Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем
Предложены методика и алгоритм проектирования многовходовых антенных систем. В их основе лежит математическая модель, учитывающая наличие элементов с нелинейными свойствами. Представлены результаты численного моделирования многовходовой многоантенной системы. Показано, что при воздействии интермодул...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100541 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем / Ю.В. Вишнякова // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 4. — С. 8-14. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859605492120158208 |
|---|---|
| author | Вишнякова, Ю.В. |
| author_facet | Вишнякова, Ю.В. |
| citation_txt | Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем / Ю.В. Вишнякова // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 4. — С. 8-14. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Предложены методика и алгоритм проектирования многовходовых антенных систем. В их основе лежит математическая модель, учитывающая наличие элементов с нелинейными свойствами. Представлены результаты численного моделирования многовходовой многоантенной системы. Показано, что при воздействии интермодуляционных помех на систему, в составе которой присутствуют элементы с нелинейными характеристиками, ее частотные характеристики существенно отличаются от характеристик линейной системы. В частности, происходит снижение спектральной эффективности системы вблизи рабочей частоты за счет появления в ее спектральном отклике дополнительных комбинационных составляющих.
Для багатовходових антенних систем запропоновано методику й алгоритм проектування, в основу яких покладено розроблену математичну модель, яка враховує наявність елементів з нелінійними властивостями. Наведено результати чисельного моделювання багатовходової багатоантенної системи. Показано, що при дії інтермодуляційних завад на систему, у складі якої присутні елементи з нелінійними характеристиками, її частотні характеристики істотно відрізняються від характеристик лінійної системи. Зокрема, відбувається зниження спектральної ефективності системи поблизу робочої частоти за рахунок появи у її спектральному відгуку додаткових комбінаційних складових.
The analysis technique and design algorithm are proposed for multiinput antenna systems, based on the mathematical model developed. The technique and algorithm described allow the analysis of a wide class of multiinput systems, in particular, MIMO systems, reconfigurable multiantenna systems, multiinput systems with nonlinear components and devices. The paper presents numerical analysis results of the intermodulation interference effect on the spectral efficiency of a multiinput system with nonlinear elements in receiving antennas, obtained using the methods, algorithms and software products developed. It is shown that in the nonlinear system intermodulation interferences appear, and the spectral efficiency of the data transmission system decays near the operating frequency due to the appearance of additional combinational components in the frequency response of the system. This effect depends on the degree of nonlinearity, radiated power, the level of interfering signals. Based on the results obtained, it was concluded that the presence of nonlinear elements and devices must be taken into account in the design and analysis processes of multiinput multiantenna systems, considering the specific types of those nonlinearities.
|
| first_indexed | 2025-11-28T03:26:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 4
8
ÑèÑòåìû ïåðåäàЧè è îáðàáîòêè Ñèãíàëîâ
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ 621.396.677.3
К. ò. í. Ю. В. ВИШНЯКОВА
Óêðàèíà, Хàðьêîâñêèé íàцèîíàëьíыé óíèâåðñèòåò ðàдèîýëåêòðîíèêè
E-mail: juvalort@gmail.com
ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭФФЕÊÒОВ
НА СПЕÊÒРАЛЬНÓЮ ЭФФЕÊÒИВНОСÒЬ
МНОГОВХОÄОВЫХ АНÒЕННЫХ СИСÒЕМ
Пðè ïðîåêòèðîâàíèè è èññëåдîâàíèè õàðàê-
òåðèñòèê мíîãîâõîдîâыõ ñèñòåм, òàêèõ êàê ñè-
ñòåмы MIMO (multiple-input multiple-output
— òåõíîëîãèÿ ïåðåдàчè дàííыõ ñî мíîãèмè âõî-
дàмè è мíîãèмè âыõîдàмè), ðåêîíфèãóðèðóåмыå
àдàïòèâíыå àíòåííыå ðåшåòêè, âîзíèêàåò íåîб-
õîдèмîñòь â èñïîëьзîâàíèè âñå бîëåå ñîâåðшåí-
íыõ мàòåмàòèчåñêèõ мîдåëåé дëÿ êîððåêòíîãî
îïèñàíèÿ èõ ñâîéñòâ.
Рåàëьíыå ñèñòåмы ïåðåдàчè èíфîðмàцèè ÿâ-
ëÿюòñÿ íåëèíåéíымè ñèñòåмàмè èз-зà íåëèíåé-
íîñòè ñâîéñòâ óñèëèòåëåé, óïðàâëÿющèõ è ïåðå-
êëючàющèõ ýëåмåíòîâ â ñîñòàâå ðåêîíфèãóðèðó-
åмыõ èзëóчàòåëåé è ñîãëàñóющèõ цåïåé è ò. ï.,
ïîýòîмó ïîмèмî ñîñðåдîòîчåííыõ ïîмåõ, îбóñëîâ-
ëåííыõ ïðèñóòñòâèåм â êàíàëå ñòîðîííèõ èñòîч-
íèêîâ èзëóчåíèÿ, â òàêèõ ñèñòåмàõ ïðèñóòñòâó-
юò òàêжå ïîмåõè, ñîздàâàåмыå ñàмîé ñèñòåмîé,
íàïðèмåð êîмбèíàцèîííыå ñîñòàâëÿющèå ïîëåз-
íыõ è ïîмåõîâыõ ñèãíàëîâ. Нàëèчèå òàêèõ íå-
ëèíåéíыõ ïðîдóêòîâ ïðèâîдèò íå òîëьêî ê ðîñòó
шóмîâîé ñîñòàâëÿющåé, íî è ê ñíèжåíèю мîщ-
íîñòè ïîëåзíîãî ñèãíàëà, ñëåдîâàòåëьíî, мîжíî
îжèдàòь íå òîëьêî «êîëèчåñòâåííîãî», íî è «êà-
чåñòâåííîãî» èзмåíåíèÿ ïîâåдåíèÿ ñïåêòðàëьíîé
ýффåêòèâíîñòè (ïðîïóñêíîé ñïîñîбíîñòè) òàêîé
ñèñòåмы. Пîñêîëьêó бîëьшèíñòâî ðàзðàбîòàííыõ
ê íàñòîÿщåмó âðåмåíè мîдåëåé мíîãîâõîдîâыõ
ñèñòåм, â òîм чèñëå MIMO [1—3], îñíîâàíî íà
ïðåдïîëîжåíèè î ëèíåéíîñòè êàíàëîâ, îíè íå ïî-
зâîëÿюò óчåñòь âëèÿíèå ýффåêòîâ, îбóñëîâëåí-
íыõ ïðèñóòñòâèåм â ñîñòàâå ñèñòåмы ýëåмåíòîâ
è óñòðîéñòâ ñ íåëèíåéíымè õàðàêòåðèñòèêàмè.
Из дîñòóïíыõ â íàñòîÿщåå âðåмÿ ëèòåðàòóð-
íыõ èñòîчíèêîâ èзâåñòíî íåñêîëьêî íåëèíåéíыõ
Предложеíы меòодика и алгориòм проекòироваíия мíоговходовых аíòеííых сисòем. В их осíо-
ве лежиò маòемаòическая модель, учиòывающая íаличие элемеíòов с íелиíейíыми свойсòва-
ми. Предсòавлеíы резульòаòы числеííого моделироваíия мíоговходовой мíогоаíòеííой сисòемы.
Показаíо, чòо при воздейсòвии иíòермодуляциоííых помех íа сисòему, в сосòаве коòорой присуò-
сòвуюò элемеíòы с íелиíейíыми харакòерисòиками, ее часòоòíые харакòерисòики сущесòвеííо
оòличаюòся оò харакòерисòик лиíейíой сисòемы. В часòíосòи, происходиò сíижеíие спекòраль-
íой эффекòивíосòи сисòемы вблизи рабочей часòоòы за счеò появлеíия в ее спекòральíом оòкли-
ке дополíиòельíых комбиíациоííых сосòавляющих.
Ключевые слова: íелиíейíые эффекòы, мíоговходовая сисòема, аíòеííа с íелиíейíыми элемеíòа-
ми, спекòральíая эффекòивíосòь, сисòемы MIMO.
мîдåëåé MIMO [4, 5], íî îíè мîãóò быòь èñ-
ïîëьзîâàíы дëÿ êîððåêòíîãî àíàëèзà îãðàíèчåí-
íîãî чèñëà мíîãîâõîдîâыõ ñèñòåм, â чàñòíîñòè
òåõ, чòî ïîзâîëÿюò ïðåíåбðåчь âзàèмíым âëèÿ-
íèåм ýëåмåíòîâ íà ïåðåдàющåé è ïðèåмíîé ñòî-
ðîíàõ. Эòî ñâÿзàíî ñ òåм, чòî â ýòèõ мîдåëÿõ íå
àíàëèзèðóåòñÿ âñÿ ñèñòåмà цåëèêîм (ïåðåдàю-
щàÿ è ïðèåмíàÿ чàñòè ðàññмàòðèâàюòñÿ îòдåëь-
íî), ñîîòâåòñòâåííî, ïðèñóòñòâèå íåëèíåéíыõ
ýëåмåíòîâ íå мîжåò быòь óчòåíî ïðè фîðмèðî-
âàíèè мàòðèцы, îïèñыâàющåé êàíàë ïåðåдàчè,
à óчèòыâàåòñÿ òîëьêî ïðè ðàñчåòå èíфîðмàцè-
îííыõ õàðàêòåðèñòèê ñèñòåмы. В [6, 7] ïîêàзà-
íî, чòî дëÿ мîдåëèðîâàíèÿ ñèñòåм MIMO è àíà-
ëèзà âîзíèêàющèõ â íèõ íåëèíåéíыõ ýффåêòîâ
мîжåò быòь èñïîëьзîâàí мàòåмàòèчåñêèé àïïà-
ðàò òåîðèè àíòåíí ñ íåëèíåéíымè ýëåмåíòàмè,
ïîдðîбíî îïèñàííыé â [8], à òàêжå ðàзðàбîòà-
íà бîëåå îбщàÿ мàòåмàòèчåñêàÿ мîдåëь мíîãî-
âõîдîâыõ ñèñòåм, ïîзâîëÿющàÿ óчåñòь ïðèñóò-
ñòâèå â íèõ ðàзëèчíыõ íåëèíåéíыõ ýëåмåíòîâ.
Цåëью íàñòîÿщåé ðàбîòы быëà ðàзðàбîòêà
мåòîдèêè è àëãîðèòмà ïðîåêòèðîâàíèÿ íà îñíî-
âå óêàзàííîé мîдåëè, êîòîðыå ïîзâîëÿò ïðîâî-
дèòь àíàëèз мíîãîâõîдîâыõ ñèñòåм, â ñîñòàâå
êîòîðыõ ïðèñóòñòâóюò ýëåмåíòы è óñòðîéñòâà ñ
íåëèíåéíымè õàðàêòåðèñòèêàмè, à òàêжå ïðîà-
íàëèзèðîâàòь âëèÿíèå èíòåðмîдóëÿцèîííыõ ïî-
мåõ íà ñïåêòðàëьíóю ýффåêòèâíîñòь мíîãîâõî-
дîâîé ñèñòåмы.
ìетодика и алгоритм проектирования
Мíîãîâõîдîâàÿ ñèñòåмà ïðåдñòàâëÿåò ñîбîé
дîñòàòîчíî ñëîжíóю ñòðóêòóðó, â ñîñòàâå êîòî-
ðîé ïðèñóòñòâóюò ýëåмåíòы êàê ñ ñîñðåдîòîчåí-
DOI: 10.15222/TKEA2015.4.08
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 4
9
ÑèÑòåìû ïåðåäàЧè è îáðàáîòêè Ñèãíàëîâ
ISSN 2225-5818
íымè, òàê è ñ ðàñïðåдåëåííымè ïàðàмåòðàмè,
ýëåмåíòы ñ ëèíåéíымè è íåëèíåéíымè õàðàê-
òåðèñòèêàмè, ïîýòîмó ïðîåêòèðîâàíèå òàêîé ñè-
ñòåмы íà ðàзëèчíыõ ýòàïàõ цåëåñîîбðàзíî ïðî-
âîдèòь ñ èñïîëьзîâàíèåм мîдåëåé ðàзëèчíîãî
óðîâíÿ. Òàê, íà îïðåдåëåííыõ ýòàïàõ дîñòàòîч-
íî âîñïîëьзîâàòьñÿ ñõåмîòåõíèчåñêèм ïðîåêòè-
ðîâàíèåм è бèбëèîòåêàмè мîдåëåé ñòàíдàðòíыõ
êîмïîíåíòîâ, â òî âðåмÿ êàê íà дðóãèõ ýòàïàõ
íåâîзмîжíî îбîéòèñь бåз ïîëíîãî ýëåêòðîдèíà-
мèчåñêîãî (Эä) мîдåëèðîâàíèÿ. Иñõîдÿ èз ýòî-
ãî, мîжíî ñфîðмóëèðîâàòь ñëåдóющèå òðåбîâà-
íèÿ ê мåòîдèêå ïðîåêòèðîâàíèÿ мíîãîâõîдîâыõ
ñèñòåм ñ óчåòîм íàëèчèÿ â íèõ óñòðîéñòâ ñ íå-
ëèíåéíымè ñâîéñòâàмè:
— âîзмîжíîñòь îïðåдåëåíèÿ ïàðàмåòðîâ âñåõ
òèïîâ ýëåмåíòîâ, âõîдÿщèõ â ñîñòàâ ñèñòåмы,
ñ óчåòîм îñîбåííîñòåé êàждîãî èз íèõ (ëèíåé-
íыå/íåëèíåéíыå, ñîñðåдîòîчåííыå/ðàñïðåдå-
ëåííыå, àíàëîãîâыå/дèñêðåòíыå è ò. ï.);
— âзàèмîдåéñòâèå мåждó îòдåëьíымè «бëî-
êàмè» ñèñòåмы ñ óчåòîм ñóщåñòâóющèõ мåждó
íèмè ñâÿзåé;
— åдèíîîбðàзíîå ïðåдñòàâëåíèå õàðàêòåðè-
ñòèê ñîñòàâíыõ чàñòåé ñèñòåмы дëÿ âîзмîжíî-
ñòè àíàëèзà âñåé ñèñòåмы â цåëîм.
С óчåòîм ýòèõ òðåбîâàíèé быë ðàзðàбîòàí
ðàзâåðíóòыé àëãîðèòм ïðîåêòèðîâàíèÿ мíîãî-
âõîдîâыõ ñèñòåм, бëîê-ñõåмà êîòîðîãî ïðåдñòàâ-
ëåíà íà рис. 1. В ïðåдñòàâëåííîм àëãîðèòмå âы-
бîð фèзèчåñêîãî ïðèíцèïà дåéñòâèÿ (Фïä) ïîд-
ðàзóмåâàåò âыбîð ýëåмåíòíîé бàзы ïðîåêòèðóå-
мîé мíîãîâõîдîâîé ñèñòåмы, âыбîð мåõàíèзмà
ðåêîíфèãóðàцèè èзëóчàòåëåé, ñîãëàñóющèõ цå-
ïåé, ðàññåèâàòåëåé è ò. ï.
Вòîðîé ýòàï ïðîåêòèðîâàíèÿ — âыбîð òåõíè-
чåñêîãî ðåшåíèÿ (òð) — âêëючàåò âыбîð êîí-
êðåòíîãî òèïà ïðèåмíыõ è ïåðåдàющèõ àíòåíí
è îïðåдåëÿåò âñå ïîñëåдóющèå ýòàïы ïðîåêòèðî-
âàíèÿ. В зàâèñèмîñòè îò òèïà è ñëîжíîñòè êîí-
фèãóðàцèè èзëóчàющåé ñòðóêòóðы, âыбèðàюòñÿ
мåòîды è ïðîãðàммы дëÿ ïîñëåдóющèõ ýòàïîâ.
Нà ýòàïå âыбîðà ÒР îïðåдåëÿåòñÿ òàêжå êîëè-
чåñòâî è òèï èñïîëьзóåмыõ ïåðåêëючàòåëåé, íà-
ëèчèå ïîдñòðîåчíыõ è ñîãëàñóющèõ ýëåмåíòîâ,
ðàзмåðы è мàòåðèàë èзãîòîâëåíèÿ ýëåмåíòîâ.
В òåõ ñëóчàÿõ, êîãдà ïîëóчåííыå ñõåмы è
êîíфèãóðàцèÿ ýëåмåíòîâ íå ïîзâîëÿюò ðåàëèзî-
âàòь òðåбóåмыå õàðàêòåðèñòèêè мíîãîâõîдîâîé
ñèñòåмы, âîзíèêàåò íåîбõîдèмîñòь îïòèмèзàцèè
зíàчåíèé ïàðàмåòðîâ ñîñðåдîòîчåííыõ ýëåмåí-
òîâ è òîïîëîãèè ýëåмåíòîâ ñ ðàñïðåдåëåííымè
ïàðàмåòðàмè. Сîîòâåòñòâåííî, òðåòèé ýòàï ïðî-
åêòèðîâàíèÿ (îïòèмèзàцèÿ) âêëючàåò â ñåбÿ ðå-
шåíèå зàдàч ïàðàмåòðèчåñêîãî è ñòðóêòóðíîãî
ñèíòåзà ïðîåêòèðóåмîé ñèñòåмы â ðàмêàõ âы-
бðàííîãî ÒР â ñîîòâåòñòâèè ñ зàдàííымè êðè-
òåðèÿмè êàчåñòâà.
Äëÿ ýòàïà îïòèмèзàцèè быë мîдèфèцèðîâàí
è ïðîãðàммíî ðåàëèзîâàí ãåíåòèчåñêèé àëãîðèòм
(ãà) êàê дîñòàòîчíî ïðîñòîé è ïîêàзàâшèé ñâîю
ýффåêòèâíîñòь, â чàñòíîñòè, ïðè ðåшåíèè зàдàч
ñèíòåзà àíòåíí [9, 10]. Рàзðàбîòàííàÿ ïðîãðàм-
мà WIRE_MIMO ïîзâîëÿåò ïðîâîдèòь îïòèмè-
зàцèю àíòåíí ñëîжíîé êîíфèãóðàцèè â òîíêî-
ïðîâîëîчíîм ïðåдñòàâëåíèè, â ñîñòàâ êîòîðыõ
âõîдÿò ñîñðåдîòîчåííыå ýëåмåíòы ñ óïðàâëÿå-
мымè íåëèíåéíымè õàðàêòåðèñòèêàмè, èзмåíå-
íèå êîòîðыõ мîжåò ïðîèñõîдèòь дèñêðåòíî ëèбî
íåïðåðыâíî.
Нà êàждîм шàãå ïðåдëîжåííîãî àëãîðèò-
мà ïåðåчèñëåííыå âышå òðåбîâàíèÿ óчòåíы ïó-
òåм ñîâмåñòíîãî èñïîëьзîâàíèÿ ïðîãðàммíыõ
ïðîдóêòîâ ðàзëèчíîãî óðîâíÿ. Äëÿ êàждîãî èз
бëîêîâ ñèñòåмы âыбèðàåòñÿ íàèëóчшàÿ ñ òîчêè
зðåíèÿ òîчíîñòè ïîëóчàåмыõ ðåзóëьòàòîâ è âðå-
мåííыõ зàòðàò ñðåдà мîдåëèðîâàíèÿ, íàïðèмåð:
3D-ЭÄ-мîдåëèðîâàíèå — дëÿ ñèñòåм ïðîâîëîч-
íыõ èзëóчàòåëåé (â дàííîé ðàбîòå èñïîëьзîâàë-
ñÿ дîðàбîòàííыé àâòîðîм ïàêåò WIRE_MIMO);
2,5D-ЭÄ-мîдåëèðîâàíèå — дëÿ ïëàíàðíыõ ýëåê-
òðîдèíàмèчåñêèõ ñòðóêòóð; ñõåмîòåõíèчåñêîå
мîдåëèðîâàíèå — дëÿ ýëåмåíòîâ ñ ñîñðåдîòîчåí-
íымè ïàðàмåòðàмè (â дàííîé ðàбîòå èñïîëьзî-
âàëñÿ ïàêåò AWR MWO) è ò. ï. Аíàëèз âñåãî
êàíàëà ïåðåдàчè èíфîðмàцèè ñ óчåòîм ïîдêëю-
чàåмыõ íåëèíåéíыõ ýëåмåíòîâ (ïîдðîбíåå ñм. â
[6]) îñóщåñòâëÿåòñÿ â ñðåдå ЭÄ-мîдåëèðîâàíèÿ
(WIRE), бëàãîдàðÿ чåмó óчèòыâàюòñÿ âзàèмíыå
ñâÿзè è âзàèмîдåéñòâèÿ мåждó âñåмè ýëåмåíòà-
мè íåëèíåéíîé мíîãîâõîдîâîé ñèñòåмы. Òàêîé
àíàëèз ñòàíîâèòñÿ âîзмîжíым бëàãîдàðÿ åдèíî-
îбðàзíîмó ïðåдñòàâëåíèю âñåõ бëîêîâ ñèñòåмы â
âèдå мíîãîïîëюñíèêîâ, îïèñыâàåмыõ мàòðèцàмè
S, Z ëèбî Y ïàðàмåòðîâ, à òàêжå зà ñчåò ðåàëè-
зàцèè â èñïîëьзóåмыõ ïàêåòàõ ïðîãðàмм ïðåд-
ñòàâëåíèÿ âыõîдíыõ дàííыõ â åдèíîм фîðмàòå.
Еñëè â ñòðóêòóðó ýëåмåíòà ñ ðàñïðåдåëåí-
íымè ïàðàмåòðàмè (èзëóчàòåëÿ, ðàññåèâàòåëÿ,
цåïè ñîãëàñîâàíèÿ ëèбî ïèòàíèÿ è ò. ï.) òðåбó-
åòñÿ âêëючèòь ñîñðåдîòîчåííыå ýëåмåíòы ñ íå-
ëèíåéíымè õàðàêòåðèñòèêàмè, òî â ãåîмåòðèю
ЭÄ-мîдåëè ââîдÿòñÿ дîïîëíèòåëьíыå âíåшíèå
óзëы, â ðåзóëьòàòå чåãî ó ëèíåéíîãî мíîãîïî-
ëюñíèêà фîðмèðóюòñÿ дîïîëíèòåëьíыå ãðóï-
ïы âõîдîâ дëÿ ïîдêëючåíèÿ мîдåëåé íåëèíåé-
íыõ ýëåмåíòîâ, êîíêðåòíыé âèд êîòîðыõ âы-
бèðàåòñÿ íà ýòàïå ñõåмîòåõíèчåñêîãî мîдåëè-
ðîâàíèÿ. Пîñëå ýòîãî ïðîâîдèòñÿ ñõåмîòåõíè-
чåñêèé àíàëèз íåëèíåéíîé ñèñòåмы (íàïðèмåð,
мåòîдîм ãàðмîíèчåñêîãî бàëàíñà, мåòîдîм ðÿ-
дîâ Вîëьòåððà è ò. ï.) è ðàññчèòыâàюòñÿ âы-
õîдíыå õàðàêòåðèñòèêè мíîãîâõîдîâîé ñèñòå-
мы (мîщíîñòь, ïîñòóïàющàÿ â íàãðóзêó ïðè-
åмíèêà, îòíîшåíèå ñèãíàë/(шóм+ïîмåõà) íà
âõîдå ïðèåмíыõ àíòåíí, ñïåêòðàëьíàÿ ýффåê-
òèâíîñòь ñèñòåмы è ò. ï.).
Òàêèм îбðàзîм, ïðåдñòàâëåííыå мåòîдèêà è
àëãîðèòм ïîзâîëÿюò ðàññмàòðèâàòь мíîãîâõî-
дîâыå ñèñòåмы ïðè íàëèчèè â íèõ ýëåмåíòîâ è
óñòðîéñòâ ñ íåëèíåéíымè õàðàêòåðèñòèêàмè, â
òîм чèñëå è мíîãîâõîдîâыå ñèñòåмы ïåðåдàчè
èíфîðмàцèè, òàêèå êàê MIMO.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 4
10
ÑèÑòåìû ïåðåäàЧè è îáðàáîòêè Ñèãíàëîâ
ISSN 2225-5818
Рèñ. 1. Аëãîðèòм ïðîåêòèðîâàíèÿ ðåêîíфèãóðèðóåмыõ àíòåííыõ ñèñòåм
Òåõíèчåñêîå зàдàíèå
íà ïðîåêòèðîâàíå
Выбîð ФПÄ
ïðîåêòèðóåмîé àíòåííы
Выбîð êîíêðåòíîé
ðåàëèзàцèè àíòåííы
Сîñòàâëåíèå мîдåëåé
êîмïîíåíòîâ
Сîñðåдîòîчåííыå ëèíåéíыå
è íåëèíåéíыå ýëåмåíòы
Рàñïðåдåëåííыå
ýëåмåíòы
Выбîð èз бèбëèîòåêè
êîмïîíåíòîâ
Оïòèмèзàцèÿ ïàðà-
мåòðîâ ñîñðåдîòî-
чåííыõ ýëåмåíòîâ
Сõåмîòåõíèчåñêèé àíàëèз
Оïòèмèзàцèÿ
òîïîëîãèè
Фîðмèðîâàíèå
ñõåмы óñòðîéñòâà
ЭÄ-àíàëèз
Оïèñàíèå ýëåмåíòîâ
(ãåîмåòðèÿ, ïàðàмåòðы)
Выбîð îïòèмàëьíîé òîïîëîãèè
è îïòèмàëьíыõ зíàчåíèé
ïàðàмåòðîâ
Äà НåòÄà
НåòВñå ýëåмåí-
òы зàдàíы
Вñå ýëåмåí-
òы зàдàíы
Äà
Нåò
Нåò
Äà
Óдîâëåòâîðÿåò
ÒЗ
Измåíåíèå
ïàðàмåòðîâ ñîñðå-
дîòîчåííыõ ýëå-
мåíòîâ
Измåíåíèå ðàñïðå-
дåëåííыõ ýëåмåíòîâ
(òîïîëîãèè)
Äà
Нåò
Пðåдñòàâëåíèå ðåзóëьòàòîâ
â óñòàíîâëåííîé фîðмå
Оòðèцàòåëьíыé
ðåзóëьòàò
âлияние интермодуляционной помехи
на спектральную эффективность
многовходовой системы с нелинейными
элементами
В êàчåñòâå ïðèмåðà èñïîëьзîâàíèÿ îïèñàí-
íыõ âышå àëãîðèòмà è ïðîãðàммíыõ ïðîдóê-
òîâ ïðîâåдåíî èññëåдîâàíèå õàðàêòåðèñòèê ïðî-
ñòîé мíîãîâõîдîâîé ñèñòåмы, ïîêàзàííîé íà
рис. 2. Сèñòåмà ñîñòîèò èз ïåðåдàющåé ðåшåòêè
TX (àíòåííы 1 è 2 ñ бëèзêèмè ðàбîчèмè чàñòî-
òàмè — 2,500 è 2,501 ГГц) è ïðèåмíîé ðåшåòêè
RX (ïàññèâíыé ðàññåèâàòåëь 3 è àíòåííà 4, íà
âыõîдå êîòîðîé âêëючåíà íåëèíåéíàÿ ïðîâîдè-
мîñòь). В дàííîм ïðèмåðå дëÿ чèñëåííыõ ðàñ-
чåòîâ â ïðîãðàммå WIRE мåжýëåмåíòíîå ðàñ-
ñòîÿíèå d, ïðèâåдåííîå ê дëèíå âîëíы λ, ïðè-
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 4
11
ÑèÑòåìû ïåðåäàЧè è îáðàáîòêè Ñèãíàëîâ
ISSN 2225-5818
íÿòî ðàâíым d/λ=1; ðàññòîÿíèå мåждó ïåðåдà-
ющåé è ïðèåмíîé ðåшåòêàмè L/λ=10. В êàчå-
ñòâå ïðèмåðà ðàññмàòðèâàëàñь êóбèчåñêàÿ íåëè-
íåéíîñòь, è âîëьò-àмïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà íå-
ëèíåéíîãî ýëåмåíòà îïèñыâàëàñь âыðàжåíèåм
i(u)=g1u+g2u2+g3u3, (1)
ãдå g1, g2, g3 — ïàðàмåòðы, õàðàêòåðèзóющèå
ñòåïåíь íåëèíåéíîñòè ñîñðåдîòîчåííîé ïðîâî-
дèмîñòè.
Из-зà ïðèñóòñòâèÿ â ñèñòåмå ýëåмåíòà ñ íå-
ëèíåéíымè õàðàêòåðèñòèêàмè âîздåéñòâèå дâóõ
ñèãíàëîâ ñ бëèзêèмè чàñòîòàмè ïðèâîдèò ê ïî-
ÿâëåíèю íà âыõîдå ñèñòåмы íîâыõ êîмбèíàцè-
îííыõ ñîñòàâëÿющèõ ñ чàñòîòàмè fИМ=mf1+nf2,
ãдå m è n — цåëыå чèñëà. Бëèжå âñåãî ê ðàбî-
чèм чàñòîòàм ïåðåдàющèõ àíòåíí ðàñïîëîжåíы
êîмбèíàцèîííыå ñîñòàâëÿющèå íåчåòíыõ ïîðÿд-
êîâ: òðåòьåãî ïîðÿдêà ñ чàñòîòàмè 2f1–f2 è 2f2–f1,
à зàòåм ïÿòîãî ïîðÿдêà ñ чàñòîòàмè 3f1–2f2 è
3f2–2f1. Сîîòâåòñòâåííî, âñå ýòè ñîñòàâëÿющèå
ïðåдñòàâëÿюò íàèбîëьшóю îïàñíîñòь, ïîñêîëь-
êó, êàê ïðàâèëî, ïîïàдàюò â ïîëîñó ðàбîчèõ чà-
ñòîò ñèñòåмы.
Еñëè ñèñòåмà ëèíåéíàÿ, ò. å. òîê чåðåз íå-
ëèíåéíыé ýëåмåíò ðàâåí íóëю (g1=g2=g3=0,
i(u)=0), ïðèíèмàåмыé ñèãíàë â àíòåííå 4 èмå-
åò дâå ñîñòàâëÿющèå ñ чàñòîòàмè ïîëåзíыõ ñèã-
íàëîâ f1 è f2, à ïîбîчíыå ñîñòàâëÿющèå îòñóò-
ñòâóюò. Пðè ïîдêëючåíèè íåëèíåéíîãî ýëå-
мåíòà êî âõîдó ïðèåмíîé àíòåííы g3≠0 (íà-
ïðèмåð, g3=0,1), i(u)=g3u3≠0, è â ïðèíèмàå-
мîм ñèãíàëå ïîÿâëÿåòñÿ ñóщåñòâåííàÿ ïî âå-
ëèчèíå ïîмåõîâàÿ êîмïîíåíòà Pi, îбóñëîâëåí-
íàÿ êîмбèíàцèîííымè ñîñòàâëÿющèмè òðå-
òьåãî è ïÿòîãî ïîðÿдêîâ ñî ñëåдóющèмè чà-
ñòîòàмè: 2f1–f2=2,499 ГГц; –f1+2f2=2,502 ГГц;
–2f1+3f2=2,498 ГГц; 3f1–2f2=2,503 ГГц. Нà
рис. 3 ïðèâåдåíы чàñòîòíыå зàâèñèмîñòè мîщ-
íîñòè ñîñòàâëÿющèõ ñèãíàëà íà âыõîдå ïðè-
åмíîé àíòåííы, ïîëóчåííыå ñðåдñòâàмè AWR
(ïîêàзàíы òîëьêî ñîñòàâëÿющèå ñ чàñòîòàмè
f1, 2f1–f2 и –2f1+3f2, ïîñêîëьêó êðèâыå Р(f1)
è Р(f2), Р(2f1–f2) è Р(–f1+2f2), Р(–2f1+3f2) è
Р(3f1–2f2) ïðàêòèчåñêè ñîâïàдàюò).
Сïåêòðàëьíàÿ ýффåêòèâíîñòь (ÑЭ) ñèñòåмы
îïèñыâàåòñÿ âыðàжåíèåм [3]
2log 1 s
i sh
P
C
P P
⎛ ⎞
= +⎜ ⎟+⎝ ⎠
, (2)
ãдå âòîðîå ñëàãàåмîå â ñêîбêàõ ïðåдñòàâëÿåò ñî-
бîé îòíîшåíèå ñèãíàë/(ïîмåõà+шóм), à Ps, Pi,
Psh — ñîîòâåòñòâåííî, мîщíîñòь ïîëåзíîãî ñèã-
íàëà, ïîмåõè è шóмà (â мВò).
Зíàчåíèÿ мîщíîñòè âычèñëÿåòñÿ ïî фîðмó-
ëàм
1
1 s
k
n
s s
s k
P P
n =
= ∑ ,
1
1 i
j
n
i i
i j
P P
n =
= ∑ ,
ãдå ns, ni — êîëèчåñòâî ïîëåзíыõ è ïîмåõîâыõ
ñèãíàëîâ ñîîòâåòñòâåííî.
Мощность шума изменялась в пределах –10,
–20, ..., –150 дБм, т. е. Psh=10–1, 10–2, ..., 10–15,
0 мВò. Чàñòîòíàÿ зàâèñèмîñòь ñïåêòðàëьíîé ýф-
фåêòèâíîñòè ïðè ðàзëèчíîé мîщíîñòè шóмà дëÿ
ñëóчàÿ, êîãдà èíòåðмîдóëÿцèîííàÿ (èì) ïîмå-
õà îòñóòñòâóåò (ñèñòåмà ëèíåéíàÿ), ïðåдñòàâëå-
íà íà рис. 4, а, ãдå âèдíî, чòî ñ óмåíьшåíèåм
мîщíîñòè шóмà ñïåêòðàëьíàÿ ýффåêòèâíîñòь
ñèñòåмы ðàñòåò.
Пðè íàëèчèè íåëèíåéíîñòè è, ñîîòâåòñòâåííî,
ïîÿâëåíèè ИМ-ïîмåõè õàðàêòåð чàñòîòíîé зàâè-
ñèмîñòè èзмåíÿåòñÿ (ðèñ. 4, б, в): âбëèзè ðàбî-
чåé чàñòîòы ñïåêòðàëьíàÿ ýффåêòèâíîñòь ðåзêî
óмåíьшàåòñÿ, à ïðè óдàëåíèè îò ðàбîчåé чàñòî-
òы ïåðåдàющèõ àíòåíí — ñòðåмèòñÿ ê ñëóчàю
ëèíåéíîé ñèñòåмы. Òàêîå ïîâåдåíèå СЭ мîж-
íî îбъÿñíèòь, îñíîâыâàÿñь íà чàñòîòíîé зàâè-
ñèмîñòè мîщíîñòè êîмбèíàцèîííыõ ñîñòàâëÿю-
щèõ íà âыõîдàõ ïðèåмíîé àíòåííы (ñм. ðèñ. 3).
Пî мåðå óдàëåíèÿ îò ðàбîчåé чàñòîòы зíàчåíèÿ
àмïëèòóды êîмбèíàцèîííыõ ñîñòàâëÿющèõ âыñ-
шèõ ïîðÿдêîâ (ïîмåõîâыõ ñèãíàëîâ) óмåíьшà-
юòñÿ быñòðåå, чåм дëÿ îñíîâíыõ ñîñòàâëÿющèõ,
Рèñ. 2. Пðèмåð мíîãîâõîдîâîé ñèñòåмы:
TX — ïåðåдàющàÿ ðåшåòêà; RX — ïðèåмíàÿ ðåшåòêà;
1, 2 — àíòåííы; 3 — ïàññèâíыé ðàññåèâàòåëь; 4 — àí-
òåííà
2
1 3
4
Z
L/λ
X
Y
TX RX
d/
λ
f2=2,501 ГГц
f1=2,500 ГГц
Рèñ. 3. Чàñòîòíàÿ зàâèñèмîñòь мîщíîñòè ñîñòàâëÿю-
щèõ ñèãíàëà íà âыõîдå ïðèåмíîé àíòåííы:
1 — Р(f1); 2 — Р(2f1–f2); 3 — Р(–2f1+3f2)
0
–50
–100
–150
–200
Р
,
дБ
м
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Чàñòîòà, ГГц
1
2
3
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 4
12
ÑèÑòåìû ïåðåäàЧè è îáðàáîòêè Ñèãíàëîâ
ISSN 2225-5818
è ñòàíîâÿòñÿ íåñóщåñòâåííымè ïî ñðàâíåíèю ñ
àмïëèòóдàмè ñèãíàëîâ îñíîâíîé чàñòîòы, чòî ñî-
îòâåòñòâóåò ñëóчàю ëèíåéíîé ñèñòåмы.
Òàêèм îбðàзîм, ñ óмåíьшåíèåм мîщíîñòè
шóмà ñïåêòðàëьíàÿ ýффåêòèâíîñòь ðàñòåò êàê â
ëèíåéíîм, òàê è â íåëèíåéíîм ñëóчàå ïðè ëю-
бîé ñòåïåíè íåëèíåéíîñòè (âåëèчèíå g3). В òî
жå âðåмÿ, â îбëàñòè ðàбîчèõ чàñòîò ïðåдåëьíîå
зíàчåíèå СЭ â зíàчèòåëьíîé мåðå зàâèñèò îò ñòå-
ïåíè íåëèíåéíîñòè: íà чàñòîòå f0=2,5 ГГц ïðè
g3=0,01 СЭ ñîñòàâëÿåò ïðèмåðíî 11 (ðèñ. 4, б),
à ïðè g3=1,0 — îêîëî 6 (ðèñ. 4, в). Эòî îбóñëîâ-
ëåíî ðàзëèчèåм зíàчåíèé мîщíîñòè èíòåðмîдó-
ëÿцèîííыõ ïîмåõ íà âыõîдàõ ïðèåмíîé àíòåí-
íы, чàñòîòíыå зàâèñèмîñòè êîòîðîé дëÿ ðàзëèч-
íыõ g3 ïîêàзàíы íà рис. 5. Êàê âèдíî èз ãðà-
фèêîâ, ñ ðîñòîм ñòåïåíè íåëèíåéíîñòè óмåíьшà-
åòñÿ àмïëèòóдà îñíîâíыõ чàñòîòíыõ ñîñòàâëÿю-
щèõ (ðèñ. 5, а) è ðàñòóò àмïëèòóды èíòåðмîдó-
ëÿцèîííыõ ñîñòàâëÿющèõ (ðèñ. 5, б).
Нà рис. 6 ïðåдñòàâëåíà чàñòîòíàÿ зàâèñèмîñòь
ñïåêòðàëьíîé ýффåêòèâíîñòè ïðè зíàчåíèÿõ мîщ-
íîñòè шóмà 10–7 è 10–15 мВò дëÿ ëèíåéíîãî (g3=0)
è дëÿ íåëèíåéíîãî (g3=0,01; 0,1; 1) ñëóчàåâ. Здåñь
âèдíî, чòî ïðè ïðåîбëàдàíèè шóмîâîé êîмïî-
íåíòы (ðèñ. 6, а) мàêñèмóм СЭ ðàññмàòðèâàå-
мîé ñèñòåмы íàõîдèòñÿ âбëèзè ðàбîчåé чàñòî-
òы, à ïðè ïðåîбëàдàíèè ïîмåõîâîé êîмïîíåíòы
(ðèñ. 6, б) íàëèчèå êîмбèíàцèîííыõ ñîñòàâëÿю-
щèõ âыñшèõ ïîðÿдêîâ ïðèâîдèò ê òîмó, чòî ïî
мåðå óдàëåíèÿ îò ðàбîчåé чàñòîòы зíàчåíèå СЭ
âñå бîëåå ñóщåñòâåííî âîзðàñòàåò ïî ñðàâíåíèю
ñî зíàчåíèåм íà цåíòðàëьíîé чàñòîòå. Òî åñòь,
ñ óмåíьшåíèåм шóмîâîé ñîñòàâëÿющåé ðîñò СЭ
Рèñ. 4. Чàñòîòíàÿ зàâèñèмîñòь ñïåêòðàëьíîé ýффåê-
òèâíîñòè С мíîãîâõîдîâîé ñèñòåмы ïðè îòñóòñòâèè
ИМ-ïîмåõè (а) è ïðè åå íàëèчèè (б, в) дëÿ ðàзëèч-
íîé мîщíîñòè шóмà Psh=10k мВò, îïðåдåëÿåмîé ïðè
k = –3 для верхней кривой и далее с шагом –2 вплоть до
k = –15 для нижней
Рèñ. 5. Чàñòîòíàÿ зàâèñèмîñòь мîщíîñòè íà âыõîдå
ïðèåмíîé àíòåííы íà îñíîâíîé чàñòîòå f1 (а) è íà чà-
ñòîòå 2f1—f2 (б) ïðè ðàзëèчíîé ñòåïåíè íåëèíåéíîñòè:
1 — g3 = 0; 2 — g3 = 0,01; 3 — g3 = 0,1; 4 — g3 = 1
à)
2,0
1,5
1,0
0,5
0
Р
(f
1)
,
м
В
ò
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Чàñòîòà, ГГц
4
3
2
1
б)
0,008
0,006
0,004
0,002
0
Р
(2
f 1
–
f 2
)
,
м
В
ò
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Чàñòîòà, ГГц
1
2
3
4
à)
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Чàñòîòà, ГГц
С
30
20
10
0
g3=0
б)
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Чàñòîòà, ГГц
С
30
20
10
0
g3=0,01
â)
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Чàñòîòà, ГГц
С
30
20
10
0
g3=1,0
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 4
13
ÑèÑòåìû ïåðåäàЧè è îáðàáîòêè Ñèãíàëîâ
ISSN 2225-5818
íàбëюдàåòñÿ дî òåõ ïîð, ïîêà íå íàчèíàåò ïðå-
îбëàдàòь ïîмåõîâàÿ ñîñòàâëÿющàÿ.
Òàêèм îбðàзîм, îчåâèдíî, чòî èññëåдîâàíèå
ðåàëьíыõ мíîãîâõîдîâыõ ñèñòåм íåîбõîдèмî
ïðîâîдèòь ñ óчåòîм ýëåмåíòîâ ñ íåëèíåéíымè
õàðàêòåðèñòèêàмè, ïîñêîëьêó èõ íàëèчèå мîжåò,
ñ îдíîé ñòîðîíы, ïðèâåñòè ê ñíèжåíèю мîщíî-
ñòè, èзëóчåííîé íà îñíîâíыõ чàñòîòàõ, à ñ дðó-
ãîé — ê ñíèжåíèю îòíîшåíèÿ ñèãíàë/шóм íà
âыõîдàõ ïðèåмíыõ àíòåíí è, ñîîòâåòñòâåííî, ê
ñíèжåíèю ñïåêòðàëьíîé ýффåêòèâíîñòè âñåé ñè-
ñòåмы ïåðåдàчè èíфîðмàцèè.
âыводы
Рàзðàбîòàííыå мåòîдèêà è àëãîðèòм ïðîåê-
òèðîâàíèÿ ïîзâîëèëè ïðîâåñòè мîдåëèðîâàíèå
è ïðîàíàëèзèðîâàòь мíîãîâõîдîâыå ñèñòåмы, â
ñîñòàâ êîòîðыõ âõîдÿò ýëåмåíòы ñ íåëèíåéíы-
мè õàðàêòåðèñòèêàмè. Аíàëèз ïîêàзàë, чòî íà-
ëèчèå íåëèíåéíыõ ýëåмåíòîâ ïðèâîдèò ê óмåíь-
шåíèю ñïåêòðàëьíîé ýффåêòèâíîñòè ñèñòåмы зà
ñчåò ïîÿâëåíèÿ íàðÿдó ñ шóмàмè дîïîëíèòåëь-
íыõ èíòåðмîдóëÿцèîííыõ ïîмåõ. Пðè ýòîм чà-
ñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñïåêòðàëьíîé ýффåê-
òèâíîñòè íåëèíåéíîé è ëèíåéíîé ñèñòåм ñóщå-
ñòâåííî ðàзëèчàюòñÿ мåждó ñîбîé, à ðàзëèчèå
зàâèñèò îò ñòåïåíè íåëèíåéíîñòè õàðàêòåðèñòèê
ýëåмåíòîâ, мîщíîñòè èзëóчåíèÿ ïåðåдàющèõ àí-
òåíí, óðîâíÿ ïîмåõîâыõ ñèãíàëîâ. Пðè ñèëьíîé
íåëèíåéíîñòè ñïåêòðàëьíàÿ ýффåêòèâíîñòь мî-
жåò óмåíьшèòьñÿ бîëåå чåм â дâà ðàзà.
Пðîâåдåííыå èññëåдîâàíèÿ ïîêàзàëè, чòî ïðè
ïðîåêòèðîâàíèè è àíàëèзå õàðàêòåðèñòèê мíîãî-
âõîдîâыõ ñèñòåм ïåðåдàчè èíфîðмàцèè íåîбõî-
дèмî èñïîëьзîâàòь мîдåëè, мåòîдèêè è àëãîðèò-
мы, ïîзâîëÿющèå óчèòыâàòь ïðèñóòñòâèå â ñî-
ñòàâå òàêèõ ñèñòåм ýëåмåíòîâ è óñòðîéñòâ ñ íå-
ëèíåéíымè ñâîéñòâàмè. Пðåдñòàâëåííыå â дàí-
íîé ðàбîòå мåòîдèêà è àëãîðèòм ïðîåêòèðîâà-
íèÿ ïîзâîëÿюò ðåшàòь òàêèå зàдàчè è ïîëóчàòь
àдåêâàòíыå õàðàêòåðèñòèêè ðåàëьíыõ ñèñòåм.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ
1. Wallace J.W., Jensen M.A. Termination-dependent
diversity performance of coupled antennas: network theory
analysis // IEEE Trans. on Ant. and Prop.— 2004.— Vol. 52,
N 1.— P. 98—105.
2. Wallace J.W., Mehmood R. On the accuracy of
equivalent circuit models for multi-antenna systems //
IEEE Trans. on Ant. and Prop.— 2012.— Vol. 60, N 2.—
Р. 540—547.
3. Пîíîмàðåâ Л.И., Сêîðîдóмîâ А.И. Оïòèмèзàцèÿ
ñïåêòðàëьíîé ýффåêòèâíîñòè â мíîãîêàíàëьíыõ ñèñòåмàõ
ñîòîâîé ñâÿзè // Рàдèîòåõíèêà è ýëåêòðîíèêà.— 2009.—
T. 54, ¹ 1.— С. 81—97.
4. Banani S.A., Vaughan R.G. Compensating for non-linear
amplifiers in MIMO communications systems // IEEE Trans.
on Ant. and Prop.— 2012.— Vol. 60, N 2.— P. 700—714.
5. Rizzoli V., Costanzo A., Masotti D., Aldrigo M.,
Donzelli F., Esposti V.D. Integration of non-linear, radiation,
and propagation CAD techniques for MIMO link design //
Int. Journal of Microwave and Wireless Technologies.—
2012.— Vol. 4, N 2.— P. 223—232.
6. Вèшíÿêîâà Ю.В. Иñïîëьзîâàíèå òåîðèè àíòåíí ñ
íåëèíåéíымè ýëåмåíòàмè дëÿ àíàëèзà MIMO ñèñòåм //
Рàдèîòåõíèчåñêèå è òåëåêîммóíèêàцèîííыå ñèñòåмы.—
2013.— ¹ 4(12).— С. 5—22.
7. Вèшíÿêîâà Ю.В., Лóчàíèíîâ А.И. Мàòåмàòèчåñêàÿ
мîдåëь MIMO ñèñòåмы ñ óчåòîм íåëèíåéíыõ ýффåêòîâ //
Мàòåð. 23-é Мåждóíàð. Êðымñêîé êîíф. «СВЧ-òåõíèêà
è òåëåêîммóíèêàцèîííыå òåõíîëîãèè» (ÊðыМèÊî’2013).
Ò. 2.— Óêðàèíà, ã. Сåâàñòîïîëь.— 2013.— С. 967—968.
8. Luchaninov A.I., Shifrin Ya.S. Mathematical
model of antenna with lumped nonlinear elements //
Telecommunications and Radio Engineering.— 2007.— Vol. 66,
N 9.— P. 763—803.
9. Äóбðîâêà Ф.Ф., Вàñèëåíêî Ä.О. Êîíñòðóêòèâíыé
ñèíòåз ïëàíàðíыõ àíòåíí ñ ïîмîщью ïðèðîдíыõ àëãîðèò-
мîâ îïòèмèзàцèè // Изâåñòèÿ âóзîâ. Рàдèîýëåêòðîíèêà.—
2009.— Ò. 52, ¹ 4.— С. 3—22.
10. Altshuler E.E. Electrically small self-resonant wire
antennas optimized using a genetic algorithm // IEEE Trans.
on Ant. and Prop.— 2002.— Vol. 50, ¹ 3.— P. 297—300.
Äаòа посòуплеíия рукописи
в редакцию 19.12 2014 г.
Рèñ. 6. Чàñòîòíàÿ зàâèñèмîñòь ñïåêòðàëьíîé ýффåê-
òèâíîñòè мíîãîâõîдîâîé ñèñòåмы дëÿ мîщíîñòè шóмà
Psh=10–7 мВò (а) è Psh=10–15 мВò (б) ïðè ðàзëèчíîé
ñòåïåíè íåëèíåéíîñòè:
1 — g3 = 0; 2 — g3 = 0,01; 3 — g3 = 0,1; 4 — g3 = 1
à)
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Чàñòîòà, ГГц
С
30
20
10
0
1
4
3
2
б)
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Чàñòîòà, ГГц
С
30
20
10
0
1
4
3
2
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 4
14
ÑèÑòåìû ïåðåäàЧè è îáðàáîòêè Ñèãíàëîâ
ISSN 2225-5818
Ю. В. ВИШНЯКОВА
Óêðàїíà, Хàðêіâñьêèé íàціîíàëьíèé óíіâåðñèòåò ðàдіîåëåêòðîíіêè
E-mail: juvalort@gmail.com
ВПЛИВ НЕЛІНІЙНИХ ЕФЕÊÒІВ НА СПЕÊÒРАЛЬНÓ ЕФЕÊÒИВНІСÒЬ
БАГАÒОВХОÄОВИХ АНÒЕННИХ СИСÒЕМ
Äля багаòовходових аíòеííих сисòем запропоíоваíо меòодику й алгориòм проекòуваííя, в осíо-
ву яких покладеíо розроблеíу маòемаòичíу модель, яка враховує íаявíісòь елемеíòів з íеліíійíими
власòивосòями. Наведеíо резульòаòи чисельíого моделюваííя багаòовходової багаòоаíòеííої сисòе-
ми. Показаíо, що при дії іíòермодуляційíих завад íа сисòему, у складі якої присуòíі елемеíòи з
íеліíійíими харакòерисòиками, її часòоòíі харакòерисòики ісòоòíо відрізíяюòься від харакòери-
сòик ліíійíої сисòеми. Зокрема, відбуваєòься зíижеííя спекòральíої ефекòивíосòі сисòеми побли-
зу робочої часòоòи за рахуíок появи у її спекòральíому відгуку додаòкових комбіíаційíих складових.
Ключові слова: íеліíійíі ефекòи, багаòовходова сисòема, аíòеíа з íеліíійíими елемеíòами, спекòраль-
íа ефекòивíісòь, MIMO сисòеми.
J. V. VISHNIAKOVA
Ukraine, Kharkov National University of Radioelectronics
E-mail: juvalort@gmail.com
THE INFLUENCE OF NONLINEAR EFFECTS ON THE SPECTRAL EFFICIENCY
OF MULTIINPUT ANTENNA SYSTEMS
The analysis technique and design algorithm are proposed for multiinput antenna systems, based on the
mathematical model developed. The technique and algorithm described allow the analysis of a wide class of
multiinput systems, in particular, MIMO systems, reconfigurable multiantenna systems, multiinput systems
with nonlinear components and devices.
The paper presents numerical analysis results of the intermodulation interference effect on the spectral
efficiency of a multiinput system with nonlinear elements in receiving antennas, obtained using the methods,
algorithms and software products developed.
It is shown that in the nonlinear system intermodulation interferences appear, and the spectral efficiency
of the data transmission system decays near the operating frequency due to the appearance of additional
combinational components in the frequency response of the system. This effect depends on the degree of
nonlinearity, radiated power, the level of interfering signals.
Based on the results obtained, it was concluded that the presence of nonlinear elements and devices must be
taken into account in the design and analysis processes of multiinput multiantenna systems, considering the
specific types of those nonlinearities.
Keywords: nonlinear effects, multiinput system, antenna with nonlinear elements, spectral efficiency, MIMO systems.
DOI: 10.15222/TKEA2015.4.08
UDC 621.396.677.3
REFERENCES
1. Wallace J.W., Jensen M.A. Termination-dependent
diversity performance of coupled antennas: network theory
analysis. IEEE Trans. on Ant. and Prop., 2004, vol. 52,
no. 1, pp. 98-105.
2. Wallace J.W., Mehmood R. On the accuracy of equiva-
lent circuit models for multi-antenna systems // IEEE Trans.
on Ant. and Prop., 2012, vol. 60, no. 2, pp. 540-547.
3. Ponomarev L.I., Skorodumov A.I. Optimization of the
spectral efficiency in MIMO cellular wireless communications.
Journal of Communications Technology and Electronics, 2009,
vol. 54, no. 1, pp. 76-91. DOI: 10.1134/S1064226909010070
4. Banani S.A., Vaughan R.G. Compensating for non-
linear amplifiers in MIMO communications systems. IEEE
Trans. on Ant. and Prop., 2012, vol. 60, no. 2, pp. 700-714.
5. Rizzoli V., Costanzo A., Masotti D., Aldrigo M.,
Donzelli F., Esposti V.D. Integration of non-linear, radia-
tion, and propagation CAD techniques for MIMO link design.
Int. Journal of Microwave and Wireless Technologies, 2012,
vol. 4, no. 2, pp. 223-232.
6. Vishniakova Yu.V. [Application of the theory of anten-
nas with nonlinear elements for the MIMO systems analysis].
Radio and telecommunication systems, 2013, no. 4(12),
pp. 5-22. (Rus)
7. Vishniakova Yu.V., Luchaninov A.I. [Mathematical
model of MIMO system with nonlinear effects]. Proc.
of the 23nd Int. Crimean Conference “Microwave &
Telecommunication Technology” (CriMiCo’2013), vol. 2,
Ukraine, Sevastopol, 2013, pp. 967-968 (Rus)
8. Luchaninov A.I., Shifrin Ya.S. Mathematical model of
antenna with lumped nonlinear elements. Telecommunications
and Radio Engineering, 2007, vol. 66, no. 9, pp. 763-803.
9. Dubrovka F.F., Vasylenko D.O. Synthesis of UWB
planar antennas by means of natural optimization algorithms.
Radioelectronics and Communications Systems, 2009, vol. 52,
no. 4, pp. 3-22. DOI: 10.3103/S0735272709040013
10. Altshuler E.E. Electrically small self-resonant wire
antennas optimized using a genetic algorithm. IEEE Trans.
on Ant. and Prop., 2002, vol. 50, no. 3, pp. 297-300.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100541 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T03:26:34Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вишнякова, Ю.В. 2016-05-22T19:45:48Z 2016-05-22T19:45:48Z 2015 Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем / Ю.В. Вишнякова // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 4. — С. 8-14. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2015.4.08 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100541 621.396.677.3 Предложены методика и алгоритм проектирования многовходовых антенных систем. В их основе лежит математическая модель, учитывающая наличие элементов с нелинейными свойствами. Представлены результаты численного моделирования многовходовой многоантенной системы. Показано, что при воздействии интермодуляционных помех на систему, в составе которой присутствуют элементы с нелинейными характеристиками, ее частотные характеристики существенно отличаются от характеристик линейной системы. В частности, происходит снижение спектральной эффективности системы вблизи рабочей частоты за счет появления в ее спектральном отклике дополнительных комбинационных составляющих. Для багатовходових антенних систем запропоновано методику й алгоритм проектування, в основу яких покладено розроблену математичну модель, яка враховує наявність елементів з нелінійними властивостями. Наведено результати чисельного моделювання багатовходової багатоантенної системи. Показано, що при дії інтермодуляційних завад на систему, у складі якої присутні елементи з нелінійними характеристиками, її частотні характеристики істотно відрізняються від характеристик лінійної системи. Зокрема, відбувається зниження спектральної ефективності системи поблизу робочої частоти за рахунок появи у її спектральному відгуку додаткових комбінаційних складових. The analysis technique and design algorithm are proposed for multiinput antenna systems, based on the mathematical model developed. The technique and algorithm described allow the analysis of a wide class of multiinput systems, in particular, MIMO systems, reconfigurable multiantenna systems, multiinput systems with nonlinear components and devices. The paper presents numerical analysis results of the intermodulation interference effect on the spectral efficiency of a multiinput system with nonlinear elements in receiving antennas, obtained using the methods, algorithms and software products developed. It is shown that in the nonlinear system intermodulation interferences appear, and the spectral efficiency of the data transmission system decays near the operating frequency due to the appearance of additional combinational components in the frequency response of the system. This effect depends on the degree of nonlinearity, radiated power, the level of interfering signals. Based on the results obtained, it was concluded that the presence of nonlinear elements and devices must be taken into account in the design and analysis processes of multiinput multiantenna systems, considering the specific types of those nonlinearities. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Системы передачи и обработки сигналов Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем Вплив нелінійних ефектів на спектральну ефективність багатовходових антенних систем The influence of nonlinear effects on the spectral efficiency of multiinput antenna systems Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем Вишнякова, Ю.В. Системы передачи и обработки сигналов |
| title | Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем |
| title_alt | Вплив нелінійних ефектів на спектральну ефективність багатовходових антенних систем The influence of nonlinear effects on the spectral efficiency of multiinput antenna systems |
| title_full | Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем |
| title_fullStr | Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем |
| title_full_unstemmed | Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем |
| title_short | Влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем |
| title_sort | влияние нелинейных эффектов на спектральную эффективность многовходовых антенных систем |
| topic | Системы передачи и обработки сигналов |
| topic_facet | Системы передачи и обработки сигналов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100541 |
| work_keys_str_mv | AT višnâkovaûv vliânienelineinyhéffektovnaspektralʹnuûéffektivnostʹmnogovhodovyhantennyhsistem AT višnâkovaûv vplivnelíníinihefektívnaspektralʹnuefektivnístʹbagatovhodovihantennihsistem AT višnâkovaûv theinfluenceofnonlineareffectsonthespectralefficiencyofmultiinputantennasystems |