Analysis of signal processing methods in МІМО systems

Abstract

Conflicts of the last decades (the Chechen war (Russian Federation), armed confrontation in the countries of the Middle East and North Africa, anti-terrorist operation in the territory of Donetsk and Lugansk regions (Operation of the United Nations)) go beyond the existing (traditional) forms and methods of warfare, conducted on the background of information and psychological operations and the active using of electronic emitters. Therefore, provision of sustainable communication is one of the priority directions of scientific research. One of the directions of increasing the noise immunity of radio communication devices is using of the multi-antenna radio communication systems. However, they are complex technical systems. There are many approaches to increasethe impedance of multi-antenna systems, but the authors of this article limited themselves to considering only the methods of signal processing, namely orthogonal spatial-temporal codes. During the study, the authors used the basic provisions of the theory of communication, the theory of antennas, the theory of noise protection and signal-code structures. In the course of the analysis, the authors found, that the computational complexity of the orthogonal codes used in MIMO systems is directly proportional to the number of transmitting antennas in the system, which leads to a linear increase in the number of computational operations in the processing of signals was using mentioned spatio-temporal codes. However, this type of spatial-temporal codes has high energy efficiency in MIMO systems with a small number of antennas. The authors propose to develop a method of space-time coding of signals in multi-antenna radio systems with high energy and spectral efficiency, when the proposed method had an acceptable computational complexity.

Конфлікти останніх десятиліть (Чеченська війна (Російська Федерація), збройні протистояння в країнах Близького Сходу та Північної Африки, Антитерористична операція на території Донецької та Луганської областей (Операція Об'єднаних Сил)) виходять за рамки існуючих (традиційних) форм та способів ведення бойових дій, проводяться на фоні інформаційно-психологічних операцій та активного використання засобів радіоелектронного подавлення. Отже забезпечення стійкого зв'язку є одним з пріоритетних напрямків наукових досліджень. Одним з напрямків підвищення завадозахищеності засобів радіозв'язку є використання багатоантенних систем радіозв'язку. Проте вони є складними технічними системами. Існує багато підходів до підвищення завадозахищеності багатоантенних систем, проте автори зазначеної статті обмежилися розглядом лише методів обробки сигналів, а саме ортогональних просторово-часових кодів. В ході дослідження авторами були використані базові положення теорії зв'язку, теорії антен, теорії завадо-захищеності та сигнально-кодових конструкцій. В ході проведеного аналізу авторами з'ясовано, що обчислювальна складність ортогональних кодів що використовується в системах МІМО прямо пропорційна кількості передавальних антен в системі, що призводить до лінійного зростання кількості обчислювальних операцій при обробці сигналів з застосуванням зазначених просторово-часових кодів. Проте зазначений вид просторово-часових кодів має високу енергетичну ефективність в системах МІМО з малою кількістю антен. Авторами запропоновано провести розробку методу просторово-часового кодування сигналів в багатоантенних системах радіозв'язку з високою енергетичною та спектральною ефективності, при цьому ,щоб запропонований метод мав прийнятну обчислювальну складність.