Схема оценивания канала для систем связи MIMO с помощью методов обобщенного разложения Холецкого и обратной подстановки

Автор(и)

  • П. Саксена Научно-технический университет им. Чаротара, India
  • С. Б. Патель Научно-технический университет им. Чаротара, India https://orcid.org/0000-0003-4240-6730
  • Дж. К. Бхалани Технологический институт Бабарии, Вадодара, Индия; Гуджаратский технологический университет, Вадодара, India https://orcid.org/0000-0001-8471-3208

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021060054

Ключові слова:

система связи MIMO, со многими входами и многими выходами, полуслепое оценивание канала, метод наименьших квадратов, максимальная апостериорная оценка, ортогональные пилотные символы, QR-разложение, MIMO, LS, MAP

Анотація

В статье исследована и реализована новая схема полуслепого оценивания канала для системы связи MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) для случая канала с квазистатическим рэлеевским замиранием. В этой схеме канальная матрица H остается относительно постоянной в пределах блока. Канальную матрицу H можно разложить на матрицу вращения Q и нижнюю треугольную матрицу R. Треугольная матрица R оценивается вслепую при использовании метода обобщенного разложения Холецкого GCD (generalized Cholesky decomposition) на основе QR-разложения выходной ковариационной матрицы, которая использует стохастический метод слепого разделения входных сигналов на основе анализа независимых компонентов ICA (Independent Component Analysis). Матрица Q оценивается по ортогональным пилотным символам при использовании нового подхода, основанного на QR-разложении, для минимизации целевой функции. При использовании этого нового подхода ортогональные пилотные символы можно разложить на детерминированную эрмитову матрицу и верхнюю треугольную матрицу, используя QR-разложение. Наконец, матрицу Q можно оценить, используя метод обратной подстановки, который представлен в данной работе. Проведено моделирование при использовании двух передающих антенн с пространственно-временным кодом Аламоути и комбинаций из 2 и 6 приемных антенн, чтобы исследовать эффективность работы новой схемы оценивания по сравнению со стандартными схемами оценивания на базе методов наименьших квадратов LS (Least Squares) и максимальной апостериорной оценки MAP (Maximum a posterior) при использовании схемы модуляции данных BPSK (двоичная фазовая манипуляция). Полученные результаты показали, что новая схема превосходит по эффективности работы другие схемы и демонстрирует значительно лучший результат в отношении характеристики коэффициента битовых ошибок BER. Таким образом, новая схема может быть весьма полезной для решения сложной задачи полуслепого оценивания канала MIMO с помощью метода QR-разложения матрицы. Кроме того, представлен анализ ошибок в терминах матрицы ковариации ошибки при рассмотрении шума для случая ненулевой ошибки (практический случай) по сравнению со случаем нулевой ошибки.

Посилання

J. Proakis, M. Salehi, Digital Communications, 5th ed. New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 2007, uri: http://www.amazon.com/Digital-Communications-Edition-John-Proakis/dp/0072957166.

E. Nayebi, B. D. Rao, “Semi-blind channel estimation for multiuser massive MIMO systems,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 66, no. 2, pp. 540–553, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2017.2771725.

H. Jie, “Semi-blind channel estimation of MIMO-OFDM systems based on improved PSO-Hopfield neural network,” in Proceedings of the 2nd International Conference on Intelligent Systems, Metaheuristics & Swarm Intelligence - ISMSI ’18, 2018, pp. 153–157, doi: https://doi.org/10.1145/3206185.3219779.

T. Peken, G. Vanhoy, T. Bose, “Blind channel estimation for massive MIMO,” Analog Integr. Circuits Signal Process., vol. 91, no. 2, pp. 257–266, 2017, doi: https://doi.org/10.1007/s10470-017-0943-1.

A. Jagannatham, B. D. Rao, “A semi-blind technique for MIMO channel matrix estimation,” in 2003 4th IEEE Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications - SPAWC 2003 (IEEE Cat. No.03EX689), 2004, vol. 2004-Janua, pp. 304–308, doi: https://doi.org/10.1109/SPAWC.2003.1318971.

X. Liu, F. Wang, M. E. Bialkowski, “Investigation into a whitening-rotation-based semi-blind MIMO channel estimation for correlated channels,” in 2008 2nd International Conference on Signal Processing and Communication Systems, 2008, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/ICSPCS.2008.4813728.

Q. Zhang, W.-P. Zhu, Q. Meng, “Whitening-rotation-based semi-blind estimation of MIMO FIR channels,” in 2009 International Conference on Wireless Communications & Signal Processing, 2009, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/WCSP.2009.5371541.

F. Wan, W.-P. Zhu, M. N. S. Swamy, “Perturbation analysis of whitening-rotation-based semi-blind MIMO channel estimation,” in 2009 52nd IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems, 2009, pp. 240–243, doi: https://doi.org/10.1109/MWSCAS.2009.5236109.

Е. В. Рогожников, Г. П. Бабур-Карателли, “Метод повышения точности оценки частотного сдвига в системах связи с OFDM модуляцией,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 8, pp. 442–451, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018080022.

С. Б. Патель, Д. К. Бхалани, И. Н. Триведи, “Характеристики неортогонального STBC при полной скорости работы в системах MIMO с пространственной корреляцией,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 2, pp. 107–113, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020020041.

Д. В. Чаухан, Д. К. Бхалани, И. Н. Триведи, “Уменьшение частоты появления ошибочных символов в системах пространственного мультиплексирования при использовании алгоритма выбора передающих антенн,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 12, pp. 750–758, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019120045.

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

Сравнение эффективности работы на основании зависимости BER от SNR для 2 передающих и 2 приемных антенн

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-28 — Оновлено 2021-06-30

Як цитувати

Саксена, П., Патель, С. Б., & Бхалани, Д. К. (2021). Схема оценивания канала для систем связи MIMO с помощью методов обобщенного разложения Холецкого и обратной подстановки. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(6), 374–379. https://doi.org/10.20535/S0021347021060054

Номер

Том 64 № 6 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

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.