Передача с пространственно-временным блочным кодированием для обеспечения разнообразия

STTD является одним из многочисленных открытых схем передачи с разнообразием, среди которых также встречаются схема передачи с фазовым переключением (PSTD), схема с переключением по времени (TSTD), ортогональная схема передачи с разнообразием (OTD) и пространственно-временное расширение (STS)^[1]. Все эти схемы направлены на сглаживание эффектов замирания по Рэлею и выпадения сигнала, наблюдаемых при использовании единственной антенны на обоих концах радиоканала в многолучевой среде распространения (многолучевое распространение). Использование разнесения повышает надёжность связи для каждого пользователя (особенно на границе зоны действия ячейки, где отсутствует жёсткая передача), а также улучшает средние показатели для всех пользователей в конкретный момент времени. Так как система не зависит от медленной обратной связи о состоянии канала со стороны мобильного терминала, открытый режим STTD практически не чувствителен к доплеровскому сдвигу, возникающему при больших скоростях UE, и поэтому является предпочтительным для подобных сценариев. Вместе с тем схема передачи с разнообразием не должна ухудшать работу абонентов, находящихся близ базовой станции в условиях линейной видимости и практически идеального канала. Благодаря ортогональному характеру кодирования STTD, это условие также выполняется.

STTD может применяться к отдельным символам QAM, кодовым словам CDMA либо к субнесущим в OFDM. Этот метод передачи был стандартизован, особенно в беспроводных сетях сотовой связи 3G^[2]. Кодер передатчика берет последовательно идущие пары символов данных {S1, S2}, которые обычно передавались бы непосредственно с одной антенны. Для двух передающих антенн символы {S1, S2} передаются с антенны №1 в неизменном виде, а с антенны №2 одновременно передаётся последовательность {–S2*, S1*}. На стороне приёмника для декодирования требуется использовать линейную алгебру. Предположим, что комплексные коэффициенты канала ${\displaystyle h_{1},h_{2}}$ между передающими элементами и единственным принимающим элементом известны приёмнику. Получаемые сигналы за два такта имеют вид:

${\displaystyle \{h_{1}S_{1}-h_{2}S_{2}^{*},\;\;h_{1}S_{2}+h_{2}S_{1}^{*}\}}$ (с добавлением шума ${\displaystyle \{n_{1},n_{2}\}}$).

Если во втором принятом символе выполнить комплексное сопряжение, можно представить процесс в матричной форме:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}x_{1}\\x_{2}^{*}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}h_{1}&-h_{2}\\h_{2}^{*}&h_{1}^{*}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}S_{1}\\S_{2}^{*}\end{bmatrix}}+{\begin{bmatrix}n_{1}\\n_{2}^{*}\end{bmatrix}}}$

Задача наименьших квадратов (least squares) решается инверсией матрицы, чтобы найти S1 и S2:

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

Этот метод называется решением с нулевым воздействием помех (zero forcing solution): он позволяет обнулить взаимные помехи между символами за счёт взвешенного сложения принятых сигналов на двух тактах, и в отсутствии ошибок и шума даёт идеальный результат.

Следует отметить, что в спецификациях 3G, например, TS125.211, пара передаваемых символов QPSK после кодирования, интерливинга и других преобразований задаётся логической двоичной строкой из четырёх битов: ${\displaystyle \{b_{0},b_{1},b_{2},b_{3}\}}$, где ${\displaystyle \{S_{1}=(2b_{0}-1)+i(2b_{1}-1),\;S_{2}=(2b_{2}-1)+i(2b_{3}-1)\}}$. Здесь ${\displaystyle -S_{1}^{*}=(2{\overline {b_{0}}}-1)+i(2b_{1}-1),\;\;S_{2}^{*}=(2b_{2}-1)+i(2{\overline {b_{3}}}-1)}$, где черта сверху означает логическое инвертирование.

Для CDMA STTD применяется ко всему кодовому слову, а не к отдельным чипам. В случае OFDM, например, в Long Term Evolution (LTE), STTD для двух передающих элементов реализуется так же, как описано выше; существует также опция с четырьмя элементами.