Влияние шумов и помех на вероятность битовых ошибок в системах 5G, использующих банк фильтров с несколькими несущими со смещенной квадратурной амплитудной модуляцией

Цели. Целью работы являются оценка помехоустойчивости метода модуляции сигналов в сетях 5G с использованием банка фильтров с несколькими несущими со смещенной квадратурной амплитудной модуляцией (FBMC-OQAM) и анализ вероятности битовых ошибок.

Методы. В работе применяются методы теории вероятностей и математической статистики, а также методы компьютерного моделирования.

Результаты. Представлен анализ вероятности битовых ошибок метода модуляции сигналов в сетях 5G с использованием банка фильтров с несколькими несущими со смещенной квадратурной амплитудной модуляцией в условиях шумов и исследована устойчивость метода к различным типам помех, таких как внутрисотовые и межсотовые помехи, межлучевые помехи в канале 5G, а также аддитивный белый гауссов шум. Представлены графические и численные данные, полученные компьютерным моделированием, показывающие улучшение вероятности битовых ошибок в сетях 5G, использующих FBMC-OQAM. Проведен сравнительный анализ вероятности ошибки в системе FBMC-OQAM при различных типах шумов и помех, подчеркивающий влияние этих факторов на качество передачи информации.

Выводы. Метод FBMC-OQAM характеризуется малым влиянием на вероятность ошибки системы передачи данных в сетях 5G таких типов помех, как внутрисотовые и межсотовые помехи, межлучевые помехи и нелинейные искажения. В статье подчеркивается необходимость дальнейшей оптимизации и разработки алгоритмов для улучшения вероятность ошибки в системе FBMC-OQAM в реальных условиях сетей 5G. Результаты исследования могут быть использованы при разработке сетей 5G.

1. Qamar F., Hindia M.N., Abbas T., Dimyati K.B., Amiri I.S. Investigation of QoS performance evaluation over 5G network for indoor environment at millimeter wave bands. Int. J. Electron. Telecommun. 2019;65(1):95–101.

2. Sanfilippo G., Galinina O., Andreev S., Pizzi S., Araniti G. A concise review of 5G new radio capabilities for directional access at mmWave frequencies. In: Galinina O., Andreev S., Balandin S., Koucheryavy Y. (Eds.). Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems. NEW2AN ruSMART 2018. Lecture Notes in Computer Science. 2018. P. 340–354. Correction: https://doi.org/10.1007/978-3-030-01168-0_65

3. Dilli R. Analysis of 5G Wireless Systems in FR1 and FR2 Frequency Bands. In: 2020 2nd International Conference on Innovative Mechanisms for Industry Applications (ICIMIA). 2020. IEEE. P. 767–772. https://doi.org/10.1109/ICIMIA48430.2020.9074973

4. Rebato M., Mezzavilla M., Rangan S., Boccardi F., Zorzi M. Understanding noise and interference regimes in 5G millimeter wave cellular networks. In: European Wireless 2016; 22th European Wireless Conference. 2016; VDE. P. 84–88. https://doi.org/10.48550/arXiv.1604.05622

5. Liu J., Sheng M., Liu L., Li J. Effect of densification on cellular network performance with bounded pathloss model. IEEE Communications Letters. 2016;21(2):346–349. https://doi.org/10.1109/LCOMM.2016.2615298

6. Liu J., Sheng M., Liu L., Li J. Interference management in ultra-dense networks: Challenges and approaches. IEEE Network. 2017;31(6):70–77. https://doi.org/10.1109/MNET.2017.1700052

7. Shende N., Gurbuz O., Erkip E. Half-duplex or full-duplex relaying: A capacity analysis under self-interference. In: 2013 47th Annual Conference on Information Sciences and Systems (CISS). 2013; IEEE, 6 p. https://doi.org/10.1109/CISS.2013.6552276

8. Qamar F., Dimyati K.B., Hindia M.N., Noordin K.A.B., Al-Samman A.M. A comprehensive review on coordinated multipoint operation for LTE-A. Computer Networks. 2017;123:19–37. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2017.05.003

9. Guo Z., Fei Y. On the Cross Link Interference of 5G with Flexible Duplex and Full Duplex. In: 2020 IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops (WCNCW). 2020; IEEE. 4 p. https://doi.org/10.1109/WCNCW48565.2020.9124866

10. Xue Q., Li B., Zuo X., Yan Z., Yang M. Cell capacity for 5G cellular network with inter-beam interference. In: 2016 IEEE International Conference on Signal Processing, Communications and Computing (ICSPCC). 2016; IEEE. 5 p. https://doi.org/10.1109/ICSPCC.2016.7753608

11. El Ghzaoui M., Hmamou A., Foshi J., Mestoui J. Compensation of non-linear distortion effects in MIMO-OFDM systems using constant envelope OFDM for 5G applications. J. Circuits, Syst. Comput. 2020;29(16):2050257. https://doi.org/10.1142/S0218126620502576

12. Mathews A.B., Mathews A.B., Kumar C.A. A Non-Linear Improved CNN Equalizer with Batch Gradient Decent in 5G Wireless Optical Communication. IETE Journal of Research. 2023. P. 1–13. https://doi.org/10.1080/03772063.2022.2163930

13. Kaur N., Kansal L. Performance Comparison of MIMO Systems over AWGN and Rician Channels with Zero Forcing Receivers. International Journal of Wireless & Mobile Networks (IJWMN). 2013;5(1):73–84. http://doi.org/10.5121/ijwmn.2013.5106

14. Mezher M., AlAbbas A.R. BER performance of Reed-Solomon codes with 16 PSK modulation over in-vivo radio channel. In: Proc. International Conference on Electrical, Computer and Energy Technologies (ICECET). 2022; IEEE. 6 p. https://doi.org/10.1109/ICECET55527.2022.9873485

15. Андрун А., Тихонова О.В. Преобразование цифровых данных для передачи по сетям 5G. В сб.: Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем «Радиоинфоком-2021»: Сборник научных статей V Международной научно-практической конференции. М.: РТУ МИРЭА; 2021. С. 22–26.

16. Андрун А., Тихонова О.В. Метод обработки сигнала в современных сетях беспроводной связи 5G. Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2023;192(1):21–26.

17. Kumar A., Bharti S. Design and performance analysis of OFDM and FBMC modulation techniques. The Scientific Bulletin of Electrical Engineering Faculty. 2017;17(2):30–34. https://doi.org/10.1515/sbeef-2017-0007