А.О. Чилингаров1, А.Л. Гельгор2

1 АО «Концерн «Океанприбор» (Санкт-Петербург, Россия)

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

1 chilingarov.ao@gmail.com; 2agelgor@spbstu.ru

Постановка проблемы. Адаптивная модуляция является мощным инструментом повышения по мехоустойчивости и/или скорости передачи данных в статических каналах с частотноселек тивными замираниями. Однако при практическом применении адаптивных методов в системах беспроводной связи возникаю т сложности с реализацией передачи информации о состоянии канала (Channel State Information, CSI) от приемника к передатчику по каналу обратной связи. В беспрово дных системах связи динамические изменение формы замираний приводит к тому, что данные о состоянии канала быстро устаревают, т.е. передаточная характерист ика канала может значительно и зменяться уже на длительности нескольких OFDMсимволов. Кроме того, относительно низкая скорость передачи информации требует сжатия CSI для передачи за период времени, в течение которого состояние канала не успевает устареть настолько, что выигрыш от использования адаптивной модуляции может исчезнуть или стать отрицательным. К таким систем ам, испытывающим влияние многолучевости и обладающим при этом невысокой пропускной способностью, относятся системы передачи данных по гидроакустическому каналу.

Цель. Рассмотреть возможность повышения эффективности применения ад аптивной модуляции в низкоскоростных нестационарных каналах связи за счет снижения количества передаваемой информации о параметрах канала.

Результаты. Предложен алгоритм квантования характеристики канала в логариф мическом масштабе перед передачей по линии обратной связи. Проведено имитационное моделирование для статического канала, результаты которого показали, что выигрыш от использования адаптивной модуляции составил 3,7 −5 дБ при квантовании уровня передаточной характеристики в обратной связи на 16 уровней. Выполнена проверка возможности работы адаптивной модуляции в реальном динамическом гидроакустическом канале. Показано, что в этом случае также дос таточно 16 уровней квантования для достижения результата, почти не отличающегося от случая отсутствия квантования.

Практическая значимость. Представленные результаты продемонстрировали эффективность прим енения адаптивной модуляции в условиях нестационарны х каналов с низкой скоростью пе редачи информации. Предложенный алгоритм квантования может быть реализован, например, в системах гидроакустической связи для повышения дальности связи при сохранении скорости передачи данных.

Чилингаров А.О., Гельгор А.Л. Адаптивная модуляция в низкоскоростных нестационарных каналах с частотно-селективными замираниями // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 3. С. 126−138. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202603-11

1. Böcherer G., Schulte P. and Steiner F. Probabilistic shaping and forward error correction for fiber- optic communication systems // Journal of Lightwave Technology. Jan. 2019. V. 37. № 2. P. 230−244.
2. Perez J., Ibañez J. Adaptive modulation and power in wireless communication systems with delay constraints // IEEE Statistical Signal Processing Workshop (SSP). 2011. P. 73−76.
3. Oh J.-h., Lim J.-t. Two-step channel estimation scheme for OFDM systems over fast Rayleigh fading channels // IEEE Communications Letters. June 2010. V. 14. № 6. P. 545−547.
4. Qarabaqi P., Stojanovic M. Statistical characterization and computationally efficient mode ling of a class of underwater acoustic communication channels // IEEE Journal of Oceanic Engineering. Oct. 2013. V. 38. № 4. Р. 701−717.
5. Ковзель Д.Г. Аппаратура акустической связи для контроля работы автономной гидроакустич еской донной станции на шельфе // Акустический журнал. 2019. T. 65. № 5. С. 619−629.
6. Puzko D., Batov Y., Gelgor A., Dolgikh D. QAM constellations with fractional entropy to gain in margin maximization for frequency selective channels // IEEE Communications Letters. May 2023. V. 27. № 5. P. 1457−1461.
7. Lei D., Bo L., Hao S., Ziyu M., Yuji L., Yani Q. Design and simulation of baseband coaxial cable communication system based on OFDM-technology // IEEE 6th International Conference on Compute r and Communication Engine ering Technology (CCET). Beijing. China. 2023. P. 217−222.
8. Wang Y., Tao J., Ma L., Jiang M., Chen W. Joint timing and frequency sync hronization for OFDM underwate r acoustic communications // IEEE/CIC International Conference on Communications in China. 2021. P. 272−277.
9. Zhao Y., Wan L., Chen Y., Cheng E., Xu F., Liang L. Power allocation for non-coherent multi-carrier FSK underwate r acoustic communication systems with uneven transmission source level // 2022 14th International Conference on Signal Processing Systems (ICSPS). Jiangsu. China. 2022. P. 61−622. 1
10. Huang X., Liu Y. Capacity criterion-based power allocation for OFDM cooperativ e underwater acoustic co mmunications with limited feedback // Oceans, Hampton Roads. VA. USA. 2012. P. 1−4. 1
11. Кранц В.З. Гидроакустические коммуникационные системы (основы разработки). СПб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2024. 1
12. Radosevic A., Ahmed R.T., Duman M., Proakis J.G., Stojanovic M. Adaptive OFDM modulation for underwater acoustic communications: design considerations and experimental results // IEEE Journal of Oceanic Engineering. April 2014. V. 39. № 2. P. 357−370. 1
13. Huang X., Liu Y. Capacity criterion- based power allocation for OFDM cooperativ e underwater acoustic communications with limited feedback // 2012 Oceans. Hampton Roads. VA. USA. 2012. Р. 1−4. 1
14. Papandreou N., Antonakopoulos T. Bit and power allocation in constrained multicarrier systems: The single-user case // EURASIP J. Adv. Signal Process. Dec. 2007. V. 2008. № 1. P. 1–14. 1
15. Porter M.B., Ocean Acoustics Library, Bellhop, http://oalib.hlsresearch.com/AcousticsToolbox/. 1
16. Farzamnia A., Hlaing N.W., Haldar M.K., Rahebi J. Channel estimation for sparse channel OFDM systems using least square and mini-mum mean square error techniques // 2017 International Conference on Engineering and Technology (ICET). Antalya. Turkey. 2017. P. 1−5. 1
17. Чилингаров А.О., Гельгор А.Л. Алгоритм частотной синхронизации для систем гидроакустической связи, использующих сигналы с OFDM // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 3. С. 109−120. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202503-10. 1
18. Jensen F.B., Kuperman W.A., Porter M.B., Schmidt H. Computational Ocean Acoustics 2nd ed. Springer New York. NY. 2011.