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, Індія
  • С. Б. Патель Научно-технический университет им. Чаротара, Індія https://orcid.org/0000-0003-4240-6730
  • Дж. К. Бхалани Технологический институт Бабарии, Вадодара, Индия; Гуджаратский технологический университет, Вадодара, Індія 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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

Оригінальні статті