ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ MIMO-OFDM К АКТИВНЫМ ПОМЕХАМ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АДАПТИВНОГО АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ
Аннотация
Современные системы связи часто работают в условиях сложной помехово-сигнальной обстановки, при этом существуют разные способы уменьшения ошибки восстановленного сигнала. Часть способов касается непосредственно математических алгоритмов обработки в приемнике, таких, однако есть и другие подходы, основанные на пространственной фильтрации сигналов. В частности, в последние годы активно получил развитие подход, основанный на весовой обработке сигналов, полученных с разных антенн, с использованием корреляционной матрицы входного сигнала, что позволяет более эффективно использовать информацию с антенн за счет выбора антенны с максимальным уровнем полезного сигнала и более низкими уровнями шумов и помех, что представляет собой физически формирование эквивалентной диаграммы направленности приемной антенной решетки с максимумом на путь с максимальным уровнем полезного сигнала и минимумами на другие. Применение этого подхода представляет практический интерес, особенно в системах с наличием активных помех, например, от станций радиоэлектронной борьбы, так как способно повысить качество восстановления сигнала. Отдельно следует отметить, что в случае наличия активных помех для выбора собственного вектора для весовой обработки следует использовать метод, основанный на минимуме среднеквадратической ошибке восстановления пилот-тонов (что возможно в OFDM), так как в случае выбора максимального собственного числа неизвестно – оно будет являться сигнальным или помеховым в случае ее большого уровня. В настоящей работе приводится экспериментальное исследование адаптивного алгоритма обработки пространственно-временных сигналов для системы связи MIMO-OFDM с различными уровнями активной помехи от станции радиоэлектронной борьбы (РЭБ). При этом эксперименты проводятся как в нисходящем (Downlink, от базовой станции к мобильной), так и восходящем (Uplink, от мобильной станции к базовой станции) канале с применением адаптации как на стороне БС, так и на стороне МС, и обоих. Показано, что применение алгоритма способно улучшить качество обработки сигнала и снизить уровень вероятности ошибки битов (BER – bit error rate) для широкого диапазона отношений сигнал-шум (SNR – signal-to-noise ratio) даже при неидеальной оценке канала (по пилот-поднесущим).
Список литературы
1. Mao Hongliang & Feng Wei & Pei Yukui & Ge Ning. SIC based soft QRD detection for coded single carrier block transmission with unique word, GLOBECOM - IEEE Global Telecommunications Confer-ence, 2013, pp. 4348-4352. 10.1109/GLOCOM.2013.6831757.
2. Gan Ying & Ling Cong & Mow Wai Ho. Complex Lattice Reduction Algorithm for Low-Complexity MIMO Detection, Signal Processing, IEEE Transactions on, 2009, 57, pp. 2701-2710. 10.1109/TSP.2009.2016267.
3. Guo Zhan & Nilsson Peter. Algorithm and implementation of the K-best Sphere decoding for MIMO detection, Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, 2006, 24, pp. 491-503. 10.1109/JSAC.2005.862402.
4. Fedosov V.P., Emel'yanenko A.V., Gladushenko S.G., Pomortsev P.M. Metody i algoritmy mnog-okanal'noy prostranstvennoy obrabotki shirokopolosnykh signalov [Methods and algorithms of multi-channel spatial processing of broadband signals], Nelineynyy mir [Nonlinear World], 2012,
Vol. 10, No. 11, pp. 731-737.
5. Fedosov V.P., Kucheryavenko S.V., Muravitskiy N.S. Povyshenie effektivnosti radiosvyazi v releevskom kanale na osnove antennykh reshetok [Improving the efficiency of radio communication in the relay channel based on antenna arrays], Antenny [Antennas], 2008, No. 11, pp. 98-104.
6. Muravitskiy N.S., Fedosov V.P. Metod uluchsheniya priema v sisteme besprovodnoy peredachi dannykh na osnove antennykh reshetok pri nalichii aktivnykh pomekh [Method of improving reception in a wire-less data transmission system based on antenna arrays in the presence of active interference], Tr. mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii «Izluchenie i rasseyanie EVM - IREMV» [Proceedings of the international scientific conference "Radiation and scattering of computers - IREMV"]. Taganrog: TTI YuFU, 2009, pp. 412-515.
7. Fedosov V.P., Emel'yanenko A.V. Sravnitel'naya effektivnost' besprovodnogo dostupa na osnove pros-transtvennoy adaptatsii na vykhodakh antennoy reshetki pri ispol'zovanii MIMO-OFDM v releevskom kanale svyazi [Comparative efficiency of wireless access based on spatial adaptation at antenna array outputs when using MIMO-OFDM in a relay communication channel], Antenny [Antennas], 2013, No. 10 (197), pp. 45-49.
8. Fedosov V.P., Muravitskiy N.S. Adaptivnaya priemnaya antennaya reshetka dlya obrabotki pros-transtvenno-vremennykh signalov v MIMO-sisteme besprovodnoy peredachi dannykh [Adaptive receiv-ing antenna array for processing space-time signals in a MIMO wireless data transmission system], An-tenny [Antennas], 2011, No. 8, pp. 35-43.
9. Xirouchakis I.A. Spatial Channel Model for Multiple Input Multiple Output (MIMO) Simula- tions A Ray Tracing Simulator Based on 3GPP TR 25.996 v. 6.1. 0, Physics Department, University of Athens, 2008.
10. Fedosov V., Legin A., Lomakina A. Adaptive algorithm based on antenna arrays for radio communication systems, Serbian Journal of Electrical Engineering, 2017, Vol. 14, No. 3, pp. 301-312.
11. Fedosov V.P. Algoritmy sovmestnoy adaptatsii na priem i peredachu v sisteme svyazi na osnove anten-nykh reshetok pri nalichii aktivnykh pomekh [Algorithms for joint adaptation to reception and transmis-sion in a communication system based on antenna arrays in the presence of active interference], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki. [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences].
12. Fedosov V.P., Ternovoy D.O. Algoritm sovmestnoy adaptatsii na priem i peredachu v sisteme svyazi na osnove antennykh reshetok [Algorithm of joint adaptation to reception and transmission in a communica-tion system based on antenna arrays], Radiotekhnika [Radio Engineering], 2011, No. 9, pp. 52-55.
13. Fedosov V.P., Romanov V.A. Statisticheskaya radiotekhnika: elektronnoe uchebnoe posobie [Statistical radio engineering: an electronic teaching aid]. Rostov-on-Donu, 2008.
14. Fedosov V., Jameel J., and Kucheryavenko S. Transmitting Image in 3D Wireless Channel using Adap-tive Algorithm Processing with MMSE based on MIMO principles, Journal of Physics: Conference Se-ries, 2021, pp. 012131.
15. Fedosov V.P., Jameel J.S., and Kucheryavenko S.V. Analysis of an Adaptive Algorithm for Processing Space-Time Signals for Image Transmission Based on 3D Wireless Channel Model // 2021 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). – 2021. – P. 443-446.
16. Fedosov V., Legin A., and Lomakina A. Algorithms based on MIMO-OFDM technology for realization of digital hydroacoustic communication channel, Izvestiya SfedU, Engineering Sciences, 2015,
Vol. 168, pp. 148-158.
17. Cho Y.S., Kim J., Yang W.Y., Kang C.G. MIMO-OFDM wireless communications with MATLAB.
– John Wiley & Sons, 2010.
18. Fedosov V.P., Lomakina A.V., Legin A.A., Voronin V.V. Three-dimensional model of hydro acoustic channel for research MIMO systems, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engi-neering. 9. Ocean Sensing and Monitoring IX, 2017, pp. 101860W.
19. Fedosov V.P., Jameel J.S., Kucheryavenko S.V. Data transmission in 3D WIMAX channel based on SISO-OFDM and MIMO-OFDM, Izvestiya SFedU. Engineering, 2020, No. 6 (216), pp. 6-18. (In Russian).
20. Fedosov V.P., Al'-Musavi Visam Mokhammedtaki M. Dzhavad, Kucheryavenko S.V. Prostranstvenno-vremennoy adaptivnyy algoritm s ispol'zovaniem koda Khemminga na osnove modeli bes-provodnogo kanala 3D-MIMO [A space-time adaptive algorithm using a Hamming code based on a 3D-MIMO wireless channel model], Radiotekhnika [Radio Engineering], 2024, Vol. 88, No. 2, pp. 113-123.
21. Fedosov V., Jameel J., Kucheryavenko S. Medical Image Transmission in 3D WiMAX Channel Using Adaptive Algorithm Based on MIMO-OFDM Principles, Conference Proceedings - 2023 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves, RSEMW 2023, 2023, pp. 236-239.
22. Fedosov V., Lomakina A., Legin A., Voronin V. Modeling of systems wireless data transmission based on antenna arrays in underwater acoustic channels, Book Modeling of systems wireless data transmis-sion based on antenna arrays in underwater acoustic channels. International Society for Optics and Photonics, 2016, pp. 98720G.
23. Kucheryavenko A., Fedosov V. Model of multicomponent micro-Doppler signal in environment MATLAB, MATEC Web of Conferences, 2017, pp. 05008.
24. Fedosov V., Legin A. Wireless Data Transmission in Underwater Hydroacoustic Environment Based on MIMO-OFDM System and Application Adaptive Algorithm at the Receiver Side, Serbian journal of electrical engineering, February 2019, Vol. 16, No. 1, pp. 71-83.
25. Fedosov V.P., Dzhamil D.S., Kucheryavenko S.V. Sravnenie proizvoditel'nostey adaptivnogo algoritma i metoda minimuma srednekvadraticheskogo otkloneniya dlya peredachi izobrazheniy na osnove sistem svyazi s ispol'zovaniem antennykh reshetok [Comparison of the performance of the adaptive algorithm and the method of minimum standard deviation for image transmission based on communication systems using antenna arrays], Radiotekhnika [Radio Engineering], 2023, Vol. 87, No. 2, pp. 69-78.
