Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2018, № 2 · RADIO ENGINEERING

Имитационное моделирование телекоммуникационных систем высокоскоростной передачи данных по атмосферному радиоканалу в чистой атмосфере с помощью миллиметровых волн в интегрированных цифровых системах связи

G.A. Andreev1, M.N. Andrianov2, D.A. Korbakov1, V.N. Pozhidaev1

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Астро-космический Центр Физического Института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук, Russia
Full text (PDF) UDC 621.372.39, 621.396.4 EDN YRNXSF

Abstract

An algorithm for intermittent communication in channels with lognormal fading is proposed, which reduces the probability of erroneous reception. It is established that the use of intermittent communication reduces the probability of erroneous reception of signals. The gain in noise immunity increases with the dispersion of the communication channel and the average value of the signal-to-noise ratio. The algorithm effectively operates in the time duplex mode, when the envelopes of the signals of both directions are correlated. By the level of the received signals, the relative level of signals at the opposite end of the radio link is calculated and due to this, it is possible to determine the moments of switching on and off of its transmitter. Data is only transmitted when the signal levels are higher than the specified threshold level at the receiver input. It has been established that if this level is chosen to be a multiple of the mean value, then the radio link utilization factor and data rate are fixed, while they depend only on the variance of lognormal fluctuations. Varying the threshold level, you can implement at least two-criteria optimization of data transfer. Increasing the threshold level increases the noise immunity of the transmission, but reduces the speed and vice versa. It is established that the gain from the application of the intermittent communication algorithm increases with the increase in the dispersion and the signal level. The intermittent communication algorithm will be reliable for any probability density of the signal envelope fluctuations, for example in millimeter-wave if dispersion more than unit, then probably density is not lognormal. In this case, the histogram of the probability density, then the variance, the mean value and the mean square are determined and a decision is made to select the threshold level according criteria the error probability and the data rate.

  • millimeter waves
  • telecommunication systems
  • communication systems
  • wireless Internet
  • an anti-noise signal
Аннотация (на русском)

Имитационное моделирование телекоммуникационных систем высокоскоростной передачи данных по атмосферному радиоканалу в чистой атмосфере с помощью миллиметровых волн в интегрированных цифровых системах связи

Предложен алгоритм прерывистой связи в каналах с логнормальными замираниями, снижающий вероятность ошибочного приема. Установлено, что применение прерывистой связи уменьшает вероятность ошибочного приема сигналов. Выигрыш в помехоустойчивости повышается с ростом дисперсии канала связи и средним значением отношения сигнал/шум. Алгоритм эффективно работает в режиме временного дуплекса, когда огибающие сигналов обоих направлений коррелированы. По уровню принимаемых сигналов вычисляется относительный уровень сигналов на противоположном конце радиолинии и благодаря этому определять моменты включения и выключения своего передатчика. Данные передаются только в моменты, когда уровни сигналов выше заданного порогового уровня на входе приемника. Установлено, что если этот уровень выбрать кратным среднему значению, то коэффициент использования радиолинии и скорость передачи данных фиксированы, при этом они зависят только от дисперсии логнормальных флуктуаций. Варьирование уровня порога можно реализовать по крайней мере двухкритериальную оптимизацию передачи данных. Повышение уровня порога увеличивает помехоустойчивость передачи, но снижает скорость и наоборот. Установлено что выигрыш от применения алгоритма прерывистой связи возрастает с ростом дисперсии и уровня сигнала. Алгоритм прерывистой связи будет надежен при любой плотности вероятности флуктуации огибающей сигнала, например, в миллиметровом диапазоне, если дисперсия больше единицы плотность вероятности не является логнормальной. Например, в случае сильных флуктуаций радиоволн миллиметрового диапазона, когда дисперсия больше единицы и замирания сигнала не являются логнормальными. В этом случае определяются гистограмма плотности вероятности, затем дисперсия, среднее значение, средний квадрат и принимается решение о выборе уровня порога по критериям вероятности ошибки и скорости передачи данных.

For citation

Andreev G.A., Andrianov M.N., Korbakov D.A., Pozhidaev V.N. Имитационное моделирование телекоммуникационных систем высокоскоростной передачи данных по атмосферному радиоканалу в чистой атмосфере с помощью миллиметровых волн в интегрированных цифровых системах связи // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 2.

References

  1. Андреев Г.А., Корбаков Д.А. «Интерференционные замирания узкого пучка миллиметровых волн при распространении вблизи подстилающего земного покрова». // Радиотехника и электроника, 2005, т.50, №5, с. 564-570.
  2. Андреев Г.А., Андрианов М.Н. Вероятности ошибок кодированных фазоманипулированных сигналов с логнормальными амплитудными флуктуациями в гауссовом шуме // Радиотехника и электроника. - 2003. - Т. 42. - №12 - С. 1466-1470.
  3. Андрианов М.Н., Киселев И.Г. О повышении помехозащищенности передачи дискретных сообщений в каналах с замираниями. // М., Мобильные системы. - 2007. - №4. - С. 13-16.
  4. Андрианов М.Н., Киселев И.Г. Вероятность ошибки в каналах со случайными параметрами при комплексировании прерывистой передачи и разнесенного приема // М., Мобильные системы. - 2007. - №5. - С. 44-47.
  5. Шахтарин Б.И., Андрианов М.Н., Андрианов И.М. Применение прерывистой связи в каналах со случайными параметрами для передачи узкополосных сигналов и сигналов с ортогональным частотным разделением // Радиотехника и электроника. - 2009. - Т. 54. - №10 - С. 1237-1244.
  6. Андрианов М.Н., Бумагин А.В., Гонтарь А.В., Калашников К. С., Прудников А.А., Стешенко В.Б. Повышение помехоустойчивости и спектральной эффективности передачи данных по цифровым каналам связи в условиях обобщенных рэлеевских замираниях // М., Измерительная техника. - 2010. - №8. - С. 61-65.
  7. Андрианов М.Н., Бумагин А.В., Калашников К. С., Сысоев И.Ю. Повышение помехоустойчивой передачи данных по цифровым каналам связи в условиях замираний по закону Накагами // М., Измерительная техника. - 2011. - №3. - С. 57-62.
  8. Andrianov M.N., Kiselev I.G. Application of the Mode Intermittent Radiation in Fading Channels. "Digital Communication". Chapter in the book. Publishing house InTech, March, 2012, March, 2012. ISBN 978-953-51-0215-1 (pp. 139-160).
  9. Андрианов М.Н. Анализ и синтез прерывистой связи с разнесенным приемом для повышения эффективности передачи цифровых данных в системах наземно-космической интерферометрии // Журнал радиоэлектроники. - 2013. - №5 [Электронный ресурс].
  10. Андрианов М.Н., Киселев И.Г., Андрианов И.М., Корбаков Д.А. Повышение эффективности передачи данных в каналах с замираниями применением прерывистой связи. // Тезисы докладов Международного конгресса «Проблемы и перспективы развития наукоемкого машиностроения». - Казань, 2013. - C. 124-126.
  11. Андрианов М.Н. Особенности прерывистой связи в канале с логнормальными замираниями // Метрология. - 2009. - №5. - С. 35-43.
  12. Андрианов М.Н. Повышение помехоустойчивости подвижной связи в канале с логнормальными замираниями комплексированием прерывистой связи с разнесенным приемом сигналов // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2009. - Т.14. - №7 - С. 11-17.
  13. Recommendation ITU-R P.676-10 (09/2013). Attenuation by atmospheric gases. P Series. Radiowave propagation.
  14. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Часть II. Случайные поля. - М.: Наука, 1978. - 463 с.
  15. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазоманипулированными сигналам. - М.: Радио и связь, 1991. - 296 с.
  16. Купер Дж., Макгиллем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем. - М.: Мир, 1989. - 376 с.