Р.Ф. Халиуллин1, А.И. Сулимов2

1,2 Институт физики, Казанский (Приволжский) федеральный университет (г. Казань, Россия)

1 sven456634@gmail.com; 2 asulimo@gmail.com

Постановка проблемы. Для организации современных систем беспроводной связи перспективной является технология MIMO (Multiple Input Multiple Output), обладающая потенциалом для когерентного многопозиционного радиозондирования, которое включает в себя оценку пространственных и временны́х характеристик различных сред. В настоящее время для изучения многолучевой среды, характерной для городских районов, активно применяются портативные радиокомплексы MIMO, использующие многопозиционные методы сверхширокополосного зондирования для получения импульсной характеристики (ИХ) канала связи. Высокая стоимость экспериментального оборудования для MIMO-зондирования обуславливает целесообразность проведения предварительного имитационного моделирования для получения потенциальной точности оценки и определения оптимальных параметров зондирующих сигналов.

Цель. Провести моделирование оценки матрицы импульсного отклика канала в радиосистеме MIMO с использованием метода максимального правдоподобия с учетом корреляции пространственно-разнесенных каналов антенной решетки и оценить влияние эффекта пространственной корреляции на пропускную способность радиосистемы MIMO.

Результаты. Проведено имитационное моделирование максимально правдоподобной оценки матрицы импульсных характеристик MIMO-радиосистемы формата 4´4 с учетом пространственной коррелированности антенных каналов. Разработана имитационная модель многолучевой среды распространения радиосигналов в приближении пространственной марковской цепи с пуассоновским распределением числа рассеивателей. Выполнена оценка влияния эффекта пространственной коррелированности антенн на пропускную способность MIMO-радиосистемы.

Практическая значимость. Представленная имитационная модель может быть использована для численного моделирования MIMO-радиосистемы с произвольной конфигурацией.

Халиуллин Р.Ф., Сулимов А.И. Моделирование оценки импульсной характеристики MIMO-радиосистемы с многолучевым эффектом // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 12. С. 99−109. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202312-11

1. Molisch A.F. Wireless Communications. 2 ed. Wiley. IEEE. 2011. 844 p.
2. Слюсар В. Системы MIMO: принципы построения и обработка сигналов // Электроника НТБ. 2005. № 8. С. 52-58.
3. Darsena D., Gelli G., Verde F., et al. Design and performance analysis of multiple-relay cooperative MIMO networks // Journal of Communications and Networks. 2019. V. 21(1). Р. 25-32.
4. Kadan F.E., Haliloglu O.A. Performance bound for maximal ratio transmission in distributed MIMO // IEEE Wireless Communications Letters. 2023. V. 12(4). Р. 585-589.
5. Duan G.Q., Wang D.W., Ma X.Y., Su Y. Three-dimensional imaging via wideband MIMO radar system // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2010. V. 7(3). Р. 445-449.
6. He Q., Wang Z., Hu J., Blum R.S. Performance gains from cooperative MIMO radar and MIMO communication systems // IEEE Signal Processing Letters. 2019. V. 26(1). Р. 194-198.
7. Ganis A., Navarro E.M., Schoenlinner B., et al. A Portable 3-D imaging FMCW MIMO radar demonstrator with a 24×24 antenna array for medium-range applications // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2018. V. 56(1). Р. 298-312.
8. Пономарев Г.А., Куликов А.М., Тельпуховский Е.Д. Распространение УКВ в городе. Томск: МП «Раско». 1991. 223 с.
9. Щелкунов Н.С. Исследование и разработка аналитической модели канала MIMO на основе результатов экспериментальных измерений: специальность 2.2.15 «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»: автореф. дисс. … канд. техн. наук. Новосибирск: Сибирский гос. ун-т телекоммуникаций и информатики. 2022. 108 c.
10. Parsons J.D. The mobile radio propagation channel. 2nd ed. John Wiley & Sons. 2000. P. 433
11. Duel-Hallen A. Fading channel prediction for mobile radio adaptive transmission systems // Proceedings of the IEEE. 2007. V. 95. № 12. Р. 2299-2313.
12. Seijo O., Val I., Lopez-Fernandez J.A. Portable full channel sounder for industrial wireless applications with mobility by using sub-nanosecond wireless time synchronization // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 175576–175588.
13. Costa N., Haykin S. Multiple-input multiple-output channel models: theory and practice. N.Y.: John Wiley & Sons. 2010. 225 р.
14. Kim M., Jeon H., Lee H., Chung H.J. Performance comparison of MIMO channel sounder architecture in between TDM scheme and FDM scheme // Proc. WiCOM. 2007. Shanghai. China. P. 192-195.
15. Garcia-Pardo C., Molina-Garcia-Pardo J.-M., Rodriguez J.-V., Llacer L.J. Comparison between time and frequency domain MIMO channel sounders // Proc. 72nd IEEE VTC. 2010-Sep.-69. Р. 1-5.
16. Ворошилин Е.П., Лебедев В.Ю. Экспериментальная оценка импульсной реакции канала распространения радиоволн в сантиметровом диапазоне // Доклады ТУСУР. 2008. № 2(18). Ч. 2. С. 5-9.
17. Mukunthan P., Dananjayan P. Modified PTS with FECs for PAPR reduction in MIMO-OFDM system with different subblocks and subcarriers // International Journal of Computer Science Issues. 2011. V. 8(4). P. 444-452.
18. Bing H. Higher rank principal kronecker model for triply selective fading channels with experimental validation // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2015. V. 54. P. 1654-1663.
19. Yong S.С., Jaekwon K., Won Y.Y., Chung G.K. MIMO OFDM wireless communication with Matlab // Wiley-IEEE Press. 2010. P. 544.
20. Kay S.M. Fundamentals of statistical signal processing: estimation theory. University of Rhode Island Kingston: RI 02881. 1993. 595 p.
21. Ermolayev V.T., Flaksman A.G., Mavrichev E.A. Estimation of channel matrix rank for multielement antenna arrays working in multipath fading environment // Proc. 1st IEEE Int. Conf. on Circuits and Systems for Communication (ICCSC’02). St. Petersburg, Russia. 2002. Р. 416-419.
22. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. М.: Советское радио. 1971. С. 149-152.
23. Михайлова О.К., Корогодин И.В., Липа И.В. Универсальный генератор дальномерных кодов сигналов спутниковых нави-гационных радиосистем // Радиотехника. 2019. № 9. С. 35-41. DOI: 10.18127/j00338486-201909(14)-04.
24. Кузнецов В.С., Шевченко И.В., Волков А.С., Солодков А.В. Генерация ансамблей кодов Голда для систем прямого рас-ширения спектра // Труды МАИ. 2017. № 96.
25. Tkac A., Wieser V. Channel estimation using measurement of channel impulse response // IEEE. 2014. P. 113-117.