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

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

Розділ

Статті