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, Україна https://orcid.org/0000-0002-9113-7672
  • Николай Иванович Науменко Военный институт телекоммуникаций и информатизации им. Героев Крут, Киев, Україна 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.

##submission.downloads##

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

Том 63 № 4 (2020)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 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.