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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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使用OSTBC 2 x2 MIMO系统多路复用传输特征不同的探测器系统

R Bhagya1,G Ananth博士2
  1. 助理教授,TCE的部门,r . v .工程学院,印度班加罗尔
  2. 学系教授TCE, r . v .工程学院,印度班加罗尔

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文摘

2 x2的性能的详细分析MIMO(多输入多输出)天线系统进行了三种不同类型的探测器在接收端通过确定使用OSTBC发射分集复用技术。的传播特征MIMO系统已经确定了BPSK, QPSK和16-QAM调制方案假设加性高斯白噪声(AWGN)和平坦瑞利衰落信道。在接收端,均衡检测技术是由结合连续干扰消除和零迫使(ZF-SIC),最小均方均衡(MMSE-SIC)和最大似然(ML-SIC)已经被用于确定通信信道的误码率与信噪比性能。系统的仿真结果表明,~三分,较高的信噪比增加16-QAM从BPSK调制方案。进一步分析结果不同的探测器系统表明BPSK调制的误码率~三分,信噪比的值被发现是ZF-SIC ~ 24.46 dB,信噪比~ 20.6 dB MMSESIC和信噪比~ 14.46 dB ML-SIC探测器。因此,2 x2 MIMO-OSTBC传输信道的误码性能显示减少信噪比~ 10 dB ML探测器。OSTBC多路复用技术的天线系统的性能比较表明,2 x2 MIMO-OSTBC BPSK调制的传播渠道与毫升探测器系统描述了OSTBC多路复用的更好的性能在接收端。并给出了仿真结果和讨论。

关键字
多输入多输出(MIMO),正交时空分组码(OSTBC),零迫使——连续干扰消除(ZF-SIC),最小均方Equalization-Successive干扰消除(MMSE-SIC),最大似然——连续干扰消除(ML-SIC),相移键控(相移键控),正交幅度调制(QAM),误比特率(BER),信号噪声比(信噪比)。

介绍
移动无线信道的特征是多路径衰落环境。信号提供给接收机不仅包含无线电波的视线,而且大量的反射无线电波在不同的时间到达接收器。延迟信号反射的结果地形特征,如树木、山,山脉,车辆或建筑。这些反映了延迟电波干扰直接波并导致国米符号干扰(ISI)导致网络性能的重要降解。MIMO技术在无线通信吸引了注意力,因为它提供了显著的数据吞吐量和链接没有额外的带宽和传输能量范围。它达到这样的目标,更高的频谱效率和链路可靠性或多样性(减少褪色)。因为这些属性,那是现代无线通信的一个重要组成部分等标准IEEE 802.11 n (wi - fi), 4 g, 3 gpp长期进化和WiMAX [1, 2, 3]。OSTBCs有吸引力的MIMO无线通信的技术。他们利用完整的空间多样性秩序和雇佣symbol-wise解码如ZF、MMSE和毫升。MIMO-OSTBC探测器是用来降低复杂性和噪声在平坦瑞利衰落信道。MIMO技术提供了承诺的高频谱效率和健壮性消退。 Key to their success is the MIMO detector at the receiver, whose job is to recover the symbols that are transmitted simultaneously from multiple antennas. ZF receiver which implements matrix (pseudo)-inverse (ignores noise enhancement problems) and MMSE receiver optimizes the noise and offers a compromise between residual interference between input signals and noise enhancement. ML is exhaustive optimum detection receiver uses complexity exponential in QAM. In diversity methods a single stream is transmitted but the signal is coded using techniques called Space Time Code. The signal is emitted from each of the transmit antennas using certain principles of full or near orthogonal coding. Diversity exploits the independent fading in the multiple antenna links to enhance signal diversity Space Time Code. Redundant data sent over time space domains (antennas) and the receive SNR increases for different digital modulation schemes. STBCs as originally introduced and studied are orthogonal. This means that the STBC is designed such that the vectors representing any pair of columns taken from the coding matrix are orthogonal. The result of this is simple, linear, optimal decoding at the receiver. Since wireless technologies become a very high demand nowadays, OSTBC has been chosen to be a subject study for different digital modulation schemes [5,7, 8].
目前的研究涉及到许多程序即模拟2 x2 MIMO传输系统,OSTBC多路复用、数字调制的误码率和计算和比较不同的信噪比。研究的目的是确定合适的调制技术和探测器MIMO系统,提供了更好的误比特率(BER)性能不同的数字调制方案(BPSK, QPSK, 16-QAM)使用MATLAB仿真。

文献调查
在[1],大纲是各种成本,技术和管理上的限制使蛮力解决方案没有吸引力的如果不是不可能的话。使用多个天线收发机,俗称多输入多输出(MIMO)无线是一个新兴的具有成本效益的技术,提供了大量的利用使1 gbps的无线链接成为现实。本文概述了MIMO无线技术包括信道模型,性能限制,编码和收发器的设计。在[13],多样性的分析研究了MIMO系统使用方式和OSTBC代码和数量与Eb / N0值测量。摘要2 x2 & 8 x2 MIMO系统都与时间和空间正交时空分组码与ML和MRC探测器接收。在[8],使用空时分组编码的代码和数据编码的数据分为n流同时传播使用传输天线。在每个接收天线接收到的信号是一个n传播信号扰动的线性叠加噪声。最大似然解码实现一个简单的方法是通过解耦信号传播的不同天线而不是联合检测。它使用正交空时分组码的结构,给出了最大似然解码算法在接收机只基于线性处理。空时分组码设计实现的最大多样性一个给定的数字传输和接收天线受约束的一个简单的解码算法。 The classical mathematical framework of orthogonal designs is applied to construct space–time block codes. It is shown that space–time block codes constructed in this way only exist for few sporadic values of n. Subsequently, a generalization of orthogonal designs is shown to provide space–time block codes for both real and complex constellations for any number of transmit antennas. For an arbitrary complex constellation such as PSK and QAM, space–time block codes are designed that achieve ½ of the maximum possible transmission rate for any number of transmit antennas. For the specific cases of two, three, and four transmit antennas, space–time block codes are designed that achieve, respectively, all, 3/4, and 3/4 of maximum possible transmission rate using arbitrary complex constellations. The best tradeoff between the decoding delay and the number of transmit antennas is also computed and it is shown that many of the codes presented here are optimal in this sense as well

多输入多输出(MIMO)
多输入多输出(MIMO)系统,提供各种各样的好处在传统singleinput对于系统的输出,如可能促进更高数据速率或显著改善无线链路的可靠性。一个有前途的方法利用可用的空间多样性如果使用多个天线是利用正交空间——时间分组码(OSTBC),例如,它能够从那通道中提取完整的分集增益只有温和的编码和解码复杂性[2]。
图像
在MIMO系统中,发射机发送多个流由多个发射天线。传输流经过一个矩阵通道之间的所有NtNr路径由Nt传输天线在发射机和Nr在接收机接收天线。然后,接收方得到多个接收天线的接收信号向量和解码接收信号向量到原始的信息。一个窄频带平坦衰落MIMO系统建模为
图像
x和y在哪里接收和传递向量,分别和H和n通道矩阵和噪声向量,分别。指信息理论,MIMO系统的各态历经信道容量发射机和接收机有完美的瞬时信道状态信息
图像
一种探测器用于探测接收符号,对应符号传播通过发射天线的接收信号,传输数据时通过终端组通过接收天线接收。终端标识符是用于识别接收符号检测到MIMO检测器作为符号的对应各自的终端终端组。象征demapper demapping接收符号是通过终端识别标识符转换为二进制数据对应一个终端所使用的调制方法。集团和反向数据处理机用于执行交错,解码的纠错编码和二进制数据descrambling demapper demapped的象征和探测接收数据各自的终端。demapper象征和反向数据处理器提供相同数量的终端终端组。终端的终端组包括:数据处理机执行匆忙,纠错编码和交叉传输数据和处理二进制数据。映射的符号映射器的二进制数据传输数据处理机根据所需的调制方法;和并联变换器并联的象征符号映射的映射器各自的天线,并提供他们考虑号码的发送天线[13]。
空间多路复用检测方法使用MIMO技术包括:
解决问题像错误率的目的可以被容忍,什么是最终的测量的性能(如frame-error-rate,坏的复杂性,或平均复杂度),和计算平台。此外,部分可能是一个更大的码字的一部分,不同的向量,码字可以看到相同的H(慢衰落)或不同实现的H(快衰落)。这个复杂,因为在慢衰落的重要概念(如空间多样性)在快衰落不重要,反正多样性提供按时间变化。
多输入多输出的码分多址系统可以得到良好的性能或高容量,但计算复杂度的检测通常是高的。当信噪比足够高时,它只是输出零迫使检测结果,从而导致更快的检测流程(4、6)。

正交时空分组码(OSTBC)
正交方式是一个重要的子类的线性方式,保证ML检测不同的符号{sn}是解耦,同时传输方案实现多样性等于ntnr秩序。OSTBCs的主要缺点是事实,对于超过两个传输天线和复值信号,OSTBCs只存在代码率小于每时间段一个符号。
OSTBC是线性空时分组码以下单一属性的年代。
图像
S的i行对应的符号传播N i传输天线的传输时间,虽然年代的第j列代表符号传播通过nt传输天线时j。同时根据方程(5),传输矩阵的列相互正交。这意味着在每个块中,任意两个传输天线的信号序列是正交的。正交性使我们能够实现完全的发射分集,与此同时,它允许接收器通过简单的MRC脱钩的信号传播不同的天线,因此,它允许一个简单的ML译码[8]。

瑞利信道
瑞利信道建设性和破坏性的本质多路径组件在平坦衰落信道可以用瑞利分布近似如果没有视线这意味着当发射机和接收机之间没有直接的路径。接收到的信号可以简化为:
图像

天线接收机的设计
中遇到一个问题的设计接收机的检测是数字通信系统的噪声测量的数据传输信号。在任何现实的场景中,接收机是由于噪声会使偶尔的错误。因此,设计一个接收器的属性,这个概率误差最小的吸引力,从实际和理论的观点。不幸的是,这样的设计会导致计算复杂的接收器,因此他们常常放弃了计算简单但非最优接收机。众所周知,许多场景之间的差距非最优和最优接收器是实质性的。这就使得最优接收机有趣。此外,计算成本的降低将导致计算可行的最优设计[7、13]。
图2显示了可能的MIMO传输方案与2发射天线和接收天线。
图像
在MIMO无线通信中,一个均衡器采用恢复信号。均衡器是一种装置,试图扭转变形产生的信号通过一个通道传播。它的目的是减少国米干扰允许恢复传输符号的象征。

使用连续干扰消除检测

零迫使(ZF)为2×2 MIMO信道均衡器
ZF接收器完全取消了干扰信号的影响来自其他传输天线和分别检测每一个数据流。这个接收器的缺点是,由于取消了从其他传输天线信号的影响,加性噪声可能会大幅增加,因此性能可能会降低。由于每个数据流的独立的决定,这个算法的复杂性远低于一个毫升接收器。试图通过尝试提高比特误码率性能连续干扰消除(原文如此)。我们将假定信道平坦衰落瑞利多径信道和BPSK调制。原文如此,接收者需要执行以下。
使用上面描述的ZF均衡的方法,接收方可以获得估计的两个传播符号x1, x2,即。,我们讨论的情况有多个发射天线和多接收天线导致形成一个多输入多输出(MIMO)信道。在本节中,我们将限制我们的讨论2传输2接收天线情况下(导致一个2×2 MIMO信道)。我们将假定信道是一个平坦衰落瑞利多径信道,使用不同的调制方案[17]。
现在让我们试着理解的过程提取互相干扰的两个符号。在第一次槽,第一个接收天线的接收信号,
图像
我们假设接收机知道h1, 1, h1, h2, 1和h2, 2。接收方也知道y1和y2。未知的x1和x2。的两个方程两个未知数能够解决。为了方便起见,上述方程可以用矩阵表示符号,同样,
图像

最小均方误差(MMSE)为2×2 MIMO信道均衡器
MMSE接收机噪声增强之间的妥协和信号干扰和最小化之间的均方误差传播和检测到的符号象征。因此MMSE均衡的结果是传输数据流加上一些残余干扰和噪声。后MMSE均衡每个数据流分别检测(量子化)一样的ZF案例。在实践中很难得到正确的参数值的噪声对于最佳信号检测是必要的,只有一个小进步相比ZF接收器可以获得。因此,该接收机在实践中不使用。
患者的方法试图找到一个系数W最小化准则,
图像
图像
事实上,当噪声项为零,迫使均衡器MMSE均衡器降低为零。这个模型可以扩展到m x n天线配置[6、14]。

最大似然(ML)检测了2×2通道
最大似然(ML)接收机实现的最佳系统性能(最大多样性和最低误码率(BER)可以获得),但是需要最复杂的检测算法。毫升接收器计算所有可能的无声的接收信号通过将所有可能的传输信号的MIMO信道传输矩阵。然后搜索信号提前计算,最小化的欧几里得距离实际收到的信号。不受干扰的传输信号,导致这个最小距离被认为是最可能的传输信号。注意,上述描述检测过程中最佳的误码率为高斯白噪声。
最大似然接收机试图找到¯害怕害怕一个½¯½最小化,J = y−Hx 2。
图像

结果和讨论
OSTBC的性能仿真结果的不同的数字调制技术BPSK, QPSK, 16 - QAM的瑞利信道不同的探测器中使用MATLAB仿真。的误码率值信噪比的函数是由结合连续干扰消除技术与ZF, MMSE和ML探测器系统和调制方案在数字调制学习它们的相对表现。信噪比的值确定的函数的误码率对于每个BPSK, QPSK和16-QAM调制方案。bit-errorrate表演得到信噪比的函数2 x2 MIMO-OSTBC多路复用系统的三个探测器系统图3所示对BPSK调制,QPSK调制图4和图5为16 QAM调制。
图像
从图3,误码率值会随着信噪比的增加对所有三种类型的探测器。~三分图表明,在误码率,ZF探测器表明,信噪比~ 24.46 dB, MMSE检测器信噪比~ 20.6 dB ML检测信噪比~ 14.46 dB BPSK调制可以实现的。结果清楚地表明,信噪比值发现低~ 10 dB ML探测器相比其他探测器系统表明毫升MIMO-OSTBC传输系统的探测器更有效。
图像
从图4可以看出,误码率值会随着信噪比的增加对所有三种类型的探测器。图表明,在误码率~三分,为ZF探测器信噪比的~ 26.12 db和MMSE探测器信噪比~ 21.15 db ML探测器信噪比~ 14.8 db QPSK调制的实现。结果清楚地表明,信噪比值低~ 11.32 db ML探测器相比其他探测器系统表明毫升MIMO-OSTBC传输系统的探测器更有效。
图像
从图5可以看出,误码率值会随着信噪比的增加对所有三种类型的探测器。图表明,在误码率~三分,为ZF探测器信噪比~ 26.48 db, MMSE探测器信噪比~ 22.05 db和ML探测器信噪比~ 15.15 db 16-QAM调制可以实现的。结果清楚地表明,16 QAM调制信噪比值低~ 11.33 db ML探测器相比其他探测器系统表明毫升MIMO-OSTBC传输系统的探测器更有效。
仿真结果在误码率~三分,2 x2 MIMO-OSTBC的信噪比性能获得了三种类型的探测器技术ZF, MMSE和ML为不同的BPSK调制方案,正交相移编码和16-QAM总结在表1。
图像
表1——比较ZF-SIC MMSE-SIC ML-SIC探测器,信噪比的值不同的调制技术对BER ~三分
从表1也很明显,在误码率~三分,三个探测器描述如预期类似的行为和我们走高的信噪比的值增加从BPSK 16-QAM调制方案。进一步显然表明,信噪比ML检测器在误码率值~三分显示所有三个最低值调制方案和显示更好的信噪比性能> 10 dB比其他检测系统。

结论
从显示的结果可以得出结论,
1。2 x2的MIMO系统,三分与OSTBC调制误码率,增加信噪比的值只有~ 4 db 16-QAM随着BPSK调制的增加
2。同样的MIMO三分多路复用系统误码率,ML检测显示最低信噪比的值~ 14.46 dB相比ZF和MMSE检测系统。
3所示。毫升的信噪比性能检测器在误码率值~三分表明改进> 10 dB ML探测器相比,ZF和MMSE检测系统。
4所示。它可以得出从MIMO-OSTBC传输系统的仿真研究提供了更好的信噪比性能BPSK调制ML-SIC检测系统。

引用
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