ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2025, № 7 · РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Разработка и исследование метода компенсации частотного рассогласования на основе использования уникальных слов в системах спутниковой связи 5G и 6G

Р.О. Сальников1, И.К. Мешков1, А.Р. Гизатулин1, А.Х. Султанов1, А.Л. Тимофеев1, А.Г. Мешкова1

1 Уфимский университет науки и технологий, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2025.7.10 УДК 621.376.9 EDN TDZEXK

Аннотация

В работе исследуется применение технологии уникальных слов (Unique Word, UW) для оценки и компенсации частотного рассогласования в спутниковых системах связи пятого и шестого поколений. Проведено сравнение различных последовательностей для генерации UW (Фрэнка, Уолша-Адамара, Задова-Чу и фазового псевдошума) в каналах с белым гауссовским шумом и многолучевым распространением. Результаты моделирования показывают, что последовательности Уолша-Адамара и фазового псевдошума обеспечивают снижение среднеквадратической ошибки на 15-20% при оптимальном разнесении 360 кГц, демонстрируя высокую эффективность при значительном доплеровском сдвиге.

  • ofdm
  • DFT-s-OFDM
  • 5g nr
  • 6g
  • уникальные слова
  • частотное рассогласование
  • низкоорбитальные спутники
  • конвергентные телекоммуникационные системы
Abstract (in English)

Development and research of a method for frequency offset compensation based on the based on the use of unique words in 5G and 6G satellite communication systems

This paper presents a method for Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) reduction in hybrid satellite communication networks utilizing orthogonal access methods and shaping filters. The proposed approach combines flexible guard intervals and shaping filtering techniques to optimize signal transmission in low-orbit satellite networks. Several filter types are investigated, including Raised Cosine (RC), Root Raised Cosine (RRC), Band-Tuned Raised Cosine (BTRC), and its optimized version (OBTRC). The method is evaluated using OFDM, OFDMA, and DFT-s-OFDM variants with zero-tail and unique word modifications. Simulation results demonstrate a PAPR reduction of 2-4 dB compared to conventional approaches, with DFT-s-OFDM-based technologies exhibiting superior performance even under challenging channel conditions with Doppler shift.

Для цитирования

Сальников Р.О., Мешков И.К., Гизатулин А.Р., Султанов А.Х., Тимофеев А.Л., Мешкова А.Г. Разработка и исследование метода компенсации частотного рассогласования на основе использования уникальных слов в системах спутниковой связи 5G и 6G // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.7.10

Литература

  1. Tong W., Zhu P. 6G: The Next Horizon. - 2021.
  2. 3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group Radio Access Network. Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz // document ETSI TR 138 901 v17.0.0 (2022-04) - 2022.
  3. Chen X., Li A., Gao G., Al Amin A., Shieh W. Unique-word DFT-Spread OFDM for Ultra-high Speed Optical Transmission //Opto-Electronics and Communications Conference. - 2012. https://doi.org/10.1109/OECC.2012.6276416
  4. Сальников Р. О., Мешков И. К., Гизатулин А. Р. Разработка Методов Оценки и Компенсации Частотного и Временного Рассогласования в Системах Связи 6G С Технологией DFT-s-OFDM // Мавлютовские чтения: Материалы XVI Всероссийской молодежной научной конференции. В 6-ти томах, Уфа, 25-27 октября 2022 года. Том 3. - Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2022. - С. 276-282. - EDN BFMBKC.
  5. Berardinelli G., et. al. Zero-tail DFT-spread-OFDM signals //IEEE Globecom Workshops. - 2013. - P. 229-234. https://doi.org/10.1109/GLOCOMW.2013.6824991
  6. Şahin A., et. al. Flexible DFT-S-OFDM: Solutions and Challenges //IEEE Communications Magazine. - 2016. - P. 106-112. https://doi.org/10.1109/MCOM.2016.1600330CM
  7. Şahin A., et. al. An Improved Unique Word DFT-Spread-OFDM Scheme for 5G Systems //IEEE Globecom Workshops. - 2015. https://doi.org/10.1109/GLOCOMW.2015.7414173
  8. Şahin A., et. al. A Comparison of SC-FDE and UW DFT-s-OFDM for Millimeter Wave Communications //IEEE International Conference on Communications (ICC). - 2018. https://doi.org/10.1109/ICC.2018.8422672
  9. Proakis J.G., Manolakis D.G. Digital Signal Processing: Principles, Algorithms, and Applications //Pearson Education. - 2007. - 4th Edition.
  10. Chaparro L.F., Akan A. Signals and Systems Using MATLAB //Elsevier. - 2019. - 3rd Edition. https://doi.org/10.1016/C2017-0-00826-1
  11. Бакулин М.Г., Варукина Л.А., Крейнделин В.Б. Технология MIMO: принципы и алгоритмы //Горячая линия - Телеком. - 2014. - 242 с.
  12. Рыжков А.Е. и др. Сети стандарта LTE. Развитие технологий радиодоступа //СПбГУТ. - 2015. - 256 с.
  13. Khan M.A., Davies R., Hassan F. Securing Wireless Signals using Artificial Phase Noise //IEEE Computing and Communication Workshop and Conference. - 2022. - P. 0943-0947. https://doi.org/10.1109/CCWC54503.2022.9720754
  14. Ng H.J., Feger R., Stelzer A. A Fully-Integrated 77-GHz UWB Pseudo-Random Noise Radar Transceiver With a Programmable Sequence Generator in SiGe Technology //IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. - 2014. - Vol. 61(8). - P. 2444-2455. https://doi.org/10.1109/TCSI.2014.2309774
  15. Shubhaker B. Phase Coded Radar Signals - Frank Code & P4 Codes //International Journal of Advance Research, Ideas and Innovations in Technology. - 2017. Доступно онлайн по адресу: https://www.ijariit.com/manuscript/phase-coded-radar-signals-frank-code-p4-codes
  16. Cho Y.S., Kim J., Yang W.Y., Kang C.G. MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB //IEEE Press John Wiley & Sons. - 2010. https://doi.org/10.1002/9780470825631
  17. Davey C.P., et. al. Using Sequence-to-Sequence Models for Carrier Frequency Offset Estimation of Short Messages and Chaotic Maps //IEEE Access. - 2022. - Vol. 10. - P. 119814-119825. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3221762
  18. Rotem A., Dabora R. A Novel Low-Complexity Estimation of Sampling and Carrier Frequency Offsets in OFDM Communications //IEEE Access. - 2020. - Vol. 8. - P. 194978-194991. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3032748
  19. Yoon J., Lee C., Kim Y.H. Recovery of carrier frequency offset and set information for LTE device-to-device communications //Journal of Communications and Networks. - 2019. - Vol. 21(1). - P. 1-11. https://doi.org/10.1109/JCN.2019.000001