В данном случае сформированные сигналы из битов исходной информации излучаются одновременно всеми антеннами передатчика. Из одинаковых последовательностей битов формируются разные сигналы. Таким образом, вводится избыточность, которую можно уменьшить с помощью кодов с исправлением ошибок. Избыточность позволяет снизить вероятность ошибки и увеличить спектральную эффективность.
По методу кодирования STC схемы можно разделить на:
– пространственно-временные решетчатые коды (STTC, Space-Time Trellis Codes);
– пространственно-временные блочные коды (STBC, Space-Time Block Codes);
– пространственно-временные турбо коды (STTTC, Space-Time Turbo Trellis Codes);
– многоуровневые пространственно-временные коды (LSTC, Layered Space-Time Codes).
По сравнению с другими схемами, STC схемы являются простыми в реализации устройств кодирования-декодирования, но скорость передачи данных у них ниже.
Пусть исходный сигнал представляет собой поток битов . Эта последовательность битов разбивается на блоки:
, где
- номер блока. В каждый i-ый канал передатчика попадает m бит. Сформированные сигналы
в каждом канале одновременно излучаются передающими антеннами N в течении интервала времени. Множество передаваемых сигналов называется кодовым словом и представляется с помощью матрицы кодового слова [2]:
,
где K- это пространственно-временной символ, образованный из исходной последовательности бит.
Каждый столбец матрицы кодового слова является пространственно-временным символом.
Для описания свойств STC необходимо ввести понятие попарной вероятности ошибки. В канале с медленными замираниями, условную попарную вероятность можно найти по формуле:
, (1)
где - квадрат евклидова пространства между кодовыми словами;
- энергия каждого сигнала;
- спектральная плотность средней мощности аддитивного белого гауссова шума.
Необходимо выделить два главных параметра STC:
– энергетический выигрыш от разнесения сигналов. Именно эта величина задает характер попарной вероятности ошибки от отношения сигнал шум на входе каждого приемника[2].
– энергетический выигрыш от применения кодирования, который уменьшает значение .
При рассмотрении канала с быстрыми замираниями, выражение (1) примет вид:
,
где - разность кодовых слов;
- хэммингово расстояние в пространстве символов.
Тогда важные характеристики канала будут определяться:
– энергетический выигрыш от разнесения антенн будет определяться степенью [2].
– энергетический выигрыш от применения кодирования можно определить по формуле:
,
где — квадрат евклидового расстояния в отсутствие кодирования.
Уменьшение значения попарной вероятности ошибки эффективнее реализовывать с помощью разнесения антенн, чем введения кодирования. В канале с медленными замираниями общее разнесение сигналов можно определить произведением разнесения на приемной стороне() и на передающей стороне (
). В канале с быстрыми замираниями общее разнесение сигналов определяется произведением разнесения на приемной и передающей стороне во времени (
). Таким образом, необходимо увеличивать число передающих и приемных антенн. Но в реальных условиях это не всегда возможно. Поэтому необходимо разрабатывать и использовать коды, в которых хэммингово расстояние в пространстве символов и матрица кодового расстояния будут максимальны.
На практике чаще всего используют два основных кода STC-кода – пространственно-временные решетчатые коды (STTC) и пространственно-временные блочные коды (STBC). Достоинства первых кодов перекрываются сложностью алгоритмов декодирования. Поэтому были разработаны вторые виды кодов. Пространственно-временные блочные коды получили название благодаря своему автору Аламоути. В схемах Аламоути вводится ортогональность по фазе между передаваемыми и принимаемыми парами сигналов. STBC кодер представляет собой модулятор и решетчатый кодер с заданным полиномом. Если для кода STBC провести дополнительное кодирование простым алгоритмом, получим суперортогональные пространственно-временные решетчатые коды Super Orthogonal Space-Time Trellis Codes (OFDMA). В случае применения OFDMA процесс кодирования будет представлять собой распределение фиксированного числа M символов в кодовую матрицу размерности , где
-это число временных отсчетов. Во временной области исходная последовательность битов делится на блоки фиксированной длины
. В каждом блоке биты распределены на равные группы. Весь набор символов в одном блоке:
,
где N-число групп в блоке.
Символы, матрицы кодового слова, кодовые матрицы и сигналы в данном случае будут играть похожие роли в процессе кодирования. Именно поэтому их часто обозначают одинаково.
В алгоритме OFDMA осуществляется формирование ортогональных поднесущих, количество которых достаточно большое. Для этого применяют быстрое преобразование Фурье (БПФ).
OFDMA-сигналы наилучшим образом справляются с межсимвольными искажениями и частотной селективностью.