Диссертация (1090514), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Обзор предлагаемых решений приведен в статье [113]. Традиционный принцип передачи, ко89торый используется в существующих системах связи, выглядит следующим образом. На первом шаге определяется ранг индикатор по критерию максимумаканальной емкости в зависимости от реализации канальной матрицы H на приемной стороне:N RI = arg max C ( H N L )(3-1)NLгде NL – число параллельных каналов.Емкость MIMO канала может быть вычислена по формуле [97]:C = log 2 (det(I N ПРДА +EcN ПРДА N 0H H H ))(3-2)На втором шаге ранг индикатор передается на передающую сторону, ичисло параллельных потоков в нисходящем канале связи выставляется в соответствии с полученной информацией.
Другое решение вычисления RI использует алгоритм оптимизации ПМСР. Представляется, что оптимальное число каналов при V-BLAST не может превышать число каналов, используемых приПМСР. В [114] также предложен метод адаптации числа каналов на основеоценки чисел обусловленности КМ.3.2 Адаптация режима работы MIMO между ПМ и ПВБК3.2.1 Постановка задачиЦелью алгоритмов, предложенных в [113] и [114], является оптимизацияспектральной эффективности. Но задача может стоять и иным образом – оптимизация энергетики радиолинии при фиксированной скорости передачи бит. Тоесть, когда одна и та же пропускная способность может быть достигнута разными методами передачи.
Задача все также состоит в разработке алгоритма переключения режимов MIMO с ограниченной (низкоскоростной) обратной свя90зью. Критерий оптимальности – минимизация вероятности битовых ошибок.Скорость передачи информации за элементарную посылку должна оставатьсяпостоянной вне зависимости от выбранного способа передачи. Предполагаетсявыполнять адаптацию на основе данных оценки коэффициентов канальнойматрицы, которые отражают условия распространения в радиоканале.
Полнаяадаптация должна предусматривать выбор между схемами работы MIMO. Тоесть, необходимо принимать во внимание, не только возможное число потоков,но и возможную схему передачи (ПМ или ПВБК). Алгоритм адаптации может«рекомендовать» использовать 2 потока по КАМ4, без кодирования. Но с другой стороны, идентичную пропускную способность можно достичь, используяКАМ16 с одним потоком ПВБК и все ту же схему MIMO 2x2. Сравнивая возможные схемы передачи в заданном радиоканале, можно определить наиболеепомехоустойчивую из них.3.2.2 Обзор адаптационных схемНа Рисунке 28 приведена структурная схема системы связи с MIMO 2х2.На передающей стороне располагаются два блока формирования сигналов –блок ПМ и блок ПВБК.
Оценив канальную матрицу на приемной стороне, блоквыбора режима работы формирует бинарный флаг (0 или 1), который соответствует определенному режиму работы.HПространственноемультиплексированиеПриемникВходныеданныеСхемапереключенияДуплексерБлок оценкиканалаПространственновременноеблочноекодированиеБлок выборарежима работыMIMOРисунок 28 Структурная схема адаптивной системы91Критерии выбора режима работы могут различаться по эффективности(помехоустойчивости и сложности реализации). Синтез эффективного критерияпереключения является задачей данного раздела.Стоит поподробнее остановиться на условиях и допущениях, которые делаются при постановке задачи.
Во-первых, скорость передачи RБ сохраняетсявне зависимости от способа передачи. Это означает, что, имея два способа передачи – ПМ и ПВБК, скорость будет постоянной на одном интервале передачи. Так как ПМ в случае 2х2 имеет два пространственных потока, а ПВБК –только один, то, чтобы выровнять скорости передачи, необходимо согласоватьмодуляционные схемы. Вторым допущением является идеальная обратная связь– без задержек и ошибок. Влияние данного допущения является предметом отдельных исследований.Из раздела о демодуляции ПМ повторим, что оптимальным является решение максимального правдоподобия, которое минимизирует квадратичноеЕвклидово расстояние между принятым вектором сигналов и всеми возможными переданными комбинациями символов.
В случае ПМ может быть использована формула:d 2 min, ПМ = min Y - HX i2(3-3)iВ случае ПВБК подход такой же, но необходимо учесть, что код занимаетдва временных интервала, и канальная матрица предполагается постоянной:d 2 min, ПВБК = min Y - H ПВБК X ii2(3-4)Из теории известно, что для одноканальной передачи верхняя граница вероятности битовых ошибок определяется минимумом квадрата Евклидова рас92стояния между всеми возможными переданными символами. Предположим,что данное утверждение верно и для многоканальной передачи в системах VBLAST. Имея два способа передачи, будем выбирать для работы тот, которыйдля данной реализации канала (предполагается, что канал плавно меняется вовремени и режим работы может быть зафиксирован на некоторый период) показывает наибольшее минимальное квадратичное Евклидово расстояние междувсеми возможными переданными комбинациями [3].
Предположим, что данныйкритерий действительно является оптимальным. Однако сложность такого критерия значительна, так как требует полного перебора всех возможных комбинаций переданных кодовых слов (si – i-ое кодовое слово для ПМ, ci – i-ое кодовое слово для ПВБК) друг с другом с учетом текущей реализации канальнойматрицы.d 2 min, ПМ = min H ( si - s j )2(3-5)s ¹cd 2 min, ПВБК = min H ПВБК (ci - c j )2s ¹c(3-6)Если d 2min, ПВБК > d 2min, ПВБК , то выбираем ПВБК.
В противном случае – ПМ.Так как приведенный выше алгоритм обладает повышенной сложностью,первое, что можно предпринять, это попытаться упростить его вычисления.Поиск минимума квадрата Евклидова расстояния для каждого режима – полный перебор всех пар кодовых комбинаций, которые могли быть переданы, сучетом канальной матрицы. Соответственно, сложность такого перебора зависит от числа мультиплексируемых потоков и кратности модуляции, но в любомслучае представляет собой крайне трудоемкую задачу. Рассмотрим режимПВБК более подробно.Предлагается решение для упрощения вычислений в случае ПВБК, которое сводится к умножению параметра канальной матрицы на предвычисленноезначение.
Опишем схему подробнее, начав с рассмотрения ПВБК 2х2.93Время-x2*x1x1*x2HРисунок 29 Схема пространственно-временного блочного кодирования (ПВБК)Принятые сигналы в первый интервал передачи (первый индекс y – номеринтервала передачи, второй индекс – номер приемной антенны):é y11ù é h11 h12 ù é x1ù é n11ùê y12ú = êh21 h22ú ê x 2ú + ên12úëû ëûë û ë û(3-7)Принятые сигналы во второй интервал передачи (канальная матрица считается неизменной за длительность двух интервалах передачи):é y 21ù é h11 h12 ù é- x2 *ù é n21ùê y 22ú = êh21 h22ú ê x1* ú + ên22úëû ëûëû ëûСкомбинируем первый и второй интервалы передачи:94(3-8)h12 ùé n11 ùé y11 ù é h11ê y12 ú ê h21h22 ú é x1ù ê n12 úúúêú=ê+êê y 21*ú ê h12 * - h11*ú êë x 2úû ê n21*úúêúêú êën22 *ûë y 22 *û ëh22 * - h21*û(3-9)Выделим модифицированную канальную матрицу HПВБКH ПВБКh12 ùé h11ê h21h22 úú=êê h12 * - h11*úêúëh22 * - h21*û(3-10)Квадратичное минимальное Евклидово расстояние для данного режимаработы может быть найдено путем перебора всех возможных комбинаций ci и cjна основе формулы (3-6).
Однако заметим, что структура модифицированнойканальной матрицы такова, что взаимовлияние ci и cj исключено, поэтому можно перейти к следующей формуле:22d 2 min, ПВБК = min H ПВБК (ci - c j ) = H ПВБК min ci - c js ¹cs ¹c2(3-11)Таким образом, получена точная формула вычисления минимальногоквадратичного Евклидова расстояния для ПВБК после прохождения радиоканала, которая зависит только от нормы модифицированной КМ H ПВБК . Второймножитель может быть вычислен заранее и храниться в памяти для конкретнойсхемы передачи (типа модуляции).
То есть не требуется полный перебор, алишь вычисление квадрата нормы модифицированной канальной матрицыH ПВБК и умножение на предвычисленное значение. Так как формула точная, торезультаты моделирования (как будет показано ниже) совпадают с результатами для оптимального решения.95В случае с ПМ столбцы канальной матрицы не ортогональны, и переданные сигналы si и sj могут оказывать влияние друг на друга. В статье [106] предлагается воспользоваться теоремой Рэлея-Ритца для получения нижней границы минимального Евклидова расстояния, которая приводит к следующему результату из (3-5):l2 min ( H )d 2 min,пмd 2 min,пм£ d 2 min, ПМ ( H ) £ l2 max ( H )N ПРДАN ПРДА(3-12)2si - s j ; lmin , lmax – минимальное и максимальное сингулярныегде d 2 min,пм = mins ¹cчисла канальной матрицы H; NПРДА – число передающих антенн.Заметим, что теорема Рэлея-Ритца справедлива только для эрмитовых(H=HH) матриц [109], а канальная матрица, соответствующая реальному радиоканалу, в общем случае таковой не является.
Выражение (3-12) определяетверхнюю и нижнюю границы минимального квадратичного Евклидова расстояния. Вовлечение только нижней границы может быть не оптимальным в некоторых случаях, показанных далее.В статье [106] приводится критерий переключения между ПМ 2х2 иПВБК 2х2, полученный на основе (3-12) и аналогичной нижней границы минимального Евклидова расстояния для ПВБК.KD £d min, пмd min, пвбк(3-13)где K D – число обусловленности Деммеля.KD = HfroH -1962(3-14)Предлагается сравнение предвычисленного значения отношений минимальных квадратичных Евклидовых расстояний на передаче с числом обусловленности Деммеля. Очевидно, что такой подход гораздо проще полного перебора, однако, предвычисленный порог не всегда может быть оптимальным ввиду сделанных предположений об использовании нижней границы минимального квадратичного Евклидова расстояния и структуре канальной матрицы.3.2.3 Алгоритм переключения на основе обусловленности канальной матрицыЕсли предположить, что (3-4) может быть некоторым образом преобразо22H (si - s j ) в d 2 min, ПМ = f ( H ) × min (si - s j ) , то оптимальный алвано из d 2 min, ПМ = mins ¹cs ¹cгоритм поиска минимального квадратичного Евклидова расстояния мог быбыть существенно упрощен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
