А.С. Орлова1, С.Б. Макаров2, С.В. Завьялов3, И. Лавренюк4, С.В. Томашевич5

1-5 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

1 ovsyannikova_as@spbstu.ru; 2 makarov@cee.spbstu.ru; 3 zavyalov_sv@spbstu.ru; 4 lavrenyuk_i@spbstu.ru; 5 tomashevich.s.v@sut.ru

Постановка проблемы. В помещениях, содержащих большое число металлических поверхностей, конструкций и оборудования (индустриальный сценарий), достаточно сложно обеспечить высокую помехоустойчивость приема сигналов из-за многолучевого распространения колебаний. Поэтому эффективность использования классических форм сигналов с амплитудными модуляционными импульсами прямоугольной формы в данных условиях передачи данных значительно снижается. Перспективным подходом к решению этой проблемы может стать применение сигналов, у которых форма модуляционного амплитудного импульса имеет ярко выраженный колоколообразный вид (например, спектрально-эффективных сигналов, длительность которых превосходит длительность бита сообщения, в частности, сигналов на основе RRC-импульсов). Данное свойство позволит снизить эффект искажения модуляционного символа при многолучевом распространении колебаний и тем самым повысить помехоустойчивость приема.

Цель. Оценить уровень векторной ошибки при использовании индустриального сценария для оригинальной модели помещения с многолучевым распространением спектрально-эффективных сигналов с компактным спектром и сравнить полученный уровень векторной ошибки с известным.

Результаты. Установлено, что переход к использованию сигналов со сглаженной формой амплитудного импульса приводит к сужению диапазона и уменьшению пиковых значений EVM. Показано, что в случае применения сигналов, построенных на основе RRC-импульсов, позволяющих повысить значение спектральной эффективности, наилучшие результаты достигаются при использовании MLSE-эквалайзера, при котором EVM=0,5% во всех точках помещения.

Практическая значимость. В рассматриваемом индустриальном сценарии при использовании модуляции ФМ-2 может быть обеспечена скорость передачи данных порядка 3,5 Мб/с, что удовлетворяет требованиям для индустриальных датчиков и модулей видеонаблюдения в низком разрешении.

Орлова А.С., Макаров С.Б., Завьялов С.В., Лавренюк И., Томашевич С.В. Оценка уровня векторной ошибки при индустриальном сценарии передачи данных в условиях многолучевого распространения спектрально-эффективных сигналов // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 3. С. 74−89. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202503-07

1. Anderson J.B., Rusek F., Öwall V. Faster-than-nyquist signaling // Proceedings of the IEEE. Aug. 2013. V. 101. № 8. Р. 1817-1830. DOI: 10.1109/JPROC.2012.2233451.
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: 10.18127/j00338486-202301-01.
4. Veedu S.N.K. Toward smaller and lower-cost 5G devices with longer battery life: an overview of 3GPP release 17 RedCap // IEEE Communications Standards Magazine. 2022. V. 6. № 3. P. 84-90.
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 // 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 // IEEE Access. 2017. V. 5. Р. 1925-1940. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2657599.
7. Forney G. Maximum-likelihood sequence estimation of digital sequences in the presence of intersymbol interference // IEEE Transactions on Information Theory. May 1972. V. 18. № 3. Р. 363-378. DOI: 10.1109/TIT.1972.1054829.
8. 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. P. 1-6. DOI: 10.1109/RADAR.2016.8059452.
9. 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. P. 1670-1674. DOI: 10.1109/GCWkshps56602.2022.10008577.
10. Jiang T. 3GPP standardized 5G channel model for IIoT scenarios: a survey // IEEE Internet of Things Journal. 2021. V. 8. 3GPP Standardized 5G Channel Model for IIoT Scenarios. № 11. P. 8799-8815.
11. Osa J. Measurement based stochastic channel model for 60 GHz MM-wave industrial communications // IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society. 2023. V. 4. P. 603-617.
12. Yun Z., Iskander M.F. Ray tracing for radio propagation modeling: principles and applications // IEEE Access. 2015. V. 3. Ray Tracing for Radio Propagation Modeling. P. 1089-1100.
13. Sheikh M.U. Power angular measurements and ray tracing simulations at sub-THz frequencies in corridor // 2022 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC). Austin. TX. USA IEEE. 2022. P. 1587-1592.
14. Cebecioglu B.B. et al. Experimental analysis of 5G NR for indoor industrial environments // IEEE Access. 2024. V. 12. P. 89310-89321. DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3419011.
15. Shafik R.A., Rahman M.S., Islam A.R. On the extended relationships among EVM, BER and SNR as performance metrics // 2006 International Conference on Electrical and Computer Engineering. Dhaka. Bangladesh. 2006. P. 408-411. DOI: 10.1109/ICECE.2006.355657.
16. Anderson J.B., Wiley John and Sons. Bandwidth efficient coding // IEEE Series on Digital and Mobile Communication Series. Incorporated 2017.
17. Cebecioglu B.B. Experimental analysis of 5G NR for indoor industrial environments // IEEE Access. 2024. V. 12. P. 89310-89321.
18. Goutam P. Bit synchronization and viterbi equalization for GSM BTS - Hardware implementation on TMS320C6424 TI DSP // 2012 Second International Conference on Digital Information and Communication Technology and it’s Applications (DICTAP). Bangkok. Thailand IEEE. 2012. P. 319-323.
19. Proakis J.G., Salehi M. Digital communications. 5 ed. Boston, Mass.: McGraw-Hill. 2008. 1150 p.
20. Grossmann M., Matsumoto T. Nonlinear frequency domain MMSE turbo equalization using probabilistic data association // IEEE Communications Letters. April 2008. V. 12. № 4. P. 295-297. DOI: 10.1109/LCOMM.2008.071600.
21. Bhatia G.S., Corre Y., Di Renzo M. Efficient ray-tracing channel emulation in industrial environments: an analysis of propagation model impact // 2023 Joint European Conference on Networks and Communications & 6G Summit (EuCNC/6G Summit). Gothenburg. Sweden. 2023. P. 180-185. DOI: 10.1109/EuCNC/6GSummit58263.2023.10188258.
22. NR; Base Station (BS) Conformance Testing; Part 1: Conducted Сonformance Testing. Document TS 38.141-1, V18.2.0, 3GPP. 2023.