litceysel.ru
добавить свой файл
1 2 ... 14 15

Труды Научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2003


Бионика и статистическая радиофизика

Эффективность аДАПТИВНой модуляции в MIMO-системах
с собственными каналами


В.Т.Ермолаев1), Е.А.Маврычев2), А.Г.Флаксман1)

1)Нижегородский госуниверситет, 2)Нижегородский технический университет

Наиболее перспективный путь обеспечения высокой скорости передачи информации и малой вероятности битовой ошибки (bit error rate – BER) в беспроводной связи – это использование MIMO (multiple-input multiple-output) систем и адаптивной модуляции (АМ). Идея АМ заключается в том, что темп передачи задается пропорциональным отношению сигнала к шуму (ОСШ). В настоящей работе исследуется эффективность АМ в MIMO-системах с параллельной передачей данных по собственным каналам, которые являются согласованными со случайным пространственным каналом связи. АМ основана на увеличении темпа в энергетически сильных собственных каналах и на его уменьшении в слабых каналах. Предложена пороговая техника для разделения собственных каналов на сильные и слабые.

Рассмотрим MIMO-систему с M передающими и N приемными антеннами. Частотно-неселективный пространственный канал можно описать матрицей H комплексных коэффициентов передачи hnm сигналов из m-ой передающей антенны в n-ую приемную антенну. Амплитуды и фазы коэффициентов hnm в общем случае являются случайными величинами из-за интерференции рассеянных лучей. Для формирования L=min{M,N} собственных каналов в передающей и приемной антенных решетках производится линейное преобразование сигналов, основанное на векторах сингулярного разложения матрицы H. ОСШ на выходе i-го собственного канала (i=1,2,...,L) равно [1] i=ipi/02, где i – ненулевые собственные числа матрицы HHH или HHH, pi определяет долю полной мощности P0, распределенную в i-ый собственный канал в соответствии с правилом “water pouring” [2], 02дисперсия гауссовских шумов, (.)H – знак эрмитова сопряжения.


Выбор модуляции в MIMO-системе может осуществляться раздельно в каждом собственном канале на основе сравнения выходных ОСШ с пороговыми значениями. Если статистические свойства замираний сигналов известны, то пороги для выбора битовой загрузки символов можно выбрать исходя из заданного среднего темпа передачи в MIMO-системе. Обозначим Ck бит/символ (k=1,2,…,K) набор используемых битовых загрузок (C1<C2<…<CK), а bk – вероятность использования соответствующей модуляции с темпом Ck. Тогда результирующий темп передачи MIMO-системы будет равен C=b1C1+b2C2+…+bKCK. Выбор k-ой модуляции Ck в любом собственном канале может быть сделан из условия

, (1)

где f() – одномерная функция плотности вероятности неранжированного по величине собственного числа  матрицы 0HHH (MN) или 0H
HH (M<N), ОСШ 0=P0/02, P0 – полная мощность. Функция f() имеет вид:

, (2)

где LiQL – полином Лагерра i-го порядка, Q=max(M,N).

В качестве примера рассмотрим эффективность MIMO-системы с четырьмя передающими и приемными антеннами (M=N=4) в условиях некоррелированных релеевских замираний сигналов. Будем использовать двоичную, четверичную и восьмеричную фазовую модуляцию (ФМ), то есть C1=1, C2=2, C3=3 бит/символ. Выбор типа ФМ произведем путем сравнения собственных чисел матрицы 0HHH с порогами, которые зададим так, чтобы каждый тип ФМ использовался равновероятно (b1=b2=b3=1/3). Функция распределения f() неранжированных собственных чисел матрицы 0HHH и пороги показаны на рис.1. Сравним такую MIMO-систему с аналогичной системой (M=N=4), использующей фиксированную четверичную ФМ (4-ФМ). Средняя скорость передачи данных в обеих системах одинаковая и равна C=8 бит/символ. На рис.2 показаны BER при использовании адаптивной и фиксированной модуляции. Видно, что АМ дает возможность значительно уменьшить ОСШ, необходимое для обеспечения заданного уровня BER. Например, BER=1% достигается при ОСШ меньшим на 5дБ.


Работа поддержана грантами РФФИ НШ-1729.2003.2 и № 03-02-17141.




Рис. 1



Рис. 2




  1. Andersen J.B. //IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2000. V.42, №2. P.12.

  2. Gallager R.G. Information Theory and Reliable Communication. –New York: John Wiley & Sons, 1968.



следующая страница >>