Полуслепой анализ канала MIMO с использованием регуляризованных по Тихонову алгоритмов MMSE и MAP с QR-разложением на основе преобразования Хаусхолдера

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021040014

Ключові слова:

система связи MIMO, со многими входами и многими выходами, анализ канала, регуляризация по Тихонову, QR-разложение, MAP, максимальная апостериорная оценка, MMSE, минимальная среднеквадратичная ошибка

Анотація

В статье предложены новые полуслепые схемы оценки для канала со многими входами и многими выходами (MIMO) с рэлеевским замиранием. В данном случае, матрица канала H представлена в виде верхней треугольной матрицы R, которую можно оценить вслепую, используя, на основе преобразования Хаусхолдера, QR-разложение выходной ковариационной матрицы принятых сигналов и матрицы Q, которую можно оценить, используя методы максимальной апостериорной оценки MAP (maximum a posteriori) и минимальной среднеквадратичной ошибки MMSE (minimum mean square error) на основе регуляризации по Тихонову с помощью сингулярного значения разложенных ортогональных пилотных символов. Результаты моделирования в терминах коэффициента битовых ошибок BER получены для схем модуляции данных BPSK и 4-PSK, при использовании систем с кодом Аламоути 2×6 (2 передающие и 6 приемных антенн) и 2×8 (2 передающие и 8 приемных антенн) путем выбора различных значений параметра регуляризации λ. Правильный выбор параметра регуляризации может быть достигнут путем соответствующего расчета с использованием принципов расхождения, что обеспечивает лучшую эффективность работы в терминах BER. В статье предложен новый полуслепой подход к анализу канала, использующий слепую оценку матрицы R на основе QR-разложения с применением преобразования Хаусхолдера, а также алгоритмы MMSE и MAP на основе регуляризации по Тихонову при использовании пилотных символов для оценки матрицы Q, что обеспечивает получение хороших результатов применительно к методам анализа каналов.

Посилання

M. A. M. Moqbel, W. Wangdong, A. Z. Ali, “MIMO channel estimation using the LS and MMSE algorithm,” IOSR J. Electron. Commun. Eng., vol. 12, no. 01, pp. 13–22, 2017, doi: https://doi.org/10.9790/2834-1201021322.

M. Biguesh, A. B. Gershman, “Training-based MIMO channel estimation: a study of estimator tradeoffs and optimal training signals,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 54, no. 3, pp. 884–893, 2006, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2005.863008.

A. K. Jagannatham, B. D. Rao, “Whitening-rotation-based semi-blind MIMO channel estimation,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 54, no. 3, pp. 861–869, 2006, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2005.862908.

S. Konstantinidis, S. Freear, “Performance analysis of Tikhonov regularized LS channel estimation for MIMO OFDM systems with virtual carriers,” Wirel. Pers. Commun., vol. 64, no. 4, pp. 703–717, 2012, doi: https://doi.org/10.1007/s11277-010-0214-2.

F. Wan, W.-P. Zhu, M. N. S. Swamy, “Perturbation analysis of subspace-based semi-blind MIMO channel estimation approaches,” in 2008 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 2008, pp. 129–132, doi: https://doi.org/10.1109/ISCAS.2008.4541371.

P. Meerasri, P. Uthansakul, M. Uthansakul, “Self-interference cancellation-based mutual-coupling model for full-duplex single-channel MIMO systems,” Int. J. Antennas Propag., vol. 2014, pp. 1–10, 2014, doi: https://doi.org/10.1155/2014/405487.

J. Gao, H. Liu, “Low-complexity MAP channel estimation for mobile MIMO-OFDM systems,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 7, no. 3, pp. 774–780, 2008, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2008.051072.

J. Bhalani, R. Patel, S. Patel, “Performance analysis and implementation of different modulation techniques in Almouti MIMO scheme with Rayleigh channel,” in International Conference on Recent Trends in Computing and Communication Engineering, 2013, pp. 84–87, uri: https://www.seekdl.org/conferences/paper/details/1323.html.

K. B. Petersen, M. S. Pedersen, The Matrix Cookbook. Lyngby: Technical University of Denmark, 2012, uri: https://www.math.uwaterloo.ca/~hwolkowi/matrixcookbook.pdf.

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.

D. Pal, “Fractionally spaced semi-blind equalization of wireless channels,” in [1992] Conference Record of the Twenty-Sixth Asilomar Conference on Signals, Systems & Computers, 1992, pp. 642–645, doi: https://doi.org/10.1109/ACSSC.1992.269117.

E. de Carvalho, D. T. M. Slock, “Asymptotic performance of ML methods for semi-blind channel estimation,” in Conference Record of the Thirty-First Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers (Cat. No.97CB36136), 1998, vol. 2, pp. 1624–1628, doi: https://doi.org/10.1109/ACSSC.1997.679177.

A. Medles, D. T. M. Slock, E. De Carvalho, “Linear prediction based semi-blind estimation of MIMO FIR channels,” in 2001 IEEE Third Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC’01). Workshop Proceedings (Cat. No.01EX471), 2001, vol. 2001-Janua, pp. 58–61, doi: https://doi.org/10.1109/SPAWC.2001.923843.

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.

Д. К. Бхалани, Д. В. Чаухан, Е. П. Коста, А. И. Триведи, “Оригинальные схемы полуслепого оценивания каналов для канала MIMO с райсовским затуханием,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 55, no. 4, pp. 3–10, 2012, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347012040012.

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.

P. Sagar, B. Jaymin, “Near optimal receive antenna selection scheme for MIMO system under spatially correlated channel,” Int. J. Electr. Comput. Eng., vol. 8, no. 5, p. 3732, 2018, doi: https://doi.org/10.11591/ijece.v8i5.pp3732-3739.

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.

Базовая функциональная блок-схема для системы MIMO

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30 — Оновлено 2021-04-30

Як цитувати

Саксена, П., Патель, С. Б., & Бхалани, Д. К. (2021). Полуслепой анализ канала MIMO с использованием регуляризованных по Тихонову алгоритмов MMSE и MAP с QR-разложением на основе преобразования Хаусхолдера. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(4), 195–203. https://doi.org/10.20535/S0021347021040014

Номер

Том 64 № 4 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 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.