А.С. Орлова1, С.Б. Макаров2, С.В. Завьялов3, С.В. Волвенко4

1-4 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 volk@cee.spbstu.ru

Постановка проблемы. В индустриальном сценарии беспроводная передача данных в замкнутых помещениях характеризуется высокой степенью многолучевого распространения колебаний, отраженных от различных стационарных предметов, стен, перегородок, лестниц и др. Такие каналы передачи, как правило, нельзя описать известными моделями многолучевого распространения. Для повышения качества приема сообщений в таких условиях применяются эквалайзеры, которые частично компенсируют межсимвольную интерференцию, вызванную многолучевым распространением колебаний. При известном характере этой интерференции можно получить дополнительные выигрыши, если использовать в таких каналах передачи оптимальные сигналы, построенные на основе амплитудных импульсов большой длительности.

Цель. Выполнить синтез оптимальных спектрально-эффективных сигналов, позволяющих уменьшить модуль векторной ошибки EVM в условиях многолучевого распространения радиосигналов.

Результаты. Реализована процедура синтеза оптимальных сигналов, позволяющих уменьшить модуль векторной ошибки EVM в условиях многолучевого распространения колебаний. В процедуру решения оптимизационного функционала введено ограничение на коэффициент корреляции сигналов и уровень векторной ошибки. Получены формы оптимальных амплитудных импульсов и энергетические спектры случайных последовательностей сигналов, построенных на основе этих импульсов. Показано, что применение оптимальных сигналов позволяет снизить в три раза отношение уровня полезного сигнала на выходе эквалайзера к уровню межсимвольной интерференции, связанной с многолучевым распространением радиосигналов по сравнению со случаем использования сигналов на основе RRC-импульсов.

Практическая значимость. Полученные новые оптимальные сигналы могут быть использованы в беспроводных системах передачи данных с индустриальным сценарием в условиях интенсивного многолучевого распространения колебаний.

Орлова А.С., Макаров С.Б., Завьялов С.В., Волвенко С.В. Оптимальные сигналы для многолучевых каналов передачи данных // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 3. С. 121−134. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202503-11

1. Cebecioglu B.B. et al. Experimental Analysis of 5G NR for Indoor Industrial Environments // IEEE Access. V. 12. P. 89310-89321, 2024. DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3419011.
2. Макаров С.Б., Рашич А.В. Формирование и прием спектрально-эффективных сигналов с OFDM // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2011. № 6-2(138). С. 19-26.
3. Кислицын А.Б., Рашич А.В. Алгоритмы эквалайзинга сигналов с OFDM // DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2012. Т. 2. № 1. С. 129-133.
4. Darwazeh I., Ghannam H., Xu T. The first 15 years of SEFDM: a brief survey // 2018 11th International Symposium on Communication Systems, Networks & Digital Signal Processing (CSNDSP). Budapest. Hungary. 2018. P. 1-7. DOI: 10.1109/CSNDSP.2018.8471886.
5. Ozan W., Grammenos R., Darwazeh I. Experimental validation of zero padding in SEFDM systems using over-the-air transmission // 2022 13th International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing (CSNDSP). Porto. Portugal. 2022. P. 631-636. DOI: 10.1109/CSNDSP54353.2022.9907982.
6. Isam S., Darwazeh I. Peak to average power ratio reduction in spectrally efficient FDM systems // 2011 18th International Conference on Telecommunications. Ayia Napa. Cyprus. IEEE. 2011. P. 363-368.
7. Falconer D. Frequency domain equalization for single-carrier broadband wireless systems // IEEE Communications Magazine. 2002. V. 40. № 4. P. 58-66.
8. Liveris A.D., Georghiades C.N. Exploiting faster-than-nyquist signaling // IEEE Transactions on Communications. 2003. V. 51. № 9. P. 1502-1511.
9. Гельгор А.Л., Горлов А.И., Нгуен В.Ф. Повышение спектральной и энергетической эффективности сигналов SEFDM путем использования оптимальных импульсов в качестве формы спектров поднесущих // Радиотехника. 2018. № 1. С. 49-56.
10. 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.
11. Makarov S.B., Ovsyannikova A.S., Zavjalov S.V., Lavrenyuk I.I., Liu M., Xue W., Qi J. 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. P. 130082-130093. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3009213.
12. Sombrin J., Ros B., Chaumet A. Discrimination between noise and distortion in EVM measurements // 2024 102nd ARFTG Microwave Measurement Conference (ARFTG). San Antonio. TX, USA. 2024. P. 1-4. DOI: 10.1109/ARFTG59840.2024.10460674.
13. Nassery A., Ozev S., Slamani M. Analytical modeling for EVM in OFDM transmitters including the effects of IIP3, I/Q imbalance, noise, AM/AM and AM/PM distortion // 2013 18th IEEE European Test Symposium (ETS). Avignon. France. 2013. P. 1-6.
    DOI: 10.1109/ETS.2013.6569361.
14. Овсянникова А.С. Помехоустойчивость приема оптимальных сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией на концентрических окружностях // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2024. № 2. С. 70-79.
15. Школьный Л.А. Оптимизация формы огибающей радиоимпульса // Радиотехника. 1975. Т. 30. № 6. С. 12-15.
16. Proakis J.G., Salehi M. Digital communications. Boston, Mass.: McGraw-Hill. 2008. 1150 p.
17. Макаров С.Б., Завьялов С.В., Овсянникова А.С. Спектральная и энергетическая эффективность оптимальных АФМ сигналов с увеличенными размерами сигнального созвездия // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2022. № 2. С. 30-42.
18. 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.
19. 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.
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.