АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ MIMO-OFDM В УСЛОВИЯХ АКТИВНЫХ ПОМЕХ

  • В.П. Федосов Южный федеральный университет
  • Т.T. Пацюк Южный федеральный университет
Ключевые слова: MIMO (Multiple Input Multiple Output), OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), антенная решетка (АР), базовая станция (БС), мобильная станция (МС), беспроводная связь, пропускная способность, активная помеха

Аннотация

Рассмотрен алгоритм обработки пространственно-временных сигналов на основе
MIMO-OFDM-системы связи при наличии активных помех. Приведены теоретические вы-
кладки, уникальные подходы, необходимые для повышения пропускной способности канала
связи при нахождении в нём точечного источника активных помех. Задача является акту-
альной в условиях плотной городской застройки, а также неуклонно растущих потребно-
стей в улучшении помехоустойчивости и качества связи без расширения полосы пропуска-
ния. Для обработки информации в MIMO-OFDM-системе без помех инженерами преиму-
щественно используется критерий максимума отношения сигнал/шум, однако при наличии
активных помех применяется винеровский критерий. Он обеспечивает минимум средне-
квадратической погрешности воспроизведения пилот-сигнала в OFDM. В этом случае вы-
бирается сигнальное собственное число, собственный вектор, производится весовая обра-
ботка, принимается сигнал, который затем проверяется по критерию минимума ошибки.
Технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением подразумева-
ет наличие пилот-поднесущих, известных на приёмной стороне по частоте и коду модуля-
ции. В расшифрованном коде производится сравнение по СКО, обеспечивается пороговая
обработка. При большой ошибке происходит отказ от этого собственного числа. Мето-
дом перебора на основе пилота ищется минимальная приемлемая ошибка. Собственный
вектор найденного сигнала будет использоваться для весовой обработки. Представлены
эксперименты по детектированию сигнала в канале связи с адаптацией и без адаптации с
использованием винеровского критерия и наличия помехи при двух видах модуляции (QAM-4,
BPSK). Результаты показывают, что адаптация позволяет достичь снижения BER (час-
тоты ошибки битов) на всей линии кривой зависимости и для всех ОСШ. Разработанный
алгоритм может быть использован для систем связи и управления беспилотными лета-
тельными аппаратами (БПЛА) при наличии активных помех.

Литература

1. 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.
2. Fedosov V.P., Emel'yanenko A.V. Sravnitel'naya effektivnost' besprovodnogo dostupa na
osnove prostranstvennoy adaptatsii na vykhodakh antennoy reshetki pri ispol'zovanii MIMOOFDM
v releevskom kanale svyazi [Comparative efficiency of wireless access based on spatial
adaptation at the antenna array outputs when using MIMO-OFDM in a relay communication
channel], Antenny [Antennas], 2013, No. 10 (197), pp. 45-49.
3. Fedosov V.P., Emel'yanenko A.V., Gladushenko S.G., Pomortsev P.M. Metody i algoritmy
mnogokanal'noy prostranstvennoy obrabotki shirokopolosnykh signalov [Methods and algorithms
of multichannel spatial processing of broadband signals], Nelineynyy mir [Nonlinear
World], 2012, Vol. 10, No. 11, pp. 731-737.
4. Muravitskiy N.S., Fedosov V.P. Metod uluchsheniya priema v sisteme besprovodnoy peredachi
dannykh na osnove antennykh reshetok pri nalichii aktivnykh pomekh [A method for improving
reception in a wireless data transmission system based on antenna arrays in the presence of
active interference], Tr. mezhdu-narodnoy 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.
5. Taiwen Tang; Heath R.W. Space-time interference cancellation in MIMO-OFDM systems,
IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2005, pp. 1802-1816.
6. Xirouchakis I.A. Spatial Channel Model for Multiple Input Multiple Output (MIMO) Simulations
A Ray Tracing Simulator Based on 3GPP TR 25.996 v. 6.1. 0, Physics Department, University
of Athens, 2008.
7. Fedosov V.P., Muravitskiy N.S. Adaptivnaya priemnaya antennaya reshetka dlya obrabotki
prostranstvenno-vremennykh signalov v MIMO-sisteme besprovodnoy peredachi dannykh
[Adaptive receiving antenna array for processing spatio-temporal signals in a MIMO-system
of wireless data transmission], Antenny [Antennas], 2011, No. 8, pp. 35-43.
8. 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.
9. Fedosov V.P. Algoritmy sovmestnoy adaptatsii na priem i peredachu v sisteme svyazi na
osnove antennykh reshetok pri nalichii aktivnykh pomekh [Algorithms of joint adaptation to
reception and transmission in a communication system based on antenna arrays in the presence
of active interference], Prikladnaya elektrodinamika i antennye izmereniya [Applied electrodynamics
and antenna measurements].
10. 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 communication system based on antenna arrays], Radiotekhnika [Radio Engineering],
2011, No. 9, pp. 52–55.
11. Fedosov V.P., Romanov V.A. Statisticheskaya radiotekhnika: elektronnoe uchebnoe posobie
[Statistical radio engineering: an electronic textbook]. Rostov-on-Don, 2008.
12. Fedosov V., Jameel J., and Kucheryavenko S. Transmitting Image in 3D Wireless Channel
using Adaptive Algorithm Processing with MMSE based on MIMO principles, Journal of
Physics: Conference Series, 2021, pp. 012131.
13. 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, pp. 443-446.
14. Fedosov V., Legin A., and Lomakina A. Adaptive algorithm for data transmission in wireless
channels based on MIMO—OFDM technique, 2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic
Waves (RSEMW), 2017, pp. 218-221.
15. 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.
16. Fedosov V.P., Lomakina A.V., Legin A.A., Voronin V.V. Modeling of systems wireless data
transmission based in antenna arrays in underwater acoustic channels в сборнике: Proceedings
of SPIE, The International Society for Optical Engineering. Architectures, Algorithms, and
Applications. Ser. "Multisensor, Multisource Information Fusion: Architectures, Algorithms,
and Applications 2016", 2016, pp. 98720G.
17. Minn H., Al-Dhahir N. Optimal training signals for MIMO OFDM channel estimation, IEEE
transactions on wireless communications, 2006, Vol. 5, No. 5, pp. 1158-1168.
18. Raleigh G.G., Cioffi J.M. Spatio-temporal coding for wireless communication, IEEE Transactions
on communications, 1998, Vol. 46, No. 3, pp. 357-366.
19. Fedosov V.P., Emel'yanenko A.V. Ustoychivost' k oshibkam v otsenke vesovykh vektorov
adaptivnogo prostranstvenno-vremennogo algoritma radiosvyazi na antennykh reshetkakh v
releevskom kanale [Resistance to errors in the estimation of weight vectors of the adaptive spacetime
algorithm of radio communication on antenna arrays in the Rayleigh channel], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2013, No. 11 (148), pp. 37-44.
20. Cho Y.S., Kim J., Yang W.Y., Kang C.G. MIMO-OFDM wireless communications with
MATLAB. John Wiley & Sons, 2010.
Опубликован
2022-12-27
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ III. СВЯЗЬ, НАВИГАЦИЯ И РАДИОЛОКАЦИЯ