Chenfa Tang, Zhang Ding tout, M. Fung Shuai
(Laboratoire clé de l'Université Chongqing des Postes et Télécommunications de Chongqing Mobile, Chongqing 400065)
Modulation du territoire (SM) sous la forme d'un nouveau schéma de transmission multi-antennes, les bits d'entrée d'origine constitue une relation de mappage de numéro antenne d'émission, qui sert à transporter un certain message. Toutefois, le programme envoie les bits mappés sur les points de constellation de signaux répartis uniformément à travers le mode de modulation simple, de limiter fortement l'augmentation des performances du système. Un des points de constellation de modulation en couches codées sur la carte (SCM) techniques, pour répondre à la qualité de service différente de différentes données de trafic à la même tranche de temps de transmission (QoS) exigences, et d'améliorer efficacement les performances du système. Basé sur le principe de SCM, proposé algorithme de détection avec une faible complexité. Les résultats de simulation montrent que la performance de détection du nouvel algorithme de probabilité maximale approximative (ML), et la complexité de l'extrémité de réception avec une augmentation de l'ordre de modulation linéaire.
modulation spatiale; modulation hiérarchique codé; détection de signal, l'annulation d'interférence successive
TN929.5
Code de document: A
10,16157 / j.issn.0258-7998.2016.11.023
format de citation chinois: Chenfa Tang, Chang, plein, système de codage hiérarchique beau design M. Fung basée sur la modulation spatiale Technologie électronique, 2016,42 (11): 88-91.
Anglais format de citation: Chen Fatang, Zhang Dingquan, Feng Yongshuai. Conception du système de modulation de l'espace basé sur la superposition Coded .Application Technique électronique, 2016,42 (11): 88-91.
0 introduction
Avec le développement continu de la technologie de communication, et la qualité de taux de transmission d'informations de services de communication sans fil systèmes sont devenus de plus en plus exigeants. Pour répondre à la demande, nous devons prendre des mesures efficaces pour améliorer l'efficacité du spectre et la fiabilité du système. Des études ont montré que les entrées multiples sorties multiples (Multi-Input multi-sorties, MIMO) Antenne technologie en augmentant le nombre de transmission et de réception des signaux, peut améliorer la capacité du système et le taux de transfert de données sans augmenter la bande passante du système et transmettre principe d'alimentation. Mais comme le nombre d'antennes, la technologie MIMO, il y a aussi des inconvénients: d'une part, il nécessite une synchronisation entre l'antenne d'émission, ce qui augmente considérablement la difficulté et le coût du matériel, d'autre part, toutes les antennes d'émission transmettent simultanément le même signal de fréquence, se traduira par chacune des antennes la présence d'une forte interférence entre canaux. Pour les inconvénients ci-dessus, en 2006 Mesleh R proposé dans la littérature et HAAS H dans de nouvelles techniques de transmission multi-antenne - schéma de modulation spatiale (modulation spatiale, SM), cette technique a une seule caractéristiques RF, le degré d'interférence entre les antennes faible, le traitement de signal de côté réception est relativement simple, devient l'une des techniques de transmission MIMO à chaud.
Document de et Document SM noyau qui est prévue d'idée dans le mode de réalisation, l'un quelconque moment il n'y a qu'une seule émission antenne d'émission dans l'état actif, l'antenne d'émission restante est dans un état silencieux, une partie des bits d'information transmis mappés sur le diagramme de constellation de modulation, les bits restants de l'information est mis en correspondance avec les dimensions spatiales de la configuration d'antenne sur le numéro d'index. Ainsi, le schéma SM permet d'éviter efficacement le problème de l'interférence inter-canaux et multi-antennes synchronisation de transmission est difficile, mais les inconvénients suivants: d'abord, le document et des techniques de modulation document sont modulés par des informations de bit de mode unique uniformément mappé sur constellation MPSK / MQAM. point de constellation de signal de probabilité et d'autres comme l'intervalle de distribution, à partir du point de vue de l'optimisation de la capacité de ce modèle est pas optimal, dans une certaine mesure, limite les performances du système SM ; en même temps dans un système à haut débit, le système de traduction complexité du code est un facteur important. Document de et SM Document System conventionnel dans les bits non linéaires de symboles de modulation 2M-aire, le signal est détecté par l'algorithme de probabilité maximale (maximum de vraisemblance, ML), la complexité est O décodeur système (2MNr) avec l'augmentation de M, la complexité de l'augmentation exponentielle. Ainsi, les systèmes de modulation d'ordre supérieur pour un système MIMO est difficile de transmission à grande vitesse.
Par la présence des déficiences ci-dessus, il utilise une technique de modulation (Superposition Coded Modulation, de SCM) en couches codées dans un système de cartographie des points classiques de constellation de SM, appelé hiérarchique codage basé sur un système de modulation spatiale (SCM-SM), elle simplifie considérablement le configuration de mots de code disponibles, et le processus de codage est linéaire, la complexité de l'extrémité de réception de décodage sera relativement réduite, l'efficacité du SM de canal d'évanouissement et d'égalisation efficacement la fiabilité du système dans un Rayleigh quasi-statique.
Le système utilise un algorithme SM ML classique, le procédé de combinaison de rapport maximal (Maximum Ratio Combining, MRC) et de la sphère de décodage (décodage Sphère, SD) pour la détection de signal et similaire. ML livre de code en traversant tous, la charge de la complexité du système en échange d'une performance de taux d'erreur binaire inférieur (Bit-Error-Rate, BER) et la complexité relativement faible de la performance de l'algorithme a été légèrement inférieur à celui de la MRC SD et ML. Afin de mieux équilibrer les performances et la complexité du système, décrit ici dans le système SCM-SM, un algorithme de détection est proposé faible complexité, annulation d'interférence successive, peut mieux récupérer les bits d'information des domaines de la constellation et de l'espace . La complexité de l'algorithme dépend des couches de codage, lorsque le nombre de couches à L, la complexité de décodage L augmente de façon linéaire avec le système. Ainsi, le schéma de modulation hiérarchique codé adapté à grande transmission à grande vitesse du tartre dans un système MIMO est.
1 avec le modèle de système de modulation hiérarchique codé
1.1 principe hiérarchique de modulation de codage
Un système de communication sans fil, la voix, l'image et les services vidéo de la qualité de service (Qualité de service, QoS) varient. Système classique MIMO dans un mécanisme de transfert de répétition automatique hybride (hybride demande de répétition automatique, HARQ) et l'erreur avant code de correction (Forward Error Correction, FEC) pour assurer que les exigences de qualité de service des différents utilisateurs, ces programmes nécessitent le système pour fournir les frais généraux de capacité supplémentaire. Document du système LTE-A (Evolution-Advanced à long terme), pour garantir que les différents utilisateurs de la qualité de service par des techniques de SCM. Pendant ce temps, l'information classique de transmission de SM chaque fois que le système en activant une antenne, un gaspillage de ressources système dans une certaine mesure. Par conséquent, ce système traditionnel SM et les technologies SCM, pour donner le système SM-SCM. D'une part, satisfaire les différentes exigences de qualité de service des différentes entreprises, d'autre part utiliser pleinement des ressources système MIMO.
L'idée de base de l'information de bits d'information SCM-bit est à différentes exigences de qualité de service des stratifiés, des exigences élevées de qualité de service ou une priorité élevée modulation codés de façon indépendante dans l'exigence de qualité de service supérieure, inférieure ou basse des informations de priorité indépendamment codés et modulés dans la couche inférieure. . La figure 1 est un (4 / 16QAM) sur la figure constellation de modulation codés à deux couches points., Le codage et modulé indépendamment par superposition linéaire de deux QPSK, 16QAM constellation correspondant à la figure.
Comme représenté, l'information de bit à transmettre à travers le séparateur séparant une des exigences élevées de qualité de service à des données de service codées de façon indépendante de la première couche, les points noirs sur la figure mappés à (point de constellation QPSK), les exigences de QoS pour séparer des données à faible la seconde couche est codée de façon indépendante, et mis en correspondance avec le point de constellation QPSK correspondant. Enfin, les points de constellation de recouvrement pondérées modulés sur une BLANC 4 / 16QAM correspondant.
1.2 Modèle Système
Cette conception d'une antenne de transmission comprenant Nt, Nr antennes de réception, de racine Na système de modèle d'activation SCM-SM, le schéma synoptique du système d'extrémité d'émission représenté sur la figure 2. Des premières informations de bits de transmission est divisé en deux parties, à savoir les points de constellation de modulation et la modulation d'indice de l'antenne. Le schéma de modulation de la section de modulation d'indice classique d'antenne même, l'antenne numéros d'index pour sélectionner un temps d'activation de la transmission. Les points de constellation partie modulée littérature et l'autre de la littérature du mode de réalisation, dont la conception est incorporé avec la technologie SMC pour optimiser les performances du système.
La figure 2 montre, les points de constellation à modulation employée portion technique SMC, modulés par la conversion série-parallèle bit, pour donner des informations de bit L-canal. Dans lequel, chaque canal correspondant à une couche de modulation, chaque information de couche à travers le même codeur (Turbo codage / codage convolutif), la séquence de sortie ci, ci obtenu après entrelaceur bi, et entrelacer chaque couche sont différentes manières, objet indépendant est d'obtenir des bits codés. Enfin, la constellation bi modulation du schéma de modulation par un correspondant (QPSK / QAM), pour obtenir le symbole de modulation xi. Xj informations transmises superposées par les symboles de modulation pondérés linéaire après les couches.
Dans lequel, L représente le nombre de couches, J est la longueur de chaque symbole de modulation, xi est le vecteur modulé, i est le coefficient de pondération de la couche i. i valeurs différentes produiront différentes de mise en forme de la constellation et de la performance, de sorte que la performance de système est très différent. Les paramètres de conception de documents dans le système cellulaire de facteurs de pondération, où les couches de conception du système MIMO l des facteurs de pondération comme le montre l'équation (2):
Enfin, xj transmis au canal sans fil en activant l'antenne nt. Après que le système est supposé canal à évanouissement de Rayleigh quasi-statique, un canal pour le compte Hj Nt x Nr matrice de réponse d'impulsion du signal de réception final:
Dans ce cas, la vitesse de transmission du système par rapport au système de modulation spatiale document est augmentée. La vitesse de transmission R de la formule (4), l'unité est bpcu (bits par utilisation du canal).
Dans laquelle Mi représente la i-ème ordre de modulation de la couche, r est le taux de codage.
2 interférence successive signal de détection d'annulation
Document et l'algorithme MRC Document sacrifices algorithme SD certains de la performance, en échange d'une complexité du système inférieur. Compte tenu de la performance de BER supérieure ML, l'algorithme décrit ici en combinaison avec le schéma SMC, nous proposons un nouvel algorithme de détection de signal - annulation d'interférence successive (annulation, SIC Interference successif). Couche par couche en utilisant un procédé de décodage signal d'annulation d'interférence, l'algorithme de détection de l'organigramme représenté sur la figure 3.
Sur la base de ce qui précède Nt antennes d'émission, le modèle de système MIMO Nr antennes de réception, par la formule (3) peuvent être obtenus:
Dans la formule (8) s1 est le premier livre de codes de couche point de constellation de QAM, la formule (9) dans des points de constellation sL est le niveau L codebook linéaire superposition. Ainsi, la complexité du système augmente de façon exponentielle avec l'augmentation du nombre de couches L varie linéairement avec le nombre de modulation de l'ordre d'origine. Enfin, les couches sont indépendamment codées, les couches respectives obtenir des informations de bits {c1, ..., cL}.
3 algorithme d'analyse de la complexité
Nombre de la présente arithmétique complexe pour mesurer la complexité de l'algorithme de détection. Deux multiplication complexe nécessite quatre multiplications et trois sommation arithmétique. Dans le système SCM-SM. algorithme de détection de document ML requiert 4 (Nt) 2Nr2M × L multiplications complexes et ((3NT + 7) Nr + 2) Nt2M de L Les additions complexes, où M représente un ordre de modulation des couches. algorithme SIC de détection complexe nombre proposé de multiplication complexe et ajouter ce qui suit:
A partir de (10), la formule (11), système de détection de la complexité du système CTI augmente linéairement avec le nombre de couches. En particulier, lorsque le même nombre d'antennes de l'émetteur-récepteur, R plus élevé (à savoir, la plus grande L), plus la complexité de l'algorithme de détection proposé, par exemple, lorsque Nt = NR = 8, Na = 1, R = 1/2 taux de transmission ( 5 et 6 bpcu bpcu), ML et la complexité de calcul du SIC de deux algorithmes de détection tel que représenté dans le tableau 1.
4 Analyse Simulation
SCM-SM Pour vérifier les performances du système, le système est de mesurer BER. L'utilisation d'un taux de codage du côté de la transmission (7,5) 81/2 code convolutif, chaque élément de la matrice de canal H est supposé que tous avec une moyenne de 0 et une variance une distribution gaussienne complexe, et le récepteur de H complètement connue , envisager différents schéma de modulation et le nombre d'antennes d'émetteur-récepteur.
La figure 4 montre Nt = NR = 8, Na = 1, lorsque R = 5 bpcu, système SCM-SM utilise le système 4 / 16QAMSM en utilisant une modulation 16QAM. Et le récepteur algorithme de détection ML sont employés, le taux global d'erreur binaire des deux systèmes (BER), l'indice de mise en correspondance d'antennes (N) et les symboles de modulation (Constellation) une courbe de taux d'erreurs sur les bits comme indiqué sur la Fig.
Dans. La figure 4, les performances du système SCM-SM est toujours situé au-dessous de la courbe système SM, dans le cas de bon environnement de canal, système SCM-SM SM est supérieur au système d'environ 1,4 ~ 2,0 dB.
Pour vérifier en outre le système de SCM de performance lors d'une transmission à haut débit, le système pour les deux suivants, et R = 5 bpcu R = 6 bpcu comparateur de simulation, et le récepteur sont basés sur l'algorithme de détection ML, représenté sur la figure 5. La simulation.
Lorsque R est un 5 bpcu et 6 bpcu, la courbe de rendement du système SCM-SM est toujours situé au-dessous de la courbe de performance d'un système de SM classique. Surtout quand SNR est de 12 ~ 17 dB, l'avantage de la performance du système est plus important. Enfin, le SCM-SM dans le système proposé la performance de l'algorithme de détection du signal avec SIC document algorithme ML et algorithme document belle performance MRC Comparaison de la simulation.
Comme on peut le voir d'après la figure 6, l'algorithme proposé des courbes de taux d'erreurs approximatif détection ML, une différence d'environ 0,6 ~ 1,0 dB entre celles-ci. En particulier, R = 5 bpcu, en utilisant une modulation 4 / 16QAM, les points de la constellation répartis de façon relativement dispersée, le SIC par rapport à la performance de détection MRC est améliorée d'environ 0,8 ~ 1,2 dB, et à R = 6 bpcu, en utilisant une modulation 4 / 64QAM, les points de la constellation par rapport algorithme de détection intensive, SIC est supérieure à la MRC d'environ 1,4 ~ 1,8 dB.
5. Conclusion
Le système utilise une constellation de points conventionnels SM répartis uniformément mappage de constellation, ce qui limite les performances du système dans une certaine mesure, et le système se trouve pas dans les mêmes exigences de qualité de service de créneau de transmission pour répondre aux différents services. la technologie SCM dans ce document, le système des points de constellation de modulation SM, améliorer efficacement la performance. Et algorithme de détection proposé une faible complexité, l'analyse théorique et la simulation montrent que la performance proche de l'algorithme de détection ML, et la complexité du décodage du récepteur et le point de la constellation de l'ordre de modulation M est linéaire, à savoir, dans une large mesure réduire la complexité du détecteur. Pendant ce temps, le système peut répondre à différentes exigences de QoS de différents services au même symbole de transmission, une plus grande flexibilité dans une réunion d'affaires futur système a besoin 5G, un système de communication mobile dans une transmission à grande vitesse à l'avenir, cette solution présente certains avantages et valeur pratique.
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