CC BY
65
12 декабря 2011 г. 0:21
ТЕХНОЛОГИИ
Алгоритм демодуляции и фильтрации коэффициента передачи канала связи в системах связи с несколькими антеннами (MIMO) и ортогональным частотным мультиплексированием (OFDM)
Ключевые слова
Алгоришдемодуяяции, М/МО, OFDM.
Колесников А.В.,
разработчик програмного обеспечения, ЗАО Мобилайз, alekonder.koleinikov<°)gmoil com
В системах связи, использующих ортогональное чостотное мультиплексирование (OFDM — Orthogonal Frequency Division MufeipJexing), для достижения высокой энергетической эффектувмости необходимо использовать когерентный прием [ І і что пред ъявляет серьезные тербоеания к точности фильтрации комплексного коэффициента передачи канала, который может меняться во времени вследствие движения абонента. В системе (МІМО -Multiple- Inpul-Multiple-Output), имеющей не-схолысо передающих и несколько приемных антенн, дойные поступают одновременно во все передающие антенны, а на приемной стороне обрабатъваклся совместно. Структурная схема канала связи тсжой системы представлена на рис I.
Для оценивания комплексного множителя канала связи в системах OF DM используются пилот-ситалы, известные на приемной стороне и передаваемые через определенные временные интервалы между информационными символами. Автором был разработан и ранее опубликован алгоритм совместной демодуляции и оценивания параметров «жала. Для повышения точности оценивания, на каждой итера i**i используются не только пилот-сигналы, но также и оцемси информационных символов, полученные на предыдущей итерации. Особенность задачи филь*рации параметров канала связи в системах с OFDM и Ml МО состоит в том, что при наличии несхолыскк антенн, присутствует корреляция между разными антеннами, которую необхсдомо уплывать. Пренебрежение корреляцией привсдот к недостаточной точности оценивания и снижает эффективность системы.
Автором работы было проведено обобщение разработанного ранее итерационного алгоритма совместной демодуляции информационных символов и оценивания комплексного множителя канала связи в системах OFDM для случая использования t системах с несхолькими передающими и несхолькими приемными сштеннами (MIMO), обладающий высокой эффективностью при приемлемой вычислительной сложности по сравнению с известными подходами.
Для фильтрации комплексного коэффициента передрчи канапа связи в системах с М1МО и OFDM используются пилот-сигналы известные на приемной стороне и передаваемые через определение временые интервалы [2J. Зная значе*е«і пилот символов и их позиции в кадре, можно на приемной стороне вы числить значения комплексных коэффициентов перед ачи ксиала на этих позициях и нперпо-л^хэватъ значения этих коэффициентов для соседних информационен символов. Очевидно, что от точности этой негтерполяви зависит качество фильтра іии коэффициентов передачи канала для кадра в цепом и, соответственно, качество синхронизации. Известны оптимальные алгоритмы решения такой задачи [41 [5J, од нако на проаике их применение весьма затруднено (а часто и совсем невозможно) из-за очень высокой вычислительной сложности.
Особенность задачи фильтрации коэффициента передрчи канала связи в системах с OFDM и МІМО состоит в той что при налипни нескольких антенн, присутствует корреівдія
между разнями антеннами, которую необходимо учитывать [3J. Пренебрежение корреляцией приводит к недостаточной точности фильтрации и снижает эффективность системы
Ц ель д анной работы — обобщ ить разрабо-тсеееій в [ 111 алгоритм фильтрации комплексного коэффициента передачи канала связи в системах OF DM дпя использования в системах с несхолькими антеннами.
В (11) автором был разработан алгоритм использующий в качестве математической модели канала связи модель с чостотно-селективними релеевскими замираниями и адд итивным шумом и осуществляющий фильтрацию комплексного коэффициента передачи по пилот синапам, равномерно расфед вленным по частотно-временной плоскости. Полученные оценки затем экстраполируются на соседние с пилот символами информаі#*онньіе сигналы. Алгоритм фильтрации и экстраполяви построен на основе алгоритма фильтрации Кал мена При разработке алгоритма была учтена корреляция сигналов, передовое алых по разным
fVc. 1. Структурная осема канапа для систеьы связи с двумя передаючими и д вумя приемами антеннами
В [ 1 I ] была использована следующая модель системы с К прдиесущимк
У(0 = А(/)с(1)+9(1). / = 1:2:.../. (1|
где обозначено: У|0 — /С-мерньй комплексный вектор принимаемого сигнала; Н(|) — К-мерный вектор-столбец М-и«ных комплексных символов, каждая компонента которого может принимать М возможных значений А(г) — диагональная матрица комплексных коэффициентов передачи канала размерности К х К, содержащая комплексные коэффициенты всех поднесу-
56
T-Comm #3-2011
ТЕХНОЛОГИИ
Условия модвлиробомя;
• число передающих антет — 2;
• число приемных смганн — 2;
• дома Kqqpo — 1280 бит;
• модутиия — QPSK,
• 128nc«MecymnxOFDM;
• модель канала — (TU Channel Л имею щая шесть независилдех лучей, заь*фххощих по ралеевскому закону [ 12\
• допплеровская чостота 1000 Гц
• два варианта плотности расстановки пи-лот-осналов на частотно-временной плоскости: 20% и 6%;
В качестве критерия эффективности работы алгоритма использовалась относительная частота ошибок на бит (BER - Bi Error R<Je).
На рис. 2 показаны зависимости относительной частоты ошибок на бит от отношения оснал/ шум для предложенного алгоритма На рис. 3 приведены аналогичные зависимости для плотности расстановки гмгют-сигнапов на чос тотно времегеюй плоскости 6%.
Анализ графиков кривых помехоустойчивости рис. 2-3, показывает, что точка пересечения уровня BER = 10 2 на рис 2 кривой, соответствующей первой итераи** (около !7дЕ>) соответствует точке пересечения уровня BER = 1СГ2 на рис 3 кривой, соответствующей четвертой итерации алгоритма.
Выводы.
Автором стспъи было произведено обобщение разработанного в [ 1 1 ] алгоритма фильтрами комплексного коэффициента передачи каюла для испольэоватя в системах с несколькими антеннами и проведено компьютерное моделцхэвание разработанного алгоритма для системы М1МО. Полученные результаты представлены в работе
Благодаря разработанному алгоритму, плотность расположения пилот-сигналов уд ается снизить с 20% до 6% без потери помехоустойчивости, что соответствует увел н«енк*о спектральной эффектувности на 17%.
Л«р»>ра
1 Прокис Дж. Цифровая связь. — М.; Радио и связь. 200й
2 Склф Б. Цифрсвоо связь Теоретические основы и Практическое применение — М: ИД "Виль-й*с\ 2003.
3 Ярлыков М.С Применение марковской тео-р»*1 нелинейной фильтрснии в родютехьмке. — М. Сое рапио, 1980.
А Тихонов ап Харисов ВЛ. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем: Учеб пособие для вузов. — М.: Родю и связь, 1991.
5 Ramjee Prasad Of DM lor vvireless communico-tions systems. Boston, Artech House, 2004, 272 p.
6 Ти»жский B.O, Терентьев CR, Юрчук АБ. Сети мобильной связи LTE: технологи* и архитектура — М: Эко-Трецдз, 2010. — 284 с
7 Сейдж Дж, Меле Э. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении // Пер. с англ. подред БРЛевина. - М. Связь, 1976,
8 Браммер 1C, Зиффли^г Г. Фильтр Капмано-Бьюси: детерминированное наблюдение и стохости-чесхая 4ильтрспия/Пер. с нем., Подред И£. Казакова. — М.: Наука, 1982.
9 Тихонов В,И. Статистическая родютехника М. Радио и связь, 1982
10. Кре^иоелин В.Б Мягхая демссутниия сигно-лсв с многопозщионной амплитудно-фазовой моду-лл*й //В сб. научных трудов учебных заведений связи", №173, Сожт-Летербург, 2005,
11. Крейщел^ 8Бч Колесников АВ. Итерационный алгоритм совместной демодуляц>*1 и фипьтро-ции параметров канала связи в системах связи с ортогональным частотным мультиплексированием (OFDM) /Цифровая обработка сигналов - №2, 2009. —С12-16
12. ITU ITU-R М. 1225, "Guidelines lex evdualons d rado transmission technologies for IMT-2000,"1997. hip://www.ifu.inr/ пес/ recommendationasp?type=feld ers&lang"e&porert“R-R£C-m. 1225.
Combined Channel Estimation and Demodulation Algorithm for MIMO OFDM Communication Systems
Kolesnikov A.V.
Keywords Algorithm of demodulafoii MIMO, Of DM.
OFDM communication systems commonly use channel estimation techniques based on transmuting known signals in between information signals in time-fre-quency doman. Thai known signcis are cdbd piol signak Author has already developed and published combined channel esfimciian and demodulation algorism lo improve perfcrmance of channel animation, il uses bolh pdot-signals and ihe estimates of informaion symbols, calculated at the previous iterafcon.
The issue of the channel e$*maSon in multiple antenna systems (MIMO) is that there e a correlation between signals transmitted over different antennas. In order to ochieve desired performance, that correlation should be considered in the estimation olgonthm.
In this paper oufor generalised combined channel estimaSon and demodulation algorithm, previously published, onto MIMO case. The simulation results show its high esSmaiion efficiency The algorithm also has acceptable computation complexity agcrinst traditional approaches
58
T-Comm #3-2011
