psam qo-stbc アダプティブアレー その理論的根拠 · 電気通信大学...
Post on 21-Mar-2021
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
電気通信大学
アンテナ・伝播研究会(2014.05.29)
PSAM QO-STBC アダプティブアレー
- その理論的根拠 -
唐沢 好男 Tiako Juimo Walter
電気通信大学(UEC Tokyo)
先端ワイヤレスコミュニケーション研究センター(AWCC)
電気通信大学
発表の内容 1) 1) PSAM QO-STBC アダプティブアレー
2) 2) 受信ウェイトの理論的根拠
3) 4×1 1ストリーム伝送
4) 8×2 2ストリーム伝送
5) 3) 分散アンテナシステム(DAS)への応用
1
電気通信大学
MIMOにおいては、 大規模化(Massive MIMO) 分散アンテナ(基地局連携) が志向されているが、規模が大きくなると制御も大規模になり、高速フェージング(ファーストフェージング)が、制御の物理限界を引き起こすことになる。 → 高速フェージングに耐性を有するアレー信号処理技術が重要になる
2
電気通信大学
PSAM QO-STBC アダプティブアレー
Pilot Symbol Assisted Modulation (パイロット信号組込型変調)
Quasi-Orthogonal Space-Time Block Coding 準直交時空間ブロック符号化
3
電気通信大学
STBC進化の系譜
STBC Full rate Full diversity (N=2, Alamouti)
D-STBC (no CSI @ Rx side) (N=2, Tarokh et al.)
O-STBC Full diversity But not full rate (N>3)
QO-STBC Full-rate But not full diversity (N=4, Jafarkhani)
QO-STBC-CR Full-rate Full diversity (N=4, Yuen et al.)
N>3
CSI不要
Full Diversity に近づける
フルダイバーシチを維持
フルレートを維持
4
電気通信大学
4321 nnnnn
1
*
2
*
34
2
*
1
*
43
3
*
4
*
12
4
*
3
*
21
ssss
ssss
ssss
ssss
S
4321 hhhhh
4321 rrrrr
nhSr QO-STBC
信号表現(1)
5
4本のアンテナから 4つのシンボル情報を 4の時間をかけて送る
時間
アンテナ
電気通信大学
QO-STBC
信号表現(2) eee nsHr
T
4
*
3
*
21 )( rrrre r
T
4321 )( sssss
1234
*
2
*
1
*
4
*
3
*
3
*
4
*
1
*
2
4321
hhhh
hhhh
hhhh
hhhh
eH
T
4
*
3
*
21 )( nnnne n
6
前スライドの式を 送信信号を右のベクトルで表すと、伝搬チャネルが行列表現に書き換えられる。(表現は変わっているが、表していることは、全く同じである)
電気通信大学
受信信号処理
eee nsHr
eee nsHWrWs HH~
ウェイトの決め方において
eHWW 1
H1
2
eHWW
3WW
準直交のため、 完全分離できず
準直交のため、 成分間非線形
(PSAM / MMSE で定める)
A
A
A
A
ee
00
00
00
00
H
HH
2
4
2
3
2
2
2
1 hhhhA
3
*
2
*
324
*
1
*
41 hhhhhhhh
7
電気通信大学
PSAM QO-STBC
QO
-ST
BC
data sA,sB,sC
pilot p
wp
(RLS) p ~
pilot p
wA
wB
wC
psss
spss
ssps
sssp
ABC
ACB
BCA
CBA
****
****
space
time
S. Sasaki et al. 信学論(B), vol. J94 B No.2 February 2011.
h
eAAs rwH~
eBBs rwH~
eCCs rwH~
8
電気通信大学
+
n1
n2
n3
n4
z-1 z-1 z-1
Decimation 4
* *
+
w4 w3 w2 w1
r4 r3* r2 * r1
RLS
Pilot p(t)
p ~
pwer
n
Adaptive Receiving Scheme for Pilot Signal
9
電気通信大学
CBApe
hhhh
hhhh
hhhh
hhhh
hhhhHW
1234
*
2
*
1
*
4
*
3
*
3
*
4
*
1
*
2
4321
1
W1の値はそのままには使えないが
要素間の関係は使える(?)
10
電気通信大学
11
(最尤推定)
電気通信大学
試行錯誤的な方法(経験的な方法)で合成ウェイトを見出し、 結果として、うまく行っていたが、理論的根拠を得ていなかった
CBAp wwwwW
1
*
2
*
34
2
*
1
*
43
3
*
4
*
12
4
*
3
*
21
wwww
wwww
wwww
wwww
このやり方で
なぜうまくゆくのか?
12
電気通信大学
SNRが十分大きいとき、パイロット信号に対して最適化受信 (適応受信)を行えば、ウェイトの自由度が足りているので、 信号成分(sA, sB, sC )は、すべてキャンセルされているはず
app hwH 0HHH CpBpAp hwhwhw
この時、パイロット信号に受信で得られたウェイトwp から 変換して求めたウェイト wA での受信信号を見ると
0*H
43
*
34
*
2112
H AppA hwhwhwhw hwhw
**H
33
*
44
*
1122
H ahwhwhwhw ppAA hwhw
0*H
23
*
14
*
4132
H CpBA hwhwhwhw hwhw
0*H
13
*
24
*
3142
H BpCA hwhwhwhw hwhw 13
T*
3
*
4
*
1
*
2
T
4321 wwwwwwww Ap ww
電気通信大学
wB, wCも同様な形になり、次式で整理される
a
a
a
a
e
000
000
000
000
*
*
HHW
このようにして、CNRが十分大きい場合には、ウェイトWで、信号p, sA, sB, sC を完全、かつ、同等に分離できる
実際には、CNR有限での動作になるが、最小平均誤差規範でウェイト決定をしているため、雑音の影響も、信号p, sA, sB, sCに対して同等と考えてよい
14
電気通信大学
PSAM QO-STBC 2ストリーム伝送
15
n1
n2
p(1) p(2)
Ad
apti
ve
Sig
nal
Pro
cess
ing
電気通信大学
+ n1
+ n2
z-1 z-1 z-1
Decimation 4
* *
+
r14 r13* r12 * r11
)1(
pw
er
Decimation 4
r24 r23* r22 * r21
z-1 z-1 z-1
* *
MMSE
)1(
11w)1(
12w)1(
13w)1(
14w
)1(
23w)1(
24w )1(
22w )1(
21w
適応受信系 (パイロット信号 p(1)に対する)
)1(~p)1(p
16
電気通信大学
eee nsHr
T24
*
23
*
222114
*
13
*
1211 rrrrrrrre r
T)2()2()2()2()1()1()1()1(
CBACBA ssspsssps
T24
*
23
*
222114
*
13
*
1211 nnnnnnnne n
)2(
2
)1(
2
)2(
1
)1(
1
ee
ee
eHH
HHH
)2()2()2()2()1()1()1()1(
CBApCBAp hhhhhhhh
11121314
*
12
*
11
*
14
*
13
*
13
*
14
*
11
*
12
14131211
)1(
1
hhhh
hhhh
hhhh
hhhh
eH
受信信号表現
17
電気通信大学
)2(
2
)1(
2
)2(
1
)1(
1
WW
WWW
)2()2()2()2()1()1()1()1(
CBACBAp wwwwwwww
)(
1
)*(
2
)*(
3
)(
4
)(
2
)*(
1
)*(
4
)(
3
)(
3
)*(
4
)*(
1
)(
2
)(
4
)*(
3
)*(
2
)(
1
)(
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
wwww
wwww
wwww
wwww
W
)2(H)1()1(H)1()1(H)1()1(H)1(
ppCpBpAp hwhwhwhw
0)2(H)1()2(H)1()2(H)1( CpBpAp hwhwhw
bpp )1(H)1(hw
}2,1{, ji
ウェイトの形
ウェイトwp(1)が満たすべき条件
18
電気通信大学
このとき、wA(1)のウェイトに対しては
21
)1(
2214
)1(
13
*
13
)1(
14
*
12
)1(
1111
)1(
12
)1(H)1( hwhwhwhwhwpA hw
0*)1(H)1(
24
)1(
23
*
23
)1(
24
*
22
)1(
21 Aphwhwhw hw
22
)1(
2213
)1(
13
*
14
)1(
14
*
11
)1(
1112
)1(
12
)1(H)1( hwhwhwhwhwAA hw
**)1(H)1(
23
)1(
23
*
24
)1(
24
*
21
)1(
21 bhwhwhw pp hw
0*)1(H)1()1(H)1( CpBA hwhw
0*)1(H)1()1(H)1( BpCA hwhw
0*)2(H)1()2(H)1( AppA hwhw
0*)2(H)1()2(H)1( ppAA hwhw
0*)2(H)1()2(H)1( CpBA hwhw
0*)2(H)1()2(H)1( BpCA hwhw
19
電気通信大学
さらに、wB(1), wC
(1)に対しても、同様な結果が得られ、まとめて整理すると
eCBAp HwwwwH)1()1()1()1(
0000000
0000000
0000000
0000000
*
*
b
b
b
b
さらに、p(2) をパイロット信号とするアダプティブアレーからwp(2)
を定め、同様な手順でwA(2), wB
(2), wC(2))に変換し、かつ、パイ
ロット信号p(1)で行ったと同じ仮定をすると、同様な結果が得られ、全部まとめると
bbbbbbbbe
****H diagHW
20
経験的に見出していた方法が、理論的にも妥当であることを示した。 白紙の状態から、理論式を導いたわけではない。
電気通信大学
10-6
10-5
0.0001
0.001
0.01
0.1
0 5 10 15 20 25 30
(single stream)M=4, N=1(single stream)M=4, N=2(two streams)M=4+4, N=2
BER
CNR (dB)
fDTB=0.0003
=0.9
1ストリームおよび2ストリーム伝送におけるPSAM-QOSTBC AAのBER特性
21
シングルストリーム 4×2
2ストリーム 8×2
シングルストリーム 4×1
電気通信大学
10-5
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
0 5 10 15 20 25 30
0.003 0.7 0.001 0.7 0.0003 0.7
0.003 0.9 0.001 0.9 0.0003 0.9
BER
CNR (dB)
fDTB
M=4+4, N=2
BER特性の忘却係数依存性
22
電気通信大学
Data 1 Pilot 1
QO-STBC
MIMOマルチ ストリーム伝送 の分散アンテナシステム (DAS)への応用
Data 2 Pilot 2
QO-STBC
BS1
BS2
BS3
BS4
UT
M=4, N=2 での 2ストリーム伝送
d0
d1
d2
d3
d4 d
23
電気通信大学
まとめ
1)PSAM QO-STBC アダプティブアレー動作アルゴリズムの理論的根拠を示した。
2)送信アンテナ4本、受信アンテナ1本のMISO構成のシングルストリーム伝送に対して、送信アンテナ8本、受信アンテナ2本のMIMO構成による2ストリーム伝送(伝送レートを2倍にできる)では、ほぼ同程度のBER特性が実現できることを、理論および計算機シミュレーションにより示した。
謝辞: 本理論解析に関しては、筆者(唐沢)が、昨年11月の発表[6] を行った際の北大大鐘武雄博士とのディスカッションが、隘路を開くきっかけになった。ここに謝意を表す。
24
top related