Пространственно-частотное блочное кодирование с двухрежимной индексной модуляцией OFDM и повышенной устойчивостью к частотной селективности канала

Автор(и)

  • Вячеслав Игоревич Солодовник Военный институт телекоммуникаций и информатизации им. Героев Крут, Киев, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-9113-7672
  • Николай Иванович Науменко Военный институт телекоммуникаций и информатизации им. Героев Крут, Киев, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-4804-5609

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347020040020

Ключові слова:

индексная модуляция, двойной режим, частотная селективность, нестационарность, MIMO, SFBC, OFDM

Анотація

Рассмотрена технология совместного применения многоантенных систем MIMO и мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов OFDM для современных систем беспроводной связи специального назначения. Определены области приоритетного использования временного и частотного варианта разнесенной передачи сигналов по принципу Аламоути для беспроводных каналов связи с ограниченными частотными и энергетическими ресурсами. Показано, что применение фиксированной матрицы предкодирования Уолша–Адамара к исходящим символам пространственно-частотного кодера Аламоути позволяет повысить устойчивость метода SFBC-OFDM к частотной селективности канала без усложнения системы. Проанализирована концепция индексной модуляции поднесущих OFDM-IM. Продемонстрированы преимущества двойного режима (Dual-Mode) OFDM-IM с оптимизированными ансамблями сигналов на базе BPSK, QPSK и 16-QAM. Предложена новая сигнально-кодовая конструкция (СКК) с объединением двухрежимной индексной модуляцией поднесущих OFDM, ортогонального пространственно-частотного блочного кодирования с ядром Аламоути, и кодера Уолша–Адамара WH-SFBC-DM-OFDM-IM. Такой метод, по сравнению с классическим SFBC-OFDM, позволяет одновременно повысить спектральную и энергетическую эффективность систем передачи информации в условиях частотно-временной селективности канала связи. Предложенный метод является полностью инвариантным к частотной селективности канала при применении BPSK, и частично инвариантным — при QPSK и 16-QAM. Результаты моделирования показали, что помехоустойчивость такой СКК является значительно лучше по сравнению с другими методами, благодаря обеспечению идентичности пространственно-частотного кодового слова на длительности символа OFDM. Метод целесообразно использовать для обеспечения качественной связи с высокодинамичными наземными объектами, беспилотными и другими летательными аппаратами в условиях критического снижения шумовой защищенности канала, которое имеет место при влиянии средств радиоэлектронного подавления.

Біографія автора

Вячеслав Игоревич Солодовник, Военный институт телекоммуникаций и информатизации им. Героев Крут, Киев

адъюнкт научно-организационного отдела

Посилання

М. Г. Бакулин, Л. А. Варукина, and В. Б. Крейнделин, Технология MIMO: принципы и алгоритмы. Москва: Горячая линия - Телеком, 2014.

L. Hanzo, Y. J. Akhtman, L. Wang, and M. Jiang, MIMO-OFDM for LTE, WiFi and WiMAX: Coherent Versus Non-coherent and Cooperative Turbo Transceivers. Chichester, UK: Wiley-IEEE Press, 2010. DOI: http://doi.org/10.1002/9780470711750.

J. G. Andrews, A. P. D. Ghosh, and R. Muhamed, “Fundamentals of WiMAX: understanding broadband wireless networking,” Prentice Hall Commun. Eng. Emerg. Technol. Ser., 2007.

E. Dahlman, S. Parkvall, and J. Skold, 4G: LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband. Elsevier Ltd, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/C2013-0-06829-6.

S. M. Alamouti, “A simple transmit diversity technique for wireless communications,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 16, no. 8, pp. 1451–1458, Oct. 1998, doi: https://doi.org/10.1109/49.730453.

C. M. Li, G. W. Li, and H. Y. Liu, “Performance comparison of the STBC-OFDM decoders in a fast fading channel,” J. Mar. Sci. Technol., vol. 20, no. 5, pp. 534–540, Oct. 2012, doi: https://doi.org/10.6119/JMST-011-0506-3.

M. A. Youssefi, N. Bounouader, Z. Guennoun, and J. El Abbadi, “Adaptive Switching between Space-Time and Space-Frequency Block Coded OFDM Systems in Rayleigh Fading Channel,” Int. J. Commun. Netw. Syst. Sci., vol. 6, no. 6, pp. 316–323, Jun. 2013, doi: https://doi.org/10.4236/ijcns.2013.66034.

“Specification # 36.211.” Accessed: 17-Apr-2020. [Online]. Available: https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=2425.

F. Kalbat, A. Al-Dweik, B. Sharif, and G. Karagiannidis, “Robust precoded MIMO-OFDM for mobile frequency-selective wireless channels,” in IEEE Wireless Communications and Networking Conference, WCNC, 2016, vol. 2016-September, doi: https://doi.org/10.1109/WCNC.2016.7564880.

E. Basar, “Index modulation techniques for 5G wireless networks,” IEEE Commun. Mag., vol. 54, no. 7, pp. 168–175, Jul. 2016, doi: https://doi.org/10.1109/MCOM.2016.7509396.

M. Wen, X. Cheng, and L. Yang, Index Modulation for 5G Wireless Communications. Springer Int. Pub., 2017. DOI: http://doi.org/10.1007/978-3-319-51355-3_1.

E. Basar, M. Wen, R. Mesleh, M. Di Renzo, Y. Xiao, and H. Haas, “Index Modulation Techniques for Next-Generation Wireless Networks,” IEEE Access, vol. 5, pp. 16693–16746, Aug. 2017, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2737528.

X. Cheng, M. Zhang, M. Wen, and L. Yang, “Index modulation for 5G: Striving to do more with less,” IEEE Wirel. Commun., vol. 25, no. 2, pp. 126–132, Apr. 2018, doi: https://doi.org/10.1109/MWC.2018.1600355.

E. Basar, U. Aygolu, E. Panayirci, and H. V. Poor, “Orthogonal frequency division multiplexing with index modulation,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 61, no. 22, pp. 5536–5549, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2013.2279771.

M. Wen, X. Cheng, M. Ma, B. Jiao, and H. V. Poor, “On the Achievable Rate of OFDM with Index Modulation,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 64, no. 8, pp. 1919–1932, Apr. 2016, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2015.2500880.

E. Basar, Ü. Aygölü, and E. Panaylrcl, “Orthogonal frequency division multiplexing with index modulation in the presence of high mobility,” in 2013 1st Int. Black Sea Conf. on Communications and Networking, BlackSeaCom 2013, 2013, pp. 147–151, doi: https://doi.org/10.1109/BlackSeaCom.2013.6623399.

Н. И. Науменко and В. И. Солодовник, “Сигнально-кодові конструкції з індексною модуляцією піднесних OFDM та просторово-часовим блочним кодуванням для частотно-селективних та нестаціонарних каналів безпроводового зв’язку,” Проблеми телекомунікацій, no. 1, pp. 51–67, Nov. 2019, doi: https://doi.org/10.30837/pt.2019.1.04.

В. И. Солодовник, “Методы пространственно-временного блочного кодирования с индексной модуляцией поднесущих OFDM для частотно-селективных и нестационарных каналов беспроводной связи,” in XІІІ Международная научно-техническая конференция “Перспективы телекоммуникаций” ПТ-2019, 2019, pp. 153–155.

K. H. Kim and H. Park, “New design of constellation and bit mapping for dual mode OFDM-IM,” IEEE Access, vol. 7, pp. 52573–52580, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2912704.

Н. И. Науменко, В. И. Солодовник, and Л. М. Погребняк, “Метод пространственно-временного блочного кодирования с двухрежимной индексной модуляцией поднесущих OFDM для частотно-селективных каналов беспроводной связи,” Сборник научных трудов ВИТИ им. Героев Крут, no. 2, pp. 53–60, 2019, [Online]. Available: http://www.viti.edu.ua/files/zbk/2019/7_2_2019.pdf.

M. Naumenko and V. Solodovnick, “Signal-Code Construction Based on Space-Time Block Coding with Dual-Mode Index Modulation Aided OFDM,” in 2019 IEEE International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T), 2019, pp. 57–62, doi: https://doi.org/10.1109/PICST47496.2019.9061467.

T. Mao, Z. Wang, Q. Wang, S. Chen, and L. Hanzo, “Dual-Mode Index Modulation Aided OFDM,” IEEE Access, vol. 5, pp. 50–60, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2016.2601648.

K. Fazel and S. Kaiser, Multi-carrier and spread spectrum systems: from OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX. Wiley, 2008.

X. Zhang, H. Bie, Q. Ye, C. Lei, and X. Tang, “Dual-Mode Index Modulation Aided OFDM with Constellation Power Allocation and Low-Complexity Detector Design,” IEEE Access, vol. 5, pp. 23871–23880, Sep. 2017, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2756679.

IEEE, “IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems,” 2004. doi: https://doi.org/10.1109/ieeestd.2004.226664.

Опубліковано

2020-04-22

Як цитувати

Солодовник, В. И., & Науменко, Н. И. (2020). Пространственно-частотное блочное кодирование с двухрежимной индексной модуляцией OFDM и повышенной устойчивостью к частотной селективности канала. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 63(4), 217–234. https://doi.org/10.20535/S0021347020040020

Номер

Розділ

Статті