Нгуен Вьет Тхэм1, А.В. Рашич2

1,2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

1 vietthembk@gmail.com; 2 rashich@cee.spbstu.com

Постановка проблемы. Применение сигналов с неортогональным частотным разносом между поднесущими (SEFDM-сигналы) позволяет добиться повышения спектральной эффективности по сравнению сигналами с ортогональным разносом между поднесущими (OFDM-сигналы) при относительно небольшом энергетическом проигрыше при определенных комбинациях параметров сигналов. При этом вычислительная сложность алгоритмов демодуляции SEFDM-сигналов увеличивается экспоненциально при увеличении объема алфавита модулятора на поднесущих. Также сложность алгоритмов демодуляции возрастает при приеме SEFDM-сигналов в каналах с частотно-селективными замираниями из-за увеличения уровня внутрисимвольной интерференции, которую приходится дополнительно учитывать в приемнике. При практически значимом числе поднесущих в сигнале высокая вычислительная сложность алгоритмов демодуляции SEFDM-сигналов делает невозможной программно-аппаратную реализацию систем связи на их основе.

Цель. Рассмотреть повышение помехоустойчивости приема SEFDM-сигналов с большим размером созвездия на поднесущих в каналах с аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ) и частотно-селективными замираниями при ограничении вычислительной сложности алгоритма демодуляции.

Результаты. Представлен подход на основе объединения сглаженных SEFDM-сигналов с демодулятором по решетке, позволяющий улучшить помехоустойчивость приема в случае применения многопозиционных методов модуляции и большого (>100) числа поднесущих в каналах с замираниями. Проведен анализ помехоустойчивости приема SEFDM-сигналов с квадратурными амплитудными модуляциями КАМ-4, КАМ-16, КАМ-64 в каналах с АБГШ и каналах с замираниями при различных значениях коэффициента уплотнения и числе поднесущих в символе. Показано, что помехоустойчивость приема сглаженных SEFDM-сигналов при использовании КАМ-4 и КАМ-16 улучшается по сравнению с использованием традиционных SEFDM-сигналов. Получены зависимости помехоустойчивости приема SEFDM-сигналов с модуляцией КАМ-16 в каналах LTE при различных коэффициентах уплотнения.

Практическая значимость. Полученные результаты показывают, что помехоустойчивость приема сглаженных SEFDM-сигналов в каналах с замираниями улучшается в сравнении с традиционными SEFDM-сигналами.

Нгуен Вьет Тхэм, Рашич А.В. Демодуляция SEFDM-сигналов с многопозиционными методами модуляции на поднесущих в каналах с замираниями // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 3. С. 20−31. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202403-03

1. Ramadhan A.J. Overview and Comparison of Candidate 5G Waveforms: FBMC, UFMC and F-OFDM // International Journal of Computer Network and Information Security. Modern Education and Computer Science Press. 2022. V. 14. № 2. P. 27–38.
2. Ghosh A., Maeder A., Baker M., Chandramouli D. 5G Evolution: A View on 5G Cellular Technology beyond 3GPP Release 15 // IEEE Access. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2019. V. 7. P. 127639–127651.
3. Darwazeh I., Rodrigues M.R.D. A Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing Based Communications System // InOWo’03, 8th International OFDM-Workshop. 2003.
4. Kanaras I., Chorti A., Rodrigues M.R.D., Darwazeh I. Spectrally efficient FDM signals: Bandwidth gain at the expense of receiver complexity // IEEE International Conference on Communications. 2009.
5. Kanaras I., Chorti A., Rodrigues M., Darwazeh I. A new quasi-optimal detection algorithm for a non-orthogonal Spectrally Efficient FDM // 2009 9th International Symposium on Communications and Information Technology. Icheon, Korea (South) // IEEE. 2009. P. 460–465.
6. Darwazeh I., Ghannam H., Xu T. The First 15 Years of SEFDM: A Brief Survey // 2018 11th International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing, CSNDSP 2018. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2018.
7. Rashich A.V., Kislitsyn A.B. BER performance of SEFDM-signals in AWGN channel // St. Petersburg State Polytechnical Univer-sity Journal. Computer Science. Telecommunications and Control Systems. Saint Petersburg State Polytechnical University. 2016. V. 241. № 2. P. 29–38.
8. Min Jia, Zhisheng Yin, Qing Guo, Xuemai Gu. Compensation of Non-orthogonal ICI for SEFDM Receivers // 2017 IEEE/CIC International Conference on Communications in China. 2017.
9. Suhotskiy S., Zavjalov S., Ovsyannikova A., Lavrenyuk I. Symmetrical iterative algorithm for cancelling inter-channel interference of SEFDM signals // Telecommunication and Control. 2022. V. 15. № 1. P. 19–28.
10. Yu B. 150-Gb/s SEFDM IM/DD transmission using log-MAP Viterbi decoding for short reach optical links // Opt Express. The Optical Society. 2018. V. 26. № 24. P. 31075.
11. Hassibi B., Vikalo H. On the Sphere-Decoding Algorithm I. Expected Complexity // IEEE Transactions on Signal Processing. 2005. V. 53. № 8. P. 2806–2818.
12. Rashich A., Kislitsyn A., Fadeev D., Ngoc Nguyen T. FFT-based trellis receiver for SEFDM signals // 2016 IEEE Global Communications Conference, GLOBECOM 2016 - Proceedings. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2016.
13. Heydari S.J., Naeiny M.F., Marvasti F. Iterative Detection with Soft Decision in Spectrally Efficient FDM Systems. 2013.
14. Baoxian Yu, Shutao Zhang, Xianhua Dai, Han Zhang. Iterative Decoder for Coded SEFDM Systems // 17th IEEE International Conference on Communication Technology. IEEE. 2017. P. 145–150.
15. Chorti A., Kanaras I., Rodrigues M.R.D., Darwazeh I. Joint channel equalization and detection of spectrally efficient FDM signals // IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC). 2010. P. 177–182.
16. Yu B., et al. Channel equalisation and data detection for SEFDM over frequency selective fading channels // IET Communications. Institution of Engineering and Technology. 2018. V. 12. № 18. P. 2315–2323.
17. Rashich A., Gorbunov S. ZF equalizer and trellis demodulator receiver for SEFDM in fading channels // 2019 26th International Conference on Telecommunications (ICT). 2019.
18. Tongyang Xu, Izzat Darwazeh. Multi-Sphere Decoding of Block Segmented SEFDM Signals with Large Number of Sub-Carriers and High Modulation // 2017 the International Conference on Wireless Networks and Mobile Communications (WINCOM). Rabat, Morocco. 2017.
19. Gelgor A., Nguyen V.P. Outperforming Conventional OFDM and SEFDM Signals by Means of Using Optimal Spectral Pulses and the M-BCJR Algorithm // 2019 26th International Conference on Telecommunications (ICT). Ha Noi, Viet Nam. 2019. P. 130–134.
20. Rashich A., Urvantsev A. Pulse-shaped Multicarrier Signals with Nonorthogonal Frequency Spacing // 2018 IEEE International Black Sea Conference on Communications and Networking (BlackSeaCom). 2018. P. 1–5.
21. Tongyang Xu, Izzat Darwazeh. Nyquist-SEFDM: Pulse shaped multicarrier communication with sub-carrier spacing below the symbol rate // 2016 10th International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing (CSNDSP). 2016. P. 1–6.
22. Liu X., Darwazeh I., Zein N., Sasaki E. Spectrally Efficient FDM System with Probabilistic Shaping // 2021 IEEE 94th Vehicular Technology Conference (VTC2021-Fall). Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2021. V. 2021-September. P. 1–6.
23. 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 10.18127/j00338486-202111-19.