tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2020-6-4-36-44tuzsut-139Research ArticleРАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬRADIO ENGINEERING AND COMMUNICATIONМинимизация вероятности ошибки на бит в многоэтапной релейной MIMO-системеMinimizing the Probability of Bit Error in a Multi-Stage MIMO Relay Systemhttps://orcid.org/0000-0001-6305-2690ФлаксманА. Г.FlaksmanA. ..flak@rf.unn.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1286-8678СорокинИ. С.SorokinI. ..noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5772-593XКокаревА. О.KokarevA. ..noemail@neicon.ruНижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияNational Research Lobachevsky State University of Nizhny NovgorodRussian FederationООО «Радио Лаб НН»РоссияRadio Lab NN LLCRussian Federation202013042021643644Copyright © Флаксман А.Г., Сорокин И.С., Кокарев А.О., 20212021Флаксман А.Г., Сорокин И.С., Кокарев А.О.Flaksman A..., Sorokin I..., Kokarev A...This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/139

Рассматриваются многоэтапные релейные MIMO-системы (Multiple-Input Multiple-Output) сотовой связи с антенными решетками на каждом этапе передачи, в которых формируются параллельные независимые собственные подканалы для передачи данных. Исследуется возможность минимизации вероятности ошибки на бит передаваемой информации при одновременном использовании метода раздельной оптимизации каждого этапа передачи и порогового метода отбора энергетически сильных подканалов. Приведенные результаты моделирования в случае многолучевого канала с релеевскими замираниями сигналов подтверждают высокую эффективность предложенного подхода.

This research is devoted to the investigation of the relay multi-stage relay MIMO (Multiple-Input Multiple- Output) of cellular communication with antenna arrays at each stage of transmission, in which parallel independent subchannels for data transmission are formed, are considered. The possibility of minimizing the error probability per bit of transmitted information is investigated while using the method of separate optimization of each transmission stage and the threshold method for selecting energetically strong subchannels. The presented simulation results in the case of a multipath channel with Rayleigh signal fading confirm the high efficiency of the proposed approach.

собственный подканалвероятность ошибки на битпропускная способностьрелеевские замирания сигналовMIMO-системаReferencesBjörnson E., Hoydis J., Sanguinetti L. Massive MIMO Networks: Spectral, Energy, and Hardware Efficiency // Foundations and Trends in Signal Processing. 2017. Vol. 11. Iss. 3-4. PP. 154-655. DOI:10.1561/2000000093Björnson E., Hoydis J., Sanguinetti L. Massive MIMO Networks: Spectral, Energy, and Hardware Efficiency // Foundations and Trends in Signal Processing. 2017. Vol. 11. Iss. 3-4. PP. 154-655. DOI:10.1561/2000000093Palomar D., Jiang Y. MIMO transceiver design via majorization theory // Foundations and Trends in Communications and Information Theory. 2007. Vol. 3. Iss. 4-5. PP. 331-551. DOI:10.1561/0100000018Palomar D., Jiang Y. MIMO transceiver design via majorization theory // Foundations and Trends in Communications and Information Theory. 2007. Vol. 3. Iss. 4-5. PP. 331-551. DOI:10.1561/0100000018Paylraj A., Nabar R., Gore D. Introduction to Space-Time Wireless Communications. Cambridge: Cambridge University Press, 2003. 278 p.Paylraj A., Nabar R., Gore D. Introduction to Space-Time Wireless Communications. Cambridge: Cambridge University Press, 2003. 278 p.Jankiraman M. Space-time Codes and MIMO Systems. Norwood: Artech House, 2004. 328 p.Jankiraman M. Space-time Codes and MIMO Systems. Norwood: Artech House, 2004. 328 p.Gershman A.B., Sidoropoulos N.D. Space-Time Processing for MIMO Communications. Chichester: Wiley&Sons, 2005. 370 p. DOI:10.1002/0470010045Gershman A.B., Sidoropoulos N.D. Space-Time Processing for MIMO Communications. Chichester: Wiley&Sons, 2005. 370 p. DOI:10.1002/0470010045Palomar D.P., Lagunas M.A., Cioffi J.M. Optimum linear joint transmit-receive processing for MIMO channels with QoS constraints // IEEE Transactions on Signal Processing. 2004. Vol. 52. Iss. 5. PP. 1179-1197. DOI:10.1109/TSP.2004.826164Palomar D.P., Lagunas M.A., Cioffi J.M. Optimum linear joint transmit-receive processing for MIMO channels with QoS constraints // IEEE Transactions on Signal Processing. 2004. Vol. 52. Iss. 5. PP. 1179-1197. DOI:10.1109/TSP.2004.826164Scaglione A., Stoica P., Barbarossa S., Giannakis G.B., Sampath H. Optimal designs for space-time linear precoders and decoders // IEEE Transactions on Signal Processing. 2002. Vol. 50. Iss. 5. PP. 1051-1064. DOI:10.1109/78.995062Scaglione A., Stoica P., Barbarossa S., Giannakis G.B., Sampath H. Optimal designs for space-time linear precoders and decoders // IEEE Transactions on Signal Processing. 2002. Vol. 50. Iss. 5. PP. 1051-1064. DOI:10.1109/78.995062Ермолаев В.Т., Маврычев Е.А., Флаксман А.Г. Уменьшение вероятности битовой ошибки при параллельной передаче информации в MIMO-системе // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46. № 3. С. 251-260.Ермолаев В.Т., Маврычев Е.А., Флаксман А.Г. Уменьшение вероятности битовой ошибки при параллельной передаче информации в MIMO-системе // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46. № 3. С. 251-260.Sanguinetti L., D’Amico A.A., Rong Y. A Tutorial on the Optimization of Amplify-and-Forward MIMO Relay Systems // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2012. Vol. 30. Iss. 8. PP. 1331-1346. DOI:10.1109/JSAC.2012.120904Sanguinetti L., D’Amico A.A., Rong Y. A Tutorial on the Optimization of Amplify-and-Forward MIMO Relay Systems // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2012. Vol. 30. Iss. 8. PP. 1331-1346. DOI:10.1109/JSAC.2012.120904Kramer G., Gastpar M., Gupta P. Cooperative strategies and capacity theorems for relay networks // IEEE Transactions on Information Theory. 2005. Vol. 51. Iss. 9. PP. 3037-3063. DOI:10.1109/TIT.2005.853304Kramer G., Gastpar M., Gupta P. Cooperative strategies and capacity theorems for relay networks // IEEE Transactions on Information Theory. 2005. Vol. 51. Iss. 9. PP. 3037-3063. DOI:10.1109/TIT.2005.853304Mo R., Chew Y.H. MMSE-based joint source and relay precoding design for amplify-and-forward MIMO relay networks // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2009. Vol. 8. Iss. 9. PP. 4668-4676. DOI:10.1109/TWC.2009.081294Mo R., Chew Y.H. MMSE-based joint source and relay precoding design for amplify-and-forward MIMO relay networks // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2009. Vol. 8. Iss. 9. PP. 4668-4676. DOI:10.1109/TWC.2009.081294Rong Y., Tang X., Hua Y. A Unified Framework for Optimizing Linear Nonregenerative Multicarrier MIMO Relay Communication Systems // IEEE Transactions on Signal Processing. 2009. Vol. 57. Iss. 12. PP. 4837-4851. DOI:10.1109/TSP. 2009.2027779Rong Y., Tang X., Hua Y. A Unified Framework for Optimizing Linear Nonregenerative Multicarrier MIMO Relay Communication Systems // IEEE Transactions on Signal Processing. 2009. Vol. 57. Iss. 12. PP. 4837-4851. DOI:10.1109/TSP. 2009.2027779Borade S., Zheng L., Gallager R. Amplify-and-Forward in Wireless Relay Networks: Rate, Diversity, and Network Size // IEEE Transactions on Information Theory. 2007. Vol. 53. Iss. 10. PP. 3302-3318. DOI:10.1109/TIT.2007.904774Borade S., Zheng L., Gallager R. Amplify-and-Forward in Wireless Relay Networks: Rate, Diversity, and Network Size // IEEE Transactions on Information Theory. 2007. Vol. 53. Iss. 10. PP. 3302-3318. DOI:10.1109/TIT.2007.904774Hasna M.O., Alouini M.S. End-to-end performance of transmission systems with relays over Rayleigh-fading channels // IEEE Transactions on Wireless Communication. 2003. Vol. 2. Iss. 10. PP. 1126-1131. DOI:10.1109/TWC.2003.819030Hasna M.O., Alouini M.S. End-to-end performance of transmission systems with relays over Rayleigh-fading channels // IEEE Transactions on Wireless Communication. 2003. Vol. 2. Iss. 10. PP. 1126-1131. DOI:10.1109/TWC.2003.819030Krikidis I., Thompson J.S., MacLaughlin S., Goertz N. Maxmin relay selection for legacy amplify-and-forward systems with interference // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2009. Vol. 8. Iss. 6. PP. 3016-3027. DOI:10.1109/TWC. 2009.080383Krikidis I., Thompson J.S., MacLaughlin S., Goertz N. Maxmin relay selection for legacy amplify-and-forward systems with interference // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2009. Vol. 8. Iss. 6. PP. 3016-3027. DOI:10.1109/TWC. 2009.080383Маврычев Е.А., Елохин А.В., Сорокин И.С., Флаксман А.Г. Метод раздельной оптимизации многоэтапной релейной MIMO-системы // Изв. вузов. Радиофизика. 2019. Т. 62. № 3. С. 241-251.Маврычев Е.А., Елохин А.В., Сорокин И.С., Флаксман А.Г. Метод раздельной оптимизации многоэтапной релейной MIMO-системы // Изв. вузов. Радиофизика. 2019. Т. 62. № 3. С. 241-251.Елохин А.В., Сорокин И.С., Флаксман А.Г. Эффективность порогового метода оптимизации вероятности ошибки на бит и пропускной способности в MIMO-системе с обратной связью // Журнал радиоэлектроники. 2020. № 2. DOI:10.30898/1684-1719.2020.2.1Елохин А.В., Сорокин И.С., Флаксман А.Г. Эффективность порогового метода оптимизации вероятности ошибки на бит и пропускной способности в MIMO-системе с обратной связью // Журнал радиоэлектроники. 2020. № 2. DOI:10.30898/1684-1719.2020.2.1Воеводин В.В. Линейная алгебра. М.: Наука, 1980. 400 с.Воеводин В.В. Линейная алгебра. М.: Наука, 1980. 400 с.Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1988. 552 с.Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1988. 552 с.Palomar D.P., Cioffi J.M., Lagunas M.A. Joint Tx-Rx beamforming design for multicarrier MIMO channels: a unified framework for convex optimization // IEEE Transactions on Signal Processing. 2003. Vol. 51. Iss. 9. PP. 2381-2401. DOI:10.1109/TSP.2003.815393Palomar D.P., Cioffi J.M., Lagunas M.A. Joint Tx-Rx beamforming design for multicarrier MIMO channels: a unified framework for convex optimization // IEEE Transactions on Signal Processing. 2003. Vol. 51. Iss. 9. PP. 2381-2401. DOI:10.1109/TSP.2003.815393Danilov A.A., Mavrychev E.A. Separate MMSE optimization of multi-hop non-regenerative MIMO relay communication // Proceedings of the 17th International ITG Workshop on Smart Antennas (Stuttgart, Germany, 13-14 March 2013). Berlin: VDE-Verlag, 2013.Danilov A.A., Mavrychev E.A. Separate MMSE optimization of multi-hop non-regenerative MIMO relay communication // Proceedings of the 17th International ITG Workshop on Smart Antennas (Stuttgart, Germany, 13-14 March 2013). Berlin: VDE-Verlag, 2013.Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г., Лысяков Д.Н. Увеличение пропускной способности MIMO-системы радиосвязи с параллельной передачей данных по собственным подканалам // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского. Серия: Радиофизика. 2010. № 3(1). С. 79-86.Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г., Лысяков Д.Н. Увеличение пропускной способности MIMO-системы радиосвязи с параллельной передачей данных по собственным подканалам // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского. Серия: Радиофизика. 2010. № 3(1). С. 79-86.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.