В.П. Федосов1, Аль-Мусави Висам Мохаммедтаки М. Джавад2, С.В. Кучерявенко3

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

1 vpfed@mail.ru; 2 almusavi@sfedu.ru; 3 svkucheryavenko@sfedu.ru

Постановка проблемы. Пространственно-временное кодирование – эффективный метод построения систем связи при экономии полосы пропускания с учетом дефицита частотного ресурса и мощности в каналах с замираниями, который реализуется на основе преимуществ использования адаптивных антенных решеток (ААР). В настоящее время получила широкое распространение технология радиодоступа WiMAX. Ее применение оправданно в условиях прямой видимости между базовой и мобильной станциями, но в условиях города с плотной застройкой и при наличии организованных помех ее использование приводит к увеличению вероятности битовых ошибок. В то же время сочетание технологий OFDM (ортогональное частотное уплотнение) и MIMO (применение пространственного кодирования) на основе ААР существенно снижает вероятность битовых ошибок, а значит, и повышает пропускную способность системы связи. Применение адаптивных пространственно-временных устройств на выходах антенных решеток позволяет выбрать путь сигнала с максимальной мощностью и при минимальной ошибке приема пилот-поднесущих OFDM даже в условиях отсутствия прямой видимости между базовой и мобильной станциями и в условиях активных помех. Кроме того, использование 3D-модели канала связи позволит оценить эффективность модели системы связи в реальных условиях эксплуатации.

Цель. С помощью сочетания кода Хэмминга, OFDM и алгоритма адаптивной пространственно-временно́й обработки сигналов в приемниках как SISO (Singl Input – Singl Output), так и MIMO (Multiply Input – Multiply Output), построенных на ААР, решить задачу дополнительного повышения помехоустойчивости в системах связи в условиях многочисленных переотражений, вызванных плотной застройкой в городских условиях.

Результаты. Выполнен расчет весовых коэффициентов алгоритма адаптации с применением теории собственных значений и собственных векторов пространственной корреляционной матрицы сигналов на выходах ААР. Проведено моделирование алгоритмов и 3D-модели канала связи в Matlab при использовании кода Хэмминга, в результате продемонстрировано увеличение эффективности коррекции ошибок для кода Хэмминга, а также существенное уменьшение вероятности ошибки кодов и повышение производительность системы связи при использовании адаптивного алгоритма. При этом в статье используется термин «многопутный» (Multipath) канал в отличие от общепринятого, но некорректного «многолучевой» (Multibeam) канал, так как многолучевой может быть характеристика антенной системы.

Практическая значимость. Представленные результаты подтверждают, что при обработке сигналов в приемной системе в условиях многопутного канала при плотной городской застройке применение адаптивных пространственно-временны́х алгоритмов обеспечивает повышение помехоустойчивости и пропускной способности радиосвязи, особенно для передачи изображений при использовании беспилотных летательных аппаратов.

Федосов В.П., Аль-Мусави Висам Мохаммедтаки М. Джавад, Кучерявенко С.В. Пространственно-временной адаптивный алгоритм с использованием кода Хэмминга на основе модели беспроводного канала 3D-MIMO // Радиотехника. 2024. Т. 88.
№ 7. С. 169−176. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202407-27

1. Fedosov V.P., Legin A.A., Lomakina A.V. Adaptive algorithm for data transmission in wireless channels based on MIMO - OFDM technique // Radiation and scattering of electromagnetic waves (RSEMW–2017). 2017. P. 218–221.
2. Fedosov V., Legin A., Lomakina A. Adaptive algorithm based on antenna arrays for radio communication systems // Serbian Journal of Electrical Engineering. 2017. V. 14. № 3. P. 301–312.
3. 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.
4. Федосов В.П., Муравицкий Н.С. Адаптивная приемная антенная решетка для обработки пространственно-временных сигналов в MIMO-системе беспроводной передачи данных // Антенны. 2011. № 8(171). С. 35–43.
5. Федосов В.П., Кучерявенко С.В., Муравицкий Н.С. Повышение эффективности радиосвязи в релеевском канале на основе антенных решеток // Антенны. 2008. № 11(138). С. 98–104.
6. Fedosov V.P., Lomakina A.V., Legin A.A., Voronin V.V. Three-dimensional model of hydro acoustic channel for research MIMO systems // Proceedings of SPIE. The International Society for Optical Engineering. "Ocean Sensing and Monitoring IX" 2017. P. 101860W.
7. 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. 69−78. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202302-15.
8. 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.
9. Fedosov V.P., Jaleel Sadoon Jameel, Kucheryavenko S.V. Theoretical Analysis of Adaptive Algorithm Modulation Scheme in 3D OFDM WiMAX System // Trends in Sciences. № 19.12. 2022. P. 4605−4605.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.