Радиотехника
RUEN
Радиотехника
RUEN
+7 (495) 625‑92‑41 info@radiotec.ru

Название статьи или книги, фамилия автора, DOI

Повышение удельной пропускной способности как фундаментальная проблема теории связи. Стратегия развития в постшенноновскую эпоху. Часть 1. Ретроспективный обзор методов приема и обработки сигналов в частотно-селективных каналах связи при скоростях передачи информации выше скорости Найквиста

И.М. Лернер1, Р.Р. Файзуллин2, А.Н. Хайруллин3, Д.В. Шушпанов4, В.И. Ильин5, И.В. Рябов6

обзорная статья УДК 621.396.13 Страницы: 37-50 doi.org/10.18127/j20700784-202301-02

  1. 1,2,3 Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ
  2. 4 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
  3. 5 Казанский (Приволжский) федеральный университет (г. Казань, Россия)
  4. 6 Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола, Россия)
Ключевые слова: Удельная пропускная способностьоптимальная обработка сигналовскорость передачи информацииусловия Найкви-старазделение каналовмежсимвольные искажениячастотная селекция сигналаамплитудно-импульсная модуляция сигнала

Аннотация

Постановка проблемы. Повышение удельной пропускной способности является одной из центральных проблем радиотехники и теории связи. Ключевой фактор ее решения – борьба с межсимвольными искажениями, обусловленными частотной селективностью реального составного канала связи. Для преодоления указанного фактора используются радиотехнических систем передачи информации, в которых передача информации осуществляется: 1) параллельным образом, реализуемым по технологии мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов и/или с пространственно-временным
кодированием; 2) последовательным образом, а прием – в условиях межсимвольных искажений, в том числе при скоростях передачи информации выше скорости Найквиста. Несмотря на то, что в настоящее время первый класс систем нашел широкое применение в области высокоскоростной передачи информации, он обладает рядом существенных недостатков по отношению ко второму.

Цель. Провести ретроспективный анализ методов приема и обработки информации в фазовых радиотехнических системах передачи информации с последовательной передачей информации в частотно-селективных каналах связи с межсимвольными искажениями для выработки подходов к повышению их удельной пропускной способности.

Результаты. Представлены результаты по решению задачи, связанной с исследованием функциональной сложности приемника при использовании первой и второй формы реализации приемных устройств в форме оценки их достоинств и недостатков и ограничений на применение. Первая форма реализации базируется на развитии теории разрешающего времени, а вторая – заключается в использовании комбинированных методов оптимальной и субоптимальной обработки сигналов с межсимвольными искажениями.

Практическая значимость. Найдены строгие ограничения на использование приемников первой и второй форм реализации, работающих в условиях межсимвольных искажений в частотно-селективных каналах связи, критического анализа реализующих их
алгоритмов, и сформированы рекомендации по их использованию.

Поступила
30.11.2022
Одобрена
19.12.2022
Принята
29.12.2022

Для цитирования

Лернер И.М., Файзуллин Р.Р., Хайруллин А.Н., Шушпанов Д.В., Ильин В.И., Рябов И.В. Повышение удельной пропускной способности как фундаментальная проблема теории связи. Стратегия развития в постшенноновскую эпоху. Часть 1. Ретроспективный обзор методов приема и обработки сигналов в частотно-селективных каналах связи при скоростях передачи информации выше скорости Найквиста // Успехи современной радиоэлектроники. 2023. № 1. С. 37–50. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202301-02

Список источников
  1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Ч. 1. М.: Сов. радио. 1967.
  2. Мордвинов А.Е. Исследование возможности повышения частотной эффективности линий связи за счет использования сигналов с взаимной интерференцией символов: дис. … канд. техн. наук: 05.12.04: дата защ. 12.10.08, дата утв. 21.05.09. МЭИ (ТУ).
  3. Proakis J.G. Digital Communications. N.Y.: McGraw-Hill, 2001.
  4. Carmon Y., Shamai S., Weissman T. Comparison of the Achievable Rates in OFDM and Single Carrier Modulation with I.I.D. Inputs // Transactions on Information Theory. 2015. V. 61. № 4. P. 1795–1818.
  5. Кловский Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1982.
  6. Махьюб Х.Е.А., Кисель Н.Н., Грищенко С.Г. Повышение спектральной эффективности канала в беспроводных системах связи пятого поколения на основе системы массив-MIMO // Известия ЮФУ. Технические науки. 2015. Т. 172. № 11. С. 63–72.
  7. Николаев Б.И. Последовательная передача дискретных сообщений по непрерывным каналам с памятью. М.: Радио и связь, 1988.
  8. Хабаров Е.О. Разработка и исследование методов передачи дискретных сигнальных последовательностей по каналам с межсимвольной интерференцией: дис. ... д-р техн. наук: 05.12.13. Самара. 2013.
  9. Male J., Porte J., Gonzalez T. et al. Analysis of the Ordinary and Extraordinary Ionospheric Modes for NVIS Digital Communications Channels // Sensors 2021. V. 21. № 6. P. 1–16.
  10. Myung H.G., Goodman D.J. Single Carrier FDMA: A New Air Interface for Long Term Evolution. New Jersey: Wiley Telecom. 2008.
  11. Perehia E., Gong M.X. Gigabit wireless LANs: an overview of IEEE 802.11 ac and 802.11 ad. // ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review, 2011. V. 15. № 3. P. 23–33.
  12. Овчинников В.В. Адаптивное эквалайзирование сигналов с быстрой ППРЧ для преодоление дисперсионных искажений и повышения скрытности широкополосной КВ связи: дис. ... канд. техн. наук: 05.12.13. Йошкар-Ола. 2020.
  13. MIL-STD-188-110B: Interoperability and Performance Standards for Data Modems.  USA: US Department of Defense. 2000.
  14. MIL-STD-188-110D: Interoperability and Performance Standards for Data Modems.  USA: US Department of Defense. 2017.
  15. Зайцева Ю.М. Методы повышения эффективности использования частотного ресурса в беспроводных широкополосных системах связи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2012. № 2. С. 56–58.
  16. Фролов А.А. Анализ современных стандартов: MCWILL, TD_SCDMA, WCDMA, IEEE 802.15.3A для применения в СШП_системах // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2012. № 9. С. 144–148.
  17. Ерохин С.Д., Зайцева Ю.М. Анализ спектральной эффективности современных широкополосных систем связи // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2010. Т. 10. № 1–3. С. 166–169.
  18. Hartley R.V.L. Transmission of Information // BSTJ. 1928. V. 7. № 3. P. 535–563.
  19. Теория информации и ее приложения (сборник переводов) / Под ред. А.А. Харкевича. М.: Гос. изд. физ-мат. лит-ры. 1959.
  20. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1956.
  21. Shannon C.E. A Mathematical Theory of Communication // Bell System Technical J. 1948. V. 27. № 3. P. 379–423.
  22. Возенкрафт Дж., Джекобc И. Теоретические основы техники связи. М.: Мир. 1969.
  23. Витерби А.Д. Принципы когерентной связи // Пер. с англ. под ред. Б.Р. Левина М.: Сов. радио. 1970.
  24. Витерби А.Д., Омура Дж.К. Принципы цифровой связи и кодирования / Пер. с англ. под ред. К.Ш. Зигангирова. М.: Радио и связь. 1982.
  25. Харкевич А.А. Борьба с помехами. М.: Наука.1965.
  26. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. радио. 1970
  27. Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: Справочник. М.: Радио и связь. 1981.
  28. Гуткин Л.С. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах. М.: Сов. радио. 1972.
  29. Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и устройств: Учеб. пособие для вузов.  М.: Радио и связь. 1986.
  30. Михайлов А.В. Высокоэффективные оптимальные системы связи. М.: Связь. 1980.
  31. Филиппов Л.И. Теория передачи дискретных сигналов. М.: Высш. школа. 1981.
  32. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь. 1983.
  33. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации / Под ред. А.Г. Зюко. М.: Радио и связь. 1985.
  34. Аджемов А.С, Назаров М.В., Парамонов Ю.В., Санников В.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. М.: МТУСИ. 1997.
  35. Борисов В.И., Зинчук В.М. Помехозащищенность систем радиосвязи. Вероятностно временной подход. М.: Радио и связь. 1999.
  36. Пятошин Ю.П. Некоторые свойства m-ичных систем связи с кодированием // Проблемы передачи информации. 1968. Т. 4. № 1. С. 45–51.
  37. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра / Пер. с англ. под ред. В.И. Журавлева. М.: Радио и связь. 2000.
  38. Nyquist H. Certain Topics in Telegraph Transmission Theory // Trans. American IEE. 1928. № 2. P. 617–644.
  39. Anderson, J.B., Rusek F., Viktor Ӧ. Faster Than Nyquist Signaling // Proceeding of the IEEE. 2013. V. 101. № 8. P.1817–1830.
  40. Хабаров Е.О. Разработка и исследование методов передачи дискретных сигнальных последовательностей по каналам с межсимвольной интерференцией: дис. ... д-р техн. наук: 05.12.13. Самара. 2013.
  41. Tufts D.W. Nyquist's problem – The joint optimization of transmitter and receiver in pulse amplitude modulation // in Proceedings of the IEEE. 1965. V. 53. № 3. P. 248–259.
  42. Marko Н. Kann man ueber die Nyquistrate hinaus uebertragen. Moeglichkeiten und grenzen der digitalen uebertragung mit und ohne quanttisierte rueckkopplung // AEU. 1982. V. 36. № 6. P. 238–244.
  43. Mazo J.E. Faster than Nyquist-Signaling // The Bell System Technical Journal. 1975. V. 54. № 8. P. 1451–1462.
  44. Ильин Г.И., Польский Ю.Е. Динамический диапазон и точность радиотехнических и оптоэлектронных измерительных систем // Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. 1989. Т. 39. С. 67–114.
  45. Лернер И.М. Метод оценки пропускной способности реальных каналов связи с многопозиционными фазоманипулированными сигналами при наличии межсимвольных искажений и его применение // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Т. 11. № 8. С. 52–58.
  46. Лернер И.М. Аналитическая оценка пропускной способности канала связи с частотной характеристикой резонансного фильтра при наличии межсимвольных искажений и использовании многопозиционного фазоманипулированного сигнала // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Т. 11. № 9. С. 65–73.
  47. Лернер И.М., Чернявский С.М. Оценка пропускной способности реальных каналов связи с АФМн-N-сигналами при наличии МСИ // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Т. 12. № 4. С. 48–55.
  48. Лернер И.М., Файзуллин Р.Р., Рябов И.В. Высокопроизводительный алгоритм оценки пропускной способности каналов связи, функционирующих на базе теории разрешающего времени // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 4. С. 91–109.
  49. Лернер И.М., Ильин Г.И., Ильин А.Г. К вопросу о циклостационарности АФМн-N-сигналов, наблюдаемых на выходе канала связи с межсимвольными искажениями // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2018. № 3. С. 107–117.
  50. Лернер И.М., Ильин Г.И. Численный метод оценки потенциальной пропускной способности при использовании ФМн-n-сигнала в канале связи с межсимвольными искажениями // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, 2018. № 4. С. 138–149.
  51. Лернер И.М., Ильин Г.И. Об одной возможности увеличения скорости передачи при наличии дестабилизирующих факторов в системах связи, использующих взаимную интерференцию символов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2017. Т. 20. № 4. С. 24–34.
  52. Лернер И.М., Файзуллин Р.Р., Чернявский С.М. К вопросу повышения спектральной эффективности фазовых радиотехнических систем передачи информации, функционирующих при сильных межсимвольных искажениях // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2018. № 1. С. 113–118.
  53. Лернер И.М., Фатыхов М.М., Ильин Г.И. Особенности функционирования каналов связи с АФМн-N-сигналами при использовании взаимно коррелированными символами // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2019. Т. 22. № 1. С. 36–49.
  54. Лернер И.М., Ильин Г.И., Ильин А.Г. Исследование вероятностных характеристик циклостационарных АФМн-N-сигналов, наблюдаемых на выходе канала связи с межсимвольными искажениями // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2018. № 4. С. 150–157.
  55. Лернер И.М., Хайруллин М.И., Ильин Г.И., Ильин В.И. Особенности обработки многопозиционного фазоманипулированного сигнала с n дискретными состояниями в условиях межсимвольных искажений в линейном радиотракте // Нелинейный мир. 2017. Т. 15. № 6. С. 54–63. EDN YMSBJB.
  56. Лернер И.М., Хайруллин М.И., Ильин Г.И., Ильин В.И. Особенности обработки многопозиционного фазоманипулированного сигнала с n-дискретными состояниями в условиях межсимвольных искажений в линейном радиотракте при расстройке по частоте // Нелинейный мир. 2017. Т. 15. № 6. С. 17–26.
  57. Лернер И.М., Камалетдинов Н.Н. К вопросу увеличения скорости передачи в фазовых радиотехнических системах передачи информации, работающих при сильных межсимвольных искажениях в линейном радиотракте // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2017. Т. 9. № 5. С. 92-104.
  58. Лернер И.М., Файзуллин Р.Р., Яушев С.Т. О повышении пропускной способности беспроводных систем связи с ФМн-n-сигналами в каналах связи с межсимвольными искажениями // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2019. № 3. С. 159–168.
  59. Лернер И.М. Оценка пропускной способности беспроводных систем связи на основе выбора оптимальной комплексной частотной характеристики канала // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, 2019. № 4. С. 142–151.
  60. Лернер И.М. К вопросу оптимизации амплитудно-частотных характеристик каналов связи с ФМН-n-сигналами, построенных на основе теории разрешающего времени // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Т. 13. № 9. С. 36–49.
  61. Лернер И.М. О влиянии формы амплитудно-частотной характеристики на пропускную способность канала связи с памятью, использующего принципы теории разрешающего времени, с АФМн-N-сигналами // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Т. 13. № 10. С. 45–59.
  62. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ 2019665776 РФ. И.М. Лернер, В.В. Кадушкин, С.М. Чернявский. Заявл. 30.10.19; опубл. 28.11.19.
  63. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ 2021615058 РФ. Программа для аналитической оценки разрешающего времени и пропускной способности каналов связи с межсимвольными искажениями (МСИ), использующих АФМн-n-сигналы в радиотехнических системах передачи информации (РСПИ) / И.М. Лернер. Заявл. 31.03.21; опубл. 02.04.21.
  64. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ 2021615057 РФ. Программа для аналитической оценки разрешающего времени и пропускной способности каналов связи с межсимвольными искажениями (МСИ), использующих ФМн-n-сигналы в радиотехнических системах передачи информации (РСПИ) / И.М. Лернер. Заявл. 31.03.21; опубл. 02.04.21.
  65. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ 2021615163 РФ. Программа вычисления зависимостей эффективной памяти канала с межсимвольными искажениями от длительности символа для ФМн-n и АФМн-N-сигналов для радиотехнических систем передачи информации (РСПИ) / И.М. Лернер, Р.Р. Файзуллин. Заявл. 31.03.21; опубл. 05.04.21.
  66. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ 2021615647 РФ. Программный комплекс для построения карт областей окон прозрачности и граничного времени установления информативных параметров ФМн-n- и АФМн-N-сигналов для радиотехнических систем передачи информации (РСПИ) / И.М. Лернер, Р.Р. Файзуллин. Заявл. 31.03.21; опубл. 9.04.21.
  67. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ 2021619969 РФ. Программный комплекс для оценки наименьшего числа реализаций модулирующей псевдослучайной последовательности ФМн-n- и АФМн-N-сигнала, необходимого для формирования цикло-стационарного процесса на выходе канала с памятью / И.М. Лернер. Заявл. 11.06.21; опубл. 21.06.21.
  68. Liveris A.D., Georghiades С.N. Exploiting faster-than-Nyquist signaling // IEEE Trans, on Communications. 2003. V. 51. № 9. P. 1502–1511.
  69. Rusek F., Anderson J.B. Non Binary and Precoded Faster Than Nyquist Signaling // IEEE Transactions on Communications. 2008. V. 5. P. 808–817.
  70. Seshadri N., Anderson J.B. Asymptotic error performance of modulation codes in the presence of severe intersymbol interference // IEEE Transactions on Information Theory. 1988. V. 34. № 5. P. 1203–1216.
  71. Wang C.K., Lee L.S. Practically realizable digital transmission significantly below the Nyquist bandwidth // In Proc. IEEE Global Commun. Conf., Phoenix, AZ, USA. Dec. 1991. P. 1187–1191.
  72. Овчинников В.В. Адаптивное эквалайзирование сигналов с быстрой ППРЧ для преодоление дисперсионных искажений и повышения скрытности широкополосной КВ связи: дис. ... канд. техн. наук: 05.12.13. Йошкар-Ола. 2020.
  73. Николаев Б.И. Последовательная передача дискретных сообщений по непрерывным каналам с памятью. М.: Радио и связь. 1988.
  74. Ibrahim A., Bedeer E. Yanikomeroglu H. A novel low complexity faster-than-Nyquist (FTN) signaling detector for ultra high-order QAM // IEEE Open Journal of the Communications Society. 2021. V. 2. P. 2566–2580.
+7 (495) 621‑48‑37 +7 (495) 625‑92‑41 info@radiotec.ru
Доставка и оплата Для авторов Об издательстве Прайс-лист Политика обработки персональных данных
© 1937–2026 ООО Издательство «Радиотехника»