Применение QC-LDPC-кодов в системе связи БПЛА

DOI: 10.21293/1818-0442-2025-28-2-14-21

Скачать текст статьи в формате PDF

Скачать JATS xml

Аннотация: В условиях динамичной воздушной среды беспроводные системы связи с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) подвержены воздействию изменения атмосферы, что приводит к снижению спектральной эффективности и надежности связи. Для улучшения характеристик системы предлагается использовать комбинацию квазициклического кода с низкой плотностью проверок на чётность (QC-LDPC) и высокоуровневых форматов модуляции, таких как M-QAM. С учётом различных высот полёта БПЛА и влияния затухания проведена оценка системы в канале с замиранием Рэлея. Моделирование показало, что схема с QC-LDPC-кодированием и M-QAM обеспечивает значительное снижение вероятности битовой ошибки (BER) по сравнению с некодированной модуляцией, особенно в условиях сильного замирания. Результаты подтвердили надёжность и применимость предлагаемого подхода для задач связи в режиме реального времени с использованием БПЛА.

Ключевые слова: канальное кодирование, коды с низкой плотностью проверок, кратная квадратурная амплитудная модуляция, беспилотный летательный аппарат

Сведения о финансировании: Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда по гранту № 25-29-00139 (https://rscf.ru/project/25-29-00139/) в ТУСУРе.

Библиография статьи:
Чжан В. Применение QC-LDPC-кодов в системе связи БПЛА / В. Чжан, Т. Т. Газизов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2025. – Т. 28, № 2. – С. 14–21. DOI: 10.21293/1818-0442-2025-28-2-14-21

Авторы и правообладатели:

  • Чжан В. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
  • Газизов Т. Т. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)

  • 1. Zeng Y. Wireless communications with unmanned aerial vehicles: Opportunities and challenges / Y. Zeng, R. Zhang, T.J. Lim // IEEE Communications Magazine. – 2016. – Vol. 54. – P. 36–42.
  • 2. Mozaffari M. A tutorial on UAVs for wireless networks: Applications, challenges, and open problems / M. Mozaffari, W. Saad, M. Bennis, Y.H. Nam, M. Debbah // IEEE Communications Surveys & Tutorials. – 2019. – Vol. 21. – P. 2334–2360.
  • 3. Ali M.F. Revolutionizing firefighting: UAV–based optical communication systems for wildfires / M.F. Ali, D.N.K. Jayakody, P. Muthuchidambaranathan // Photonics. – 2024. – Vol. 11. – P. 656.
  • 4. Almazrouei K. Error–correcting codes in communication systems / K. Almazrouei, K.A. Alnajjar // 2024 International Wireless Communications and Mobile Computing (IWCMC). – 2024. – P. 1–6.
  • 5. Wu H. A high throughput implementation of QC-LDPC codes for 5G NR / H. Wu, H. Wang // IEEE Access. – 2019. – Vol. 7. – P. 185373–185384.
  • 6. Zhang C. Construction of multi–rate quasi–cyclic LDPC codes for satellite communications / C. Zhang, X. Mu, J. Yuan, H. Li, B. Bai // IEEE Transactions on Communications. – 2021. – Vol. 69. – P. 7154–7166.
  • 7. Singya P.K. A survey on higher–order QAM constellations: Technical challenges, recent advances, and future trends / P.K. Singya, P. Shaik, N. Kumar, V. Bhatia, M.–S. Alouini // IEEE Open Journal of the Communications Society. – 2021. – Vol. 2. – P. 617–655.
  • 8. Rybalov D.V. Formation of extended modulation code schemes based on the LDPC codec 5G NR / D.V. Rybalov, A.A. Moiseenko, D.A. Pokamestov, Y.V. Kryukov, A.V. Filatov, A.M. Zabolotsky // T-Comm. – 2024. – Vol. 18, No. 12. – P. 41–46.
  • 9. Rowshan M. Channel coding toward 6G: Technical overview and outlook / M. Rowshan, M. Qiu, Y. Xie, X. Gu, J. Yuan // IEEE Open Journal of the Communications Society. – 2024. – Vol. 5. – P. 2585–2685.
  • 10. Bagheri K. A joint encryption, channel coding and modulation scheme using QC-LDPC lattice-codes / K. Bagheri, T. Eghlidos, M.-R. Sadeghi, D. Panario, H. Khodaiemehr // IEEE Transactions on Communications. – 2020. – Vol. 68. – P. 4673–4693.
  • 11. Chatzoulis D. 5G V2X performance comparison for different channel coding schemes and propagation models / D. Chatzoulis, C. Chaikalis, D. Kosmanos, K.E. Anagnostou, G. Karetsos // Sensors. – 2023. – Vol. 23. – P. 2436.
  • 12. Cuc A.-M. Performance analysis of turbo codes, LDPC codes, and polar codes over an AWGN channel in the presence of inter-symbol interference / A.-M. Cuc, F.L. Morgoș, C. Grava // Sensors. – 2023. – Vol. 23. – P. 1942.
  • 13. Li Z. Exploration of channel coding techniques in OTFS systems: Convolutional, Turbo, LDPC, and Polar codes / Z. Li, Y. Gong, X. Li, Q. Wang, Z. Xu // Journal of Advanced Digital Communications. – 2024. – Vol. 1. – P. 2.
  • 14. Sravanty K. Implementation of forward error correction encoder for DVB-S2 / K. Sravanty // International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. – 2019. – Vol. 7. – P. 268–271.
  • 15. Morello A. DVB-S2: The second generation standard for satellite broad-band services / A. Morello, V. Mignone // Proceedings of the IEEE. – 2006. – Vol. 94. – P. 210–227.
  • 16. ETSI. ETSI EN 302 307: Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for broadcasting, interactive services, news gathering and other broadband satellite applications / ETSI // ETSI Standard Document. – 2004.
  • 17. Li M. Investigation on the UAV-to-satellite optical communication systems / M. Li, Y. Hong, C. Zeng, Y. Song, X. Zhang // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. – 2018. – Vol. 36. – P. 2128–2138.
  • 18. Xing Z. A modulation classification algorithm for multipath signals based on cepstrum / Z. Xing, Y. Gao // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2019. – Vol. 69. – P. 4742–4752.
  • 19. Likhobabin E. High throughput FPGA implementation of LDPC decoder architecture for DVB-S2X standard / E. Likhobabin, A. Ovinnikov, R. Goriushkin, P. Nikishkin, E. Khokhryakov // 2022 International Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT). – Astrakhan, Russia, 2022. – P. 1–4.
  • 20. Verma A. Low computational-complexity SOMS-algorithm and high-throughput decoder architecture for QCLDPC codes / A. Verma, R. Shrestha // IEEE Transactions on Vehicular Technology. – 2022. – Vol. 72. – P. 66–80.
  • 21. Abdelbari A. The derivation of the probability of error for BPSK, 16-QAM and 64-QAM in Rayleigh fading channel: A unified approach / A. Abdelbari, B. Bilgehan // arXivpreprint. – 2024. – arXiv:2406.16548.
  • 22. Yang K. A low-density parity-check coding scheme for LoRa networking / K. Yang, W. Du // ACM Transactions on Sensor Networks. – 2024. – Vol. 20. – P. 1–29.
  • 23. Smarandache R. Generalized quasi-cyclic LDPC codes: Design and efficient encoding / R. Smarandache, A.G. Fonseca, D. G. Mitchell // IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT). – Athens, Greece, 2024. – P. 434–439.
  • 24. Chen C. Performance analysis and experimental evaluation of modulating retroreflector and UAV based free space optical transmission systems / C. Chen, J. Ji, H. Zhao, Y. Song // Optics Express. – 2024. – Vol. 32. – P. 33830– 33851.
  • 25. Gvozdarev A.S. Reliability analysis of RF-FSO relay–assisted communications under hyper–Rayleigh fading / A.S. Gvozdarev, T.K. Artemova, A.M. Alischuk // 2024 IEEE 9th All–Russian Microwave Conference (RMC). – Moscow, Russia, 2024. – P. 145–150.
  • 26. Ali M.F. Dual-hop mixed FSO–VLC underwater wireless communication link / M.F. Ali, D.N.K. Jayakody, S. Garg, G. Kaddoum, M.S. Hossain // IEEE Transactions on Network and Service Management. – 2022. – Vol. 19. – P. 3105–3120.
  • 27. Esfahani S.N. Relative altitude estimation of infrared thermal UAV images using SIFT features / S.N. Esfahani, J. Sarangapani // 2024 IEEE 26th International Workshop on Multimedia Signal Processing (MMSP). – USA: Purdue University, 2024. – P. 1–6.
  • 28. Generalized G-Meijer function // Integral Table. – 2024 [Электронный ресурс]. – URL: https://functions.wolfram.com (дата обращения: 15.03.2025).
Адрес редакции

  634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, МК, каб. 310/2

  (3822) 701-582, внутр.: 1456

  journal@tusur.ru