Дослідження процесу передачі зображень у безпровідних системах на основі MIMO
Автор: Колодка Юрій Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне адміністрування телекомунікаційних мереж
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Системи безпровідного передавання даних уже стали невід’ємною частиною сучасного суспільства. Основними критеріями ефективності таких систем є швидкість переданої інформації. Однак недостатньо тільки забезпечити високу пропускну здатність, необхідно також подбати про якість переданої інформації [1,2]. Наприклад, спотворення сигналу під час передавання аудіо/відео, а також зображень може істотно позначитися на сприйнятті інформації. Нині існує безліч технологій безпровідного зв’язку, які знайшли масове застосування. Наприклад, мобільний зв’язок, безпровідні технології для локальних мереж на основі стандарту 802.11, серед яких одним із перспективних, з погляду пропускної здатності, є стандарт на основі технології MIMO 802.11n [3,4]. У той час як технологія Wi-Fi використовується для побудови мереж з невеликою дальністю дії, існує технологія WiMAX, яка використовується для побудови бездротових мереж на великих відстанях. Основною проблемою для безпровідних мереж є складний характер поширення сигналів у середовищі, яких сильно залежить від конкретної місцевості. Різноманітні індустріальні перешкоди в сукупності з багатошляховим поширенням сигналу, рухом мобільної станції відносно базової ускладнюють функціонування бездротової апаратури і сильно впливають на пропускну здатність каналу [5]. Передача зображень безпровідним каналом зв’язку є актуальним питанням, що відображено в низці публікацій. Основним недоліком існуючих робіт є те, що їх автори здебільшого використовують як середовище передавання канал з адитивним гаусівським шумом, що сильно відрізняється від реального каналу зв’язку, особливо в умовах щільної міської забудови. Крім того, автори не застосовують алгоритми просторової фільтрації сигналів для боротьби з перевідбиттями, що потрапляють до приймальної антенної системи з різною затримкою, амплітудними та фазовими спотвореннями, а також кутовими координатами в умовах апріорної невизначеності. Адаптивний підхід просторової фільтрації істотно може знизити спотворення сигналів у разі багатошляхового поширення завдяки формуванню характеристики спрямованості згідно із заданим алгоритмом. Такий підхід дає змогу виокремити тільки один шлях, яким приходить корисний сигнал, тим самим істотно знижує інтерференцію і спотворення сигналів у приймачі. Об’єкт дослідження – передача зображень. Предмет дослідження – системи безпровідного зв’язку. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є підвищення пропускної здатності, зниження ймовірності бітової помилки під час передання зображень у каналі радіозв’язку. У першому розділі розглянуто особливості функціонування технології WiMAX , яка призначена для розгортання систем зв’язку середнього радіусу дії та спрямована на підвищення спектральної ефективності. Здійснено аналіз систем із просторово- часовою обробкою сигналів. Описано ефективність системи MIMO з точки зору збільшення пропускної здатності бездротового каналу. Представлено основні ідеї адаптивного оброблення сигналів у системах бездротового зв’язку. У другому розділі описано чинники, що впливають на поширення сигналів у безпровідних каналах, такі як втрати на шляху розподілу, затінення, відбиття, дифракція, розсіювання, загасання. Представлено модель 3D-каналу, що враховує кути поширення сигналу під час відбиття. Безпровідний канал для системи WiMAX розроблено на основі загальної схеми моделі 3GPP/WiMAX. Тривимірна модель поширення сигналів показує відбиття від будівель, об’єктів і землі, а також показує прямий шлях. Проаналізовано різні методи просторової обробки, що використовуються в методах кодування з кількома антенами. У третьому розділі досліджено основні особливості алгоритму передавання зображень. Розроблено алгоритм моделювання та блоку адаптації для систем зв’язку на основі антенних решіток. У четвертому розділі здійснено моделювання систем SISO і MIMO без застосування адаптивного блоку, що дало змогу порівняти завадостійкість цих систем за різних видів цифрової маніпуляції піднесучих OFDM. Проаналізовано, як змінюватиметься залежність пропускної спроможності для систем із просторово- часовою обробкою за різної кількості антен. Здійснено моделювання систем безпровідного зв’язку із застосуванням блоку адаптивної обробки, який дозволяє виконувати просторову фільтрацію перевідбитих сигналів для зниження перешкод. У результаті за різних параметрів блоку адаптивного оброблення було отримано залежності ймовірності бітової помилки в системі SISO і MIMO. Також представлено залежність пропускної спроможності для систем із просторовою та адаптивною обробкою. У п’ятому розділі здійснено економічну оцінку енергоефективної архітектури для сучасних безпровідних систем зв’язку. На основі здійснених обчислень показано доцільність реалізації такого проєкту. Ключові слова: MIMO; WiMAX; безпровідний канал; модуляція