И. Лавренюк1, С.Б. Макаров2, С.В. Завьялов3, Г.П. Жабко4, Т.Ю. Кудряшова5, В.С. Синепол6

1-6 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

1 lavrenyuk_i@spbstu.ru; 2 makarov@cee.spbstu.ru; 3 zavyalov_sv@spbstu.ru;
4 zhabko_gp@spbstu.ru; 5 kudryashova_tyu@spbstu.ru; 6 sinepol@mail.spbstu.ru

Постановка проблемы. При передаче данных с удельными скоростями, превышающими барьер Найквиста, увеличивается и вычислительная сложность алгоритмов приема. Наиболее экономичными с точки зрения вычислительных затрат являются алгоритмы поэлементного когерентного приема с обратной связью по решению, приближающиеся по помехоустойчивости к алгоритмам Витерби.

Цель. Выполнить количественную оценку увеличения вычислительной сложности алгоритма приема с обратной связью по решению и максимально достоверной оценкой последующих символов при приеме спектрально-эффективных сигналов с управляемой межсимвольной интерференцией при скоростях передачи данных выше барьера Найквиста.

Результаты. Предложена методика оценки энергетических потерь при увеличении скорости передачи для фиксированной вероятности ошибок. Установлено, что при скорости передачи в 1,5 раза выше барьера Найквиста наблюдается увеличение энергетического проигрыша на 2,5 дБ для фиксированной вычислительной сложности алгоритма приема и фиксированной вероятности ошибок BER = 10–4. Показано, что при допустимом росте энергетического проигрыша на 2 дБ увеличение скорости передачи данных в 1,5 раза приводит к увеличению требуемой вычислительной сложности с 0,8·105 до 3,3·105 операций.

Практическая значимость. Алгоритмы с обратной связью по решению для приема спектрально-эффективных сигналов могут быть использованы в аппаратуре обработки пакетных сообщений систем спутникового цифрового вещания DVB-S2/S2X, а также в обратных каналах систем передачи данных и интерактивных систем вещания.

1. Ткаченко Д.А., Батов Ю.В., Пузько Д.А., Гельгор А.Л. Оценка эффективности использования цифровой предкоррекции
   в усилителях мощности спутниковых систем вещания DVB-S2/S2X // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 12. С. 48-57.
   DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202212-04.
2. Гельгор А.Л., Гельгор Т.Е. Новые формы импульсов для сигналов с частичным откликом, обеспечивающие выигрыш по отношению к сигналам faster-than-nyquist // Радиотехника. 2018. № 12. С. 39-48.
3. Овсянникова А.С., Макаров С.Б., Завьялов С.В., Волвенко С.В. Оценка степени приближения информационной системы к границам Шеннона путем использования оптимальных по критерию максимальной концентрации энергии в полосе частот сигналов // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 1. С. 5-22. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202301-01.
4. Anderson J.B., Rusek F., Öwall V. Faster-Than-Nyquist Signaling // in Proceedings of the IEEE. Aug. 2013. V. 101. № 8.
   Р. 1817-1830. DOI: 10.1109/JPROC.2012.2233451.
5. 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.
6. Fan J., Guo S., Zhou X., Ren Y., Li G.Y., Chen X. Faster-Than-Nyquist Signaling: An Overview // in IEEE Access. 2017. V. 5.
   Р. 1925-1940. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2657599.
7. Bahri Z. Robust Estimators for Faster-Than-Nyquist Signaling // in IEEE Access. 2022. V. 10. Р. 13787-13799. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3147412.
8. Gunturu A., Sahoo A.K., Reddy Chavva A.K. Faster than Nyquist Waveform for Beyond 5G Systems - Evaluation and Implementation Aspects // ICC 2022 - IEEE International Conference on Communications (Seoul, Kore). 2022. Р. 1859-1864. DOI: 10.1109/ICC45855.2022.9838624.
9. Bedeer E., Ahmed M.H., Yanikomeroglu H. A Very Low Complexity Successive Symbol-by-Symbol Sequence Estimator for Faster-Than-Nyquist Signaling // in IEEE Access. 2017. V. 5. Р. 7414-7422. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2663762.
10. Abbasi S., Bedeer E. Low Complexity Classification Approach for Faster-Than-Nyquist (FTN) Signaling Detection // in IEEE Communications Letters. March 2023. V. 27. № 3. Р. 876-880. DOI: 10.1109/LCOMM.2023.3236953.
11. Forney G. Maximum-likelihood sequence estimation of digital sequences in the presence of intersymbol interference // in IEEE Transactions on Information Theory. May 1972. V. 18. № 3. P. 363-378. DOI: 10.1109/TIT.1972.1054829.
12. Zhang G., Guo M., Shen Y. Comparison of low complexity receiver techniques for faster-than-nyquist signaling // 2016 CIE International Conference on Radar (RADAR) (Guangzhou, China). 2016. Р. 1-6. DOI: 10.1109/RADAR.2016.8059452.
13. Tong M., Huang X., Zhang J.A. Frame-based Decision Directed Successive Interference Cancellation for FTN Signaling // 2022 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps) (Rio de Janeiro, Brazil). 2022. Р. 1670-1674. DOI: 10.1109/GCWkshps 56602.2022.10008577.
14. Кислицын А.Б., Рашич А.В. Передача и прием сигналов с DOQPSK и CDOQPSK с использованием алгоритма витерби // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2012. № 6(162). С. 66-72.
15. Карташевский В.Г., Мишин Д.В. Компенсация аддитивных помех в последовательных системах с ОСР // Радиотехника. 1997. Т. 51. № 8. С. 4-9.
16. Хабаров Е.О. Выравнивание с ОСР в многолучевом канале с замираниями при повышенной удельной скорости модуляции // Радиотехника. 2006. Т. 70. № 12. С. 22-29.