ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 6
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.4
УДК 621.396.93
МЕТОД ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО БЛОКОВОГО КОДИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ MIMO
М. С. Токарь 1, И. В. Рябов 2
1 Приднестровский государственный университет им. Т.Г.Шевченко, 3300, Молдова, Тирасполь, ул. 25 Октября, 128
2 Поволжский государственный технологический университет, 424000, Россия, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
Статья поступила в редакцию 21 мая 2021 г., после доработки – 10 июня 2021 г.
Аннотация. В системах радиосвязи при реализации когерентных видов приема предполагается знание приемником информации о состоянии канала связи, которое достигается введением сигнальной избыточности (пилот-сигналов). Периодичность отправки пилот-сигналов зависит от факторов, изменяющих состояние канала связи, один из которых – высокая скорость перемещения мобильных станций. Применение пилот-сигналов не только препятствует эффективному использованию радиочастотного ресурса, но и, в случае быстрых замираний, не позволяет осуществить оценку канала и слежение за его состоянием с необходимой точностью. Устранить эти недостатки позволяет применение метода дифференциальной передачи, для реализации которого отсутствует необходимость знания информации о состоянии канала. Применение принципов дифференциальной передачи к пространственно-временному кодированию, не находит достаточно эффективных решений, сочетающих низкую вычислительную сложность и энергетическую эффективность методов дифференциального кодирования.
Ключевые слова: система MIMO, дифференциальная передача, относительная фазовая модуляция, комплексная ортогональная форма, некогерентный прием, пространственно-временное кодирование.
Abstract. In radio communication systems, when implementing coherent types of reception, it is assumed that the receiver knows information about the state of the communication channel, which is achieved by introducing signal redundancy (pilot signals). The frequency of sending pilot signals depends on factors that change the state of the communication channel, one of which is the high speed of movement of mobile stations. The use of pilot signals not only hinders the efficient use of the radio frequency resource, but also, in the case of fast fading, does not allow the channel to be estimated and tracked with the required accuracy. These disadvantages can be eliminated by using the differential transmission method, for the implementation of which there is no need to know information about the state of the channel. The application of the principles of differential transmission to space-time coding does not find sufficiently effective solutions that combine low computational complexity and energy efficiency of differential coding methods.
Key words: MIMO system, differential transmission, relative phase modulation, complex orthogonal form, incoherent receive, space-time coding.
Литература
1. Yang S., Hanzo L. Fifty years of MIMO detection: The road to large-scale MIMOs. IEEE Commun. Surveys & Tutorials. 2015. Vol.17. No.4. P.1941–1988. https://doi.org/10.1109/comst.2015.2475242
2. Alamouti S.M. A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications. IEEE J. Select. Areas in Comm. 1998. Vol.16. No.8. P.1451–1458. https://doi.org/10.1109/49.730453
3. The CDMA 2000 Candidate Submission, TIA 45.5 Subcommittee, June 2, 1998. Draft.
4. Space-Time Block Coded Transmit Antenna Diversity for WCDMA, Texas Instruments Inc., Helsinki, Finland, UMTS SMG2-LI, Tech. doc. 662/1998. P.14-18.
5. Григорьев В.А., Хворов И.А., Аксенов В.О., Щесняк А.С. MIMO-летное видение. Радиочастотный спектр. 2015. №2. C.22–27.
6. Akyildiz I.F., Gutierrez-Estevez D.M., Reyes E.C. The evolution to 4G cellular systems: LTE-Advanced. Physical Communication. 2010. Vol.3. P.217–244. https://doi.org/10.1016/j.phycom.2010.08.001
7. Hassan N., Fernando X. Massive MIMO Wireless Networks: An Overview. Electronics. 2017. Vol.6. No.3. P.63. https://doi.org/10.3390/electronics6030063
8. Moby P.M., Athira K.R., Axamol C.C., Sreeshma P.S. Enhancement of Channel Potential and Spectral Efficiency using Hyper-MIMO In 5G. AJAST. 2018. Vol.2. P.71–76.
9. Marzetta T.L. Non-cooperative Cellular Wireless with Unlimited Numbers of Base Station Antennas. IEEE Trans. Wireless Commun. 2010. Vol.9. P.3590–3600. https://doi.org/10.1109/twc.2010.092810.091092
10. Zhang J., Zhang B., Chen S., Mu X., El-Hajjar M., and Hanzo L. Pilot Contamination Elimination for Large-Scale Multiple-Antenna Aided OFDM Systems. IEEE J. Select. Top. Signal Process. 2014. Vol.8. P.759–772. https://doi.org/10.1109/jstsp.2014.2309936
11. Горячкин О.В. Методы слепой обработки сигналов и их приложения в системах радиотехники и связи. Москва, Радио и связь. 2003. 230 с.
12. Березовский А.А., Горячкин О.В. Слепая идентификация многомерных сигналов и ее применение в MIMO-системах связи. Электросвязь. 2017. №11, С.30–35.
13. Крейнделин В.Б., Старовойтов М.Ю. Предсказание параметров радиоканала и выбор антенн на приеме в системах MIMO, работающих в стандарте LTE. Электросвязь, 2017, № 12, С. 22–27.
14. Поборчая Н.Е., Пестряков А.В. Оценка и компенсация искажений сигнала в приемном тракте систем с MIMO. Электросвязь. 2017. №12, С.42–48.
15. Петрович Н.Т. Способ телеграфной проводной и радиосвязи фазоманипулированными колебаниями. Авторское свидетельство № 105692. 12.02.1954.
16. Петрович Н.Т. Новые способы осуществления фазовой телеграфии. Радиотехника. 1957. №10. C.7–9.
17. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Москва, Издательский дом «Вильямс». 2003. 1104 с.
18. Зюко А.Г. Фалько А.И., Панфилов И.П., Банкет В.Л., Иващенко П.В. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. Москва, Радио и связь. 1985. 272 с.
19. Петрович Н.Т. Относительные методы передачи информации. Москва, Книга-М. 2003. 108 с.
20. Голдсмит А. Беспроводные коммуникации. Москва, Техносфера, 2011. 904 с.
21. Tarokh V., Jafarkhani H. A differential detection scheme for transmit diversity. IEEE J. Select. Areas Commun. 2000. Vol.18. No.7. P.1169–1174. https://doi.org/10.1109/49.857917
22. Hughes B.L. Differential space-time modulation. IEEE Trans. Inform. Theory, 2000. Vol.16. No.7. P.2567–2578. https://doi.org/10.1109/18.887864
23. Marzetta T.L., Hochwald B.M. Capacity of a mobile multiple-antenna communication link in rayleigh flat fading. IEEE Trans. Inform. Theory. 1999. Vol.45. No.1. P.139–157. https://doi.org/10.1109/18.746779
24. Hochwald B.M., Marzetta T.L. Unitary space-time modulation for multiple-antenna communications in rayleigh flat fading. IEEE Trans. Inform. Theory. 2000. Vol.46. No.2. P.543–564. https://doi.org/10.1109/18.825818
25. Hochwald B.M., Sweldens W. Differential unitary space-time modulation. IEEE Trans. Commun. 2000. Vol.48. No.12. P.2041–2052. https://doi.org/10.1109/26.891215
26. Bian Y., Cheng X., Wen M., Yang L., Poor H.V., Jiao B. Differential Spatial Modulation. IEEE Trans. Veh. Tech. 2015. Vol.64. No.7. P.3262-3268. https://doi.org/10.1109/TVT.2014.2348791
27. Xu C., Rajashekar R., Ishikawa N., Sugiura S., Hanzo L. Single-RF Index Shift Keying Aided Differential Space-Time Block Coding. IEEE Trans. Signal Process. 2018. Vol.66. No.3. P.773-788. https://doi.org/10.1109/TSP.2017.2768019
28. Xu C., Zhang P., Rajashekar R., Ishikawa N., Sugiura S., Wang L., Hanzo L. Finite-Cardinality Single-RF Differential Space-Time Modulation for Improving the Diversity-Throughput Tradeoff. IEEE Trans. Commun. 2019. Vol.67. No.1. P.318-335. https://doi.org/10.1109/TCOMM.2018.2869812
29. Ishikawa N., Sugiura S. Rectangular Differential Spatial Modulation for Open-Loop Noncoherent Massive-MIMO Downlink. IEEE Trans. Wirel. Commun. 2017. Vol.16. No.3. P.1908-1920. https://doi.org/10.1109/TWC.2017.2657497
30. Bhatnagar M.R., Hjorungnes A., Song L., Bose R. Double-Differential decode and forward cooperative communications over Nakagami-m channels with carrier offsets. 2008 IEEE Sarnoff Symposium. Princeton, NJ, 2008. P.1–5. https://doi.org/10.1109/SARNOF.2008.4520082
31. Xu C. et al. Sixty Years of Coherent Versus Non-Coherent Tradeoffs and the Road From 5G to Wireless Futures. IEEE Access. 2019. Vol.7. P.178246-178299. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2957706
32. Popovski P. et al. Final report on the METIS 5G system concept and technology roadmap. Apr. 30, 2015. [online]. https://www.metis2020.com/wp-content/uploads/deliverables/METIS_D6.6_v1.pdf
33. Tokar M.S. Development of a Differential Block Coding Method for Application in Mobile Radio Communication Systems Using MIMO Systems. Technology audit and production reserves. 2019. Vol.4. No.2(48). P.28–33. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.179210
34. Tarokh V., Jafarkhani H., Calderbank A.R. Space-time block codes from orthogonal designs. IEEE Trans. Inform. Theory. 1999. Vol.45. No.5. P.1456–1467. https://doi.org/10.1109/18.771146.
Для цитирования:
Токарь М.С., Рябов И.В. Метод дифференциального пространственно-временного блокового кодирования для применения в системах подвижной радиосвязи с использованием технологии MIMO. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.4