В.П. Федосов1, Джамил Джалил Садун Джамил2, С.В. Кучерявенко3

1-3 Институт радиотехнических систем и управления, ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
(г. Ростов-на-Дону, Россия)

Постановка проблемы. Традиционно применяемые в условиях многопутности (multipath) распространения сигнала технологии антенных систем «один приемник - один передатчик» (Single Input Single Output, SISO) активно заменяются системами на основе антенных решеток «несколько приемников - несколько передатчиков» (Multiple Input Multiple Output, MIMO) с одновременным применением алгоритма ортогонального частотного уплотнения (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM). Использование адаптивных алгоритмов с MMSE (Minimum Mean Square Error) положительно влияет на помехоустойчивость при обработке сигналов изображений в приемной системе в условиях многопутного распространения сигнала. Реализация адаптивного алгоритма приемника MMSE в системах MIMO OFDM объединяет этот алгоритм со структурой приемников с минимальной среднеквадратической ошибкой, низкой предварительной информацией о канале и пространственным подавлением помех.

Цель. Провести сравнение эффективности систем SISO и MIMO при передаче изображений по каналу беспроводной связи.

Результаты. Полученные результаты по оценке среднеквадратической ошибки передачи изображения показали, что как в методах с одной, так и с многими поднесущими, в дополнение к различным реализациям, достижимые критерии для пропускной способности информационного канала по существу идентичны. Установлено, что использование адаптивных пространственных алгоритмов в сочетании с методами MMSE положительно влияет на помехоустойчивость при обработке сигналов в приемной системе при многочисленных переотражениях в местности с плотной застройкой зданий.

Практическая значимость. Представленный адаптивный алгоритм с методами MMSE может быть использован для систем связи, а также для управления БПЛА при наличии активных помех.

Федосов В.П., Джамил Джалил Садун Джамил, Кучерявенко С.В. Сравнение производительностей адаптивного алгоритма и метода минимума среднеквадратического отклонения для передачи изображений на основе систем связи с использованием антенных решеток // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 2. С. 123−135. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202302-15

1. Belhouji A., Decroze C., Carsenat D., Mouhamadou M., Reynaud S., Monediere T. A MIMO WiMAX-OFDM based system measurements in real environments // Book A MIMO WiMAX-OFDM based system measurements in real environments. IEEE. 2009.
   P. 1106-1109.
2. Fedosov V., Jameel J., Kucheryavenko S. Transmitting Image in 3D Wireless Channel using Adaptive Algorithm Processing with MMSE based on MIMO principles // Book Transmitting Image in 3D Wireless Channel using Adaptive Algorithm Processing with MMSE based on MIMO principles. IOP Publishing. 2021. P. 012131.
3. Schniter P. Low-complexity equalization of OFDM in doubly selective channels // IEEE Transactions on Signal processing. 2004. № 52(4). P. 1002-1011.
4. Liu H., Li G. OFDM-based broadband wireless networks: design and optimization // John Wiley & Sons. IEEE. 2005. P. 830.
5. Eneh T., Rapajic P.B., Anang K., Bello L. Information Capacity of Mobile Communication Systems with MMSE DFE and OFDM Receivers // Book Information Capacity of Mobile Communication Systems with MMSE DFE and OFDM Receivers. IEEE. 2011. P. 1-5.
6. Van Zelst A., Schenk T.C. Implementation of a MIMO OFDM-based wireless LAN system // IEEE Transactions on signal processing. 2004. № 52(2). P. 483-494.
7. Paulraj A.J., Gore D.A., Nabar R.U., Bolcskei H. An overview of MIMO communications-a key to gigabit wireless // Proceedings of the IEEE. 2004. № 92(2). P. 198-218.
8. Mietzner J., Schober R., Lampe L., Gerstacker W.H., Hoeher P.A. Multiple-antenna techniques for wireless communications-a comprehensive literature survey // IEEE communications surveys & tutorials. 2009. № 11(2). P. 87-105.
9. Shamganth K., Reena M. Capacity enhancement in WLAN using MIMO // Journal of Computer and Communication Technology. V. 2011. № 2(2). P. 6.
10. Goldsmith A., Jafar S.A., Jindal N., Vishwanath S. Capacity limits of MIMO channels // IEEE Journal on selected areas in Communications. 2003. № 21(5). P. 684-702.
11. Goldsmith A., Jafar S.A., Jindal N., Vishwanath S. Fundamental capacity of MIMO channels // IEEE J. Select. Areas Commun, 2002. P. 820.
12. Yan Y., Li L., Xie G., Ziyadi M., Ariaei A.M., Ren Y., Renaudin O., Zhao Z., Wang Z., Liu C. OFDM over mm-wave OAM channels in a multipath environment with intersymbol interference // Book OFDM over mm-wave OAM channels in a multipath environment with intersymbol interference IEEE. 2016. P. 1-6.
13. Eneh T., Rapajic P., Anang K., Lawal B. Adaptive MMSE multiuser detection in MIMO OFDM wireless communication system // Book Adaptive MMSE multiuser detection in MIMO OFDM wireless communication system // Trans. Tech. Publ. 2012. P. 233-240.
14. Fazel K., Kaiser S. Multi-carrier and spread spectrum systems: from OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX. John Wiley & Sons. 2008. 760 р.
15. Khan M.R., Das B. Multiuser detection for MIMO-OFDM system in underwater communication using a hybrid bionic binary spotted hyena optimizer // Journal of Bionic Engineering, 2021. № 18(2). P. 462-472.
16. Gil Jiménez V.P., Fernández-Getino García M.J., García Armada A., Torres R.P., García Fernández J.J., Sánchez-Fernández M.P., Domingo M., Fernández O. A MIMO-OFDM testbed, channel measurements, and system considerations for outdoor-indoor WiMAX // EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2009. P. 1-13.
17. Gunaseelan K., Reba P., Kandaswamy A. Block diagonalisation with adaptive resource allocation algorithm for multi-user MIMO-OFDM systems // International Journal of Collaborative Enterprise. 2009. № 1(1). P. 58-66.
18. Aggarwal P., Bohara V.A. A nonlinear downlink multiuser MIMO-OFDM systems // IEEE Wireless Communications Letters. 2017. № 6(3). P. 414-417.
19. Fedosov V.P., Jameel J.S., Kucheryavenko S.V. Theoretical Analysis of Adaptive Algorithm Modulation Scheme in 3D OFDM WiMAX System // Trends in Sciences. 2022. V. 19.12. P. 4605-4605.
20. Zhang L. Signal processing for future MIMO-OFDM wireless communication systems // Cardiff University (United Kingdom), 2008. 458 p.
21. Chen L.-Y., Chen Y.-F. Bit and Power Allocation for Multiuser MIMO OFDM Systems with Subcarrier Reuse // Book Bit and Power Allocation for Multiuser MIMO OFDM Systems with Subcarrier Reuse. IEEE, 2008. P. 247-250.
22. Fedosov V.P., Jameel J.S., Kucheryavenko S.V. Analysis of an Adaptive Algorithm for Processing Space-Time Signals for Image Transmission Based on 3D Wireless Channel Model’ // Book Analysis of an Adaptive Algorithm for Processing Space-Time Signals for Image Transmission Based on 3D Wireless Channel Model. IEEE. 2021. P. 443-446.
23. Fedosov V., Legin A., Lomakina A. Adaptive algorithm for data transmission in wireless channels based on MIMO-OFDM technique // Book Adaptive algorithm for data transmission in wireless channels based on MIMO-OFDM technique. IEEE. 2017. P. 218-221.
24. Fedosov V., Legin, A. Lomakina A. Adaptive algorithm for wireless data transmission (including images) based on SISO system and OFDM technique // SJEE. 2018. № 15(3). P. 353-364.
25. Nam Y.-H., Li Y., Zhang J.C. 3D channel models for elevation beamforming and FD-MIMO in LTE-A and 5G // Book 3D channel models for elevation beamforming and FD-MIMO in LTE-A and 5G. IEEE. 2014. P. 805-809.
26. Федосов В.П., Джамил Д.С., Кучерявенко С.В. Передача данных в канале 3D WIMAX на основе SISO-OFDM и MIMO-OFDM // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2020. № 6(216). С. 6-18.
27. Korowajczuk L. LTE, WiMAX and WLAN network design, optimization and performance analysis. John Wiley & Sons. 2011. 370 р.
28. Fedosov V., Lomakina A., Legin A., Voronin V. Three-dimensional model of hydro acoustic channel for research MIMO systems // Book Three-dimensional model of hydro acoustic channel for research MIMO systems // International Society for Optics and Photonics. 2017. P. 101860.
29. Федосов В.П., Терновой Д.О. Алгоритм совместной адаптации на прием и передачу в системе связи на основе антенных решеток // Радиотехника. 2011. № 9. С. 52-55.
30. Федосов В.П., Емельяненко А.В. Сравнительная эффективность беспроводного доступа на основе пространственной адаптации на выходах антенной решетки при использовании MIMO OFDM в релеевском канале // Антенны. 2013. № 10(197). С. 45-49.