Особливості нелінійного допплерівського ефекту при забезпеченні зв’язку в режимі MIMO з безпілотними літальними апаратами = Features of the nonlinear Doppler effect when providing communication in MIMO mode with unmanned aerial vehicles

Abstract

Використання безпілотних літальних апаратів у сучасному світі є перспективним напрямом розвитку багатьох галузей, як у цивільній, так і у військовій сферах. Армії багатьох країн світу прийняли на озброєння та ефективно застосовують безпілотну авіацію для виконання розвідувальних, бойових та забезпечуючих місій. Велике значення приділяється стійкому зв’язку з безпілотними апаратами при виконанні усіх типів завдань, а особливо при використанні їх як ретрансляторів зв’язку при веденні мережоцентричних операцій. Підвищення пропускної здатності каналів, забезпечення інформаційного обміну у режимі реального часу є загальною світовою тенденцією. Одним з напрямів підвищення пропускної спроможності радіоканалів є застосування технології Multiple Input Multiple Output (MIMO) у поєднанні з ортогональною та неортогональною частотною дискретною модуляціями. Сучасні дослідники розглядають використання технології МІМО для забезпечення зв’язку тільки з низькошвидкісними безпілотними літальними апаратами, тому тема статті є актуальною. Метою роботи є дослідження особливостей застосування МІМО-обробки при організації каналів зв’язку з високошвидкісними безпілотними літальними апаратами у випадку появи нелінійної частотної модуляції, що викликана обертанням лінії візування між приймальним та передавальним об’єктами. Орієнтуючись на випадки забезпечення зв’язку між безпілотним літальним апаратом й повітряним командним пунктом або базовим літаком-розвідником, а також безпілотним літальним апаратом і віддаленим ретранслятором, у роботі розглянуто особливості застосування MIMO-обробки з урахуванням специфіки врахування нелінійного ефекту Допплера при використанні OFDM (N-OFDM) сигналів. При цьому вважається, що цифрові антенні решітки розміщуються на прийомному й передавальному об’єктах, у тому числі й на борту безпілотного літального апарату. У результаті дослідження вдосконалено методи ортогональної та неортогональної частотної дискретної модуляції, які відрізняються урахуванням допплерівських зсувів частот піднесучих при обробці сигналів за відліком АЦП і за результатами їх додаткового стробування в одноканальних та багатоканальних системах зв'язку з БПЛА, з використанням цифрових антенних решіток і технології MIMO

The use of unmanned aerial vehicles in the modern world is a promising direction in the development of many industries, both in the civilian and military domains. Armed Forces of many countries have adopted and are effectively using unmanned aircraft to carry out reconnaissance, combat and support missions. Great importance is given to ensuring communication with unmanned aerial vehicles when performing all types of tasks, especially when using them as communication repeaters when conducting networkcentric operations. Increasing channel capacity for real-time information exchange is a global trend. One of the ways to increase the capacity of radio channels is the use of Multiple Input Multiple Output (MIMO) technology in combination with orthogonal and non-orthogonal frequency discrete modulations. Modern researchers consider the use of MIMO technology only to provide communication with low-speed unmanned aerial vehicles, so the research topic is relevant. The aim of the work is to study the features of the application of MIMO processing when organizing communication channels with high-speed unmanned aerial vehicles in which nonlinear frequency modulation occurs due to the rotation of the line of sight between the receiving and transmitting objects. Focusing on the cases of providing communication between an unmanned aerial vehicle and an air command post or a base reconnaissance aircraft, as well as an unmanned aerial vehicle and a remote repeater, the paper discusses the features of using MIMO processing taking into account the specifics of accounting for the nonlinear Doppler effect when using OFDM (N -OFDM ) signals, considering that digital antenna arrays are located on the receiving and transmitting objects, including on board an unmanned aerial vehicle. As a result of the study, methods of orthogonal and non-orthogonal frequency discrete modulation have been improved, which differ in taking into account Doppler frequency shifts of subcarriers when processing signals with ADC readouts and according to the results of their additional gating in single-channel and multi-channel communication systems with UAVs, using digital antenna arrays and MIMO technology