تحلیل سیستمهای مخابراتی چند ورودی- چند خروجی در محیطهای واقعی

سیستمهای مخابراتی چند آنتنه در سالهای اخیر به عنوان یک فن آوری مناسب برای پاسخگویی به تقاضاهای فزاینده برای دستیابی به نرخهای بیشتر تبادل اطلاعات و کیفیت سرویس بهتر مطرح شده اند. در یک محیط واقعی، این سیستمها با دو پدیده اجتناب ناپذیر خطای تخمین کانال و همبستگی محوشدگی مواجهند. با معلوم بودن زمان همدوسی کانال، توان ارسالی در دسترس، و توان نویز گیرنده، روشهای مبتنی بر آموزش برای تخمین کانال، بخشی از زمان و انرژی در دسترس را صرف آموزش گیرنده جهت تخمین کانال نموده و مابقی زمان و انرژی را به ارسال داده ها اختصاص می دهند که این کار، خود به خود منجر به پیدایش مصالحه ای بین میزان دقت تخمین کانال و احتمال خطای آشکارسازی از یک سو و نرخ ارسال اطلاعات از سوی دیگر می شود که باید آن را مد نظر قرار داد. چنین تخمینهایی بی درنگ و همزمان می باشند؛ بی درنگ به آن معنی که تخمین شکل گرفته در گیرنده مربوط به همان بازه زمانی ای است که طی آن کانال ثابت است و همزمان از آن نظر که در طی بازه همدوسی کانال، هم تخمین کانال صورت می پذیرد و هم ارسال داده ها انجام می شود. در طول این رساله، ما استفاده از تخمین زن عملی همزمان و بی درنگ mmse کانال را فرض نموده و اثر خطای آن را از جهات گوناگون بر این سیستمها بررسی می نماییم. نخست اثر تخمین همزمان و بی درنگ mmse کانال رابر عملکرد سیستمهای چند ورودی- چند خروجی v-blast استفاده کننده از گیرنده خطی zf با فرض محوشدگی ریلی ناهمبسته بررسی می نماییم و نسبت سیگنال به تداخل و نویز و تابع چگالی احتمال آن را به صورت دقیق به دست می آوریم. همچنین، احتمال خطای سمبول با فرض استفاده ی فرستنده از مدولاسیونهای m-ary pam و qpsk دقیقاً به دست می آید و احتمال قطع نیز به فرم بسته برای این سیستمها استخراج خواهد شد. در ادامه، عملکرد سیستمهای تک ورودی- چند خروجی بهره جوینده از تخمین همزمان و بی درنگ mmse کانال و گیرنده خطی zf، تحت بدترین وضعیت همبستگی محوشدگی یعنی محوشدگی کاملاً همبسته، از نظر نسبت سیگنال به نویز، احتمال خطا و احتمال قطع مورد واکاوی دقیق قرار خواهد گرفت. به علاوه، کران پایین ظرفیت اطلاعاتی سیستمهای تک ورودی- چند خروجی استفاده کننده از تخمین mmse کانال را در محوشدگی کاملاً همبسته تعیین نموده و آن را بر حسب پارامترهای در دسترس یعنی نحوه توزیع توان و زمان بین بخشهای آموزش و ارسال داده ها در شرایط مختلف طراحی بهینه سازی می کنیم. در واپسین گام، گیرنده خطی کمینه کننده متوسط مربع خطا را در سیستمهای تک ورودی- چند خروجی در هنگام استفاده از تخمین همزمان و بی درنگ mmse کانال تحت حالات حدی همبستگی محوشدگی یعنی محوشدگی ناهمبسته و کاملاً همبسته ریلی استخراج نموده و ثابت می نماییم که در سیستمهای تک ورودی- چند خروجی، بر خلاف سیستمهای چند ورودی- چند خروجی، همه گیرنده های خطی ای نظیر گیرنده zf و گیرنده خطی کمینه کننده متوسط مربع خطا که ساختاری مشابه همبسته نگار داشته باشند، دارای نسبتهای سیگنال به نویز برابر بوده و ضمناً، تصمیم گیری بر اساس معیار کمینه فاصله اقلیدسی همواره دارای نتیجه یکسانی در این دسته از گیرنده ها خواهد بود. متوسط مربع خطا را نیز برای گیرنده خطی کمینه کننده متوسط مربع خطا در این دو حالت حدی به فرم بسته محاسبه می نماییم. گفتنی است تحلیل انجام گرفته درحالات حدی همبستگی محوشدگی، کرانهای بالا و پایین عملکرد سیستمهای تک ورودی- چند خروجی را از جهات گوناگون بر ما روشن می سازد.