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

П. Саксена; С. Б. Патель; Дж. К. Бхалани

doi:10.20535/S0021347021040014

Автор(и)

П. Саксена Charotar University of Science and Technology, Changa, Індія
С. Б. Патель Charotar University of Science and Technology, Changa, Індія https://orcid.org/0000-0003-4240-6730
Дж. К. Бхалани Gujarat Technological University, Gujarat, Індія https://orcid.org/0000-0001-8471-3208

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.