Поэлементная и совместная оптимизация прекодера max-dmin для систем MIMO с LDPC кодированием и QAM-модуляцией

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019110037

Ключові слова:

MIMO, LDPC, Tx-CSI, max-dmin прекодер, SM, BER

Анотація

Технология MIMO не только дает возможность разнесения и увеличение пропускной способности, но также обеспечивает более высокую спектральную эффективность и значительную надежность линии связи по сравнению с системами SISO. В настоящее время разработано множество методов, использующих свойство разнесения, получаемое с помощью систем со множеством антенн, такие как код Аламути и пространственное мультиплексирование, которое не требует информации о статусе канала на передающей стороне Tx-CSI (transmitter channel status information). Другие методы оптимизации распределения мощности, известные как прекодирование, требуют полную или частичную информацию Tx-CSI. Эти методы помогают преобразовывать сигнал перед его передачей согласно определенным критериям, среди которых минимальное эвклидово расстояние, которое предполагается эффективным и является объектом исследований. В данной работе на основании полной информации о состоянии канала с обеих сторон передачи данных, предлагается новая схема передачи данных в беспроводных сетях, которая объединяет прекодер на основании минимального эвклидового расстояния и коррекцию кода на основании недвоичного кода с низкой плотностью и проверкой четности NB-LDPC (Non-binary low-density parity-check code) с целью определения оптимизированного распределения мощности, что адаптирует блок линейного прекодирования к кодированию NB-LDPC при MIMO передаче. В работе использована квадратурная амплитудная модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation) в канале с релеевским затуханием при приеме по критерию максимального правдоподобия. Результаты компьютерного моделирования подтвердили, что согласно значению частоты битовой ошибки, код NB-LDPC в высокой степени подходит для объединения используемых схем прекодирования на основании максимизации критерия минимального эвклидового расстояния.

Посилання

Стрелковская, И. В.; Григорьева, Т. И.; Соловская, И. Н. “Обслуживание самоподобного трафика в СМО G/M/1 с распределением Вейбулла,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 61, № 3, С. 173-180, 2018. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347018030056.

Покаместов,Д. А.; Крюков, Я. В.; Рогожников, Е. В.; Абенов, Р. Р.; Демидов, А. Я. “Концепция физического уровня систем связи пятого поколения,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 60, № 7, С. 367-382, 2017. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347017070019.

Morgado, A.; Huq, K. M. S.; Mumtaz, S.; Rodriguez, J. “A survey of 5G technologies: regulatory, standardization and industrial perspectives,” Digit. Commun. Netw., Vol. 4, No. 2, p. 87-97, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dcan.2017.09.010.

Tarokh, V.; Jafarkhani, H.; Calderbank, A. R. “Space-time block codes from orthogonal designs,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 45, No. 5, p. 1456-1467, 1999. DOI: https://doi.org/10.1109/18.771146.

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.

Джинг, Куигфенг; Ву, Дж. “Сравнение эффективности пространственно-временных блочных и решетчатых кодов в наземных MIMO каналах мобильной спутниковой связи,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 60, № 1, С. 3-17, 2017. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347017010010.

Nhan, Nhat-Quang; Rostaing, Philippe; Amis, Karine; Collin, Ludovic; Radoi, Emanuel. “Complexity reduction for the optimization of linear precoders over random MIMO channels,” IEEE Trans. Commun., Vol. 65, No. 10, p. 4205-4217, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TCOMM.2017.2716375.

Telatar, E. “Capacity of multi-antenna Gaussian channels,” European Trans. Telecommun., Vol. 10, No. 6, p. 585-595, Nov./Dec. 1999. DOI: https://doi.org/10.1002/ett.4460100604.

Stoica, P.; Ganesan, G. “Maximum-SNR spatial-temporal formatting designs for MIMO channels,” IEEE Trans. Signal Process., Vol. 50, No. 12, p. 3036-3042, 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2002.805266.

Sampath, H.; Stoica, P.; Paulraj, A. “Generalized linear precoder and decoder design for MIMO channels using the weighted MMSE criterion,” IEEE Trans. Commun., Vol. 49, No. 12, p. 2198-2206, 2001. DOI: https://doi.org/10.1109/26.974266.

Rostaing, P.; Berder, O.; Burel, G.; Collin, L. “Minimum BER diagonal precoder for MIMO digital transmissions,” Signal Process., Vol. 82, No. 10, p. 1477-1480, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0165-1684(02)00288-8.

Scaglione, A.; Stoica, P.; Barbarossa, S.; Giannakis, G. B.; Sampath, H. “Optimal designs for space-time linear precoders and decoders,” IEEE Trans. Signal Process., Vol. 50, No. 5, p. 1051-1064, 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/78.995062.

Collin, L.; Berder, O.; Rostaing, P.; Burel, G. “Optimal minimum distance-based precoder for MIMO spatial multiplexing systems,” IEEE Trans. Signal Process., Vol. 52, No. 3, p. 617-627, Mar. 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2003.822365.

Ngo, Q.-T.; Berder, O.; Scalart, P. “Minimum Euclidean distance based precoders for MIMO systems using rectangular QAM modulations,” IEEE Trans. Signal Process., Vol. 60, No. 3, p. 1527-1533, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2011.2177972.

Mahi, S.; Bouacha, A. “Behavior of the minimum Euclidean distance optimization precoders with soft maximum likelihood detector for high data rate MIMO transmission,” Int. J. Advanced Computer Sci. App., Vol. 9, No. 2, p. 364-370, 2018. DOI: https://dx.doi.org/10.14569/IJACSA.2018.090250.

Shannon, C. E. “A mathematical theory of communication,” Bell System Tech. J., Vol. 27, No. 4, p. 623-656, 1948. DOI: https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1948.tb00917.x.

Шпилька, А. А.; Жук, С. Я. “Декодирование сверточных кодов на скользящем интервале при распространении сигнала в многолучевом канале связи,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 53, № 9, С. 52-56, 2010. URI: https://doi.org/10.20535/S0021347017010010.

Gallager, R. “Low-density parity-check codes,” IRE Trans. Inf. Theory, Vol. 8, No. 1, p. 21-28, 1962. DOI: https://doi.org/10.1109/TIT.1962.1057683.

MacKay, D. J. C.; Neal, R. M. “Near Shannonlimit performance of low density parity check codes,” Electron. Lett., Vol. 33, No. 6, p. 457-458, 1997. DOI: https://doi.org/10.1049/el:19970362.

Brink, S. T.; Kramer, G.; Ashikhmin, A. “Design of low-density parity-check codes for modulation and detection,” IEEE Trans. Commun., Vol. 52, No. 4, p. 670-678, Apr. 2004, DOI: https://doi.org/10.1109/TCOMM.2004.826370.

Ислам, Мохамед Ракибул; Хоссайн, М. Мурад; Хок,М. Ашрафул; Ислам, Кази Хайрул; Уллах, М. Шахид. “Кодирование с проверкой четности малой плотности для беспроводной сенсорной сети в кооперативных MIMO системах связи,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 54, № 7, С. 15-24, 2011. DOI: https://doi.org/10.20535/S002134701107003X.

Deepa, T.; Kumar, R. “Performance evaluation of LDPC coded MIMO transceiver with equalization,” Proc. of Int. Conf. on Recent Trends in Information Technology, 25-27 Jul. 2013, Chennai, India. IEEE, 2013, pp. 147-151, DOI: https://doi.org/10.1109/ICRTIT.2013.6844196.

Hou, J.; Siegel, P. H.; Milstein, L. B. “Performance analysis and code optimization of low density parity- check codes on Rayleigh fading channels,” IEEE J. Selected Areas Commun., Vol. 19, No. 5, p. 924-934, May 2001. DOI: https://doi.org/10.1109/49.924876.

Iniya, S. “Pergroup precoding for MIMO with LDPC coding using QAM modulation,” Int. J. Innovative Res. Technol. Sci. Eng., Vol. 2, No. 3, Mar. 2016.

Chehade, T.; Collin, L.; Rostaing, P.; Radoi, E.; Bazzi, O. “Power allocation optimization: linear precoding adapted to NB-LDPC coded MIMO transmission,” Int. J. Antennas Propag., Vo. 2015, ID 975139, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2015/975139.

Perez-Cruz, F.; Rodrigues, M. R. D.; Verdu, S. “MIMO Gaussian channels with arbitrary inputs: optimal precoding and power allocation,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 56, No. 3, p. 1070-1084, 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/TIT.2009.2039045.

Digital Video Broadcasting (DVB); Second Generation Framing Structure, Channel Coding and Modulation Systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other Broadband Satellite Applications (DVB-S2) [archive], ETSI EN 302 307, V1.2.1, April 2009.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-11-23

Як цитувати

Махи, С., & Буача, А. (2019). Поэлементная и совместная оптимизация прекодера max-dmin для систем MIMO с LDPC кодированием и QAM-модуляцией. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(11), 678–687. https://doi.org/10.20535/S0021347019110037

Номер

Том 62 № 11 (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.