las señales recibidas en las dos muestras de tiempo, y funciona perfectamente en ausencia de errores y ruido.

Cabe señalar que en las inescrutables especificaciones 3G, por ejemplo TS125.211, un par consecutivo de símbolos QPSK transmitidos, después de la codificación, el entrelazado, etc., se define mediante una cadena binaria lógica de cuatro bits: ${\displaystyle \{b_{0},\;b_{1},\;b_{2},\;b_{3}\}}$, que representan componentes en fase y en cuadratura y${\displaystyle \{S_{1}=(2b_{0}-1)+i(2b_{1}-1),\;S_{2}=(2b_{2}-1)+i(2b_{3}-1)\}}$.

Aquí${\displaystyle \;-S_{1}^{*}=(2{\overline {b_{0}}}-1)+i(2b_{1}-1),\;\;S_{2}^{*}=(2b_{2}-1)+i(2{\overline {b_{3}}}-1)\}}$ donde la barra superior significa inversión lógica.

En CDMA, la STTD se aplica a palabras clave completas en lugar de a chips consecutivos. En aplicaciones OFDM como Long Term Evolution (LTE), la STTD de dos elementos de transmisión se aplica opcionalmente como se describió anteriormente, aunque también existe una opción de cuatro elementos.

• Plan de diversidad
• Sistema de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO)
• Diversidad espacial
• Codificación espacio-temporal (STC)

[1] R. Thomas Derryberry et al. Nokia Research Center, "Diversidad de transmisión en sistemas CDMA 3G", abril de 2002, http://users.ece.utexas.edu/~jandrews/ee381k/EE381KTA/td_cdma.pdf

[2] Texas Instruments: "Diversidad de transmisión de enlace descendente de bucle abierto para TDD: STTD para TDD," 1999, http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/wg1_rl1/TSGR1_05/Docs/Pdf/r1-99572.pdf