Диссертация (1090514), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Их использование в данной части исследования определяется желанием изучить влияние структуры КМ, не затеняя его влиянием замираний. Нижеприведены зависимости вероятности ошибки воспроизведения брутто-бит (ББ)от hБ,ЭК2, при использовании КАМ4 для КМОЗ с независимыми случайнымизначениями аргументов элементов, равномерно распределенными на интервалеот 0 до 2π, для конфигурации MIMO 4х4 и приемника максимального правдоподобия (МП). При этом случайными оказываются и числа обусловленности(ЧО) этих матриц. Значения чисел обусловленности указаны на рисунке длякаждой кривой, при этом используется фиксированная канальная матрица.
Потери в помехоустойчивости пропорциональны росту ЧО и составляют порядка5 дБ на уровне 1% битовых ошибок при ЧО = 100. Следует отметить, что расходимость кривых помехоустойчивости определяется в первую очередь слу-Вероятность битовой ошибкичайным характером КМОЗ.ЧО = 5ЧО = 10ЧО = 30ЧО =100-110-210-3100510h2Б,ЭК , дБ1520Рисунок 12 Кривые помехоустойчивости V-BLAST 4x4 для фиксированных значений ЧО канальных матриц, модуляция КАМ4, приемник МП62Случайный набор КМ с ЧО порядка 2, а тем более 1 практически исключен, также, как и набор матриц с ЧО>100 (большие числа обусловленности),или вообще бесконечным значением этого параметра (вырожденные матрицыВМ). Матрицы с большими ЧО именуются ниже предвырожденными (ПВМ).Остановимся еще на путях формирования матриц с требуемыми значениямиЧО, использованными в работе.
Случайный выбор аргументов элементовКМОЗ почти всегда приводит к значениям ЧО, лежащим в рабочей зоне. Принеобходимости генерировать КМ вида ПВМ использовалась следующая процедура: первые три строки матрицы генерировались методом случайного выбора.При формировании четвертой строки за основу бралась третья строка, аргументы элементов которой случайным образом изменялись на небольшие величины.Что касается ВМ, то они строились путем повторения одной или нескольких(m) строк (ВМm). Аргументы элементов остальных строк выбирались случайным способом.Вероятность битовой ошибкиНет замиранийИдеальный случайПВМ-110-210-310-4100510152025h2Б, ЭК , дБРисунок 13 Усредненные кривые помехоустойчивости V-BLAST 4х4, модуляция КАМ4, приемник МП63Выше (Рисунок 13) приведены усредненные (канальная матрица меняласьна каждом интервале передачи) кривые помехоустойчивости для КМОЗ с ЧО в«рабочей зоне» (ЧО < 20 – сплошная кривая), а также с ПВМ в качестве КМОЗ(ЧО > 100 – пунктир).
Для сравнения здесь представлена (штрихпунктирнойлинией с круглым маркером) помехоустойчивость в идеальном случае, когда невозникают помехи сигналам, передаваемым одной из ПРДА со стороны сигналов, излучаемых другими антеннами. Такой случай соответствует КМОЗ, у которой столбцы попарно ортогональны.
Сигналы, поступающие от разныхПРДА, могут быть идеально разделены и не создают друг другу взаимных помех. Примером такой матрицы является Hидеал.H идеалé 1 - 1 - 1 - 1ùê- 1 1 - 1 - 1úú=êê- 1 - 1 1 - 1úêúë- 1 - 1 - 1 1 û(2-12)ЧО матрицы (2-12) равно 1. Если сдвинуть кривую помехоустойчивостидля данного случая на 10log10(NПРДА)=6 дБ влево, то полученная кривая совпадает с потенциальной помехоустойчивостью КАМ4 при обычной передаче 1х1,в чем легко убедиться. Сдвиг учитывает тот факт, что суммарная мощностьвсех передатчиков нормируется к 1.Потери помехоустойчивости в «рабочей зоне» значений ЧО за счет взаимных помех сигналов, излучаемых отдельными ПРДА, определенные по данным имитационного моделирования (Рисунок 13) путем сравнения сплошной иштрихпунктирной кривых, составляют 3 дБ по уровню битовых ошибок 1%.Пунктирной кривой показана усредненная помехоустойчивость для КМОЗ видаПВМ.
Потери, вызванные взаимными помехами между параллельно транслируемыми сигналами, составляют, в среднем, при ПВМ 5 дБ по уровню битовыхошибок 1%.64Можно ожидать, что потери из-за взаимных помех между ЭП, передаваемыми различными ПРДА, при ПМ будут увеличиваться по мере роста значности используемой КАМ. Действительно, при этом наблюдается увеличение разности уровней отдельных ЭП и наиболее подверженными влиянию взаимныхпомех оказываются самые слабые (по уровню) ЭП, на которые воздействуютболее сильные сигналы, передаваемые другими ПРДА. Этот эффект можнопроследить, моделируя вариант V-BLAST с КАМ16. Результаты для этого случая представлены ниже (Рисунок 14). Энергетические потери увеличиваются идостигают 5 дБ (между штрихпунктирной и сплошной линиями по уровню 1%вероятности битовой ошибки). При ПВМ потери составляют порядка 10 дБ.Вероятность битовой ошибкиНет замиранийИдеальный случайПВМ-110-210-310-4100510h2Б, ЭК ,152025дБРисунок 14 Усредненные кривые помехоустойчивости V-BLAST 4х4, модуляция КАМ16, приемник МПКак уже отмечалось, корректные решения при ПМ могут быть полученыпри цифровой манипуляции даже при КМ в виде ВМ.
Соответствующие усредненные зависимости представлены ниже (Рисунок 15) для ВМ2, ВМ3 и ВМ4.65Из этих данных следует что в среднем при ВМ2 потери составляют 2 дБ, приВМ3 8 дБ, при ВМ4 > 40 дБ по уровню 1% битовых ошибок.-1Вероятность битовой ошибки10-210-310КМОЗВМ2ВМ3ВМ4-410-510051015h2Б, ЭК ,20253035дБРисунок 15 Кривые помехоустойчивости V-BLAST 4х4, модуляция КАМ4для случаев ВМ, модуляция КАМ4, приемник МП2.5 Описание модели многолучевого каналаДля исследования эффектов MIMO в данной диссертационной работе была предложена и реализована имитационная модель канала распространениярадиоволн, которая является физической и сочетает в себе преимущества детерминистической (моделируются реальные объекты отражения радиоволн) истохастической (характеристики объектов в среде распространения изменяютсяслучайным образом) моделей.
В качестве основы создания многолучевости вканале была выбрана отражательная модель. Это обусловлено тем, что точноемоделирование канала связи – сложная и трудоемкая задача, а отражательная66модель является наиболее простой в реализации и в то же время достаточно достоверной с точки зрения теории распространения радиоволн (РРВ). В программной реализации модели существует возможность задавать число отражающих поверхностей (стен) и их параметры (угол наклона относительно прямоймежду передающей и приемной стороной, коэффициент поглощения). Такимобразом, настраивая параметры модели канала определенным образом, можнонаблюдать за изменениями характеристик канала и оценивать энергетическуюи спектральную эффективность систем передачи в заданных условиях.
Предложенная модель, в отличие от известных, позволяет реализовать большой спектрсценариев – от КМ с полным рангом до КМ с единичным рангом, широкийдиапазон чисел обусловленности канальных матриц. Принцип отражательноймодели создания многолучевости схематично изображен ниже (Рисунок 16).Суммарный сигнал на входе каждой приемной антенны, является суммой прямого луча и всех отраженных. Причем каждый луч приходит на приемную антенну со своей фазой и уровнем. Для каждого испытания задается число отражающих поверхностей, соответственно тем самым определяя число отраженных лучей на каждой трассе распространения и средние характеристики каналараспространения в целом.Рисунок 16 Отражательная модель создания многолучевостиНепосредственно сама модель отражений, реализованная в виде программы-функции с набором входных и выходных параметров, показана на следующем рисунке (Рисунок 17).
В данном случае показано две отражающих по67верхности. Для наглядности изображено распространение лучей только от одной передающей антенны.Опишем данную модель математически. Базовым будем считать расстояние Nб между областью А (область, где располагаются передающие антенны) иобластью В (область, где располагаются приемные антенны). На передающейстороне, как и на приемной, расположено по четыре антенны, что соответствуетсистеме MIMO 4x4. Каждая передающая антенна имеет координаты (q,s), акаждая приемная – (Nб+p,r).Путь прямого луча для каждой пары антенн можно вычислить следующим образом:d пр = (r - s) 2 + ( N б + p - q) 2(2-13)Рисунок 17 Схема отражения луча от стеныФаза каждого пришедшего на приемную антенну луча, в том числе ипрямого, будет измеряться относительно базового расстояния Nб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
