Stosunek sygnału do zakłóceń plus szum — Signal-to-interference-plus-noise ratio

W teorii informacji i inżynierii telekomunikacyjnej stosunek sygnału do zakłóceń i szumów ( SINR ) (znany również jako stosunek sygnału do szumu i zakłóceń ( SINR )) jest wielkością używaną do określenia teoretycznych górnych granic pojemność kanału (lub szybkość przesyłania informacji) w systemach komunikacji bezprzewodowej , takich jak sieci. Analogicznie do stosunku sygnału do szumu (SNR) używanego często w systemach komunikacji przewodowej , SINR jest definiowany jako moc określonego sygnału będącego przedmiotem zainteresowania podzielona przez sumę mocy zakłóceń (od wszystkich innych sygnałów zakłócających) i moc niektórych szumów tła. Jeżeli moc członu szumu wynosi zero, wówczas SINR zmniejsza się do stosunku sygnału do zakłóceń (SIR). I odwrotnie, zero zakłóceń redukuje SINR do SNR, który jest rzadziej używany przy opracowywaniu matematycznych modeli sieci bezprzewodowych, takich jak sieci komórkowe .

Złożoność i losowość niektórych typów sieci bezprzewodowych oraz propagacji sygnału motywowały do ​​zastosowania modeli geometrii stochastycznej w celu modelowania SINR, szczególnie w przypadku sieci komórkowych lub telefonii komórkowej.

Opis

Krótka ilustracja przypadku, gdy UE (sprzęt użytkownika) komunikuje się ze stacją bazową w obecności zakłóceń. S oznacza moc przychodzącego sygnału zainteresowania, a oznacza sygnały zakłócające. UE może utracić połączenie, jeśli sygnał S jest zbyt słaby lub suma sygnałów zakłócających jest zbyt duża.

SINR jest powszechnie używany w komunikacji bezprzewodowej jako sposób pomiaru jakości połączeń bezprzewodowych. Zazwyczaj energia sygnału zanika wraz z odległością, co w sieciach bezprzewodowych określa się mianem utraty ścieżki . I odwrotnie, w sieciach przewodowych istnienie przewodowej ścieżki między nadawcą lub nadajnikiem a odbiornikiem warunkuje prawidłowy odbiór danych. W sieci bezprzewodowej należy wziąć pod uwagę inne czynniki (np. szum tła, siłę zakłócającą innej jednoczesnej transmisji). Koncepcja SINR próbuje stworzyć reprezentację tego aspektu.

Definicja matematyczna

Definicja SINR jest zwykle definiowana dla konkretnego odbiorcy (lub użytkownika). W szczególności, dla odbiornika znajdującego się w pewnym punkcie x w przestrzeni (zwykle na płaszczyźnie), to odpowiadający mu SINR dany przez

${\ Displaystyle \ operatorname {SINR} (x) {=} {\ Frac {P} {I + N}}}$

gdzie P jest mocą przychodzącego sygnału będącego przedmiotem zainteresowania, I jest mocą interferencji innych (interferujących) sygnałów w sieci, a N jest pewnym składnikiem szumu, który może być stały lub losowy. Podobnie jak inne wskaźniki w inżynierii elektronicznej i dziedzinach pokrewnych, SINR jest często wyrażany w decybelach lub dB.

Model propagacji

Aby opracować model matematyczny do szacowania SINR, potrzebny jest odpowiedni model matematyczny do reprezentowania propagacji przychodzącego sygnału i sygnałów zakłócających. Typowym podejściem modelowym jest założenie, że model propagacji składa się z komponentu losowego i komponentu nielosowego (lub deterministycznego).

Komponent deterministyczny ma na celu uchwycenie, w jaki sposób sygnał zanika lub osłabia się podczas przemieszczania się przez ośrodek, taki jak powietrze, co odbywa się poprzez wprowadzenie funkcji utraty ścieżki lub tłumienia. Powszechnym wyborem dla funkcji utraty ścieżki jest proste prawo potęgowe. Na przykład, jeśli sygnał przemieszcza się z punktu x do punktu y , to zanika o współczynnik podany przez funkcję utraty ścieżki

${\ Displaystyle \ ell (| xy |) = | xy | ^ {\ alfa}}$,

gdzie wykładnik utraty ścieżki α>2 , oraz |xy| oznacza odległość między punktem y użytkownika a źródłem sygnału w punkcie x . Chociaż model ten cierpi na osobliwość (gdy x=y ), jego prosta natura powoduje, że jest często używany ze względu na stosunkowo łatwe do wykonania modele, które daje. Funkcje wykładnicze są czasami używane do modelowania sygnałów szybko zanikających.

Składnik losowy modelu obejmuje reprezentację wielościeżkowego zaniku sygnału, który jest spowodowany zderzeniem sygnałów z różnymi przeszkodami, takimi jak budynki i ich odbiciem. Jest to włączane do modelu poprzez wprowadzenie zmiennej losowej o pewnym rozkładzie prawdopodobieństwa . Rozkład prawdopodobieństwa jest wybierany w zależności od typu zanikania modelu i obejmuje Rayleigh , Rician , logarytmiczny cień (lub cieniowanie) i Nakagami .

Model SINR

Model propagacji prowadzi do modelu SINR. Rozważmy zbiór stacji bazowych znajdujących się w punktach , aby na płaszczyźnie lub w przestrzeni 3D. Wtedy dla użytkownika znajdującego się, powiedzmy , SINR dla sygnału pochodzącego ze stacji bazowej, powiedzmy , jest podawany przez ${\ Displaystyle n}$${\displaystyle x_{1}}$${\displaystyle x_{n}}$${\ Displaystyle x = 0}$${\displaystyle x_{i}}$

${\ Displaystyle \ operatorname {SINR} (x_ {i}) {=} {\ Frac {\ Frac {F_ {i}} {\ ell (| x_ {i} |)}} {\ suma _ {j \ neq i}\left[{\frac {F_{j}}{\ell (|x_{j}|)}}\right]+N}}}$,

gdzie zanikają zmienne losowe o pewnym rozkładzie. Zgodnie z prostym modelem utraty ścieżki opartej na prawie potęgowym staje się ${\ Displaystyle F_ {i}}$

${\ Displaystyle \ operatorname {SINR} (x_ {i}) {=} {\ Frac {\ Frac {F_ {i}} {| x_ {i} | ^ {\ alfa}}} {\ suma _ {j\ neq i}{\frac {F_{j}}{|x_{j}|^{\alpha }}}+N}}}$.

Stochastyczne modele geometryczne

W sieciach bezprzewodowych czynniki, które przyczyniają się do SINR, są często losowe (lub wydają się losowe), w tym propagacja sygnału oraz położenie nadajników i odbiorników sieciowych. W związku z tym w ostatnich latach motywowało to badania nad opracowaniem wykonalnych modeli geometrii stochastycznej w celu oszacowania SINR w sieciach bezprzewodowych. Powiązana dziedzina teorii perkolacji kontinuum została również wykorzystana do wyznaczenia granic SINR w sieciach bezprzewodowych.

Zobacz też

• Stosunek sygnału do szumu
• Stochastyczne modele geometryczne sieci bezprzewodowych
• Teoria perkolacji continuum

Bibliografia