Диссертация (Исследование и разработка алгоритмов адаптации пространственного мультиплексирования к канальным условиям в системах беспроводного доступа), страница 14

Опираясь на полученные результатыможно предположить, что наиболее эффективное использование системных ресурсов было бы достигнуто при адаптивной работе, то есть гибком переключение режимов работы MIMO. Одним из возможных критериев такой адаптивности может случить число обусловленности канальной матрицы.83КАМ4КАМ16КАМ64Вероятность битовой ошибки-110-210-310-410-510-10-505101520h2Б, ЭК , дБРисунок 25 Кривые помехоустойчивости схемы разнесенного приема 1х2,класс радиоканала №7 БДМЛКАМ4КАМ16КАМ64Вероятность битовой ошибки-110-210-310-410-510-505101520h2Б, ЭК , дБРисунок 26 Кривые помехоустойчивости для разнесенной передачи 2х1(Аламоути), класс радиоканала №7 БДМЛ842.8 Оценка спектральной эффективности ПМИмитационное моделирование V-BLAST с полным рангом показало, чтоэнергетическая эффективность такой радиолинии сильно зависит от свойствканальной матрицы.

В данном разделе будем оценивать спектральную эффективность V-BLAST с различным числом каналов в сравнении с теоретическимрасчетом для ПМСР. Выбрав максимальный по ДУПС метод передачи, будемсчитать его субоптимальным. Учет помехоустойчивого кодирования выполняется в соответствии с предложенной методикой. В скобках за значением ДУПСуказаны параметры передачи (L – число каналов, R – скорость кода).Таблица 8: Сравнительная таблица ДУПС, MIMO 4х4, КАМ4, бит/с/ГцКлассОСШ = -10дБОСШ = 0дБОСШ = 10дБОСШ = 20дБканалаДУПСДУПСДУПСДУПСДУПСДУПСДУПСДУПСПМСРПМПМСРПМПМСРПМПМСРПМКласс 10.91-2.851(1, ½)5.92(1,1)10.14(4,1/2)Класс 20.85-2.881(1, ½)6.52(2,1/2)11.45.32(4,2/3)Класс 30.80-2.961(1, ½)7.03(3,1/2)12.666.67(4,5/6)Класс 40.93-2.811(1, ½)5.32(1,1)8.82(2,1/2)Класс 50.93-2.811(1, ½)5.52(1,1)9.44(3,2/3)Класс 60.93-2.811(1, ½)5.62(2,1/2)9.54.5(3,3/4)Класс 70.95-2.831(1, ½)5.12(1,1)7.42(1,1)Класс 80.95-2.831(1, ½)5.12(1,1)7.42.66(2,2/3)Класс 90.95-2.831(1, ½)5.12(1,1)7.43(2,3/4)Таблица 9: Сравнительная таблица ДУПС, MIMO 4х4, КАМ16, бит/с/ГцКлассОСШ = -10дБОСШ = 0дБОСШ = 10дБОСШ = 20дБканалаДУПСДУПСДУПСДУПСДУПСДУПСДУПСДУПСПМСРПМПМСРПМПМСРПМПМСРПМКласс 10.91-2.85-5.93.2(1,4/5)10.14(1,1)Класс 20.85-2.88-6.53.2(1,4/5)11.45.4 (2,2/3)Класс 30.80-2.96-7.03.2(1,4/5)12.668.1(3,2/3)Класс 40.93-2.81-5.33.2(1,4/5)8.84(1,1)Класс 50.93-2.81-5.53.2(1,4/5)9.45.4 (2,2/3)Класс 60.93-2.81-5.63.2(1,4/5)9.55.4 (2,2/3)Класс 70.95-2.83-5.13.2(1,4/5)7.44(1,1)Класс 80.95-2.83-5.13.2(1,4/5)7.44(1,1)Класс 90.95-2.83-5.13.2(1,4/5)7.44(1,1)85Поясним, как были получены данные по ДУПС.

Для ПМСР они были получены с учетом промоделированного радиоканала и приведенной оптимизации (Листинг 1). Усредняя ДУПС по множеству реализаций канала, получаемнекоторое среднее значение ДУПС ПМСР для данного класса радиоканала. Заметим, что спектральная эффективность ПМСР также зависит от свойств радиоканала. Так для первых трех рассматриваемых классов каналов (с небольшой протяженностью радиолинии), потенциальный выигрыш от использованиятакого метода пространственного мультиплексирования оказывается многовыше, чем в каналах с плохой обусловленностью.

Также стоит отметить тотфакт, что мультиплексирование начинает работать, только когда уровень сигнала значительно превышает уровень шума.1412ПМСР,ПМСР,ПМСР,ПМСР,КлассКлассКлассКласс1237-9X: 100Y: 12.66ДУПС, бит/с/Гц1086420-110011010Суммарная мощность передатчиков210Рисунок 27 MIMO4x4, ДУПС ПМСРВ случае ПМ (V-BLAST) используем имитационное моделирование длянахождения вероятности битовой ошибки брутто-бита для заданной суммарноймощности передатчиков при приеме МП, а также таблице соответствия86(Таблица 3), по которой будем определять ДУПС для данной вероятностиошибки, полученной на предыдущем шаге. Среди всех доступных режимов работы (разное число каналов), определяем субоптимальный метод передачи, который показывает максимальную ДУПС.

Данное значение ДУПС указано вТаблице 8 и Таблице 9 для ПМ (V-BLAST). Лучший из стационарных режимовработы ПМ V-BLAST всегда оказывается хуже в сравнении с ПМСР. Это объясняется тем, что ДУПС ПМСР – это теоретическая граница, аппроксимацияреально достижимой пропускной способности по Шеннону. Также при имитационном моделировании рассматривался ограниченный набор возможных методов модуляции и кодирования, который может быть неоптимальным для данных радиоусловий.

Однако, стоит отметить, что поведение теоретическойДУПС для ПМСР и имитационной для ПМ V-BLAST оказывается одинаковым.При КМ с малыми ЧО ПМСР и ПМ V-BLAST показывают пиковую пропускную способность с максимальным числом одновременно работающих пространственных потоков. На малых ОСШ от какого-либо пространственногомультиплексирования стоит отказываться. На больших ОСШ спектральная эффективность ПМ зависит от канальных условий, которые должны приниматьсяв рассмотрение при построении алгоритмов адаптации к радиоканалу. Например, при КМ с большим числом обусловленности, уменьшение числа параллельных каналов передачи и распределение мощность среди оставшихся позволяет повысить пропускную способность системы связи.2.9 ВыводыПроведенные исследования позволяют утверждать, что ПМ V-BLASTдействительно позволяет в ряде случаев повысить полосную эффективностьпередачи информации.

Применение ПМ эффективно и имеет смысл только присущественной многолучевости, что выполняется, например, в условиях городской застройки, где повышение спектральной эффективности систем связи оказывается наиболее востребованным. Причем чем больше сообщений пространственно мультиплексируются, тем более жесткие требования должны предъяв87ляться к радиоканалу и радиолинии (протяженность, разнос антенн на передачеи приеме, степень многолучевости). Для V-BLAST с большим числом приемопередающих пар указанный эффект достигается только при сравнительно небольших дальностях связи не превосходящих нескольких сотен (до 1000) длинволн используемого несущего колебания.

По мере увеличения дальности связиэффективность ПМ падает, так что в таких условиях от этого способа целесообразно отказываться и переходить к более надежным методам передачи. Кроме того, от ПМ целесообразно отказываться на низких ОСШ.Заметим, что ПМ V-BLAST и ПМСР одинаково подвержены к влияниюрадиоканала. Но существующее решение для ПМСР – адаптивное, поэтому впроцессе работы происходит оптимизация числа параллельных каналов передачи и перераспределение мощности.

Чтобы избежать потерь при использованииV-BLAST при меняющих канальных условиях, что особенно актуально в подвижной связи, необходимо применять адаптацию, в том числе и к режимамработы MIMO-систем. Вопрос построения алгоритмов адаптации числа каналовпри V-BLAST и режима работы MIMO решается в следующей главе.883. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АДАПТАЦИИMIMO-СИСТЕМ К КАНАЛЬНЫМ УСЛОВИЯМ3.1 Постановка задачи адаптивной работы MIMO-системыХарактеристики радиоканала могут оказывать существенное влияние напомехоустойчивость и спектральную эффективность MIMO, а в частности режима пространственного мультиплексирования V-BLAST.

Использовать какойлибо режим MIMO необходимо рационально, сопоставляя его с другими доступными методами передачи. В реальных условиях характеристики радиоканала в общем случае могут изменяться во времени, соответственно, помехоустойчивость ПМ V-BLAST будет динамической, что не всегда допустимо поусловиям технического задания. Применение алгоритмов адаптивного переключения не только модуляционных схем и кодирования, но и режимов MIMOвключено в существующие стандарты мобильной связи для достижения оптимальной помехоустойчивости и спектральной эффективности передачи.

Актуальным остается вопрос поиска оптимальных и квазиоптимальных решений,которые бы обладали приемлемой сложностью, но в то же время не давалипроигрыша по помехоустойчивости. Цель данной работы – исследование алгоритмов адаптации режимов работы MIMO, поэтому будем считать, что модуляционная схема и кодирование определены и зафиксированы.

Задача состоит впоиске такого режима работы MIMO, который показывал бы максимальнуюпомехоустойчивость/спектральную эффективность.Для возможности адаптивного изменения числа пространственных потоков в нисходящем канале связи в сетях мобильной связи стандарта LTE былвведен индикатор числа параллельных каналов, передаваемый от абонентскоготерминала, – ранг индикатор (RI). В последние годы появились статьи в сборниках и научных журналах IEEE, посвященные оптимальному выбору числапространственных каналов и схем передачи в MIMO-системах.