Эффективность каналов MIMO с гибридным разнесением

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019060049

Ключевые слова:

система со многими входами и многими выходами, работа вне зоны прямой видимости, гибридное разнесение, двухполяризационное разнесение, пространственное разнесение, подавление перекрестной поляризации, коэффициент основной поляризации, XPD, NLOS, CPR, MIMO

Аннотация

Недавние успехи показали, что беспроводная технология систем MIMO (со многими входами и многими выходами) позволяет достичь значительного улучшения общей эффективности работы системы. Эта технология предполагает пространственное мультиплексирование и пространственное разнесение без увеличения общей мощности системы или полосы пропускания, и, следовательно, обеспечивает потенциал для значительного повышения пропускной способности канала и спектральной эффективности. Однако сильная зависимость пропускной способности канала от корреляции между элементами антенны является основным недостатком систем MIMO. Поэтому в эти системы введены многополяризационные антенны для уменьшения корреляции антенн и возможности построения компактных устройств. Цель этой статьи дать анализ эффективности гибридного разнесения (в пространстве и по поляризации) каналов MIMO внутри помещений при работе в условиях вне зоны прямой видимости NLOS (non-line-of-sight). В работе исследуется влияние межантенного разноса на параметр подавления перекрестной поляризации XPD (cross-polar discrimination) и величину коэффициента основной поляризации CPR (co-polar ratio). В связи с этим выполнен анализ пропускной способности, а также коэффициента битовых ошибок BER (bit error rate) гибридной системы MIMO для адекватного сравнения указанной системы с системами, использующими двухполяризационное и пространственное разнесения. Результаты моделирования показали, что гибридное разнесение дает среднюю эффективность по сравнению с двумя другими указанными сценариями разнесения при реализации систем. Кроме того, вполне очевидно, что эффективность гибридного разнесения повышается по сравнению с работой системы в условиях двойной поляризации по мере увеличения расстояния между антеннами. К тому же, эффективность системы с пространственным разнесением изменяется медленнее как функция расстояния между антеннами, чем в случае гибридного разнесения.

Библиографические ссылки

Telatar, I. E. “Capacity of multi-antenna Gaussian channels,” Trans. Emerging Telecom. Tech., Vol. 10, No. 6, p. 585-595, 1999. DOI: https://doi.org/10.1002/ett.4460100604.

Chizhik, D.; Rashid-Farrokhi, F.; Ling, J.; Lozano, A. “Effect of antenna separation on the capacity of BLAST in correlated channels,” IEEE Commun. Lett., Vol. 4, No. 11, p. 337-339, Nov. 2000. DOI: https://doi.org/10.1109/4234.892194.

Anreddy, V. R.; Ingram, M. A. “Capacity of measured Ricean and Rayleigh indoor MIMO channels at 2.4 GHz with polarization and spatial diversity,” Proc. of IEEE Wireless Commun. and Networking Conf., 3-6 Apr. 2006, Las Vegas, USA. IEEE, 2006, Vol. 2, p. 946-951. DOI: https://doi.org/10.1109/WCNC.2006.1683597.

Shiu, D.-S.; Foschini, G. J.; Gans, M. J.; Kahn, J. M. “Fading correlation and its effect on the capacity of multi-element antenna systems,” IEEE Trans. Commun., Vol. 48, No. 3, p. 502-513, Mar. 2000. DOI: https://doi.org/10.1109/26.837052.

Raoof, K.; Zhou, H. Advanced MIMO Systems. Sci. Res. Pub., Inc., 2009.

Джомон, К. Чарли; Прасант, С. “Совместная оценка каналов и обнаружение данных в системе MIMO-OFDM c использованием распределенного сжимающего зондирования сигнала,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 60, № 2, С. 97–106, 2017. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347017020029.

Крейнделин, В. Б.; Бен Режеб, Т. Б. К. “Нелинейный итерационный алгоритм прекодирования для многопользовательских систем MIMO,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 60, № 10, С. 581-591, 2017. DOI: https://doi.org/10.20535/S002134701710003X.

Чаухан, Д. В.; Бхалани, Д. К.; Триведи, И. Н. “Улучшенный VBLAST MAP: новый алгоритм точка-точка для детектирования символов в системах беспроводной связи MIMO,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 61, № 5, С. 259–266, 2018. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347018050023.

Abdi, A.; Kaveh, M. “A space-time correlation model for multi-element antenna systems in mobile fading channels,” IEEE J. Select. Areas Commun., Vol. 20, No. 3, p. 550-560, 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/49.995514.

Duong, T. Q.; Trang, H.; Hong, E. K.; Lee, S. Y. “Performance evaluation of the V-BLAST system under correlated fading channels,” Proc. of AICT/SAPIR/ELETE 2005, 17-20 Jul. 2005, Lisbon, Portugal. IEEE, 2005, p. 220-225. DOI: https://doi.org/10.1109/AICT.2005.71.

Oestges, C.; Clerckx, B.; Guillaud, M.; Debbah, M. “Dual-polarized wireless communications: from propagation models to system performance evaluation,” IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 7, No. 10, p. 4019-4031, Oct. 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/T-WC.2008.070540.

Habib, A.; Mehlführer, C.; Rupp, M. “Performance of compact antenna arrays with receive selection,” Proc. of 7th IEEE Int. Conf. on Wireless Advanced, 20-22 Jun. 2011, London, UK. IEEE, 2011, p. 207-212. DOI: https://doi.org/10.1109/WiAd.2011.5983312.

Nam, Junyoung; Caire, Giuseppe; Ha, Jeongseok. “On the role of transmit correlation diversity in multiuser MIMO systems,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 63, No. 1, p. 336, Jan. 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TIT.2016.2615627.

Castel, Thijs; Lemey, Sam; Van Torre, Patrick; Oestges, Claude. Rogier, Hendrik. “Four-element ultrawideband textile cross array for dual-spatial and dual-polarization diversity,” IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., Vol. 16, p. 481, Jun. 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2585308.

Papamichael, Vasilis; Karadimas, Petros. “On the covariance matrix and diversity performance evaluation of compact multiport antenna systems,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 65, No. 11, p. 6140, Nov. 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2754439.

Goldsmith, A. Wireless Communications. CUP, 2005. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511841224.

Hai, L.; Zhang, Y.-R. “A new statistical channel model for hybrid-diversity MIMO systems,” Circuits Syst. Signal Process., Vol. 31, No. 6, p. 2093, 2012. DOI: https://doi.org/10.1007/s00034-012-9418-x.

Yu, Kai; Bengtsson, M.; Ottersten, B.; Mcnamara, D.; Karlsson, P.; Beach, M. “Second order statistics of NLOS indoor MIMO channels based on 5.2 GHz measurements,” Proc. of IEEE Global Telecommunications Conf., 25-29 Nov. 2001, San Antonio, USA. IEEE, 2001, Vol. 1, p. 156-160. DOI: https://doi.org/10.1109/GLOCOM.2001.965098.

HE, Y.; CHENG, X.; STUBER, G.L. “On polarization channel modeling,” IEEE Wireless Commun., v.23, n.1, p.80, Feb. 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/MWC.2016.7422409.

LIM, Y.-G.; CHO, Y.J.; OH, T.; LEE, Y.; CHAE, C.-B. “Relationship between cross-polarization discrimination (XPD) and spatial correlation in indoor small-cell MIMO systems,” arXiv preprint, 2017. URI: https://arxiv.org/abs/1707.00227.

TSEN, W.F.; LI, H.-J. “Correlations and channel capacities for multi-polarized MIMO systems,” Proc. of IEEE 20th Int. Symp. on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Tokyo, Japan. IEEE, 2009, p.1069-1073. DOI: https://doi.org/10.1109/PIMRC.2009.5450233.

Опубликован

2019-06-29

Как цитировать

Эль Машад, М. Б., & Эль Сагхир, Б. М. (2019). Эффективность каналов MIMO с гибридным разнесением. Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника, 62(6), 349–365. https://doi.org/10.20535/S0021347019060049

Выпуск

Раздел

Оригинальные статьи