И.И. Лавренюк1, С.Б. Макаров2, С.В. Завьялов3

1−3 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. Один из наиболее перспективных методов для решения проблемы повышения эффективности использования частотного ресурса современных систем беспроводной связи − применение сигналов с управляемой межсимвольной интерференцией (МСИ), которую можно вводить как во временнóй, так и в частотной областях, получая таким образом инструменты для увеличения символьной скорости передачи информации и/или для контроля занимаемой полосы частот. Следовательно, для эффективного приема сигналов с такой интерференцией на стороне приемника необходимо использовать алгоритмы приема, компенсирующие влияние межсимвольной помехи, чтобы избежать роста энергетических потерь. С практической точки зрения при применении такого подхода основным ограничением является чрезвычайно высокая вычислительная сложность существующих алгоритмов для приема рассматриваемых сигналов. В связи с чем разработка и исследование алгоритмов приема, обеспечивающих компромисс между энергетической эффективностью такой системы и вычислительной сложностью реализации схемы приема сигналов с управляемой интерференцией, являются актуальными задачами.

Цель. Рассмотреть возможность повышения помехоустойчивости приема последовательностей сигналов с управляемой МСИ при использовании алгоритмов обработки с обратной связью по решению с выбором оптимальных значений интервала наблюдения при повышенных скоростях передачи сообщений R > 1/T.

Результаты. Предложен относительно простой с точки зрения вычислительной сложности алгоритм с обратной связью по решению и оптимизацией интервала наблюдения для одночастотных сигналов с временной управляемой интерференцией. Проведена оценка помехоустойчивости приема последовательностей сигналов с управляемой интерференцией при использовании алгоритмов когерентной и некогерентной обработки с обратной связью по решению с выбором оптимальных значений интервала наблюдения при повышенных скоростях передачи сообщений R > 1/T. Показано, что при использовании алгоритмов когерентной и некогерентной обработки с обратной связью по решению и оптимизацией интервала наблюдения удается обеспечить устойчивой прием двоичных сигналов с управляемой МСИ вплоть до символьных скоростей передачи, превосходящих предел Найквиста в несколько раз. Установлено, что при использовании алгоритмов обработки с обратной связью по решению наблюдается умеренный энергетический проигрыш по сравнению с алгоритмом приема сигнальных последовательностей «в целом», который можно значительно уменьшить, используя оптимальный интервал наблюдения.

Практическая значимость. С точки зрения вычислительной сложности представленный алгоритм приема сигналов с управляемой МСИ с обратной связью по решению и оптимизацией интервала наблюдением является значительно более эффективным и может быть реализован на базе существующих программируемых систем.

Лавренюк И.И., Макаров С.Б., Завьялов С.В. Помехоустойчивость приема сигналов с управляемой межсимвольной интерференцией при использовании алгоритмов поэлементной обработки с обратной связью по решению // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 11. С. 146−162. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202111-19

1. Anderson J., Rusek F., Öwall V. Faster-Than-Nyquist Signaling // Proceedings of the IEEE. 2013. V. 101. № 8. Р. 1817−1830.
2. Anderson J., Rusek F. Constrained Capacities for Faster-Than-Nyquist Signaling // IEEE Transactions on Information Theory. 2009. V. 55. № 2. Р. 764−775.
3. Proakis J.G. Digital Communications. 5th ed. New York: McGraw-Hill. 2007.
4. Макаров С.Б., Цикин И.А. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропускания. М.: Радио и связь. 1988. 304 с.
5. Bedeer E., Ahmed M., Yanikomeroglu H. A Very Low Complexity Successive Symbolby-Symbol Sequence Estimator for FasterThan-Nyquist Signaling // IEEE Access. 2017. № 5. Р. 7414−7422.
6. Ishihara T., Sugiura S., Hanzo L. The Evolution of Faster-Than-Nyquist Signaling // in IEEE Access. 2021. V. 9. Р. 86535−86564. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3088997.
7. Bedeer E., Ahmed M.H., Yanikomeroglu H. Low-Complexity Detection of High-Order QAM Faster-Than-Nyquist Signaling // in IEEE Access. 2017. V. 5. Р. 14579−14588. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2719628.
8. Makarov S.B., et al. Optimizing the Shape of Faster-Than-Nyquist (FTN) Signals with the Constraint on Energy Concentration in the Occupied Frequency Bandwidth // in IEEE Access. 2020. V. 8. Р. 130082−130093. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3009213.
9. Makarov S.B., Ovsyannikova A.S., Lavrenyuk I.I., Zavjalov S.V., Volvenko S.V. Distributions of probability of power values for random sequences of optimal FTN signals // 2018 International Symposium on Consumer Technologies (ISCT). 2018. Р. 57−59.  DOI: 10.1109/ISCE.2018.8408919.
10. Лавренюк И.И. и др. Статистические характеристики случайной последовательности оптимальных FTN сигналов // Радиотехника. 2018. № 12. С. 78−84.
11. Ovsyannikova A.S., Zavjalov S.V., Volvenko S.V. Influence of Correlation Coefficient on Spectral and Energy Efficiency of Optimal Signals // 2018 10th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT). 2018. Р. 1−4. DOI: 10.1109/ICUMT.2018.8631218.
12. Gelgor A., Gelgor T. New Pulse Shapes for Partial Response Signaling to Outperform Faster-than-Nyquist Signaling // 2019 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). 2019. Р. 144−148. DOI: 10.1109/EExPolytech.2019.8906884.
13. Said A., Anderson J.B. Design of optimal signals for bandwidth-efficient linear coded modulation // IEEE Trans. Inform. Theory. March 1998. V. 44. Р. 701−713.
14. Gelgor A., Nguyen V. Outperforming Conventional OFDM and SEFDM Signals by Means of Using Optimal Spectral Pulses and the M-BCJR Algorithm // In: 26th International Conference on Telecommunications. 2019. Р. 130−134 (IEEE. Vietnam. 2019). 
15. Окунев Ю.Б., Финк Л.М. Помехоустойчивость двоичных систем с фазоразностной модуляцией второго порядка при различных методах приема // Радиотехника. 1984. № 8. С. 3−8.
16. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазомодулированными сигналами. М: Радио и связь. 1991. 296 с.