Complexe entre une pluralité de liaisons RF et des techniques de synchronisation à grande antenne multiple multiple d'entrées-sorties (multi-entrée massive multi-sorties, Massive MIMO) système, parce que la mise en uvre matérielle du système est difficile et une grande complexité de calcul. modulation spatiale (modulation spatiale, SM) est une technique utilisant un numéro d'antenne d'émission et l'activation des symboles de modulation représentent ensemble nouveau système de transmission d'informations, il peut être complètement éliminé multiplexage spatial interférences du système MIMO entre les signaux reçus, comportant un taux de transmission plus élevé, est considéré comme un roman multiple énergie et faible complexité (MIMO) système de transmission, un grand intérêt de l'industrie, le SM algorithmes de systèmes de détection ont une faible complexité il a été proposé. Document de en utilisant la première estimation de la réactivation de l'indice de l'antenne d'émission détection de symbole. Cette solution est mauvaise performance de détection, une fois que l'erreur est détectée toute erreur d'indice de l'antenne. Document est proposé algorithme de détection du maximum de vraisemblance, mais l'algorithme est exhaustive ML par tous les points possibles, sa complexité est très élevé. Document proposé Tx-SD, Rx-SD avec deux types d'algorithme de décodage sphère pour la détection de vraisemblance maximale par rapport à une performance quasi optimale et réduit la complexité de la détection, mais pas pour la mise en uvre du matériel.
Pour un bon équilibre entre la complexité et la performance de la détection, l'algorithme décrit ici est introduit dans la théorie de détection de signal. A-Star algorithme considère non seulement le coût sur un chemin considèrent également la sous-arborescence coût estimé Unsearched. L'algorithme réduit le nombre d'accès au matériel, idéal pour la mise en uvre du matériel. L'algorithme de détection triés d'abord par ordre décroissant par l'antenne séquence métrique de réception, puis traversant le sous-arbre, ce mode de réalisation de l'agencement de faible amplitude aux couches de noeuds, il est possible d'exclure les faux noeud auparavant, de sorte que la choisi branche, y compris le chemin optimal possible. L'algorithme proposé tout en réduisant la complexité, mais aussi d'assurer l'algorithme A-étoiles proche des performances de détection optimale.
1 modèle de système
racine Nu on suppose que les antennes d'émission, antennes de réception fréquence de racine Nv par canal à évanouissement plat quasi-statique SM système de communication multi-antennes peut être modélisé comme le montre la figure 1, l'idée de base de l'information de SM à transmettre est divisé en deux section de sélection de la partie d'activation du nombre d'antennes d'émission, l'autre partie pour sélectionner des symboles de modulation . M est le nombre total d'éléments de la taille de l'ensemble de symboles de modulation, activer l'antenne émetteur log2Nu transportant des bits d'information, des symboles de modulation transportant des bits de log2M d'information, de sorte que chaque antenne d'émission peut être transmis efficacement m = log2Nu + log2M des bits. lu représente le numéro de série d'antennes de transmission activés, et lu {1,2, ..., Nu}, Su représente des symboles de modulation transmis, et Su {S1, S2, ..., SM}.
2 algorithme A-Star
Dans l'algorithme de recherche d'arbre A-Star, le noeud d'accès séquentiel (v, u) est déterminée par une fonction heuristique k (u). fonction heuristique k (U) peut être divisé en un noeud initial (v, u) le coût d'un trajet réel de noeud g (v, u) et h (v, u) à partir du noeud (v, u) pour la fonction de coût de la cible, à savoir, k ( u) = g (v, u) + h (v, u). antennes de réception est représenté par Nv, le numéro de la branche d'arbre de recherche est u, l'arbre de recherche sur la figure 2, u {1,2,3,4};. v désigne un nombre de couches, v {1,2, ..., Nv}.
Le système de modulation spatiale algorithme A-Star à la réception d'antennes et les antennes d'émission, la liaison de formule (3) pour donner:
Le noeud racine et le coût de la route cumulative courante (v, u) est exprimée en Pv, à partir de la formule (5) commence P0 = 0, le dernier accumulée par la PNr cumulative (4). La figure 2 est une antenne de réception 2, le processus de système de modulation QPSK SM par recherche arborescente algorithme A-Star Fig. Quatre types de transmission sont représentées par le vecteur 24 dans la branche la figure, une partie de la distance euclidienne du noeud courant (la distance euclidienne) est représenté par le cercle gris arbre de recherche numérique, la racine de l'algorithme d'arbre de recherche de la première A-Star noeud. Pv égal au noeud initial pour le coût réel de la trajectoire g (v, u) (v, u) noeud, h (v, u) que le coût cible. De formule (6) dans une (v, u) représente le coût d'un noeud courant av + 1, l, A est un élément de la matrice de canal.
Algorithme connexion A-Star avec la figure 2 commence à partir de l'étape d'exécution d'un premier niveau de l'arbre de recherche, le processus spécifique est la suivante:
(1) Selon la formule (5), le P0 initialisé à zéro.
(2) La formule (4), pour calculer la valeur de coût cumulé de chaque point de détection de la première couche, de sorte que P1 = g (1, u).
(3) peuvent être tirées h (1,1) = h e, h (1,2) = f, h (1,3) = g, h (1,4) = 2 par la figure; effectuer fonction heuristique k (u) = g (v, u) + h (v, u), la file d'attente courante k (u) pour k (1) = a + e, k (2) = b + f, k (3) = c + g, k (4) = d + h.
(4) la valeur minimale à ce moment est déterminé en comparant le k (u), le point minimum à ce moment si la valeur de coût cible est pas égal à 0, il indique ne pas le nud de feuille, il est nécessaire de poursuivre la recherche.
Retour (5) déterminant le niveau minimal du premier noeud, alors la prochaine couche la plus basse de noeud de la seconde recherche, et mettre à jour la file d'attente k (u). Mais cette fois le coût cible de la valeur du point minimale est de 0, donc il a besoin de poursuivre la recherche. À ce stade, si la valeur minimale est 0, la branche du chemin optimal, les extrémités de la recherche.
3 algorithme de commande hiérarchique A-Star
A proposé un algorithme de hiérarchisation A-Star antenne de réception de l'index pour calculer la distance euclidienne désiré Er (r = 1,2, ..., Nv), puis soumis à un ordre décroissant, des noeuds de branche plus petite métrique le point libéré après plusieurs couches, de sorte que les noeuds peuvent exclure mal, de sorte que la branche sélectionnée, y compris le chemin optimal, autant que possible, peut réduire considérablement les nuds d'accès requis. Er est souhaitable peut être exprimée par la formule suivante:
Formule (7) calculer seulement la distance euclidienne moyenne sur une antenne de réception, et ensuite chercher le cas de M × Nu. Lorsqu'on utilise la modulation d'amplitude ou modulation par déplacement de phase en quadrature, de formule (7) peut être exprimée comme l'expression (8).
Chaque antenne de réception attente d'index Er distance euclidienne dans l'ordre décroissant, l'antenne de réception de l'index dans la séquence triée de couches en tant que séquence de recherche, en supposant une valeur de métrique moyenne comme indiqué triés, l'arbre de recherche représenté sur la. Figure 3 montre la Fig. Algorithme A-Star de liaison antenne de réception triés pour la recherche d'arbre pour trouver le chemin optimal.
4 Analyse de la complexité et de la performance
4.1 Analyse de complexité
Ici, la complexité de calcul des nombres réels multiplication algorithme du nombre de processus mesuré. SM est supposé que le système utilise une modulation d'amplitude M-quadrature, antennes d'émission et de réception, respectivement racine de racine Nu et Nv. Le nombre total de l'algorithme ML peut vecteur de transmission est NuM est, par un besoin réel temps 6Nv, et donc la complexité de calcul de l'algorithme ML C = 6NuMNv . A-Star algorithme noeud de premier niveau g (l, u) et h (l, u) requis 6 x Nu x M multiplications réelles, si tous les noeuds autres que le nombre de couches de la première couche suffit de considérer h (l, u), le nombre de multiplications est de 6 × Nu × M × (Nv-2). En outre, parce que tous les noeuds soient capables de traverser, de sorte que la complexité de l'avance réelle est de 6 × Nu × M × (Nv-2).
Le système proposé est d'augmenter un prétraitement de commande hiérarchique sur la base de l'algorithme A-Star, système SM de formule (7) dans la modulation de phase numérique M-aire ou une modulation d'amplitude en quadrature, la complexité C = 2NV. Quand une grande quantité de données par trame ou d'un canal à évanouissement lent, la formule (7) peut être négligeable la complexité des calculs, et donc la complexité de l'algorithme de détection proposé C2Nv + 6NuM (Nv-2). Bien que l'algorithme ajoute un procédé de prétraitement de commande hiérarchique, mais l'espace de recherche Nv est réduite, par rapport à la complexité accrue et 2NV 6NuM (Nv-2) est quantité négligeable de réduction, réduisant ainsi les nuds d'accès requis par rapport à la complexité de l'algorithme de détection une étoile est réduite.
Pour d'autres algorithmes de comparaison et des algorithmes proposés ML, algorithme TX_SD, la complexité de calcul RX_SD algorithme et de l'algorithme A-Star On calcule le système SM Nu = Nv = 8, le schéma de modulation est 64QAM et Nu = Nv = 16, la complexité du schéma de modulation dans plusieurs algorithmes différents au cours 32QAM, dont les résultats sont représentés sur la. figure 4 et la figure.
Comme on peut le voir sur les figures. 4 et 5, dans le système de SM, la recherche d'algorithme de détection de blanchiment sont dans tous les cas, de sorte que la complexité de calcul de l'algorithme ML élevé. Lorsque le schéma de modulation 64QAM est, Nu = Nv = 8, la complexité de calcul de l'algorithme est d'environ 4% ML complexité de l'algorithme, et l'algorithme TX_SD, RX_SD algorithme algorithme A-Star, et ont été réduits de près de 55% par rapport à 42%, 20%. Lorsque l'on compare les figures 4 et 5, le résultat de la simulation, un certain nombre d'antennes de réception augmente, la complexité de l'algorithme proposé considérablement réduit.
4.2 Analyse des performances
SM dans cette section sous différents paramètres du système dans les algorithmes de simulation décrit ici, dans la simulation, le modèle de canal de Rayleigh sont canal d'évanouissement, le bruit est blanc additif gaussien bruit. La figure 6 est une simulation des paramètres du système Nu = Nv = 8,4QAM, 16QAM, 64QAM modulation. Lorsque différents schémas de modulation, les performances de détection du système est sensiblement différent, la meilleure performance est 4QAM, la plus mauvaise performance est 64QAM.
Les paramètres du système de la Fig. 7 est une simulation de la modulation 16QAM, Nu = Nv 8, 16 et 32 ont été prises. Les résultats de la simulation montrent que l'augmentation du nombre d'antennes, l'algorithme proposé peut obtenir des performances quasi-optimale, aussi montre que le nombre d'antennes, meilleures sont les performances du système.
5. Conclusion
Dans le système de modulation spatiale, les algorithmes de détection optimale ML doivent traverser la combinaison de symboles de modulation peut être transmis et activer la combinaison d'antenne, une grande complexité de calcul, ne favorise pas la mise en uvre du matériel. Pour résoudre ce problème, nous proposons un algorithme de faible complexité algorithme de tri hiérarchique A-Star, la première antenne de réception en couches et commandé, puis changer la structure de recherche d'arbre selon un résultat et classement excluons noeud mauvais, de sorte que le sélectionné branche, y compris le chemin optimal possible. les résultats d'analyse théoriques et de simulation montrent que l'algorithme réduit considérablement la réception de la recherche, pour parvenir à la complexité de calcul et d'optimiser les performances du système, avec une forte valeur d'ingénierie.
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Informations sur l'auteur:
Wang Huahua, Chen Dongfeng, Ma Chang, Kang en
(École de l'Université Communication et ingénierie de l'information Chongqing des Postes et Télécommunications, Chongqing 400065, Chine)
