Апалина Полина Владимировна – магистр по направлению "Радиотехника", аспирантка кафедры теоретических основ радиотехники
ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022
Polina V. Apalina, Master's degree in Radio Engineering, Postgraduate student of the Department of Theoretical Fundamentals of Radio Engineering
5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022
Сергиенко Александр Борисович – кандидат технических наук (1995), доцент (1998), профессор кафедры теоретических основ радиотехники
ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022
Alexander B. Sergienko, Cand. Sci. (Eng.) (1995), Associate Professor (1998), Professor of the Department of Theoretical Fundamentals of Radio Engineering
5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022
Введение. Современные системы связи должны как можно более эффективно использовать выделяемую им полосу частот. Для этого необходимо повышать спектральную эффективность систем. Одним из простых способов ее увеличения является введение индексной модуляции, которая предполагает передачу дополнительной информации за счет выбора одной из возможных комбинаций взаимного расположения активных и неактивных физических ресурсов. Однако наличие неактивных ресурсов не позволяет достичь максимально возможной спектральной эффективности, что делает актуальной задачу разработки более сложных комбинированных схем модуляции.
Цель работы. Разработать схему комбинированной индексной модуляции, обладающую повышенной спектральной эффективностью, и приемник, имеющий приемлемую вычислительную сложность; получить аналитические выражения, позволяющие оценить помехоустойчивость данной схемы модуляции.
Материалы и методы. Приведенные результаты получены с помощью компьютерного моделирования в среде MATLAB.
Результаты. Предложена схема комбинированной индексной модуляции, в которой все физические ресурсы являются активными, но обладают разной мощностью. При этом высокоуровневые и низкоуровневые ресурсы используются для передачи двух отдельных сигналов. Для дополнительного повышения спектральной эффективности между обозначенными частями итогового сигнала вводится дифференциальная фазовая манипуляция. Разработан приемник, обрабатывающий отдельно каждую компоненту сигнала, что позволяет без существенного увеличения вычислительных затрат значительно расширить ансамбль сигналов и тем самым повысить спектральную эффективность. Получены формулы для вероятности ошибки, результаты применения которых хорошо согласуются с результатами компьютерного моделирования.
Заключение. Разработанный метод позволяет формировать ансамбли сигналов большого объема на основе имеющихся кодовых книг, обладающих недостаточной спектральной эффективностью. Достоинство такого способа повышения спектральной эффективности – возможность реализации упрощенного приема, при котором общее число арифметических операций определяется не произведением, а суммой вычислительных затрат на обработку отдельных компонент сигнала. В дальнейшем предложенный подход можно расширить и рассмотреть комбинацию сигналов с паттернами индексной модуляции, имеющими больше двух уровней.
Introduction. Modern communication systems are supposed to use the allocated frequency band as efficiently as possible. This can be achieved by improving the spectral efficiency of such systems. One simple approach consists in introducing index modulation, which involves transmitting additional information by selecting one of possible combinations of the mutual arrangement of active and inactive resources. However, the presence of inactive resources hinder the achievement of maximal spectral efficiency, which makes it important to develop more sophisticated modulation schemes.
Aim. To develop a combined index modulation scheme with increased spectral efficiency and a receiver with acceptable computational complexity, as well as to obtain analytical expressions to estimate the noise immunity of this modulation scheme.
Materials and methods. Computer simulation in the MATLAB environment.
Results. A scheme of combined index modulation is proposed, in which all physical resources are active but have different power. In this case, high-level and low-level resources are used to transmit two separate signals. To further enhance the spectral efficiency, differential phase shift keying is introduced between the mentioned parts of the final signal. A receiver that processes each signal component separately, enabling significant expansion of the signal constellation and consequent improvement in spectral efficiency without substantial computational overhead is developed. Formulas for the error probability are obtained, the results of which are in good agreement with the simulation outcomes.
Conclusion. The developed method allows large-volume signal ensembles to be formed based on existing codebooks with insufficient spectral efficiency. The advantage of this approach to increasing spectral efficiency consists in the possibility of implementing a simplified reception method, in which the total number of arithmetic operations is determined by the sum, rather than by the product, of computational costs for processing individual signal components. Future research should extend the proposed approach by considering a combination of signals with index modulation patterns that have more than two levels.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.