Pilot symbol error re-orthogonalization in 2×2 mimo systems of wireless communication

• Autorzy: Romanuke Vadim

Identyfikatory

DOI

10.2478/sjpna-2020-001

Warianty tytułu

PL

Ponowna ortogonalizacja po błędach symboli pilotujących w systemach komunikacji bezprzewodowej 2×2 mimo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A 2×2 MIMO wireless communication system with channel estimation is simulated, in which two transmit, and two receive antennas are employed. The orthogonal pilot signal approach is used for the channel estimation, where the Hadamard sequences are used for piloting. Data are modulated by coherent binary phase-shift keying, whereupon an orthogonal space-time block coding subsystem encodes information symbols by using the Alamouti code. Based on the simulation, it is ascertained a possibility to decrease the bit-error rate by substituting the Hadamard sequences for the sequences having irregular structures, and constituting the eight known orthogonal bases. Considering a de-orthogonalization caused by two any pilot sequence symbol errors, the bit-error rate is decreased by almost 2.9 %. If de-orthogonalizations are caused by two repeated indefinite, and definite pilot sequence symbol errors, the decrements are almost 16 % and 10 %, respectively. Whichever sequences are used for piloting, the 2×2 MIMO system is ascertained to be resistant to the de-orthogonalization if the frame is of 128 to 256 symbols piloted with 32 to 64 symbols, respectively.

PL

W pracy przedstawiono symulowany system komunikacji bezprzewodowej 2×2 MIMO z oszacowaniem kanału, składający się z dwóch anten nadawczych i dwóch anten odbiorczych. W procesie szacowania kanału zastosowano podejście ortogonalnego sygnału pilotującego z wykorzystaniem sekwencji Hadamarda. Na potrzeby badań symulacyjnych przyjęto modulowanie danych za pośrednictwem spójnego binarnego kluczowania z przesunięciem fazowym, podczas gdy ortogonalny podsystem kodowania bloków czasoprzestrzennych odpowiedzialny był za kodowanie informacji z wykorzystaniem kodu Alamouti. Na podstawie symulacji ustalono możliwość zmniejszenia współczynnika błędnych bitów przez zastąpienie sekwencji Hadamarda sekwencjami należącymi do ośmiu znanych baz ortogonalnych i charakteryzującymi się nieregularnymi strukturami. W przypadku deortogonalizacji wynikającej z dwóch dowolnych błędów symboli sekwencji pilotujących, współczynnik ten został zmniejszony o prawie 2.9 %. Jeśli deortogonalizacje są spowodowane przez dwa powtarzające się błędy symboli sekwencji pilotujących, nieokreślone i określone błędy uległy zmniejszeniu o odpowiednio 10 % i 16 %. Bez względu na to, które sekwencje zostały użyte do pilotowania, wykazano odporność systemu 2×2 MIMO na deortogonalizację w przypadku, gdy ramka zawierała od 128 do 256 symboli, a rozmiar sekwencji pilotującej mieścił się w zakresie od 32 do 64 symboli.

Słowa kluczowe

EN

wireless communication; channel estimation; MIMO; orthogonal pilot sequences; bit error rate

PL

komunikacja bezprzewodowa; estymacja kanału; MIMO; ortogonalne sekwencje pilotujące; współczynnik błędnych bitów

• Wydawca: Akademia Marynarki Wojennej im. Bohaterów Westerplatte
• Czasopismo: Scientific Journal of Polish Naval Academy
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 61 nr 3 (222)
• Strony: 43--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Romanuke Vadim

• Polish Naval Academy, Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Śmidowicza 69 Str., 81-127 Gdynia, Poland

Bibliografia

• [1] Alamouti S. M., A simple transmit diversity technique for wireless communications, ‘IEEE Journal on Selected Areas in Communications’, 1998, Vol. 16, No. 8, pp. 1451–1458.
• [2] Berger L. T., Schwager A., Pagani P., Schneider D. M., MIMO Power Line Communications: Narrow and Broadband Standards, EMC, and Advanced Processing. Devices, Circuits, and Systems, CRC Press, 2014.
• [3] Han H.-D., Nguyen D.-A., Nguyen V.-D., Nguyen T.-H., Zia M., Pilot decontamination for multicell massive MIMO systems using asynchronous pilot design and data-aided channel estimation, ‘Physical Communication’, 2018, Vol. 30, pp. 76–85.
• [4] Larsson E., Stoica P., Space-Time Block Coding For Wireless Communications, Cambridge University Press, UK, 2003.
• [5] Naguib A. F., Tarokh V., Seshadri N., Calderbank A. R., Space-time codes for high data rate wireless communication: Mismatch analysis, Proceedings of IEEE International Conference on Communications, Montréal, Québec, Canada, 8–12 June 1997, pp. 309–313.
• [6] Romanuke V. V., Computational method of building orthogonal binary functions bases for multichannel communication systems with code channels division, Mathematical Modeling and Computational Methods, Ternopil State Technical University, Ternopil, Ukraine, 2006.
• [7] Romanuke V. V., Generalization of the eight known orthonormal bases of binary functions to the eight orthonormal bases of binary surfaces, ‘Optoelectronic Information-Power Technologies’, 2007, No. 2, pp. 263–271.
• [8] Romanuke V. V., Simulation of code division by applying systems of orthogonal binary functions ( ){ } 1 0wal , L ww − =θ and ( ) { }{ }8 1 0 1 rom , L u r u r − = = θ in L-channeled CDMA-system, ‘Herald of Khmelnytskyi National University. Technical sciences’, 2008, No. 6, pp. 121–132.
• [9] Salh A., Audah L., Shah N. S. M., Hamzah S. A., Mitigating pilot contamination for channel estimation in multi-cell massive MIMO systems, ‘Wireless Personal Communications’, 2020, Iss. 112, pp. 1643–1658.
• [10] Stern H., Mahmoud S., Communications Systems, Pearson Prentice Hall, 2004.
• [11] Tarokh V., Jafarkhami H., Calderbank A. R., Space-time block codes from orthogonal designs, ‘IEEE Transactions on Information Theory’, 1999, Vol. 45, No. 5, pp. 1456–1467.
• [12] Tsoulos G., MIMO System Technology for Wireless Communications, CRC Press, 2006.
• [13] Walsh J. L. A closed set of normal orthogonal functions, ‘American Journal of Mathematics’, 1923, Vol. 45, No. 1, pp. 5–24.
• [14] Zheng L., Tse D. N. C. Diversity and multiplexing: A fundamental tradeoff in multiple-antenna channels, ‘IEEE Transactions on Information Theory’, 2003, Vol. 49, Iss. 5, pp. 1073–1096.
• [15] Zhihua L., Qishan Z., Ordering of Walsh Functions, ‘IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility’, 1983, Vol. EMC-25, No. 2, pp. 115–119.
• [16] Zhuang A., Lohan E. S., Renfors M., Comparison of decision-directed and pilot-aided algorithms for complex channel tap estimation in downlink WCDMA systems, Proceedings of 11th IEEE Personal and Indoor Mobile Radio Communications (PIMRC), Vol. 2, London, UK, September 2000, pp. 1121–1125.