Пер-пользовательское унитарное управление скоростью

Однопользовательская технология MIMO была изначально разработана для повышения спектральной эффективности точка-точка в беспроводной передающей линии. Многоабонентская MIMO создавалась для сотовых систем, где базовая станция одновременно обслуживает несколько пользователей.

Концепция пер-пользовательского унитарного управления скоростью (PU²RC) предложена в патенте США № 7,324,480 «Mobile communication apparatus and method including base station and mobile station having multi-antenna».

В последнее время PU²RC был принят в системной документации IEEE 802.16m (SDD), а концепция данной схемы была включена в стандарт 3GPP LTE.

Пер-пользовательское унитарное управление скоростью (PU²RC) — практическое многоабонентское решение MIMO. PU²RC позволяет базовой станции одновременно передавать различные потоки данных нескольким пользователям. Выбор целевых пользователей происходит среди кандидатов на основе информации, передаваемой пользователями. Передаваемые данные умножаются на предварительно подготовленную матрицу кодирования, выбираемую из множества заранее определённых матриц. Выбор матрицы предкодирования определяется на основании информации, предоставленной пользователями. Одновременный подбор целевых пользователей и матрицы предкодирования с учётом сведений от мобильных устройств позволяет одновременно использовать мультиабонентское разнообразие и мультиплексирование данных. Кроме того, применение заранее определённых матриц кодирования сокращает объём обратной связи от пользователей к базовой станции. Используемые в схеме матрицы предкодирования унитарны; это облегчает оценку помех для нецелевых пользователей от данных других абонентов.

Работа PU²RC математически описывается как для передающей, так и для принимающей стороны.

Предполагается, что базовая станция использует ${\displaystyle N_{t}}$ передающих антенн. Вектор сигнала передачи размерностью ${\displaystyle N_{t}\times 1}$ задаётся выражением:

${\displaystyle \mathbf {x} =\sum _{i=1}^{K}\mathbf {w} _{i}P_{i}s_{i}}$

где ${\displaystyle \mathbf {w} _{i}}$ — вектор линейного предкодирования размером ${\displaystyle N_{t}\times 1}$. PU²RC формирует ${\displaystyle \mathbf {w} _{i}}$ на основе ограниченной информации о состоянии канала, получаемой на базовой станции от пользовательского оборудования (UE) посредством обратной (uplink) передачи. Сигнал обратной связи представляет собой индекс в таблице предкодирующих матриц (codebook).

Каждый приёмник оснащён антенной решёткой с ${\displaystyle N_{r}}$ элементами. Вектор принятого сигнала для пользователя ${\displaystyle k(=1,2,\ldots ,K)}$ моделируется следующим образом:

${\displaystyle \mathbf {y} _{k}=\mathbf {H} _{k}\mathbf {x} +\mathbf {n} _{k}}$

где ${\displaystyle \mathbf {y} _{k}}$ и ${\displaystyle \mathbf {n} _{k}}$ — соответственно вектор принятого символа и шума размерности ${\displaystyle N_{r}\times 1}$, а ${\displaystyle \mathbf {H} _{k}}$ — матрица размером ${\displaystyle N_{r}\times N_{t}}$ с коэффициентами канала.

Согласно расчётам, PU²RC обеспечивает преимущество в пропускной способности по сравнению с традиционными однопользовательскими схемами и системами без планирования, при условии, что размер набора кодов равен одному (${\displaystyle G=1}$). Для большего размера набора производительность может превышать показатели схем с набором одного элемента. За счёт многоабонентского планирования на основе кодбука PU²RC превосходит традиционные схемы, если количество пользователей больше одного. Следует учесть, что приведённые в иллюстрациях параметры обоих систем рассчитаны для линейных приёмников.