В.П. Федосов1, Р.Р. Ибадов2, С.Р. Ибадов3

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

2 Донской государственный технический университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)

1 vpfed@mail.ru; 2 ragim_ibadov@mail.ru; 3 sibadov@sfedu.ru

Постановка проблемы. В связи с активным развитием беспроводной связи требуются высокоскоростные, надежные и энергоэффективные методы беспроводной передачи данных. Одна из наиболее перспективных технологий для удовлетворения этой потребности заключается в комбинации систем с множественным входом и множественным выходом (MIMO) и систем с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением (OFDM). Однако одним из существенных препятствий для эффективной реализации такого технического решения является наличие активных помех и структурных искажений при передаче изображения. Следовательно, для решения этой актуальной проблемы необходимо сосредоточить внимание на улучшении адаптивного алгоритма передачи изображения в системе MIMO-OFDM в неблагоприятных условиях.

Цель. Представить адаптивный алгоритм повышения эффективности системы беспроводной передачи данных в среде с переотражениями и активными помехами посредствам снижения вероятности битовой ошибки, разработанный на основе пространственно-временны́х методов обработки сигналов.

Результаты. Рассмотрены основные особенности передачи изображений по системам связи MIMO-OFDM их основные характеристики. Приведены схема приемопередающей части и модели помех, возникающих в системе связи, структура пилот-сигналов для оценки канала и алгоритм работы системы. Представлен улучшенный адаптивный алгоритм обработки пространственно-временны́х сигналов в системе связи MIMO-OFDM. Выполнено моделирование системы MIMO-OFDM, а также разработана собственная модель симулятора такой системы связи. Проведены эксперименты по исследованию влияния пространственных корреляций между антеннами на работу такой системы. Обоснован выигрыш от применения адаптивного алгоритма обработки пространственно-временны́х сигналов, подтверждающий его практическую эффективность.

Практическая значимость. Предложенная модификация адаптивного алгоритма показала устойчивое улучшение с точки зрения качества передаваемых изображений в условиях активных помех и структурных искажений, что подтверждает эффективность его применения на практике для существенного улучшения качества передаваемых изображений, например, с БПЛА в условиях сложной помехово-сигнальной обстановки.

Федосов В.П., Ибадов Р.Р., Ибадов С.Р. Алгоритм передачи изображений в системе MIMO-OFDM при наличии активных помех и структурных искажений // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 11. С. 117−129. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202411-15

1. Jankiraman M. Space-time codes and MIMO systems. Mohinder Jankiraman. Artech House. 2004.
2. Монзинго Р. А., Миллер Т. У. Адаптивные антенные решетки. Ввдедение в теорию: Пер. с англ.  М.: Радио и связь. 1986. 448 с.
3. Ратынский М. В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь. 2003. 
4. Щербаков В. Б., Ермаков С. А. Безопасность беспроводных сетей: стандарт IEEE 802.11. М.: РадиоСофт. 2010. 255 с.
5. Rusek F., Persson D., Lau B. K., Larsson E. G., Marzetta T. L., Edfors O., Tufvesson, F. Scaling up MIMO: Opportunities and challenges with very large arrays // IEEE signal processing magazine. 2013. V. 30. № 1. P. 40–60.
6. Larsson E. G., Edfors O., Tufvesson F., Marzetta T. L. Massive MIMO for next generation wireless systems // IEEE communications magazine. 2014. V. 52. № 2. P. 186–195.
7. Ding Z., Liu Y., Choi, J., Sun Q., Elkashlan M., Chih-Lin I., Poor H.V. Application of non-orthogonal multiple access in LTE and 5G networks // IEEE Communications Magazine. 2017. V. 55. № 2. P. 185–191.
8. IEEE 802.11 //IEEE P802.11, the working group for wireless LANs. Aug. 2003. http://grouper.ieee.org/groups/802/11/.
9. IEEE // Supplement to standard for telecommunications and information exchange between systems – LAN/MAN specific requirements. Рart 11: wireless MAC and PHY specifications: high speed physical layer in the 5 GHz band. ISO/IEC 8802-11:1999, 1999/Amd 1:2000(E). 2000.
10. Zelst А., Schenk T.C.W. Implementation of a MIMO OFDM based wireless LAN system // IEEE Transactions on Signal Processing. Feb. 2004. V. 52. № 2.
11. Мальцев А.А., Рубцов А.Е. Исследование характеристик OFDM-систем радиосвязи с адаптивным отключением поднесущих // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Сер. Радиофизика. 2007. № 5. С. 43-49.
12. Федосов В.П., Емельяненко А.В. Исследование эффективности системы беспроводного доступа, сочетающей частотное и пространственно-временное кодирование на основе антенных решеток и адаптивного пространственного алгоритма в приемнике // Излучение и рассеяние электромагнитных волн (ИРЭМВ-2013). 2013. С. 723-725.
13. Банкет В.Л. Сигнально-кодовые конструкции в телекоммуникационных системах. О.: Феникс. 2009. 180 с.
14. Erceg V. Channel models for fixed wireless applications // IEEE Tech. Report. IEEE 802.16 Work Group. 2001.
15. Федосов В.П., Легин А.А., Ломакина А.В. Алгоритмы, основанные на технологии MIMO-OFDM, для реализации цифрового гидроакустического канала связи // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2015. №. 7(168).
16. Федосов В., Воронин В., Кучерявенко С., Легин А., Ломакина А., Ибадов, Р.P. Сети связи для многопользовательских систем в условиях канала с переотражениями на основе OFDM-MIMO-принципов. Таганрог: Litres. 2020.
17. Федосов В.П., Емельяненко А.В., Гладушенко С.Г., Поморцев П.М. Методы и алгоритмы многоканальной пространственной обработки широкополосных сигналов // Нелинейный мир. 2012. 10(11). С. 731-737.
18. Fedosov V.P., Emelyanenko A.V., Ternovay N.O., Rubtsov R.V., Marchuk V.I. Adaptive algorithm for MIMO-system of the wireless access for the receiver of the mobile station // In IEEE. 2014 12th International Conference on Signal Processing (ICSP). 2014. Р. 1537-1541.
19. Федосов В.П., Ибадов Р.Р., Ибадов С.Р. Реконструкция видеопоследовательности на основе геометрической модели с использованием видеодескриптора // Радиотехника. 2023. Т. 87. №. 6. С. 151-167. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202306-20.
20. Федосов В.П., Ибадов Р.Р., Ибадов С.Р. Модифицированный метод постобработки карты глубины изображений для задач безаварийного вождения беспилотных летательных аппаратов в городской инфраструктуре // Радиотехника. 2023. Т. 87.
    № 9. С. 113-123. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202309-10.