Influence of Doppler effects on 2×2 to 4×4 MIMO systems with direct line-of-sight path by Rician fading distribution

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorRomanuke, Vadim V.
dc.date.accessioned2021-04-12T20:53:07Z
dc.date.available2021-04-12T20:53:07Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractenBackground. For multiplying the capacity of a radio link by using multiple antennas at the transmitter and receiver ends, wireless communication networks use the MIMO technique. The quality of MIMO wireless communication may worsen when either the transmitter or receiver end is in motion, or they both are in motion. To sustain high quality of links, MIMO operates, in particular, on channel state information by using orthogonal pilot sequences. Objective. The goal is to estimate the bit-error-rate performance of 2×2, 3×3, and 4×4 MIMO systems with orthogonal pilot sequences for a range of Doppler shifts by the Rician fading distribution modeling the scenario of direct line-of-sight path. The estimation is believed to answer the question on MIMO efficiency by ascertaining whether increasing the number of antennas mitigates the Doppler effect in 2×2 to 4×4 MIMO systems with direct line-of-sight path. Methods. To achieve the goal, 2×2 to 4×4 MIMO systems with channel state estimation are simulated. The simulation is configured and carried out by using MATLAB® R2019a Communications System ToolboxTM functions. The 35 subcases of the frame length and number of pilot symbols per frame are considered. Results. The near-exponential-type decreasing of the bit-error-rate performance is almost not violated by no motion, whereas further speed increments destroy it for 2×2 MIMO systems. It is revealed that too long packet transmissions by short orthogonal pilot sequences (with respect to the packet length) are prone to errors. This especially concerns 2×2 MIMO systems, where channel state estimation by short orthogonal pilot sequences appears to be ineffective or weakly effective. Conclusions. In general, to maintain an appropriate MIMO link data rate, the packet length should be shortened as the motion speed increases. Increasing the number of antennas additionally mitigates Doppler effects. So, 4×4 MIMO system transmissions are indeed efficient. The shortest possible packet transmissions are not affected by Doppler effects if three or four antennas are used.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Для увеличения пропускной способности радиоканала при использовании нескольких антенн на передающем и приёмном концах, сети беспроводной связи используют технику MIMO. Качество беспроводной связи MIMO может ухудшаться, когда передатчик или приёмник находятся в движении, или они оба находятся в движении. Для поддержки высококачественной связи MIMO оперирует, в частности, информацией о состоянии канала с помощью ортогональных пилотирующих последовательностей. Цель исследования. Цель состоит в том, чтобы оценить производительность по уровню ошибочных битов систем MIMO 2×2, 3×3 и 4×4 с ортогональными пилотирующими последовательностями для некоторого диапазона доплеровских сдвигов при распределении замирания Райса, которое моделирует траекторию радиоволн при распространении в пределах прямой видимости. Такое оценивание должно дать ответ на вопрос об эффективности MIMO, выясняя то, смягчает ли эффект Доплера увеличение количества антенн в системах MIMO от 2×2 до 4×4 с траекторией радиоволн при распространении в пределах прямой видимости. Методика реализации. Для достижения цели проводится симуляция систем MIMO от 2×2 до 4×4 с оцениванием состояния каналов. Симуляцию и её конфигурирование производят при помощи функций MATLAB® R2019a Communications System ToolboxTM. Рассматривается 35 подслучаев длины фрейма и количества пилотных символов во фрейме. Результаты исследования. Тип производительности по уровню ошибочных битов, близкий к экспоненциальному убыванию, почти незыблем при отсутствии движения, тогда как дальнейшие увеличения скорости его разрушают для систем 2×2-MIMO. Выявлено, что передача длинных пакетов при коротких ортогональных пилотирующих последовательностях (относительно длины пакета) подвержена ошибкам. Особенно это касается систем 2×2-MIMO, где оценивание состояния каналов при коротких ортогональных пилотирующих последовательностях выглядит неэффективным или слабоэффективным. Выводы. В общем, для того, чтобы поддерживать приемлемый уровень передачи данных в MIMO-канале, с увеличением скорости движения длина пакета должна сокращаться. Увеличение количества антенн дополнительно смягчает эффекты Доплера. Таким образом, передача в системах 4×4-MIMO действительно эффективна. Эффекты Доплера не влияют на передачу наиболее коротких пакетов, если используются три или четыре антенны.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Для збільшення пропускної здатності радіоканалу при використанні декількох антен на передавальному та приймальному кінцях, мережі бездротового зв’язку використовують техніку MIMO. Якість бездротового зв’язку MIMO може погіршуватися, коли передавач або приймач перебувають у русі, або вони обидва перебувають у русі. Для підтримки високоякісного зв’язку MIMO оперує, зокрема, інформацією про стан каналу за допомогою ортогональних пілотуючих послідовностей. Мета дослідження. Мета полягає у тому, щоб оцінити продуктивність за рівнем помилкових бітів систем MIMO 2×2, 3×3 і 4×4 з ортогональними пілотуючими послідовностями для деякого діапазону доплерівських зсувів за розподілом завмирання Райса, що моделює траєкторію радіохвиль при розповсюдженні у межах прямої видимості. Таке оцінювання має дати відповідь на питання про ефективність MIMO, з’ясовуючи те, чи збільшення кількості антен пом’якшує ефект Доплера у системах MIMO від 2×2 до 4×4 з траєкторією радіохвиль при розповсюдженні у межах прямої видимості. Методика реалізації. Для досягнення мети проводиться симуляція систем MIMO від 2×2 до 4×4 з оцінюванням стану каналів. Симуляція та її конфігурування відбуваються за допомогою функцій MATLAB® R2019a Communications System ToolboxTM. Розглядається 35 підвипадків довжини фрейму та кількості пілотних символів у фреймі. Результати дослідження. Тип продуктивності за рівнем помилкових бітів, близький до експоненціального спадання, є майже непорушним за відсутності руху, тоді як подальші збільшення швидкості його руйнують для систем 2×2-MIMO. Виявлено, що передавання задовгих пакетів за коротких ортогональних пілотуючих послідовностей (відносно довжини пакета) піддане помилкам. Особливо це стосується систем 2×2-MIMO, де оцінювання стану каналів за коротких ортогональних пілотуючих послідовностей виглядає неефективним або слабкоефективним. Висновки. У загальному, для того, щоб підтримувати прийнятний рівень передачі даних у MIMO-каналі, зі збільшенням швидкості руху довжина пакета має скорочуватись. Збільшення кількості антен додатково пом’якшує ефекти Доплера. Таким чином, передавання у системах 4×4-MIMO є дійсно ефективним. Ефекти Доплера не впливають на передавання якнайкоротших пакетів, якщо використовуються три або чотири антени.uk
dc.format.pagePp. 5-15uk
dc.identifier.citationRomanuke, V. V. Influence of Doppler effects on 2×2 to 4×4 MIMO systems with direct line-of-sight path by Rician fading distribution / Vadim V. Romanuke // Information and telecommunication sciences : international research journal. – 2020. – Vol. 11, N. 2(21). – Pp. 5–15. – Bibliogr.: 17 ref.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2411-2976.22020.5-15
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/40552
dc.language.isoenuk
dc.publisherNational Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”uk
dc.publisher.placeKyivuk
dc.sourceInformation and telecommunication sciences : international research journal, 2020, Vol. 11, N. 2(22)uk
dc.subjectwireless communication systemuk
dc.subjectMIMOuk
dc.subjectRician fadinguk
dc.subjectchannel state estimationuk
dc.subjectorthogonal pilot sequencesuk
dc.subjectDoppler effectuk
dc.subjectсистема бездротового зв’язкуuk
dc.subjectMIMOuk
dc.subjectрозподіл Райсаuk
dc.subjectоцінювання стану каналівuk
dc.subjectортогональні пілотуючі послідовностіuk
dc.subjectефект Доплераuk
dc.subjectсистема беспроводной связиuk
dc.subjectраспределение Райсаuk
dc.subjectоценивание состояния каналовuk
dc.subjectортогональные пилотирующие последовательностиuk
dc.subjectэффект Доплераuk
dc.subject.udc621.396+621.3.093.2uk
dc.titleInfluence of Doppler effects on 2×2 to 4×4 MIMO systems with direct line-of-sight path by Rician fading distributionuk
dc.title.alternativeВплив ефектів Доплера на системи MIMO від 2×2 до 4×4 з траєкторією радіохвиль при розповсюдженні у межах прямої видимості за розподілом завмирання Райсаuk
dc.title.alternativeВлияние эффектов Доплера на системы MIMO от 2×2 до 4×4 с траекторией радиоволн при распространении в пределах прямой видимости при распределении Райсаuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
ITS2020_11-2_p5-15.pdf
Розмір:
998.55 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Information and telecommunication sciences: international research journal, Vol. 11, N. 2(21)