Уменьшение частоты появления ошибочных символов в системах пространственного мультиплексирования при использовании алгоритма выбора передающих антенн

Автор(и)

  • Дармендра В. Чаухан Чаротарский университет науки и техники, India https://orcid.org/0000-0002-6962-970X
  • Джамин К. Бхалани Технологический институт Бабария, Вадодара, India
  • И. Н. Триведи Университет Нирмы, Ахмадабад, India

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019120045

Ключові слова:

многоканальный вход многоканальный выход, минимальный средний квадрат ошибки, многоуровневый пространственно-временной алгоритм компании Bell Laboratories, алгоритм ML, алгоритм максимального правдоподобия, частота появления ошибочных символов, выбор передающих антенн, улучшенный VBLAST, MIMO

Анотація

В статье рассмотрена Mt×M система (Mt > M), где Mt и M — количество антенн на стороне, передатчика и приемника, соответственно. Выбрано M из Mt передающих антенн, используя две различные схемы выбора антенн. В первой схеме выбирается подмножество M антенн из общего числа подмножеств (Mt_M). В выбранном подмножестве минимальное отношение сигнал/шум SNR (signal-to-noise ratio) является максимальным по сравнению с минимальными значениями SNR для всех остальных подмножеств. Во второй схеме количество имеющихся передающих антенн Mt разделяется на Mtg неперекрывающихся групп последовательных антенн, где Mtg = Mt/N. Это означает, что в каждой группе имеется N антенн, где N ≤ M. Кроме того, Mt и M делятся без остатка на N, и общее количество возможных комбинаций определяется выражением (Mtg_C), где C є {1, …, Mt/N}.

Затем выбирается подмножество, содержащее M антенн, из общего числа (Mtg_C) подмножеств. В выбранном подмножестве минимальное значение SNR является максимальным по сравнению с минимальными значениями SNR для всех остальных подмножеств. В этих схемах значения N и C выбираются таким образом, чтобы удовлетворить требованиям M выбранных антенн для передачи. После выбора антенн окончательная система будет иметь структуру M×M. Использован многоуровневый пространственно-временной алгоритм обнаружения компании «Bell Laboratories» VBLAST (Vertical Bell Laboratories Layered Space Time) с минимальным средним квадратом ошибки MMSE (Minimum Mean Square Error) на стороне приемника для обеих схем выбора антенн. С помощью моделирования представлены зависимости частоты появления ошибочных символов SER (Symbol Error Rate) системы MIMO как функции SNR MIMO символов для созвездий сигналов M-QAM в каналах с релеевским замиранием. Произведено сравнение рабочих характеристик рассмотренных систем с получившими широкое распространение схемами максимального правдоподобия ML (maximum likelihood) и MMSE улучшенного алгоритма VBLAST, отличающимися высокой сложностью. Рассмотренная первая схема с алгоритмом VBLAST превосходит распространенные схемы, тогда как вторая схема с MMSE VBLAST обеспечивает сходную эффективность работы в широком диапазоне значений SNR по сравнению с традиционными схемами. Однако количество бит обратной связи, используемых во второй схеме, меньше по сравнению с первой схемой. Существует определенный компромисс между улучшением SER и необходимым количеством бит обратной связи. При уменьшении N эффективность работы второй схемы начинает приближаться к рабочей эффективности первой схемы. Обе рассмотренные системы обеспечивают улучшение разнесения в канале с замираниями.

Посилання

Paulraj, A.; Nabar, R.; Gore, D. Introduction to Space-Time Wireless Communications. Cambridge University Press, 2003. URI: https://www.cambridge.org/ua/academic/subjects/engineering/wireless-communications/introduction-space-time-wireless-communications?format=PB&isbn=9780521065931.

Molisch, A.F.; Win, M.Z. “MIMO systems with antenna selection,” IEEE Microwave Mag., v.5, n.1, p.46, 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/MMW.2004.1284943.

Ghrayeb, A. “A survey on antenna selection for MIMO communication systems,” Proc. of 2nd Int. Conf. on Information and Communication Technologies, ICTTA06, 24-28 Apr. 2006, Damascus, Syria. IEEE, 2006, v.2, p.21042109. DOI: https://doi.org/10.1109/ICTTA.2006.1684727.

Gore, D.A.; Paulraj, A.J. “MIMO antenna subset selection with space time coding,” IEEE Trans. Signal Process., v.50, n.10, p.2580, 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2002.803337.

Yeoh, P.L.; Elkashlan, Maged; Yang, Nan; da Costa, Daniel B.; Duong, Trung Q. “Unified analysis of transmit antenna selection in MIMO multirelay networks,” IEEE Trans. Vehicular Technol., v.62, n.2, p.933, 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/TVT.2012.2227862.

Foschini, G.J. “Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multiple antennas,” Bell Labs Tech. J., v.1, n.2, p.41, 1996. DOI: https://doi.org/10.1002/bltj.2015.

Agrell, E.; Eriksson, E.; Vardy, A.; Zeger, K. “Closest point search in lattices,” IEEE Trans. Inf. Theory, v.48, n.8, p.2201, 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/TIT.2002.800499.

Guo, Z.; Nilsson, P. “Reduced complexity Schnorr-Euchner decoding algorithms for MIMO systems,” IEEE Commun. Lett., v.8, n.5, p.286, 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/LCOMM.2004.827376.

Gupta, V.; Sah, A.K.; Chaturvedi, A.K. “Approximate matrix inversion based low complexity sphere decoding in MIMO systems,” 2015. URI: https://arxiv.org/abs/1509.02405.

Чаухан, Дармендра В.; Бхалани, Джамин 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.

Wolniansky, P.W.; Foschini, G.J.; Golden, G.D.; Valenzuela, R.A. “V-BLAST: an architecture for realizing very high data rates over the rich-scattering wireless channel,” Proc. of Int. Symp. on Signals, Systems, and Electronics, 2 Oct. 1998, Pisa, Italy. IEEE, 1998, p.295-300. DOI: https://doi.org/10.1109/ISSSE.1998.738086.

Alimohammad, A.; Fard, S.F.; Cockburn, B.F. “Improved layered MIMO detection algorithm with near-optimal performance,” Electron. Lett., v.45, n.13, p.675, 2009. DOI: https://doi.org/10.1049/el.2009.0373.

Heath, R.W.; Sandhu, S.; Paulraj, A. “Antenna selection for spatial multiplexing systems with linear receivers,” IEEE Commun. Lett., v.5, n.4, p.142, 2001. DOI: https://doi.org/10.1109/4234.917094.

Gore, D.A.; Heath, R.W.; Paulraj, A.J. “Transmit selection in spatial multiplexing systems,” IEEE Commun. Lett., v.6, n.11, p.491, 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/LCOMM.2002.805517.

Narasimhan, R. “Spatial multiplexing with transmit antenna and constellation selection for correlated MIMO fading channels,” IEEE Trans. Signal Processing, v.51, n.11, p.2829, 2003. DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2003.818205.

Kim, Sangchoon. “Performance of decremental antenna selection algorithms for spatial multiplexing MIMO systems with linear receiver over correlated fading channels,” IET Commun., v.11, n.6, p.855, 2017. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-com.2016.1059.

Lu, Di; So, Daniel K. C. “Performance based receive antenna selection for V-BLAST systems,” IEEE Trans. Wireless Commun., v.8, n.1, p.214, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/T-WC.2009.070820.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-12-24

Як цитувати

Чаухан, Д. В., Бхалани, Д. К., & Триведи, И. Н. (2019). Уменьшение частоты появления ошибочных символов в системах пространственного мультиплексирования при использовании алгоритма выбора передающих антенн. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(12), 750–758. https://doi.org/10.20535/S0021347019120045

Номер

Том 62 № 12 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.