Концепция физического уровня систем связи пятого поколения

Автор(и)

  • Дмитрий Алексеевич Покаместов Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Російська Федерація
  • Яков Владимирович Крюков Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Російська Федерація
  • Евгений Васильевич Рогожников Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Російська Федерація
  • Ренат Рамазанович Абенов Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Російська Федерація
  • Анатолий Яковлевич Демидов Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Російська Федерація

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347017070019

Ключові слова:

система связи пятого поколения, полный дуплекс, full duplex, аналоговая компенсация, цифровая компенсация, банк гребенчатых фильтров, неортогональный множественный доступ, множественный доступ с разреженным кодом, FBMC, SCMA, 5G, NOMA, SIC

Анотація

Рассмотрены наиболее перспективные с точки зрения использования частотно-временного ресурса технологии формирования сигналов и множественного доступа: технология полного дуплекса, метод формирования поднесущих с помощью банка гребенчатых фильтров, метод неортогонального множественного доступа и метод множественного доступа с разреженным кодом. Описаны основные существующие схемы реализации полнодуплексной связи, основанные на аналоговой и цифровой компенсации сигнала собственного передатчика в приемном канале. Рассмотрена система фильтрации многочастотного сигнала с помощью банка гребенчатых фильтров. Показано, что спектр такого сигнала имеет значительно меньшее внеполосное излучение по сравнению с существующими способами формирования ортогональных поднесущих. Исследован метод неортогонального множественного доступа и метод множественного доступа с разреженным кодом, приведены зависимости вероятностей битовых ошибок от отношения сигнал шум для систем связи, построенных с использованием этих методов. Показано, что рассматриваемые методы множественного доступа более эффективно используют частотно-временной ресурс по сравнению с существующими технологиями.

Біографії авторів

Дмитрий Алексеевич Покаместов, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Кафедра телекоммуникаций и основ радиотехники (ТОР), ассистент, аспирант

Яков Владимирович Крюков, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Кафедра телекоммуникаций и основ радиотехники (ТОР), ассистент, аспирант

Евгений Васильевич Рогожников, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Кафедра телекоммуникаций и основ радиотехники (ТОР), доцент, к.т.н.

Ренат Рамазанович Абенов, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Кафедра телекоммуникаций и основ радиотехники (ТОР), ассистент, аспирант

Анатолий Яковлевич Демидов, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Кафедра телекоммуникаций и основ радиотехники (ТОР), ассистент, зав. каф., к.ф.-м.н.

Посилання

Marsch, P.; Da Silva, I.; El Ayoubi, S. E.; Boldi, O. M.; et al. 5G RAN Architecture and Functional Design. METIS White Paper. 2016. 27 p.

5G Initiative Team. NGMN 5G White Paper. 2015. 125 p.

5G PPP Architecture Working Group. View on 5G Architecture (white paper). 2016. 61 p.

5G Network Architecture Design. IMT-2020 White Paper. 2016, 25 p.

Тихвинский, В. О.; Бочечка, Г. С. Концептуальные аспекты создания 5G. Электросвязь, № 10, С. 29–34, 2013. URL: http://w.raenitt.ru/publication/5G_projects_elsv.pdf.

Jain, M.; Choi, Jung Il; Kim, Taemin; Bharadia, Dinesh; Seth, Siddharth; Srinivasan, Kannan; Levis, Philip; Katti, Sachin; Sinha, Prasun. Practical, real-time, full duplex wireless. Proc. of 17th Annual Int. Conf. on Mobile Computing and Networking, ACM, 2011. С. 301–312. DOI: http://doi.org/10.1145/2030613.2030647.

Choi, Jung Il; Jain, Mayank; Srinivasan, Kannan; Levis, Phil; Katti, Sachin. Achieving single channel, full duplex wireless communication. Proc. of Sixteenth Annual Int. Conf. on Mobile Computing and Networking, ACM, 2010, pp. 1–12. DOI: http://doi.org/10.1145/1859995.1859997.

Duarte, M.; Dick, C.; Sabharwal, A. Experiment-driven characterization of full-duplex wireless systems. IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 11, No. 12, p. 4296–4307, 2012. DOI: http://doi.org/10.1109/TWC.2012.102612.111278.

Rogozhnikov, E. V.; Koldomov, A. S.; Vorobyov, V. A. Full duplex wireless communication system, analog cancellation: Review of methods and experimental research. Proc. of XII Int. Siberian Conf. on Control and Communications, SIBCON-2016, 12–14 May 2016, Moscow, Russia. IEEE, 2016, p. 1–5. DOI: http://doi.org/10.1109/SIBCON.2016.7491777.

Bharadia, Dinesh; McMilin, Emily; Katti, Sachin. Full duplex radios. Proc. of Conf. on SIGCOMM, 12–16 Aug. 2013, Hong Kong, China. Vol. 43, No. 4, p. 375–386. DOI: http://doi.org/10.1145/2534169.2486033.

Абенов, Р. Р.; Вершинин, А. С.; Ворошилин, Е. П.; Рогожников, Е. В. Исследование методов эквалайзирования для систем связи с использованием OFDM сигналов. Вестник СибГУТИ, № 1, С. 50–56, 2013. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=19422242.

Каплун, Д.; Канатов, И.; Азаренков, Л. Банк цифровых фильтров. Компоненты и Технологии, № 10, c. 156, 2007. URL: http://kit-e.ru/articles/dsp/2007_10_156.php.

Bellanger, M.; et al. FBMC physical layer: a primer. PHYDYAS, Jan. 2010.

5G Waveform Candidate Selection. URL: http://www.5gnow.eu/wp-content/uploads/2015/04/5GNOW_D3.1_v1.1_final.pdf.

Premnath, S. N.; Wasden, D.; Kasera, S. K.; Patwari, N.; Farhang-Boroujeny, B. Beyond OFDM: Best-effort dynamic spectrum access using filterbank multicarrier. IEEE/ACM Trans. Networking, Vol. 21, No. 3, June 2013. DOI: http://doi.org/10.1109/TNET.2012.2213344.

Балашова, К. В.; Лобанов, Н. А.; Долгих, Д. А. Filter bank multicarrier модулятор. Матер. Всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР-2012», 16–18 мая 2012, Томск, Россия. Томск, 2012, Ч. 2, С. 75–78.

Farhang-Boroujeny, B. OFDM versus filter bank multicarrier. IEEE Signal Processing Magazine, Vol. 28, No. 3, P. 92–112, 2011. DOI: http://doi.org/10.1109/MSP.2011.940267.

Marcus, M. J. 5G and «IMT for 2020 and beyond» [Spectrum Policy and Regulatory Issues]. IEEE Wireless Commun., Vol. 22, No. 4, P. 2–3, 2015. DOI: http://doi.org/10.1109/MWC.2015.7224717.

Soldani, D.; Manzalini, A. Horizon 2020 and beyond: on the 5G operating system for a true digital society. IEEE Vehicular Technology Magazine, Vol. 10, No. 1, P. 32–42, 2015. DOI: http://doi.org/10.1109/MVT.2014.2380581.

Benjebbour, Anass; Saito, Keisuke; Li, Anxin; Kishiyama, Yoshihisa; Nakamura, Takehiro. Non-orthogonal multiple access (NOMA): Concept, performance evaluation and experimental trials. Proc. of Int. Conf. on Wireless Networks and Mobile Communications, WINCOM, 20–23 Oct. 2015, Marrakech, Morocco. IEEE, 2015, p. 1–6. DOI: http://doi.org/10.1109/WINCOM.2015.7381343.

Zhang, Yi; Wang, Hui-Ming; Yang, Qian; Ding, Zhiguo. Secrecy sum rate maximization in non-orthogonal multiple access. IEEE Commun. Lett., Vol. 20, No. 5, P. 930–933, 2016. DOI: http://doi.org/10.1109/LCOMM.2016.2539162.

Dai, Linglong; Wang, Bichai; Yuan, Yifei; Han, Shuangfeng; I, Chih-lin; Wang, Zhaocheng. Non-orthogonal multiple access for 5G: solutions, challenges, opportunities, and future research trends. IEEE Commun. Magazine, Vol. 53, No. 9, P. 74–81, 2015. DOI: http://doi.org/10.1109/MCOM.2015.7263349.

Крюков, Я. В.; Демидов, А. Я.; Покаместов, Д. А. Алгоритм расчета мощности каналов при неортогональном множественном доступе NOMA. Доклады ТУСУР, Т. 19, № 4, С. 91–94, 2016. URL: https://journal.tusur.ru/ru/arhiv/4-2016/algoritm-rascheta-moschnosti-kanalov-pri-neortogonalnom-mnozhestvennom-dostupe-noma.

3GPP TS 36.211, version 9.1.0, 3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Network, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), Physical Channels and Modulation, 2010.

Nikopour, H.; Baligh, H. Sparse code multiple access. Proc. of 24th Int. Symp. on Personal Indoor and Mobile Radio Communications, PIMRC, 8–11 Sept. 2013, London, UK. IEEE, 2013, pp. 332–336. DOI: http://doi.org/10.1109/PIMRC.2013.6666156.

Mu, Hang; Ma, Zheng; Alhaji, Mahamuda; Fan, Pingzhi; Chen, Dageng. A fixed low complexity message pass algorithm detector for up-link SCMA system. IEEE Wireless Commun. Lett., Vol. 4, No. 6, P. 585–588, 2015. DOI: http://doi.org/10.1109/LWC.2015.2469668.

Покаместов, Д. А.; Демидов, А. Я.; Крюков, Я. В.; Рогожников, Е. В.; Абенов, Р. Р. Формирование и обработка сигналов множественного доступа с разреженным кодом. Электросвязь, № 10, С. 56–61, 2016.

Покаместов, Д. А.; Демидов, А. Я.; Крюков, Я. В. Влияние формирующих матриц на помехозащищенность каналов связи с множественным доступом на основе разреженных кодов. Доклады ТУСУР, Т. 19, № 3, С. 65–69, 2016. URL: https://journal.tusur.ru/ru/arhiv/3-2016/vliyanie-formiruyuschih-matrits-na-pomehozaschischennost-kanalov-svyazi-s-mnozhestvennym-dostupom-na-osnove-razrezhennyh-kodov.

##submission.downloads##

Опубліковано

2017-07-14

Як цитувати

Покаместов, Д. А., Крюков, Я. В., Рогожников, Е. В., Абенов, Р. Р., & Демидов, А. Я. (2017). Концепция физического уровня систем связи пятого поколения. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 60(7), 367–382. https://doi.org/10.20535/S0021347017070019

Номер

Том 60 № 7 (2017)

Розділ

Оглядові статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2017 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.