Статья

Название статьи ДЕТЕРМИНИРОВАННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ КАНАЛЬНОЙ МАТРИЦЫ СИСТЕМЫ MIMO
Автор А. А. Ваганова, Н. Н. Кисель, А. И. Панычев
Рубрика РАЗДЕЛ III. РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
Месяц, год 03, 2018
Индекс УДК 621.396
DOI
Аннотация Условия распространения сигналов в конкретной обстановке описываются с помощью канальной матрицы MIMO системы, которая обычно оценивается экспериментальным путем с помощью пилот-сигналов. Однако, для сокращения объема передаваемой служебной информации полезной была бы возможность предварительной оценки величины элементов канальной матрицы с учетом окружающей обстановки и расположения передающих и приемных антенн. Так, при распространении радиоволн внутри помещений и в условиях плотной городской застройки возникает явление многолучевого распространения, поскольку в зоне действия системы связи расположено множество стационарных и подвижных объектов. Поэтому при анализе распространения сигналов в системах беспроводной связи необходимо учитывать как детерминированные характеристики конкретного места распространения (например, особенности рельефа, положение зданий, планировку помещения и т. д.), так и возможность случайного изменения условий распространения (движение групп людей, транспортных средств и т. д.). Это возможно, например, введением в модель системы беспроводной связи статистической компоненты. В данной работе для системы MIMO, функционирующей внутри помещения, выполнено моделирование распределения интенсивности поля, соответствующей величине коэффициента передачи каждого канала системы, с учетом случайного положения препятствия на пути сигнала. Случайное перемещение препятствия в области первых зон Френеля для прямого и отраженных лучей позволило промоделировать различное состояние каналов передачи. На основе алгоритма трехмерной лучевой трассировки получены реализации распределения интенсивности поля, излученного каждым из элементов системы, в горизонтальном сечении помещения на высоте расположения передатчика. Также рассчитана амплитуда поля в точках расположения каждого из приемников при 100 случайных положениях препятствия. Произведена статистическая обработка результатов расчета канальной матрицы. Полученные результаты свидетельствует о том, что интерференция сигналов, распространяющихся по разным путям, оказывает более существенное влияние на уровень сигнала в конкретной точке помещения, чем факт нахождения этой точки приема внутри или вне зоны прямой видимости передатчика. Среднеквадратическое отклонение элементов канальной матрицы имеет один порядок или на порядок меньше среднего значения, что свидетельствует о существенном разбросе их величины, соизмеримом с их средними значениями.

Скачать в PDF

Ключевые слова Статистическая оценка; канальная матрица; коэффициент передачи; MIMO; многолучевое распространение.
Библиографический список 1. Foschini G.J., Gans V.J. On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment when Using Multiple Antennas // Wireless Personal Commutications. – 1998. – No. 3. – P. 311-335.
2. Слюсар В. Системы MIMO: принципы построения и обработка сигналов // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2005. – № 8. – С. 52-58.
3. Ермолаев В.Т., Мальцев А.А., Флаксман А.Г., Маврычев Е.А., Тираспольский С.А., Болховская О.В. Применение адаптивных антенных решеток для повышения скорости передачи информации // Труды Научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2002. – С. 22-28.
4. Серебряков Г.В. Пропускная способность антенных решеток с квадратичной обработкой в случайном канале // Актуальные проблемы статистической радиофизики (Малаховский сборник). – 2005. – Т. 4. – С. 53-59.
5. Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г., Лысяков Д.Н. Эффективность пространственного разделения пользователей в CDMA-системах связи в релеевском федингующем канале с частотной дисперсией // Актуальные проблемы статистической радиофизики (Малаховский сборник). – 2006. – Т. 5. – С. 136-147.
6. De Figueiredo F.A.P., Cardoso F.A.C.M., Moerman I., Fraidenraich G. Channel Estimation for Massive MIMO TDD Systems Assuming Pilot Contamination and Frequency Selective Fading // IEEE Access. – 2017. – Vol. 5. – P. 17733-17741.
7. Паршин Ю.Н., Жариков П.В., Казначеев П.А. Программно-аппаратный комплекс тестирования канальной матрицы MIMO системы передачи информации от подвижного объекта // Вестник РГРТУ. – 2015. – № 54. – Ч. 1. – С. 3-8.
8. Паршин Ю.Н., Жариков П.В. Потенциальная точность оценивания коэффициента разноканальности при помощи случайного тестового сигнала // Радиолокация и радиосвязь: Материалы 5-й Всероссийской научно-технической конференции. – М.: ИРЭ им.
В.А. Котельникова РАН, 2011. – С. 295-300.
9. Lv T., Yang Sh., Gao H. Semi-Blind Channel Estimation Relying on Optimum Pilots Designed for Multi-Cell Large-Scale MIMO Systems // IEEE Access. – 2016. – Vol. 4. – P. 1190-1204.
10. O’Brien W., Kenny E., Culler P. An efficient implementation of a three-dimensional microcell propagation tool for indoor and outdoor urban environments // IEEE Trans. Veh. Tech. – 2000.
– Vol. 49, No. 2. – P. 622-630.
11. Chung H.K., Bertony H.L. Rang-dependent path-loss model in residential areas for the VHF and UHF bands // IEEE Trans. on Anten. and Propag. – 2002. – Vol. 50, No. 1. – P. 1-11.
12. Lim S.Y., Soo Q.P., Adam A., Lim D.W.G., Yun Z., Iskander M.F. Towards a Comprehensive Ray-Tracing Modeling of an Urban City With Open-Trench Drains for Mobile Communications // IEEE Access. – 2017. – Vol. 5. – P. 2300-2307.
13. Samimi M.K., Rappaport T.S. 3-D Millimeter-Wave Statistical Channel Model for 5G Wireless System Design // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2016. – Vol. 64,
No. 7. – P. 2207-2225.
14. Dimitriou A.G., Bletsas A., Bessis N., Polycarpou A.C., Sahalos G.N. Theoretical Findings and Measurements on Planning a UHF RFID System Inside a Room // Radioengineering. – June 2011. – Vol. 20, No. 2. – P. 387-397.
15. Lay Z., De La Roche G., Bessis N., Kuonen P., Clapworthe G., Zhou D., Zhang G. Statistical Intelligent Ray Launching Algorithm for Indoor Scenarios // Radioengineering. – June 2011. – Vol. 20, No. 2. – P. 398-408.
16. Arikawa S., Karasawa Y. A Simplified MIMO Channel Characteristics Evaluation Scheme Based on Ray Tracing and Its Application to Indoor Radio Systems // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2014. – Vol. 13. – P. 1737-1740.
17. Zhang N., Dou J., Tian L., Yuan X., Yang X., Mei S., Wang H. Dynamic Channel Modeling for an Indoor Scenario at 23.5 GHz // IEEE Access. – 2015. – Vol. 3. – P. 2950-2958.
18. Madej P. 3D Wireless Networks Simulator – Visualization of Radio Frequency Propagation for WLANs, Dissertation, Univ. of Dublin, Trinity College, 2006.
19. Torres R.P. a.o. CINDOOR: An Engineering Tool for Planning and Design of Wireless System in Enclosed Spaces // Antennas and Propagation Magazine. – 1999. – Vol. 41, No. 4. – P. 11-21.
20. Panychev A.I., Vaganova A.A., Kisel N.N. Estimation of the Transmission Coefficients of a MIMO System Radio Channel Indoors. Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT.) Proceedings. Moscow, Russia, 14-16 March, 2018.
21. Panychev A.I., Vaganova A.A. Evaluation of the volume distribution of the intensity of signals penetrating into the room // 26th Int. Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo’2016), Sevastopol, Crimea, 4-10 September 2016. – Vol. 3. – P. 437-444.
22. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Высш. шк., 1988. – 432 с.
23. Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Радио и связь, 2000.
– 559 с.
24. Panychev A.I., Vaganova A.A. Efficient three-dimensional ray tracing and electromagnetic field intensity estimation algorithm for WLAN // East-West Design & Test Symposium (EWDTS - 2017), Novi Sad, Serbia, 29 Sept.-2 Oct. 2017.
25. Панычев А.И., Ваганова А.А. Анализ многолучевой структуры электромагнитного поля в помещении с группой препятствий // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2016.
– № 3 (176). – С. 53-65.

Comments are closed.