Пространственно-временное частотное кодирование на основе тензорного разложения для релейной системы MIMO

Автор(и)

  • Квинжу Ванг Северо-восточный электроэнергетический университет, Китай
  • Лиюань Жанг Северо-восточный электроэнергетический университет, Китай
  • Бин Ли Северо-восточный электроэнергетический университет, Китай
  • Йихай Жу Чанчунская компания CRRC железнодорожного подвижного состава, Китай

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134702002003X

Ключові слова:

релейная станция MIMO, с многоканальным входом и многоканальным выходом, приемник с полуслепой обработкой сигналов, асимметричный вложенный PARAFAC анализ, параллельный факторный анализ, пространственно-временное частотное кодирование Хатри-Рао, KRSTF

Анотація

Пространственно-временное частотное STF (Space-Time-Frequency) кодирование позволяет получить усиление при разнесении, благодаря использованию трех измерений (пространство, время и частота) для улучшения эффективности передачи релейной системы MIMO (multi-input multi-output). В этой работе представлена односторонняя релейная система связи с использованием схемы усиления и передачи AF (amplify-and-forward) при двухскачковом распространении сигнала посредством тройного пространственно-временного частотного кодирования Хатри–Рао KRSTF (Khatri–Rao space-time-frequency), формирующего пятимерный тензор на узле-адресате, который удовлетворяет подходу многомерного тензорного разложения, известному под названием ANPD (asymmetric nested PARAFAC decomposition, асимметричный вложенный PARAFAC параллельный факторный анализ). На основе этой модели получен приемник с полуслепой обработкой сигналов для совместной оценки канала и символа в рамках трехступенчатого метода чередующихся наименьших квадратов ALS (alternating least squares). По сравнению с существующими двухскачковыми симметричными методами, предлагаемая схема использует асимметричную вложенную модель для получения дополнительного разнесения за счет частотного кодирования, что существенно улучшает характеристику эффективности системы в отношении точности оценки параметров, что показали результаты моделирования.

Посилання

Александр Борисович Коханов, “Автоматический синхронизатор цифровых сигналов и телекоммуникационных потоков,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 62, № 4, С. 225–233, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019040046.

Z. Chen, P. Fan, and D. O. Wu, “Joint Power Allocation and Strategy Selection for Half-Duplex Relay System,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 66, no. 3, pp. 2144–2157, Mar. 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TVT.2016.2570816.

X. Liang, Z. Ding, and C. Xiao, “On linear precoding of nonregenerative MIMO relay networks for finite-alphabet source,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 66, no. 11, pp. 9761–9775, Nov. 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TVT.2017.2717925.

M. H. Shariat and S. Gazor, “Optimal non-regenerative linear MIMO relay for orthogonal space time codes,” IEEE Signal Process. Lett., vol. 21, no. 2, pp. 163–167, Feb. 2014, doi: https://doi.org/10.1109/LSP.2013.2295919.

K. C. Lee, C. P. Li, T. Y. Wang, and H. J. Li, “Performance analysis of dual-hop amplify-and-forward systems with multiple antennas and co-channel interference,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 13, no. 6, pp. 3070–3087, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2014.042814.130047.

R. Zhao, H. Lin, Y. C. He, D. H. Chen, Y. Huang, and L. Yang, “Secrecy Performance of Transmit Antenna Selection for MIMO Relay Systems with Outdated CSI,” IEEE Trans. Commun., vol. 66, no. 2, pp. 546–559, Feb. 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TCOMM.2017.2747554.

L. H. Lim and P. Comon, “Multiarray signal processing: Tensor decomposition meets compressed sensing,” Comptes Rendus - Mec., vol. 338, no. 6, pp. 311–320, Jun. 2010, doi: https://doi.org/10.1016/j.crme.2010.06.005.

A. Cichocki et al., “Tensor decompositions for signal processing applications: From two-way to multiway component analysis,” IEEE Signal Process. Mag., vol. 32, no. 2, pp. 145–163, Mar. 2015, doi: https://doi.org/10.1109/MSP.2013.2297439.

N. D. Sidiropoulos, L. De Lathauwer, X. Fu, K. Huang, E. E. Papalexakis, and C. Faloutsos, “Tensor Decomposition for Signal Processing and Machine Learning,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 65, no. 13, pp. 3551–3582, Jul. 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2017.2690524.

F. Roemer and M. Haardt, “Tensor-based channel estimation (TENCE) for two-way relaying with multiple antennas and spatial reuse,” in ICASSP, IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing - Proceedings, 2009, pp. 3641–3644, doi: https://doi.org/10.1109/ICASSP.2009.4960415.

F. Roemer and M. Haardt, “Tensor-based channel estimation and iterative refinements for two-way relaying with multiple antennas and spatial reuse,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 58, no. 11, pp. 5720–5735, Nov. 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2010.2062179.

Y. Rong, M. R. A. Khandaker, and Y. Xiang, “Channel estimation of dual-hop MIMO relay system via parallel factor analysis,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 11, no. 6, pp. 2224–2233, Jun. 2012, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2012.032712.111251.

X. Han, A. L. F. de Almeida, and Z. Yang, “Channel estimation for MIMO multi-relay systems using a tensor approach,” EURASIP J. Adv. Signal Process., vol. 2014, no. 1, pp. 1–14, Dec. 2014, doi: https://doi.org/10.1186/1687-6180-2014-163.

L. R. Ximenes, G. Favier, A. L. F. De Almeida, and Y. C. B. Silva, “PARAFAC-PARATUCK semi-blind receivers for two-hop cooperative MIMO relay systems,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 62, no. 14, pp. 3604–3615, Jul. 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2014.2328323.

J. Du, C. Yuan, and J. Zhang, “Semi-blind parallel factor based receiver for joint symbol and channel estimation in amplify-and-forward multiple-input multiple-output relay systems,” IET Commun., vol. 9, no. 6, pp. 737–744, Apr. 2015, doi: https://doi.org/10.1049/iet-com.2014.0553.

L. R. Ximenes, G. Favier, and A. L. F. De Almeida, “Semi-Blind Receivers for Non-Regenerative Cooperative MIMO Communications Based on Nested PARAFAC Modeling,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 63, no. 18, pp. 4985–4998, Sep. 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2015.2454473.

G. Favier, C. A. R. Fernandes, and A. L. F. De Almeida, “Nested Tucker tensor decomposition with application to MIMO relay systems using tensor space-time coding (TSTC),” Signal Processing, vol. 128, pp. 318–331, Nov. 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2016.04.009.

D. S. Rocha, G. Favier, and C. A. R. Fernandes, “Tensor coding for three-hop MIMO relay systems,” in Proceedings - IEEE Symposium on Computers and Communications, 2018, vol. 2018-June, pp. 384–389, doi: https://doi.org/10.1109/ISCC.2018.8538497.

N. D. Sidiropoulos and R. S. Budampati, “Khatri-Rao space-time codes,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 50, no. 10, pp. 2396–2407, Oct. 2002, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2002.803341.

N. D. Sidiropoulos, R. Bro, and G. B. Giannakis, “Parallel factor analysis in sensor array processing,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 48, no. 8, pp. 2377–2388, Aug. 2000, doi: https://doi.org/10.1109/78.852018.

J. B. Kruskal, “Three-way arrays: rank and uniqueness of trilinear decompositions, with application to arithmetic complexity and statistics,” Linear Algebra Appl., vol. 18, no. 2, pp. 95–138, Jan. 1977, doi: https://doi.org/10.1016/0024-3795(77)90069-6.

A. L. F. De Almeida and G. Favier, “Double Khatri-Rao space-time-frequency coding using semi-blind PARAFAC based receiver,” IEEE Signal Process. Lett., vol. 20, no. 5, pp. 471–474, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/LSP.2013.2248149.

N. D. Sidiropoulos and R. Bro, “On the uniqueness of multilinear decomposition of N-way arrays,” J. Chemom., vol. 14, no. 3, pp. 229–239, May 2000, doi: https://doi.org/10.1002/1099-128X(200005/06)14:3<229::AID-CEM587>3.0.CO;2-N.

G. H. Golub and C. Reinsch, “Singular value decomposition and least squares solutions,” Numer. Math., vol. 14, no. 5, pp. 403–420, Apr. 1970, doi: https://doi.org/10.1007/BF02163027.

G. H. Golub and C. F. Van Loan, Matrix Computations, 3rd ed. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 1996.

Опубліковано

2020-02-23

Як цитувати

Ванг, К., Жанг, Л., Ли, Б., & Жу, Й. (2020). Пространственно-временное частотное кодирование на основе тензорного разложения для релейной системы MIMO. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 63(2), 95–106. https://doi.org/10.20535/S002134702002003X

Номер

Розділ

Оригінальні статті