Диссертация (Исследование и разработка алгоритмов адаптации пространственного мультиплексирования к канальным условиям в системах беспроводного доступа), страница 13

Для числа лучей порядка 16 характерКМУЗ определяется дальностью связи: при Nб = 100 они практически всегдаотносятся к «рабочей зоне», при Nб = 1000 лежат на границе этой зоны с зонойПВМ и уже при Nб = 10000 практически приближаются к ВМ. Дисперсия распределения норм столбцов КМУЗ (мощности принимаемого канального сигнала) всегда возрастает с ростом числа лучей. Возрастание дисперсии мощностиможно грубо интерпретировать как переход от распределения замираний позакону Рэлея (большая дисперсия) к распределению по закону Райса (малаядисперсия). Таким образом, оказывается, что характер замираний мощностипринимаемого сигнала в общем случае не связан со значениями ЧО соответствующих КМ: при большом числе лучей и большой дальности связи, хотя распределение замираний и приближается к релеевскому, значения ЧО оказываются весьма значительными, так что ПМ оказывается энергетически неэффективным.Сопоставим предложенную модель радиоканала, которая удобна для исследовательских целей, с реально используемыми при разработке и верификации оборудования.

Таковой является канальная модель 3GPP SCM (spatial channel model). Модель канала SCM была реализована в соответствии с [5]. Там жеможно найти полное описание данной модели. Имплементация доступна насайте автора по ссылке [112]. В данной модели используются три основных типа каналов:76· Suburban Macro channel (SMa) – канал, характерный для пригородного сценария с большой протяженностью трасс и слабой угловойрасходимостью приходящих лучей;· Urban Macro channel (UMa) – канал, характерный для городскогосценария с большой протяженностью трасс и сильной угловой расходимостью;· Urban Micro channel (UMi) – канал, характерный для городскогосценария с малой протяженностью трасс и сильной угловой расходимостью.Сравним предложенную исследовательскую модель и стандартизованнуюпо числам обусловленности формируемых матриц.10.90.80.7F(x)0.60.50.40.30.2SMaUMaUMi0.100100020003000 4000 5000 6000 7000Число обусловленности80009000 10000Рисунок 20 Интегральная функция распределения чисел обусловленностиканальных матриц для SCM, MIMO 4x4Как видно, по числам обусловленности формируемых матриц SCM модель близка к первым 5 классам.

Однако не стоит отказываться от рассмотренияостальных классов, которые соответствуют сценариям с более протяженнымирадиолиниями, что позволяет исследовать более широкий диапазон КМ.772.7 Результаты имитационного моделированияНиже (Рисунок 21 – Рисунок 22) приведены кривые помехоустойчивостидля двух конфигураций MIMO (2х2 и 4х4), трех классов каналов средней дальности (СД), одного типа модуляции КАМ4 и трех методов обработки на приемной стороне. На рисунках приведены кривые только для приемника максимального правдоподобия, обладающего наилучшей помехоустойчивостью, тривиального приемника (ZF), обладающего наихудшей помехоустойчивостью, иитерационного приемника на основе МСКО.

Далее (Рисунок 23 – Рисунок 24)приведены аналогичные кривые для релаксационных приемников АПОР и АРК(МП включен для сравнения). Отметим, что предложенный комбинированныйприемник (КП) идентичен по помехоустойчивости МП. Однако обладает приемлемой сложностью в рабочей зоне ОСШ, где достигается 1% битовых ошибок. Данные по помехоустойчивости на уровне 1% для всех методов обработки,классов радиоканалов и рассмотренных модуляций сведены в Таблице 6(MIMO 2х2) и Таблице 7 (MIMO4х4).78Вероятность битовой ошибкиМП, класс 4ZF, класс 4SIC-MMSE, класс 4МП, класс 5ZF, класс 5SIC-MMSE, класс 5МП, класс 6ZF, класс 6SIC-MMSE, класс 6-110-210-310-41010203040h2Б, ЭК ,5060дБВероятность битовой ошибкиРисунок 21 Кривые помехоустойчивости КАМ4, V-BLAST 2х2, классыканалов средней дальности (СД); приемники ZF, МП, SIC-MMSEZF, класс 4МП, класс 4SIC-MMSE, класс 4МП, класс 5SIC-MMSE, класс 5ZF, класс 5МП, класс 6SIC-MMSE, класс 6ZF, класс 6-110-210-310-410102030405060h2Б, ЭК ,708090100дБРисунок 22 Кривые помехоустойчивости КАМ4, V-BLAST 4х4, классыканалов средней дальности (СД); приемники ZF, МП, SIC-MMSE79Вероятность битовой ошибкиМП, класс 4МП, класс 5МП, класс 6АПОР, класс 4АРК, класс 4АПОР, класс 5АРК, класс 5АПОР, класс 6АРК, класс 6-110-210-310-41010203040h2Б, ЭК ,5060дБВероятность битовой ошибкиРисунок 23 Кривые помехоустойчивости КАМ4, V-BLAST 2х2, классыканалов средней дальности (СД); приемники МП, АРК, АПОРМП, класс 4МП, класс 5МП, класс 6АРК, класс 4АПОР, класс 4АПОР, класс 5АРК, класс5АПОР, класс 6АРК, класс 6-110-210-310-410102030405060h2Б, ЭК ,708090100дБРисунок 24 Кривые помехоустойчивости КАМ4, V-BLAST 4х4, классыканалов средней дальности (СД); приемники МП, АРК, АПОР80Таблица 6: Оценка помехоустойчивости на уровне 1% по hБ,ЭК2 (дБ) дляслучая MIMO 2х2Класс канала1 (МДМЛ)2 (МДСЛ)3 (МДБЛ)4 (СДМЛ)5 (СДСЛ)6 (СДБЛ)7 (БДМЛ)8 (БДСЛ)9 (БДБЛ)МодуляцияМПилиКПАПОРКАМ421.622.2КАМ1626.5КАМ64ИПИППСД(ZF)МСКО(MMSE)МСКО(SICMMSE)ПСД(SICZF)25.723.5272827-3029.630323231-3433.53434.834.8КАМ416.519.523222427.624КАМ1622-2928303129КАМ6426.5-3332333533.5КАМ41212.516.514.5161918.5КАМ1616-2221222523КАМ6421.5-25.525262826.8КАМ4363636.537.83842.538.6КАМ1640-4343434638.5КАМ6446-4848484948.2КАМ4151822.522262824.5КАМ1620-2928.5293130КАМ6425-33.533343433.8КАМ412.715.519.51721.52522.4КАМ1619-25.524.52627.527КАМ6424.5-3030303130.6КАМ442505756.5616259КАМ1646-63.562.5646363КАМ6453-6767676868КАМ418334139.546.54744КАМ1626-4847.548.55049КАМ6433-52525253.553КАМ41830.5394639.54340КАМ1626-43434346.545КАМ6432.5-4847.548.5504981АРКТаблица 7: Оценка помехоустойчивости на уровне 1% по hБ,ЭК2 (дБ) дляслучая MIMO 4х4Класс каналаМодуляцияМПилиКПАПОР1КАМ41926(МДМЛ)КАМ1627КАМ642(МДСЛ)АРКИПИППСД(ZF)МСКО(MMSE)МСКО(SICMMSE)ПСД(SICZF)40.547555951-535559616135-6063636565КАМ418233238455145КАМ1626-4749505351КАМ6434-53555558563КАМ414182122313325(МДБЛ)КАМ1623-3132.5343633КАМ6430-3538.53840394КАМ43443666997>10098(СДМЛ)КАМ1642-9193>100>100>100КАМ6450->100>100>100>100>1005КАМ42434.54756737666(СДСЛ)КАМ1631-6870768176КАМ6440-74768286806КАМ416323236464943(СДБЛ)КАМ1625-4648505348КАМ6434-51556161557КАМ44886>100>100>100>100>100(БДМЛ)КАМ1658->100>100>100>100>100КАМ6470->100>100>100>100>1008КАМ4337395>100>100>100>100(БДСЛ)КАМ1645->100>100>100>100>100КАМ6460->100>100>100>100>1009КАМ431558193>100>10096(БДБЛ)КАМ1643->100>100>100>100>100КАМ6455->100>100>100>100>10082Знаком (-) отмечены поля, для которых получение результатов затруднено отсутствием надежной реализации алгоритма обработки на приемной стороне.

Наилучшие результаты по помехоустойчивости относятся к третьемуклассу радиоканалов, который соответствует малой дальности и сильной многолучевости. Наихудшим из рассмотренных классов является седьмой – большая дальность и слабая многолучевость. Сопоставляя результаты моделирования с результатами статистического исследования радиоканалов с несколькимивходами и несколькими выходами, можно утверждать, что число обусловленности КМ оказывает существенное влияния на энергетическую эффективностьприменения ПМ в режиме пространственного мультиплексирования V-BLASTс полным рангом. Заметим также, что деградация производительности при увеличении длины трассы и уменьшении числа лучей наблюдается для всех рассмотренных способов приема и методов модуляции.

Однако, взаимное расположение кривых помехоустойчивости для различных способов обработки практически всегда остается постоянным. Наиболее приближенные результаты кприему МП без сферического уточнения показывают релаксационные способыприема в случае КАМ4. Для модуляций большей кратности (КАМ16, КАМ64)наиболее приближенным к МП является итерационный приемник с решениемМСКО (ИП МСКО).Интересно также взглянуть, как ведут себя другие конфигурации и режимы функционирования MIMO в реальных каналах. Ниже приведены результатыдля схем разнесенного приема и разнесенной передачи по схеме Аламоути [4].Рассмотрим частный случай, когда ПМ является неэффективным – класс радиоканала №7 (Рисунок 25, Рисунок 26).