аспирант кафедры мультимедийных технологий и телекоммуникаций Московского физико-технического института (национального исследовательского университета)
В работе исследуются методы пространственно‑временно́го кодирования сигналов в системах MIMO‑OFDM при передаче в нестационарных частотно‑селективных каналах. Рассмотрены ограничения традиционных подходов (STBC, SFBC) при высоких уровнях доплеровского сдвига и частотной избирательности. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения спектральной эффективности и устойчивости беспроводных систем связи к межсимвольным помехам и доплеровским искажениям.
Используемые методы. В статье предложена структура комбинированного алгоритма пространственного кодирования WHSTBC‑CC, основанного на сопряженном подавлении и преобразовании Уолша –Адамара. Построены математические модели передающих и приемных сигналов, учитывающие влияние искажений канала и аддитивного белого гауссова шума. Для анализа эффективности применены методы моделирования с учетом нормированных значений доплеровского сдвига и коэффициентов временно́й и частотной корреляции.
Результаты. Показано, что использование WHSTBC‑CC обеспечивает повышение устойчивости передачи и снижение вероятности ошибок при fdT ≤ 0,01. Коэффициент энергетического выигрыша метода составляет 5–12 дБ по сравнению с классическим STBC и практически не зависит от частотной избирательности канала. Разработанная в работе модификация пространственного кодирования с использованием преобразования Уолша – Адамара и алгоритма сопряженного подавления позволяет частично компенсировать указанные недостатки, повышая устойчивость системы и обеспечивая выигрыш по энергии до 12 дБ по сравнению с классическим STBC. Экспериментальные измерения на подвижной SDR-платформе подтвердили работоспособность предложенного подхода в условиях реальной радиосреды, включая сценарии с прямой видимостью и без нее.
Новизна работы заключается в разработке алгоритма адаптивного пространственного кодирования, интегрирующего различные схемы (STBC, SFBC) в зависимости от параметров канала.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и оптимизации систем MIMO‑OFDM для сетей мобильной связи и широкополосного доступа, а также в специализированных радиосетях, функционирующих в условиях высокой нестационарности и воздействия средств радиоэлектронного подавления.
The article investigates methods of spatio‑temporal encoding of signals in MIMO-OFDM systems during transmission in non‑stationary frequency‑selective channels. The limitations of traditional approaches (STBC, SFBC) at high levels of Doppler shift and frequency selection are considered. The relevance of the study is due to the need to increase the spectral efficiency and stability of wireless communication systems to intersymbol interference and Doppler distortion.
Methods used. The article proposes the structure of a combined spatial encoding algorithm WHSTBC‑CC based on combined suppression and Walsh‑Hadamard transformation. Mathematical models of transmitting and receiving signals are constructed, taking into account the influence of channel distortions and additive white Gaussian noise. To analyze the effectiveness, modeling methods were applied taking into account the normalized values of the Doppler shift and the coefficients of time and frequency correlation.
Results. It is shown that the use of WHSTBC‑CC provides an increase in transmission stability and a reduction in the probability of errors at fdT < 0.01. The energy gain coefficient of the method is 5-12 dB compared with the classical STBC and is practically independent of the frequency abundance of the channel. The modification of spatial coding developed in the work using the Walsh-Hadamard transform and the conjugate suppression algorithm partially compensates for these disadvantages, increasing the stability of the system and providing an energy gain of up to 12 dB compared with the classical STBC. Experimental measurements on a mobile SDR platform have confirmed the operability of the proposed approach in a real radio environment, including scenarios with and without direct visibility.
The novelty of the work lies in the development of an adaptive spatial coding algorithm that integrates various schemes (STBC, SFBC) depending on the channel parameters.
Practical significance. The results obtained can be used in the design and optimization of MIMO‑OFDM systems for mobile communications and broadband access networks, as well as in specialized radio networks operating in conditions of high instability and exposure to electronic jamming.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.