برآورد افست فرکانس حامل برای سیستم FDMA تک حامل مایمو (MIMO) در ارتباطات بی سیم

Carrier frequency offset estimation for MIMO single-carrier FDMA system in wireless communication

خلاصه
۱- مقدمه
۲- شکل گیری توالی CABZAR
۳- مدل سیستم MIMO SC-FDMA
۴- تحلیل نرخ خطای بیت (BER)
۵- پیچیدگی محاسباتی
۶- شبیه سازی و نتایج
۷- نتیجه گیری
توضیح تعارض منافع
مراجع

چکیده

    سیستمهای مالتی پلکس حوزه فرکانس متعامد MIMO (چند ورودی- چند خروجی) و دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس متعامد تک کاناله (SC-FDMA) بسیار مستعد وقوع افست فرکانسی حامل (CFO) بین فرستنده و گیرنده هستند. در این مقاله، یک توالی جدید کهCAZBAR نامیده می شود ارائه شده است. CAZBAR پیشنهادی براساس توالی تصحیح اتوماتیک دامنه صفر ثابت (CAZAC) و توالی محدودمی باشد. توالی CAZBAR خود همبستگی بهتری با نقاط پیک بالاتر در نقطه شیفت صفر بدون موج نشان می دهد که تخمین افست فرکانس حامل در سیستمهای ارتباطی در مقایسه با سایر روشهای جبرانسازی بر حسب ریشه میانگین مربعی (MSE) تسهیل می کند. با استفاده توالی CAZBAR در سیستم ۲*۲ و ۴*۴ MIMO SC-FDMA، نرخ بیت خطا (BER) به طور قابل توجهی افزایش می یابد. در BER= 10^(-2) ، کاهش SNR به میزان ۱۱dB و در سیستم ۲×۲ و به میزان ۷dB در سیستم ۴×۴ در مقایسه با دیگر توالیها قابل دستیابی می باشد که باعث بهبود کل سیستم MIMO SC-FDMA خواهد شد. توالی CAZBAR می تواند در روشهای ۵G در روشهای MIMO-ODFM و MIMO-SC-FDMA نیز اعمال شود.

شکل گیری توالی CABZAR
     توالی CABZAR پیشنهادی بر اساس هر دوی CAZAC و کد توالی محدود بنا نهاده شده است. توالی CAZAC کد پالس تغییر فاز می باشد که با خود همبستگی تناوبی صفر به جز تغییر صفر شناخته می شود. کد توالی محدود، یک سری محدود از مقادیر دیجیتال می باشد. با ضرب نمودن توالی CAZAC با نسخه تکرار شده یک طول مشخص از کد barker ،توالیCAZBAR تولید می شود. توالی CABZAR دارای تابع خود همبستگی در مقایسه با توالی CAZAC می باشد. این توالی می تواند در موارد مصرف مختلفی از قبیل سیستمهای رادار یا برای روش سنکرون سازی و تخمین فرکانس حامل در سیستمهای ارتباطی به کار رود. توالی CAZAC با استفاده از معادله (۱) با L که طول توالیCAZAC می باشد و a یک عدد اول می باشد، شکل می گیرد.

     سپس خروجی ناشی از ضرب CAZAC با کد Barker ، با استفاده از FFT به دامنه فرکانسی تبدیل می شود تا برای سیستم OFDM مناسب باشد. توالی پیشنهادی از دو نیمه تشکیل شده است، اولین نیمه (A) کد CABZAR می باشد و نیمه دوم (B) مزدوج پیچیده معکوس A می باشد. در سمت دریافت کننده، تابع خود همبستگی بین سیگنال دریافتی و توالی محلی جهت تشخیص نقطه اوج سنکرون زمان به کار گرفته شده است. یک لیست از کدهای Barker با طولهای مختلف در جدول ۱ نشان داده شده است.

     شکل بعدی ۱-a تا ۱-h خودهمبستگی CAZAC و خود همبستگی CAZBAR پیشنهادی با طول ۴ و ۲ که عملکردی بهتری در مقایسه با CAZAC دارد، نشان می دهد. با طول ۲ مقدار ماکزیمم بعدی ۰٫۰۴۹۵۳ می باشد و با طول ۴ ماکزیمم بعدی ۰٫۰۴۸۹۶ می باشد. در حالیکه ماکزیمم بعدی در CAZAC ، ۰٫۱۱۵۱ می باشد.

     در شکل ۲، مقایسه عملکرد BER در MIMO SC-FDMA با استفاده ازCAZBAR با طول متفاوت کد Barker نمایش داده شده است. همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، عملکرد BER تفاوت کمی در هنگام تغییر در طولBarker با مقدار L باشد. در BER=10^(-4)، SNR به مقدار ۷٫۸dB بوسیله توالی CAZBAR با Barker به طول L=2 خواهد رسید، و با استفاده از L=7, 13 به مقدار ۸٫۱dB خواهد رسید. تفاوتی بین این دو مقدار وجود ندارد.