Калінін В І Інститут радіотехніки й електроніки Російської Академії наук (ІРЕ РАН) пл Академіка Б А Введенського, 1, м Фрязіно, Московська обл, 141195, Росія

Анотація – Запропоновано метод ортогонального хаотичного просторово часового кодування для WCDMA телекомунікаційної системи з широкосмуговим бездротовим доступом на основі ΜΙΜΟ технології Побудовано безліч ортогональних хаотичних кодів для многопозиционной високошвидкісної передачі даних

I                                       Введення

Ортогональне просторово-часове кодування сигналів в багатоелементних рознесених антенних системах (ΜΙΜΟ – Multiple Input-Multiple Output) представляє в даний час одне з найбільш перспективних напрямів розвитку інформаційних технологій для високошвидкісної і перешкодостійкою передачі інформації в каналах звязку з багатопроменевим поширенням [1-2] Інтерференція сигналів на вході приймачів внаслідок багатопроменевого поширення є причиною перешкод, які обмежують швидкість передачі даних до

Mbit / s в мобільних стільникових мережах і до 20-40 Mbit / s у фіксованих багатокористувацьких бездротових системах навіть при використанні широкосмугових сигналів з потенційно високою інформаційною ємністю [2] В останні роки запропоновані ефективні алгоритми просторово часового кодування широкосмугових сигналів за допомогою багатоелементних приймально-передавальних антен ΜΙΜΟ технологія дозволяє в реальному часу оптимізувати параметри каналів звязку до змінних умов багатопроменевого поширення і тим самим збільшити у багато разів швидкість передачі даних [1-2] Реалізація М1МО-технології в телекомунікаційних мережах є технічно складною проблемою Відповідно до розроблюваного стандарту IEEE 80215b для WOFDM з цифровою просторово-часової обробкою ортогональних сигналів можлива передача зі швидкістю до 1000 Mbit / s потоків різноманітної інформації

Для кодування повідомлень застосовують М-послідовності, які володіють хорошими автокореляційна властивостями [3-5] Однак кількість М-послідовностей завжди обмежена і серед них зустрічаються сильно корельовані пари, використання яких сприяє Межс-вільної інтерференції Актуальним завданням для розвитку WCDMA і WOFDM бездротових систем звязку є синтез великих по потужності ансамблів ортогональних кодів з хорошими кореляційними та груповими властивостями, а також високою спектральної ефективністю [4-5]

У даний роботі розглянута багатопозиційна передача цифрової інформації з ортогональним хаотичним просторово тимчасовим кодуванням в CDMA широкосмуговому каналі

II Ортогональне просторово-часове кодування

Швидкість передачі даних багаторазово збільшується за рахунок одночасного кодування відразу декількох інформаційних бітів з подальшою передачею багатовимірного потоку кодованих даних в лінії звязку [3] Телекомунікаційна система з BLAST (Bell Laboratories Layered Space Time) архітектурою використовує багато рознесених в просторі передавальних і приймальних антен [1-2] Підвищення інформаційної ємності і посилення корисних сигналів для ΜΙΜΟ бездротової системи досягається кодуванням інформації на основі ортогонального безлічі просторово тимчасових кодів (space-time block codes – STBCs)

Функціональна схема многопозиционной передачі містить ряд паралельних подканалов кодування в передавачі і стільки ж паралельних подканалов декодування в приймачі Високошвидкісний потік інформаційних бітів розділяється в передавачі на М паралельних подканалов В результаті формується багатовимірний потік даних у вигляді інформаційних кадрів з частотою проходження в М разів менше швидкості вихідного потоку даних Поточний інформаційний кадр з М довічних бітів кодується ортогональним ансамблем з М хаотичних кодів за допомогою М паралельних інверторів в передавачі Хаотичні коди довжиною N двійкових символів утворюють ансамбль з М взаємно-ортогональних кодів, які формуються швидкодіючим цифровим хаотичним кодером При многопозиционной передачі початковий потік даних однозначно перетвориться (M * N) розмірної матрицею в потік інформаційних кадрів Надмірність кодування визначається довжиною N хаотичного коду

Передача інформації проводиться методом прямого розширення спектра (Direct Spread Spec-trum-DSS) в кожному з Μ паралельних подканалов У даний роботі розглянуто CDMA широкосмуговий радіоканал для передачі цифрової інформації на основі стандарту IEEE 80211b Фазова маніпуляція багатовимірних сигналів на частоті

2411 GHz проводиться за допомогою швидкодіючих мікрополоскових фазових модуляторів, які управляються ансамблем з М хаотичних кодів довжиною N = 128 символів

Тривалість елементарних символів хаотичного коду становить 100 ns Вихідний потік даних зі швидкістю від 80 Kbit / s до 2 Mbit / s передається кадрами з М = 8 біт і частотою проходження інформаційних кадрів від 10 KHz до 250 KHz На виході кожного з М = 8 фазових модуляторів формується високочастотний шумоподібний сигнал на частоті

2411 GHz з безперервним спектром в смузі частот 10 MHz Сформовані шумоподібні сигнали з розширенням спектру випромінюються в ефір 8-ми елементної антеною гратами Фазова маніпуляція в 8-ми паралельних підканалах здійснюється вза-імно-ортогональними хаотичними кодами, тому в бездротову лінію звязку одночасно надходять М = 8 незалежних шумоподібних сигналів в загальній смузі частот 10 MHz

Приймач містить М = 8 аналогічних паралельних подканалов для повної демодуляції широкосмугових багатовимірних сигналів за допомогою швид

родействующіх фазових модемів На вхід приймальної антени кожного подканала надходить адитивна суміш з 8-ми широкосмугових кодованих сигналів, а також сигнали внаслідок багатопроменевого поширення і сторонні перешкоди У кожному з 8-ми подканалов приймача здійснюється повна демодуляція фази тільки корисного сигналу при синхронізмі в часі прийнятого і опорного коду Фазовий модем під управлінням точної копії хаотичного коду (опорного коду) для даного подканала відновлює фазу тільки корисного сигналу, який модулирован хаотичним кодом цього подканала У процесі демодуляції відбувається когерентне стиск спектру тільки одного прийнятого сигналу, модульованого хаотичним кодом для даного подканала Енергія стисненого сигналу зосереджена у вузькій смузі частот порядку AF 1 / Т = (80-2000) KHz, де Т тривалість інформаційного біта Всі інші сигнали, модульовані іншими ортогональними хаотичними кодами, не підлягають когерентному стисненню по спектру навіть при повному синхронізмі кодів (РісЗ)

При розробці багатопозиційних WCDMA систем важливим є вибір математичних алгоритмів, що породжують великий ансамбль псевдовипадкових послідовностей Синтез безлічі ортогональних хаотичних кодів виробляється на основі нелінійних дискретно різницевих алгоритмів з запізненням, які отримані методом реконструкції нелінійної динаміки [5] Безліч хаотичних бінарних кодів L ^ = {Xi (xi, хг, xn)}, що утворить Л /-мірний простір з метрикою Хемминга, формується згідно критерієм близькості кодового відстані dij для всіх пар кодів (Х /, Xj) до величини дорівнює половині довжини коду d = N / 2 Побудоване таким чином безліч складається з ортогональних, тобто некорельованих між собою хаотичних кодів Чисельний аналіз показав, що диференціальна функція розподілу всіх пар кодів наближається до нормального закону розподілу симетричного щодо медіани, яка дорівнює половині довжини коду

Показана можливість многопозиционной передачі цифрової інформації для WCDMA телекомунікаційної системи з широкосмуговим бездротовим доступом на основі технології прямого розширення спектра Багатопозиційне кодування переданої інформації за допомогою ортогональних хаотичних кодів дозволить підвищити швидкість передачі інформації, зменшити вплив перешкод внаслідок міжканального інтерференції і багатопроменевого поширення сигналів, а також забезпечити захист конфіденційної інформації

IV                           Список літератури

[1]  G J Foschini Layered Space-Time Architecture for Wireless Communication in a Fading Environment When Using Multiple Antennas, Bell Laboratories Technical Journal,

Vol1, No 2, pp41-59 Autumn 1996

[2]  G J Foschini and M J Gans On the Limits of Wreless Communication in a Fading Environment When Using Multiple Antennas, Wreless Personal Communications, Vol6(3), pp311-335, 1998

[3]  C E Shannon A Mathematical Theory of Communication // Bell System Techn J, 1948 V27, No 3, P 379-423

[4]  Andrew J, Viterby CDMA: Principles of Spread Spectrum Communication – New York: Addison-Wesley Publ 1996

Гуляєв Ю В, Бєляєв Р В, Воронцов Г М, Залогін Н Н, Калінін В І та ін, Інформаційні технології на основі динамічного хаосу для передачі, обробки, зберігання та захисту інформації Радіотехніка і електроніка, 2003, Т48, № 10, С1157-1185

ORTHOGONAL CHAOTIC CODING IN ΜΙΜΟ TELECOMMUNICATION SYSTEM

Kalinin V I

Institute Radio Engineering &amp Electronics of Russian Academy of Sciences IRE RAS Fryazino, Moscow Region, 141195, Russia Ph/fax: (095) 7855639/7029572

Abstract – Orthogonal chaotic code sets are designed for wireless telecommunication system with wideband multiple access on the basis of MIMO technology It is shown that orthogonal chaotic code application provides low interference between channel waveforms, in order to increase information capacity, and to guard the information transmitted

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р