ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ МОБИЛЬНОЙ MIMO СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ
DOI:
https://doi.org/10.18522/2311-3103-2026-1-%25pКлючевые слова:
Сплошная неоднородная среда, движущийся источник излучения, MIMO система передачи информации, пропускная способностьАннотация
Рассматривается излучение и прием электромагнитной волны в сплошной неоднородной среде подвижным источником и приемником. На основе лучевой теории проведен расчет коэффициента передачи сигнала от источника к приемнику в зависимости от их положения в пространстве и параметров неоднородности среды. Совокупность коэффициентов передачи для нескольких передающих и приемных пунктов составляет матрицу канальных коэффициентов MIMO системы передачи информации. Проведен спектральный анализ канальных коэффициентов в зависимости от параметров движения передающих и приемных пунктов. Установлено отличие спектра в однородной и неоднородной средах. Полученные спектры существенно отличаются от классического спектра Джейкса, что подчеркивает необходимость учета неоднородной структуры среды при моделировании современных MIMO систем. Исследуются флуктуации канальных коэффициентов, обусловленные пространственной неоднородностью среды, а также влияние скорости и направления движения передатчика и приемника на спектральные характеристики канала. Проведен расчет эргодической пропускной способности MIMO системы передачи информации при движении в неоднородной сплошной среде. Показано, что сложная структура среды формирует непостоянное распределение амплитуд и фаз многолучевых сигналов, что приводит к немонотонным изменениям пропускной способности. Установлено, что максимальная пропускная способность достигается при совпадении направления движения с направлением центра пучка лучей. Показано, что при ортогональной ориентации вектора скорости к пучку лучей модуль скорости движения практически не влияет на характеристики канала. Результаты исследования позволяют более точно учитывать физический характер среды и динамику движения источников, что важно для проектирования адаптивных методов обработки сигналов и оптимизации MIMO систем нового поколения. Представленные зависимости могут быть использованы для повышения надежности передачи данных и максимизации пропускной способности в условиях мобильности передатчика сигнала в неоднородной сплошной среде
Библиографические ссылки
1. Kuhn V. Wireless Communications over MIMO Channels. Applications to CDMA and Multiple Anten-na Systems. Chichester: John Wiley & Sons, Ltd., 2006, 402 p.
2. Alcocer Ochoa A., Parra Michel R., Kontorovitch V.Ya. Geometrical Modeling of Wideband MIMO Channels, Computación y Sistemas, 2006, Vol. 9, No. 4, pp. 332-344.
3. Almers P., Bonek E., Burr A., et al. Survey of Channel and Radio Propagation Models for Wireless MIMO Systems, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2007, Art. ID 19070, 19 p. DOI: 10.1155/2007/19070.
4. Parshin Yu., Grachev M. Modeling of the MIMO Communication System's Channel Matrix in Inhomo-geneous Continuums, Proceedings of the 26th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA). Moscow, Russian Federation, 2024, pp. 1-4.
5. Parshin Yu., Grachev M. Communication System’s Channel Capacity in Inhomogeneous Continuums with a Given Spatial Structure, Proceedings of the 13th Mediterranean Conference on Embedded Com-puting (MECO). Budva, Montenegro, 2024, pp. 1-5.
6. Parshin A., Parshin Yu. Investigation of Efficient Receiving of Ultra Low Power Signal for IoT Appli-cation, Proceedings of the 8th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO). Budva, Montenegro, 2019, pp. 32-35.
7. Parshin A., Parshin Yu. Adaptive Filtering of Non-Gaussian Flicker Noise, Proceedings of the 9th Med-iterranean Conference on Embedded Computing (MECO). Budva, Montenegro, 2020, pp. 529-533.
8. Yuan S.S.A., He Z., Sun S., Chen X., Huang C., Sha W.E.I. Electromagnetic Effective-Degree-of-Freedom Limit of a MIMO System in 2-D Inhomogeneous Environment, Electronics, 2022, Vol. 11, No. 19, pp. 3232. DOI: 10.3390/electronics11193232.
9. Eden A. The Search for Christian Doppler. Wien: Springer-Verlag, 1992, 136 с. DOI: 10.1007/978-3-7091-6677-2.
10. Weichman P.B. Doppler Effects in Heterogeneous Media with Applications to Ocean Acoustic Model-ing, Physical Review E, 2005, Vol. 72, No. 6, Art. 066602. DOI: 10.1103/PhysRevE.72.066602.
11. Krylovich V.I. Nonstationary Doppler effect for waves propagating in nonhomogeneous media, Journal of Engineering Physics, 1982, Vol. 43, No. 4, pp. 1120-1125. DOI: 10.1007/BF00827778.
12. Glushchenko A., Glushchenko E. The Doppler Effect in Non-Reciprocal Media, European Research, 2017, No. 33. DOI: 10.20861/2410-2873-2017-33-003.
13. Gerlach C., Kromer A. Wave Propagation in Variable Media, Journal of Acoustic and Electromagnetic Studies, 2018, Vol. 41, No. 2, pp. 105-119.
14. Schaefer R., Thompson L., Berg J. Applications of Doppler Shift in Irregular Media, Applied Physics Reports, 2021, Vol. 54, No. 7, pp. 367-381.
15. Jakes W.C. (ed.). Microwave Mobile Communications. New York: Wiley-Interscience, 1974, 642 p.
16. Clarke R.H. A Statistical Theory of Mobile Radio Reception, Bell System Technical Journal, 1968, Vol. 47, No. 6, pp. 957-1000.
17. Sementsov D.I., Afanas'ev S.A., Sannikov D.G. Osnovy teorii rasprostraneniya elektromagnitnykh voln: ucheb. posobie [Fundamentals of electromagnetic wave propagation: textbook]. Ul'yanovsk: UlGU, 2012, 112 p.
18. Gavrilenko V.G., Yashnov V.A. Rasprostranenie elektromagnitnykh voln v neodnorodnoy plazme: ucheb. posobie [Electromagnetic wave propagation in inhomogeneous plasma: textbook]. Nizhniy Novgorod: Nizhegorodskiy gosuniversitet, 2015, 101 p.
19. Nikol'skiy V.V., Nikol'skaya T.I. Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln [Electrodynamics and radio wave propagation]. Moscow: Nauka, 1989, 560 p.
20. Gol'dshteyn L.D., Zernov N.V. Elektromagnitnye polya i volny [Electromagnetic fields and waves]. Moscow: Sovetskoe radio, 1971, 448 p.
