9.8. Модуляция с эффективным использованием полосы частот. 9. Компромиссы при использовании модуляции и кодирования. Теоретические основы цифровой связи

Проблема повышения спектральной эффективности и емкости в перспективных системах связи 6g

В чем проблема повышения СПЕКТРАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ и ПОТЕНЦИАЛА перспективных продуктов?

СИСТЕМАХ СВЯЗИ 6G

DOI: 10.36724/2072-8735-2020-14-2-25-31

Бакулин Михаил Аллеманд,

В Московском техническом университете связи и информатики (Москва).

Ключевые слова: хотя технология,

Ортогональный доступ и неортогональный доступ Креинделин Виталий Борисович

Спектральная сложность, вычислительная сложность и связь в Московском техническом университете им.

И информатики, Москва, Россия

Проблема повышения спектральной эффективности и увеличения числа абонентов в настоящее время является предметом интенсивных глобальных исследований. Для решения этой проблемы в системах связи поколений 3G, 4G и 5G в основном используется технология MIMO. К ним относятся, например, многопользовательский доступ с использованием кодового разделения каналов и мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDMA). Будущие системы 6G должны соответствовать чрезвычайно строгим стандартам по пропускной способности, помехоустойчивости и спектральной эффективности. Поэтому предлагается использовать методы неортогонального многопользовательского доступа (NOMA). Когда сигналы NOMA подвергаются классической корреляционной теории приема, устойчивость системы связи к помехам будет очень низкой. Поскольку традиционная линейная корреляционная теория приема не может быть использована с NOMA, необходимо создать новые сигналы и алгоритмы приема. При этом вычислительная сложность демодуляции сигнала должна быть учтена в новых критериях синтеза сигнала. Данная статья показывает, что поиск совершенно новых алгоритмов приема с низкой вычислительной сложностью и поиск подходящих сигналов является основным направлением исследований для разработки систем 6G. Это требование крайне важно, поскольку системы 6G передают информацию с высокой скоростью.

Информация о авторах:

Михаил Германович Бакулин, Московский технический университет связи и информатики, доцент кафедры ТЭЦ, кандидат технических наук.

Котировки:

Вопросу повышения спектральной эффективности и пропускной способности в перспективных системах связи 6G 2020 посвящена работа Бакулина М. Г. и Крейнделина В. Б. Том 14. № 2. С. 25-31.

Как цитировать:

Бакулин М. Г., Крейндлин В. Б. (2020) Проблема повышения пропускной способности и спектральной эффективности будущих систем связи 6G. Том T-Comm 14, № 2, стр. 25-31. на русском языке

7TT

Введение

В последние годы наблюдается резкий рост трафика в беспроводных сетях. Существуют следующие тенденции развития мобильных сетей: увеличение количества абонентов до 4,9 млрд в 2022 году (7 трлн персональных и 2 млрд межмашинных соединений); рост скорости передачи данных с 2,5 Мбит/с на конец года; снижение пропускной способности канала доступа для пользователей с более чем 100 мегагерц или 50 Гб/с, по сравнению со средним уровнем за последние 30 лет); повышение доступности операторами услуг шифрования между устройствами, является

Стало возможным передавать такие большие объемы трафика и использовать их более эффективно (в 2-3 раза), чем нынешние системы 4G LTE/LTE Advanced.

Известный предел Шеннона [2] делает чрезвычайно сложной задачу значительного повышения спектральной эффективности систем связи. Технология MIMO (Muitiple-Input-Multiples-Output), которая использует несколько передающих и несколько принимающих антенн, была впервые предложена около 20 лет назад. Поскольку граница Шеннона для этой технологии намного выше, она способна значительно повысить эффективность использования спектра в системе связи.

Размещение абонентов в беспроводных системах связи также ускоряется с течением времени, поэтому требования к пропускной способности таких систем также растут. Традиционные методы многопользовательского доступа (FDMA, TDA) не позволяют получить требуемую емкость системы связи. Ограничение пропускной способности системы связи является серьезным препятствием для развития Интернета вещей (1oT).

Методы неортогонального многопользовательского доступа (NOMA) способствуют росту пропускной способности системы связи [5], 19. Основными препятствиями для использования методов ортогонального доступа долгое время были:

. наличие теоретических основ синтеза сигналов и оптимизации кодовой структуры для систем “NOMA”.

Алгоритмы демодуляции отличаются высокой вычислительной сложностью.

При использовании высоких скоростей передачи информации интервал времени, в течение которого необходимо произвести демодуляцию (менее 1 мкс), оказывается очень малым (1 мг). NOMA highlights significant challenges in developing NIME-based деmaturity models for communication systems. Additionally, issues arise when NOMA and MMO are used together. Это сочетание позволит одновременно достигнуть большой емкости системы связи и высокой эффективности использования спектра.

Рассматриваются следующие основные пути развития технологии NOMA:

Разработка сигналов специальной формы для повышения пропускной способности системы с технологией “NOMA”

Квазиоптимальные алгоритмы демодуляции со значительно уменьшенной вычислительной сложностью и практически оптимальной помехоустойчивостью.

Пути развития технологии MIMO представляются следующими:

Технология была объединена благодаря партнерству между M IMO и NOMMA.

Необходимо синтезировать новые пространственно-временные и энергетические единицы, чтобы достичь необходимого компромисса между высокой спектральной эффективностью и высоким потреблением энергии.

Технология предварительного кодирования позволяет получить требуемый уровень энергоэффективности при заданной высокой спектральной скорости и скорости передачи в обратном канале.

В результате исследования были выявлены квазиоптимальные алгоритмы демодуляции, имеющие приемлемую вычислительный сложность.

Исторически используемые методики повышения спектральной эффективности систем связи

В обычной системе связи используются только две антенны и одна антенна на приемной стороне. На рисунке изображена система связи. Системы с одним выходом также известны как системы SISO (Single-Inpnt).

На рисунке 1 показана традиционная система связи SISO (одна передающая и две принимающие антенны).

При разработке перспективных систем связи особое значение приобретает решение проблемы повышения скорости передачи информации. [1],[6]. Очевидно, что увеличение пропускной способности канала связи открывает возможность повышения спектральной эффективности системы передачи данных. Серьезное значение имеет определение возможностей увеличения пропускной способности.

[3], [7]:

••(‘i)

C~F-Log

Где F – частотная полоса канала связи (в Гц);

(1)

Что такое отношение сигнал/шум?

C – это пропускная способность канала связи (в бит/с).

Из формулы (1) следует, что в принципе возможны следующие способы увеличения пропускной способности и спектральной эффективности системы коммуникации:

Подход 1. Расширение полосы пропускания в канале P.

Метод 2. Увеличение мощности передаваемого сигнала p.

Подход 3. Канал связи П. становится более шумным

п

Способ 1 явно не перспективен, так как частотный ресурс ограничен естественным ресурсом и при большом количестве абонентов в данной системе связи этот способ использовать очень сложно. Кроме того, увеличение пропускной способности канала связи не улучшает спектральную эффективность системы.

Метод 2 может оказаться не очень полезным, потому что:

В силу логарифмического характера зависимости от I, увеличение мощности передаваемого сигнала приводит к очень небольшому увеличению спектральной эффективности системы связи (и, соответственно, некоторому увеличению спектрального эффекта). Если мощность сигнала Px, что произойдет?

Если пропускная способность C увеличивается в 1000 раз, пропускная способность C возрастает только в 10 раз.

Значительное увеличение мощности передаваемого сигнала P! Кроме того, это значительно увеличивает стоимость передающего оборудования и его энергопотребление.

Увеличение мощности сигнала одного абонента приводит к автоматическому увеличению частоты остальных, что в свою очередь способствует росту уровня помех для всех пользователей системы связи.

Метод 3 не может быть реализован, так как для снижения мощности шума в канале связи необходимо снизить одну из его составляющих – тепловой шум. Но тепловой шум можно уменьшить с помощью дорогих малошумящих усилителей. Остальные составляющие – помехи различного рода – уменьшить достаточно сложно.

В то же время, важно признать, что формула Шеннона (1) представляет собой непреодолимое препятствие на пути повышения спектральной эффективности системы связи.

Если для получения спектральной эффективности 10 бит/сек/Гц необходимо использовать моду-, то она должна быть в виде квадрата или полосы.

Кадр YouTube номер 1024. Для реализации системы связи с такой высокой кратностью модуляции необходимо наличие аппаратных ошибок при формировании и приеме сигнала. Кроме того, при использовании модуляции высокой кратности необходимо высокое отношение сигнал/шум.

Традиционные системы связи SISO (см. рис. 1, см. рис. 1.

2. Система связи с несколькими антеннами

Формула Шеннона (I) ставит непреодолимый барьер для значительного повышения спектральной эффективности традиционных систем связи. Но через 20 лет после этого открытия, в 1998-1999 годах, было найдено решение этой проблемы [7]. Предложенное тогда решение и его дальнейшее развитие основано на использовании нескольких антенн вместо одной. MIMO (Multiple-Input, Multiples-Output) – это система управления сетевым трафиком. Пример системы MIMO показан на рис. 2.

Рнс. 2. Система связи с несколькими передающими и двумя приемными антеннами (MIMO).

Без увеличения полосы пропускания M IMO обеспечивает значительное практическое увеличение скорости передачи данных (т.е. спектральной эффективности Для увеличения скорости передачи данных несколько цифровых потоков одновременно передаются (мультиплексируются) через различные передающие антенны. Единый высокоскоростной поток данных создается путем сначала разделения этих потоков в приемнике, а затем их объединения. Минимальное количество передающих и приемных антенн обратно пропорционально выигрышу в спектральной эффективности [1], [7].

В таблице 1 приведены спектральные значения (без учета кодирования шума) традиционной SISO системы связи с одной передающей антенной и двумя приемными антеннами.

В таблице 2 приведены спектральные значения систем связи MIMO, для распространенного на практике случая при модуляции 16-нм частоты.

7ТТ

Таблица 1

Спектральная эффективность, бит/сек Гц

RPSK 1

QPSK 2

16-QAM 4

64-ОАМ 6

256-QAM 8

Таблица 2

С П Спектральная эффективность, бит/сек/Гц, количество антенн

1 4

2 8

3 12

4 16

5 20

â 24

Таблицы 1 и 2 показывают, что системы M1MO позволяют добиться очень высокой спектральной эффективности. Например, для достижения спектральной эффективности 24 бит/сек в традиционной системе SISO требуется использование модуляции 224 -AM или другой. Реализация модулятора и демодулятора такого высокого порядка невозможна при современном уровне развития техники, элементной базы.

Ортогональный многопользовательский доступ

[2],[6J]. Для этого необходимо обеспечить такую связь между пользователями (абонентами), чтобы они не чувствовали друг друга. Каждый пользователь выделяет сигнал своей собственной уникальной формы, т.е. все сигналы всех пользователей различны по форме Для обеспечения выполнения условия отсутствия помех между пользователями необходимо, чтобы сигналы всех пользователей были взаимно ортогональны [8], 9].

На приемной стороне регистрируется шум и объединенные сигналы от каждого пользователя. Источниками шума на входе приемника являются тепловой шум, промышленные помехи и другие механические системы.

Требование ортогональности гласит, что при приеме определенного сигнала от данного пользователя не могут быть обнаружены сигналы других пользователей, и что это не влияет на качество сигнала [8], 1101. В современных беспроводных системах связи основные методы ортогонального многопользовательского доступа (OMA) следующие: [2], 11 I:

F DMA – множественный доступ с разделением частоты (FDA);

Многопользовательский доступ с временным разделением (TDMA);

C DMA – кодовое разделение доступа.

. Ортогональный частотный мультиплексирование (OFDMA).

При использовании FDMA сигналы разных пользователей передаются на разных частотах, спектры сигналов каждого пользователя перекрываются. В системе с TDMA сигналы разных пользователей передаются с разными интервалами. В системах CDMA сигналы разных пользователей передаются в одной полосе частот (то есть одновременно). Однако, благодаря ортогональности сигналов пользователей, они могут быть разделены на приемной стороне. В качестве сигналов пользователей в системах CDMA используются кодовые последовательности [81, 83].

В системах OFDMA сигналы пользователей также передаются одновременно, но их частотные полосы перекрываются. Сигнал OFDMA может быть разделен на приемной стороне, если он не обладает ортогональностью [12].

К сожалению, количество ортогональных сигналов в данный момент времени ограничено [2J]. Это означает, что увеличить число одновременных пользователей в системе связи можно только за счет расширения полосы частот. До недавнего времени возможность увеличения пропускной способности систем связи с ортогональным многопользовательским доступом еще сохранялась, но требования к характеристикам системы 5G оказались столь высокими. Аналогичный подход используется при разработке методов формирования сигналов для будущих систем 6G [16], [17].

4. Неорто! Опальный доступ к сайту.

Ортогональный многопользовательский доступ использует свойство ортонормированности сигналов. Это позволяет разделить их путем простой корреляционной обработки. В принципе, проблем с синтезом сигналов для ортогонального многопользовательского доступа не существует. Некоторые исключения были при использовании систем с кодовым разделением. В них допускалось использование квазиортогональных сигналов (QS) с небольшим уровнем взаимной корреляции, но предполагалось их равное усиление [6], 114].

Кодовое разделение с использованием кваз и генераторов ортогональных сигнальных знаков может обеспечить увеличение пропускной способности системы на 10-25% при оптимальном или даже коварном многопользовательском приеме. Для обеспечения достаточно высокого уровня взаимной корреляции в базовых 64 сигналах требовалось реализовать многопользовательский демодулятор примерно для 80 активных сигналов. Это привело к резкому увеличению стоимости приемника из-за его сложности.

В системах 5G и перспективных системах 6G ожидается использование технологии с неортогональной точностью.

Неортогональный множественный доступ, также известен как NORTGONAL MM.

N OMA неортогональный многопользовательский доступ, как следует из названия

Примеры синтеза сигналов для систем, в которых используются такие критерии [13]:

Максимальное евклидово расстояние между точками общего сигнала, в миллиметрах

Максимальная пропускная способность дискретно-непрерывной системы, которая может быть получена с помощью компьютера

Максимальная вероятность ошибки на символ, где символ означает суммарный сигнал от всех пользователей.

При синтезе сигналов для NOMA должны использоваться критерии, учитывающие дискретный характер передаваемых сигналов. Это существенно усложняет задачу синтеза, так как в данных критериях используется перебор всех возможных комбинаций. Кроме того, эта задача усложняется также случайным характером многопользовательского капала связи (замираниями, фазовыми сдвигами, временными задержками и т.п.). Поэтому в настоящее время нет подходящей теории, имеющей практическое значения для построения систем связи с технологией NOMA. Этим объясняется большое количество предложений по реализации NOMA для стандарта 5СЗ [11], [13].

В настоящее время известны следующие разновидности неортогонального многопользовательского доступа [11], 113 J:

S CMA – это множественный доступ по разреженному коду (SCPM);

Без контакта с делением в

Power Domain Noma (Система с разделенной мощностью);

• Многопользовательский доступ с разделением с помощью шаблонов (Pattern Division Multiple Access – PDMA);

• Многопользовательский доступ с битовым мультиплексированием (Bil Division Multiplexing- BDM);

• Многопользовательский доступ коллективного пользования (Mulli User Shared Access – MUSA);

• Многопользовательский доступ с кодовым разделением с сигнатурами низкой плотности (Low Density Signatures CDMA – LDS-CDMA);

Множественный доступ с последовательным подавлением помех (SAMA).

В чем разница между технологией NOMA и ортогональным доступом? Как уже упоминалось, использование линейных демодуляторов, основанных на корреляционном приеме, в системах NOMA невозможно.

По. Здесь рекомендуется использовать демодулятор.

Алгоритмы демодуляции, используемые N OMA, не связаны с технологией ДНК. Существует ряд квазиоптимальных алгоритмов демодуляции, которые просты в использовании, но работают только с определенными структурами сигналов. Например, итеративная турбо-обработка может быть использована при использовании сигналов с разреженной структурой [11], [18]. Ora отличается от LDS-CDA версий NOMA.

N OMA будут использоваться в системах 5G и предстоящих 6G, поскольку неортогональный доступ обеспечивает максимальную пропускную способность системы связи.

5. проблема вычислительной сложности реализации приемника MIMO и NONMA систем связи.

Сигнал, присутствующий в каждой приемной антенне системы MIMO, представляет собой сумму всех передаваемых сигналов и шума. Для выделения в приемнике всех передаваемых сигналов необходимо с интервалом в один символ перечислить все возможные комбинации символов [3] и 4], [20]. В таблице 3 приведено количество комбинаций, полученных в результате подсчета.

Таблица 3

Количество антенн N в зависимости от различных методов волков u’latsn

11PSK QPSK 16-QAM 64-QAM

2 4 16 256 4 096

4 16 256 65 536 16 772 216

6 64 4 096 16772 216 68 719 476 736

Из таблицы 3 видно, что при количестве антенн N 4 и использовании модуляции относительно высокого порядка, количество комбинаций символов очень велико. Это делает практически невозможным реализацию оптимальной приемной системы “MIMO” на существующей элементной базе (ИБП). Однако именно в этом случае (см. табл. 2) достигается необходимая высокая спектральная эффективность системы связи

В настоящее время существуют менее сложные, квазиоптимальные алгоритмы приема сигналов MIMO. Однако, тем не менее.

[4], 111. Эти потери увеличиваются с ростом числа антенн [111], [11].

Теперь сделаем анализ сложности реализации оптимального приемника системы NOMA. В случае оптимального приема сигналов в системе MIMO оптимальный алгоритм требует перебора всех возможных комбинаций символов с символами сигнала каждого активного пользователя. В этом случае перебор должен быть осуществлен на интервале времени, равном длительности принятого символа [21]. В табл. 4 приведены расчетные затраты, необходимые для такого перебора комбинаций в таблице 4. Подсчет проведен для разных методов модуляции и различных по числу К активных пользователей, сигнал которых присутствует на входе приемника.

Таблица 4

Число активных пользователей К Количество комбинаций символов при разных методах модуляции

В PS К QPSK ](vQ A M 64-0 A M

10 1024 1 048 576 1.2-1013 1.2 10!S

20 1 048 576 1.2-1011 1,5-1014 1.5-10*

30 1.110′ 1.4-I0IS 1.9-10* 1.9- 10SJ

Из таблицы 4 следует, что даже при небольшом количестве активных пользователей реализация оптимального алгоритма приема неортогональных сигналов невозможна. В случае MIMO для приема неортогональных сигналов известны более простые квазиоптимальные алгоритмы. Квазиоптимальные алгоритмы приема имеют меньшую помехоустойчивость, чем оптимальные. Но при большом числе пользователей K даже менее простые алгоритмы приема имеют очень высокую сложность.

Следует подчеркнуть, что объединение технологий MIMO и NOM значительно увеличивает сложность алгоритмов приема. Однако совместное использование MIMO и NOM позволяет одновременно повысить эффективность и пропускную способность системы связи.

Выводы

1. Для повышения спектральной эффективности беспроводных систем связи необходимо использовать MIMO и NOM.

Основная проблема, возникающая при реализации этих технологий, заключается в вычислительной сложности приемника.

Основным направлением исследований является поиск алгоритмов приема сигналов с низкой вычислительной сложностью и поиск соответствующих сообщений, прием которых возможен без потерь. В ближайшие годы актуальность исследований в этом направлении будет чрезвычайно высока, так как потребуется подготовить предложения по стандартам перспективных систем 6G.

Актуальность этих исследований не снизится в ближайшие 10-15 лет, так как с увеличением скорости передачи информации требования к сложности алгоритмов демодуляции растут.

Литература

1. Джамиль У. Хан. Мехмет Р. Юче. Интернет вещей (loT): Системы и приложения. США, Дженни Стэнфорд Паблишинг, 2022. 350 p.

2. Прокис Дж. Цифровая коммуникация. Перевод с английского Д. Дугласа – Лови: M.: Радио и связь, 2000. 797 с.

3. Джерри Р. Хэмптон. Введение в Ml MO коммуникации, Великобритания, Cambridge University Press, 2022. 288 p.

4. MIMO: принципы и алгоритмы. М,: Горячая линия Телекома 2022. 280 с.

5. ZTE, RAN I #94, R1-1809974, “Обновленное автономное резюме оценок производительности для NOMA”.

6. Скляр Б. Цифровая связь Пер. с англ И 04 с,

7. Alamauti S.M. A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications. IEEE Journal on Selected Areas of Communications. Vol. 16. № 8, October 1998, pp. 1451-1458.

8. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. 384 с.

9. Зубарев Ю. Б., Трофимов ЮК. Шломо AM. и Крейнделин В. Б 2004. № 3. С. 11-13.

10. Тыртыиишков ЕЕ. Матричный анализ и линейная алгебра. М.: Фпчматлит, 2007. 480 с.

11. Бакулин М. Г, Крейнделен ВБ Панкратов Д ЮЮ Технологии радиосвязи на пути к 5G М.: Горячая линия – Телеком 2022, 280 с.

12. Бакулин М. Г., Крейнделина В. Б. и Шумов А. П. в развитии технологии OFDM Учебник для вузов. М.: Горячая линия Телеком, 2022 360 с.

13. Методы множественного доступа для беспроводных сетей 5G и далее. Под редакцией Мойтабы Ваези, Жигуо Динга и Винсента Пура. США: Springer. 2022, 670 p.

14. Ипатов В. П. Периодические дискретные сигналы с оптимальными корреляционными свойствами Москва: Радио и связь, 1992 154 с.

15. Sari Н.. Maatouk A.. Caliskan Е.. Assaad М.. Коса М., Gui G. On the Foundation of NOMA and its Application to 5G Cellular Networks//Proc,, WCNC, 2022, April, 2022, Barcelona. Spain,

16. Федерико Клаццер и Манори. Лива и Андреа. Лазаро, Франциско, Стефанович, Чедомир и Поповски составляют Giaiiltiigi (6. Pelar. От 5G к 6G в 2022 году: пришло ли время для современного случайного доступа? URL этого документа: ht!ps://arxiv.org/pdf/1903.03063.pdf.

17. Stoica. Razvan-Andrei & Abreit. Giuseppe. (2022). 6G: the Wireless Communications Network for Collaborative and A1 Applications. Элеггронный ресурс: https://arxiv.org/pdf/1904.03413vl.pdr.

18. Бакулин М. Г, Крейнделен В. Б. Шумов А П 2022. Том 55. № 2. С. 206-214

19. Электронный ресурс: https://nag.ru/articles/article/32077/ noma-novaya-tebBologiya-dlya-besprovodnyih-setey.html.

В одном и том же частотном диапазоне. При этом речь может идти о сигналах с уровнем

21. Бен Режеб Т. Б., К. К. и Смирнов А. Е. Показана эффективность методов демодуляции сигналов в системах связи с большим числом антенн // Труды 70-й Международной конференции “Радиоэлектронные устройства или системы для инфокоммуникационных технологий – РЕКУС-2022”, посвященной Дню радио Выпуск LXX (60%). М.: Брис-М, 2022 251-255.

ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ В ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ 6G

Михаил Г. Бакулин и Виталий Б. Крейндлин учатся в Московском техническом университете связи и информатики в Москве, Россия. Их адреса электронной почты: m.g.bakulin@gmail.com и vitkrend@gmail.com, соответственно.

The problem of increase of spectral efficiency and increase of the number of users in perspective 6G communication systems is nou in the focus of extensive research all over the world. This problem is being solved in 3G, 4G and 5G systems mainly at the expense of both MIMO technology and orthogonal multiple access (OMA) methods. Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) and Code Division Multiple Access (CDMA) are such methods. However, since future 6G systems shall meet very high requirements to spectral efficiency, interference immunity and capacity, that orthogonal access OMA cannot already provide required system capacity at given interference immunity and spectral efficiency. Therefore, non-orthogonal methods of multiple access (NOMA) are being considered. If one use claccic correlation reception theory to NOMA signals, then interference immunity of communication system will be not high. NOMA technique require the synthesis of new signals and new reception algorithms, since classic linear correlation reception theory cannot be implemented. Moreover, one needs to find new criteria for such synthesis, those should take into account computational complexity of signal demodulation. It is shown in the article, that general research direction for 6G development is to find quite novel reception algorithms with low computational complexity and search of corresponding novel signals, those can be received via low interference immunity loss with simple algorithms. The requirement to use simple reception algorithms is cased by high requirements to data transmission rate in 6G systems.

Ключевые слова: Технология MIMO, ортогональный доступ, неортогональный доступ, вычислительная сложность, спектральная эффективность, пропускная способность, корреляционный прием.

1. Мехмет Р. Юче и Джамиль И. Хан. (2022). Системы и приложения для Интернета вещей (IoT). Издательство Дженни Стэнфорд, Соединенные Штаты. 350 p.

2. Я. Прокис (2000). электронная коммуникация Д. Д. Кловский, редактор. Москва: Связь и радио. (На русском языке) 797 с.

3. Джерри Р. Хэмптон. (20I4). Введение в MIMO коммуникации, Великобритания, Cambridge University Press. 288 p.

4. Бакулин М. Г., Варукина Л. А., Крейндлин В. Б. (20I4). Технология MIMO: принципы и алгоритмы. Москва: Горячая линия – Телеком. 280 с. (на русском языке).

5. Обновленное автономное резюме оценок работы NOMA, RI-I809974 ZTE, RANI#94.

6. Б. Скляр (2003). электронная коммуникация Второе издание: теоретические основы и практическое применение. Издательский дом “Вильямс”, Москва. II04 с.

7. SM Alamouti (1998). Простая техника беспроводной связи для разнообразия передачи. Журнал IEEE по избранным областям связи. Vol. I6. No. pp. 8, October I998, 8 I45I-I458.

8. Варакин Л. Е. (I985). Системы связи с псевдошумовыми сигналами. Москва: Радиосвязь. 384 с. (на русском языке).

9. Zubarev Y.B., Trofimov Y.K., Shloma A.M., Bakulin M.G., Kreyndelin V.B. (2004). New algorithms of signal generation and processing in mobile communication systems. Electrosvyaz. No. 3, pp. II-I3. (In Russian)

10. Tyrtyshnikov E.E. (2007). Matrix analysis and linear algebra. Moscow: Fizmatlit. 480 p. (In Russian)

11. Бакулин М. Г., Крейндлин В. Б., Панкратов Д. Ю. (2022). Технологии в системах радиосвязи на пути к 5G. Москва: Горячая линия – Телеком. 280 с. (на русском языке).

12. Шлома А. М., Бакулин М. Г., Крейндлин В. Б., Шумов А. П. (20I6). Проектирование OFDM. Горячая линия – Телеком, Москва. 360 p.

( На русском)

13. Методы множественного доступа для будущих беспроводных сетей, включая 5G. под редакцией Винсента Пура, Жигуо Динга и Мойтабы Ваези. Springer, USA 20I9. 670 p.

14. Ипатов В. П. (I992). Периодические дискретные сигналы с оптимальными корреляционными свойствами. Москва: Радиосвязь. 52 с. (на русском языке).

15. Х. Сари, А. Маатук, Г. Гуи, М. Ассаад, М. Кока и Э. Калискан, 2022. Относительно основы NOMA и ее применения к сотовым сетям 5G. Барселона, Испания: Proc., WCNC, April 20I8.

16. Clazzer, Federico & Munari, Andrea & Liva, Gianluigi & Lazaro, Francisco & Stefanovi?, Ledomir & Popovski, Petar. (20I9). From 5G to 6G: Has the Time for Modern Random Access Come? Электронный ресурс: https://arxiv.org/pdf/I903.03063.pdf.

17. Stoica, Razvan-Andrei & Abreu, Giuseppe. (2022). 6G: the Wireless Communications Network for Collaborative and AI Applications. Internet resource: https://arxiv.org/pdf/I904.034I3vI.pdf.

18. Шумов А. П., Бакулин М. Г., Крейндлин В. Б. (2022). Системы связи с пространственно-временным кодированием и турбопроцессингом. Радиотехника и электроника Том 55. No. 2, pp. 206-2I4. [In Russian].

19. Internet resource: https://nag.ru/articles/article/32077/noma-novaya-tehnologiya-dlya-besprovodnyih-setey.html.

20. Clerckx B., Oestges C. (20I3). Беспроводные сети MIMO: Каналы, методы и стандарты для многоантенных, многопользовательских и многосотовых систем. Второе издание. ВЕЛИКОБРИТАНИЯ: Elsevier. 733 p.

21. Смирнов А. Е. и Т. Б. К. Бен Реджеб (20I5). анализ эффективности методов демодуляции сигналов в системах со многими антеннами. Материалы 70-й международной конференции по радиоэлектронным устройствам и системам для информационно-коммуникационных технологий (REUS-2022), посвященной Дню радио. Проблема LXX. Брис-М, Москва, с. 25I-255. [In Russian].

Сведения об авторах:

Михаил Григорьевич Бакулин имеет степень кандидата наук и является доцентом Московского технического университета связи и информатики в Москве, Россия.

Виталий Б. Крейндлин, д-р техн. наук, проф. д-р техн. наук, проф. Проф. зав. кафедрой, Московский технический университет связи и информатики, Москва, Россия

Abstract

Использованная литература

7ТЛ

Сравнительная таблица

Примеры прогнозируемых значений спектральной эффективности для некоторых систем связи приведены в таблице ниже. Эти показатели характерны не для всех систем. Если они находятся на большем расстоянии от передатчика, они не получат таких же показателей.

Спектральная эффективность обычных систем связи

17

обслуживаниеСтандартЗапущен,
год
Максимум. чистая скорость передачи
на несущую и
пространственный поток,
R (Мбит / с)
Полоса пропускания
на несущую,
Б (МГц)
Максимум. спектральная эффективность линии связи,
R / B (бит / с⋅Гц)
Типичный коэффициент повторного использования , 1 / KSystem спектральная эффективность,
R / BK (бит / s⋅Hz на сайте)
SISOMIMO
1G сотовая связьМодем
NMT 450
1981 г.0,00120,0250,45N / A0,142857
0,064
1G сотовая связьAMPS- модем1983 г.0,00030,0300,001N / A0,142857 170,0015
2G сотовая связьGSM1991 г.0,104 0,013 × 8 временных интервалов = 0,1040.200 0,20,52N / A0,1111111 19 ( 13 в 1999 году)0,17000 0,17 (в 1999 г.)
2G сотовая связьD-AMPS1991 г.0,039 0,013 × 3 временных интервала = 0,0390,0301.3N / A0,1111111 19 ( 13 в 1999 году)0,45 0,45 (в 1999 г.)
2.75G сотовой связиCDMA2000 1 × голос2000 г.0,0096 0,0096 за телефонный звонок × 22 звонка1,22880,0078 за звонокN / A10,172 (при полной загрузке)
2.75G сотовой связиGSMEDGE2003 г.0,384 (тип. 0,20)0,21,92 (тип. 1,00)N / A0,33333 130,33
2.75G сотовой связиИС-136 HS EDGE0,384 (тип. 0,27)0.2001,92 (тип 1,35)N / A0,33333 130,45
3G сотовая связьWCDMA FDD2001 г.0,38450,077N / A10,51
3G сотовая связьCDMA2000 1 × PD2002 г.0,1531,22880,125N / A10,1720 (при полной загрузке)
3G сотовая связьCDMA2000 1 × EV-DO Rev.A2002 г.3,0721,22882,5N / A11.3
Фиксированный WiMAXIEEE 802.16d2004 г.96204.80,25 141.2
Сотовая связь 3.5GHSDPA2007 г.21,154,2214,22
4G MBWAiBurst HC-SDMA2005 г.3.90,6257.317.3
4G сотовая связьLTE2009 г.81,6204,0816,32 (4 × 4)1 ( 13 по периметру)
0,33333
16,32
4G сотовая связьLTE-Advanced202275203,7530,00 (8 × 8)1 ( 13 по периметру)
0,33333
30
Вай-файIEEE 802.11a / g2003 г.54202,7N / A0,33333 130,900
Вай-файIEEE 802.11n (Wi-Fi 4)2007 г.72,2 (до 150)20 (до 40)3,61 (до 3,75)До 15,0 (4 × 4, 40  МГц)0,33333 135,0 (4 × 4, 40  МГц)
Вай-файIEEE 802.11ac (Wi-Fi 5)2022 г.433,3 (до 866,7)80 (до 160)5,42До 43,3 (8 × 8, 160  МГц)0,33333 1314,4 (8 × 8, 160  МГц)
Вай-файIEEE 802.11ax (Wi-Fi 6)2022 г.600,5 (до 1201)80 (до 160)7,5До 60 (8 × 8, 160  МГц)0,33333 1320 (8 × 8, 160  МГц)
WiGigIEEE 802.11ad2022675621603N / A13
Магистральная радиосистемаTETRA , низкий FEC1998 г.0,019 4 временных интервала = 0,019 (0,029 без FEC)0,0250,8N / A0,142857 170,1
Магистральная радиосистемаTETRA II с TEDS , 64-QAM, 150 кГц, низкий FEC2022 г.0,538 4 временных интервала = 0,5380,150 (масштабируется до 0,025)3,6N / A
Цифровое радиоDAB1995 г.От 0,576 до 1,1521,712От 0,34 до 0,67N / A0.200 15От 0,07 до 0,13
Цифровое радиоDAB с SFN1995 г.От 0,576 до 1,1521,712От 0,34 до 0,67N / A1От 0,34 до 0,67
Цифровое ТВDVB-T1997 г.31,67 (тип 24)84,0 (тип. 3,0)N / A0,143 170,57
Цифровое ТВDVB-T с SFN1996 г.31,67 (тип 24)84,0 (тип. 3,0)N / A14,0 (тип. 3,0)
Цифровое ТВDVB-T22009 г.45,5 (тип.40)85,7 (тип. 5,0)N / A0,143 170,81
Цифровое ТВDVB-T2 с SFN2009 г.45,5 (тип.40)85,7 (тип. 5,0)N / A15,7 (тип. 5,0)
Цифровое ТВDVB-S1995 г.33,8 для 5,1 C / N (44,4 для 7,8 C / N)27,51,2 (1,6)N / A0,250 140,3 (0,4)
Цифровое ТВDVB-S22005 г.46 для 5,1 C / N (58,8 для 7,8 C / N)30 (тип.)1,5 (2,0)N / A0,250 140,4 (0,5)
Цифровое ТВATSC с DTx1996 г.3219,391.6N / A13,23
Цифровое ТВDVB-H2007 г.5,5 к 118От 0,68 до 1,4N / A0.200 15От 0,14 до 0,28
Цифровое ТВDVB-H с SFN2007 г.5,5 к 118От 0,68 до 1,4N / A1От 0,68 до 1,4
Цифровое кабельное телевидение Режим
DVB-C 256-QAM
1994 г.3866,33N / AN / AN / A
Широкополосный модем CATVDOCSIS 3.1 QAM-4096 , интервал OFDM 25 кГц , LDPC2022 г.1890 г.1929,84N / AN / AN / A
Широкополосный модемADSL2 нисходящий канал120,96212,47N / AN / AN / A
Широкополосный модемADSL2 нисходящий канал28 год2,10913,59N / AN / AN / A
Телефонный модемНисходящий канал
V.92
1999 г.0,0560,00414.0N / AN / AN / A

Н/А означает неприменимо.

Читайте про операторов:  Решения для GSM операторов: транспортные сети, SDH оборудование, mini SDH

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *