理论教育 空时收发机的性能分析与优化

空时收发机的性能分析与优化

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:还有,对于格的状态数量的增加,即时错误需要的转换时间增加,因此导致错误爆发,因此会损坏BER性能。如果信道状态从NLoS变到LoS,3发射和3接收的MIMO均衡器的性能快速降低。

空时收发机的性能分析与优化

1.不完美符号定时的影响

在快和慢瑞利衰落信道中自噪声的影响评估的一般过程被应用到了MIMO信道中不完美符号定时的特殊情况中;一般过程的详细情况在6.3节中介绍。

2.STBC的性能

参考文献[PaSL03]中研究了已知的STBC的选择的BLER性能:空间多样性、Alamouti正交STBC以及Sandhu和Damen线性编码。两个对照的办公室环境中使用不同等级的无线信道测试值对编码进行了评估。分析了信道平均莱斯K元的编码性能的敏感度;与单极点线性行列式相比,分析了使用双极点行列式的优点。这个研究中最重要的结论是:

空间多样性和Alamouti码有近似的性能,空间多样性的性能在多径高容量信道中略强时,Alamouti在LoS信道中性能更好。

在2×2信道中Damen-style的设计标准比Sandhu标准更有效,考虑SNR等级,有1.2dB的提高。然而,和Alamouti STBC相比,这两种编码方式接收机复杂度戏剧性上升。

Patch天线性能至少和线性单极点行列式一样,虽然较小的性能增加可能是由于测量的信道中的元素空隙和方差22%的增加。

0.61倍波长的补丁间隙,极点变化比空间变化更加频繁,虽然结论中的更多信道需要研究。

这些结果在表7.1中进行总结,参数变量如下:

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表7.1 开放计划办公室结果(STBC的性能由1%的块错误率给出,Ray:瑞利,LoS:视距,NLoS:非视距,MIX:视距和非视距混合)

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在参考文献[GeHR03]中,我们在一般的STBC中展示,不只是最接近的码字间的成对错误概率(Pairwis Error Probabilities,PEP)被用来评价STBC的总的BER性能。对于一般情况中的STBC,我们不得不考虑所有PEP,并且不仅是最接近的错误事件,为的是足够描述这些码字的BER性能。BER曲线最高的界限显示,对于低的SNR,BER曲线受最接近的错误控制,另一方面,对于高的SNR,与多符号错误相关的PEP控制错误性能。这一事实由成对错误事件的欧氏距离解释。额外的,对于可行的低SNR值,使用全部的STBC等级和考虑所有可能的PEP并不那么重要。如果等级缺失很少发生,那么在低到中等的SNR,它们不会影响总的BER性能,这也是实际应用中的主要方向。和一般的STBC相反,广义复正交设计(Generalised Complex Orthogonal Design,GCOD)编码的BER性能在全部的SNR中,有单纯的符号错误控制。对于这些编码,没有必要分析BER性能特性的所有不同PEP。

在超过两根发射天线的正交STBC的编码中,克服速度限制的基本的技术是在ST-BC矩阵中引入少量的非正交性。结果,几个全速率的准正交STBC(Quasi OrthogonalSTBC,Q-OSTBC)结构被引入。然而,这些编码中的一些,例如ABBA编码,对空间相关信道十分敏感。

在参考文献[RuWB04]中,Q-OSTBC在空间相关信道中进行了研究。在仿真中,我们利用所谓的Kronecker信道模型来分析类似于Alamouti的空时块编码的性能,这种块编码为4发射天线设计。我们给出了一个发射系统,每个编码块只有一个信道信息为b被返回到发射端。通过b的值,发射端选择两种预定义的Q-OSTBC,并且选择性能更好的编码矩阵。

在参考文献[RuWB04]中,STBC的两种设定,分别命名为扩展Alamouti码(Ex-tended Alamouti Codes,EAC)和用于4天线的ABBA码,这两种设定在非常低速率的信道反馈信息下被结合在一起。全部系统的BER性能在空间相关和不相关信道中进行了比较。结果是,对给定的发射信道选择最佳传输编码,简单的发射结构,在空间相关和不相关的传输环境中提高了分集和全部SNR等级的BER性能。即使很小的信道状态信息也能够使ABBA编码和EAC的传输系统不相关。然而,在强相关信道中,和非相关MIMO信道中相比,这两种方法中传输性能会相应地变坏。

3.STTC的不利的和FER性能

在参考文献[RBAR03]中,一个2天线空时网格编码的联合FER和BER性能是网格复杂度的函数。结果显示,增加编码复杂度会减少FER,但是对给定的帧尺寸,会导致BER增加。然而,在高SNR方案中,用两根接收天线,这种影响不会出现。(www.daowen.com)

这个分析导致了对空时格码的特性的更深的理解,并且强调了同步提高FER和BER的需要。减小帧尺寸,能调高FER,但是不会提高BER。还有,对于格的状态数量的增加,即时错误需要的转换时间增加,因此导致错误爆发,因此会损坏BER性能。详细的分析在参考文献[RBAR03]。

4.各种空时结构的性能

链路等级或者系统等级的仿真的目的是评价和比较不同空中接口的性能,基于实际考虑的系统的概念也是如此。和范例的发展不同,多维度信道测试技术提供使用多样变化仿真的有效的可能性。还有,这些技术打开了通往路径参量估计高级方法的道路,并且因此直面物理传输环境下的防振性能。实际结论和对系统的理解或测试下的算法可以得出,并且因此被用于增强或优化这个概念。进行MIMO测量和在传输系统仿真中使用测量数据的重要方面在参考文献[MTST02]和[TSSH03]中进行了讨论。考虑到微微蜂窝WLAN(见参考文献[STMT03])中的宽带信道测量,分析了参考文献[KSMT05]中的Turbo MIMO均衡的BPSK描述。能够发现从NLoS到LoS的传递特性。如果信道状态从NLoS变到LoS,3发射和3接收的MIMO均衡器的性能快速降低。如在发射端和接收端扩展,链路性能和空间信道特性RMS方位角的强相关性很突出。还有,基于相同测试数据的实际MIMO容量和Turbo MIMO均衡器的BER直接相关。

块衰落有限延迟MIMO信道中,两种信息论用于线性多样性预编码的方法被提出并进行了比较。对不同阶数和种类的预编码的性能在中断容量方面进行了评价,展示了选取的预编码的有利的影响。为了证明我们的理论方法的正确性,检测了使用独立同分布空时多样性和Alamouti编码的实际预编码方案,比较了误差概率的累积密度函数与优化以及简单次优化的检测技术的平均BER。

在参考文献[KnSy04a]中,提出了一个非常有用的数学方面的框架来控制中断容量,系统为帧中有大量独立同分布信道参数预编码的空时系统。给出了中断容量方面优化的最终的设计标准,并且作为线性预编码的工作台。帧长度规定了允许的传输延迟,提出的预编码的最大阶数也是这样。一些多点接入的方法对于现行分集预编码的情况也可以使用,并且最终的设计标准有基于能达到的容量区域的形状的简单定义。

这章提供了所提文章中的扩展内容。设计出了两种其他的设计标准,并且讨论了它们的意义。所谓的独立发现的延时受限的方法和使用预编码的真实多点接入的方法被研究以说明与参考文献[KnSy04a]中方法的区别。这两种方法的大量结果都已引入。

在参考文献[KaSK04]中,对进化天线选择方法在容量性能等方面进行了研究。对于中等的检索空间,用提出的和存在的次优化算法选择的行列式和使用彻底检索计算出来的最佳的行列式进行比较。

还有,对于大的搜索空间,两种算法的解决方法和ULA天线配置进行比较。结果显示,对联合选择,GA性能超过其他算法。在平坦衰落情况下,当为单链路天线时,(2003)Gorokhov等人的算法在iid信道中的性能略优于其他算法,而在实际测试的信道中,两者提供大致相同的容量更正。

结果也表明,使用选定的元素的行列式的容量性能比ULA好,有时候甚至比使用更多天线时好。因此,需要的RF链的减少是可行的。

最后,作者期待混合算法即使用次优化算法信息的GA,可能在更少的计算时间内提供增强的容量。

参考文献[KSMT05]提出了一种对于基于分组数据传输有效的结构,它使用宽带单载波调制。

提出的结构允许接收端进行有效的MIMO Turbo均衡,在变化空时信道中提供可信的数据吞吐量。性能评估在测量的信道情况下通过仿真得到,并通过超分辨率方法估计的空间信道参数进行了评估。在所有测试的信道环境中,提出的结构几乎匹配或执行了BICM全部的优点。当在ARQ算法设计中通过分离ARQ不同的保护级别来考虑调制的不相等错误保护时,可以得到进一步的性能提高。对于更多信息,参考参考文献[KSMT05]。还有,提出的概念通过一个天线可变调制结构得到了扩展(见参考文献[SGKM04])。仿真结果显示,使用明显变化MIMO信道的特性,需要使用收发机信号处理。沿着从NLoS到LoS强大的性能过渡的测量轨迹,可以在不同的发射天线使用可变调制获得预定义的吞吐量阈值

在参考文献[TMWK05]中,介绍了一种使用基于中断的EXIT表的LDPC码的新的设计概念。Turbo均衡器的EXIT表通过计算有效的半分析的过程获得,这一过程使随机信道实现的研究成为可能。仿真结果显示,提高是可能的,并且编码速率对信道Eb/N0的适应性也可取。然而,由于下面的原因,会低于预期性能:

高斯假设没有完全实现。有高速变化节点度的不规则编码引起了巨大的LLR,这和高斯假设想法相反。

由于块长度较短,设计的性能在临界的Eb/N0没有达到,但是在更高的Eb/N0达到了。仿真结果显示,使用EXIT表的编码设计促使了性能的提高。然而,优化的编码在高于Eb/N0几十的地方才有提高,甚至在Eb/N0表现的比未优化编码还差。

并行均衡器发射曲线fEQ()的假设在变化信道中没有绝对保持住。每个穿过fEQ()的均衡器EXIT曲线都解码失败,并且真正的中断速率变得比设计的目标更大。

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