RU2798777C1

RU2798777C1 - Способ передачи данных с мультиплексированием и ортогональным частотным разделением каналов

Info

Publication number: RU2798777C1
Application number: RU2022115254A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Лисничук; Андрей Викторович Батищев
Filing date: 2022-06-06
Publication date: 2023-06-27

Abstract

Изобретение относится к областям радиотехники и телекоммуникации и может применяться для синтеза многочастотных сигналов при передаче информации по беспроводным линиям связи в условиях действия на радиосистему передачи информации полосовой помехи. Техническим результатом является увеличение пропускной способности канала передачи данных совместно со снижением величины пик-фактора в радиосистемах передачи информации использующих многочастотные сигналы, в данном случае OFDM-сигналы, при наличии в канале передачи данных полосовой помехи. Упомянутый технический результат достигается тем, что располагают зарезервированные тона на несущих OFDM-сигнала, подверженных влиянию полосовой помехи. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Область, к которой относится изобретение

Предполагаемое техническое решение относится к областям радиотехники и телекоммуникации и может применяться для синтеза многочастотных сигналов при передаче информации по беспроводным линиям связи в условиях действия на радиосистему передачи информации полосовой помехи.

Уровень техники

Прототипом является «Устройство и способ уменьшения PAPR в системе связи OFDM» [1]. Данное изобретение позволяет произвести снижение величины пик-фактора OFDM-сигналов при помощи метода резервации тонов (англ. Tone Reservation), а именно способа уменьшения отношения пиковой к средней мощности (PAPR) в системе связи с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), включающим в себя N несущих, среди которых L несущих назначают для L зарезервированных тонов, и данные переносят с помощью остальных (N-L) тонов, причем L меньше, чем N, заключающийся в том, что циклически генерируют импульсный сигнал из L зарезервированных тонов, поворачивают фазу сгенерированного импульсного сигнала до фазы сигнала, имеющего максимальное пиковое значение среди комплексных выходных сигналов, полученных в результате обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) N несущих OFDM-сигнала, масштабируют сгенерированный импульсный сигнал на значение разности между максимальным пиковым значением и целевым значением мощности, осуществляют комплексное суммирование масштабированного сигнала и выходного сигнала после ОБПФ, дополнительно сравнивают PAPR, полученный в результате комплексного суммирования с целевым PAPR, установленным заранее, до тех пор, пока полученное значение PAPR не станет меньше целевого значения, причем импульсный сигнал, сгенерированный из L зарезервированных тонов представляет собой комплексный сигнал и каждый из (I=N - L) тонов, переносящих данные, представляет собой комплексный сигнал, и фазу сгенерированного сигнала из L зарезервированных тонов преобразуют в комплексной плоскости для совмещения фазы генерируемого импульсного сигнала с фазой сигнала, имеющего максимальное пиковое значение и определяют путем комплексного умножения сигнала, сгенерированного из L зарезервированных тонов, на нормализованный сигнал, имеющий пиковое значение среди комплексных выходных сигналов, полученных в результате быстрого преобразования Фурье N несущих. Тем самым, в известном способе [1] выбор зарезервированных тонов не описан и зачастую на практике осуществляется случайным образом и/или же производится заранее, без учета помеховой обстановки в канале передачи данных. Таком образом, недостатком способа [1] является отсутствие адаптации выбора зарезервированных тонов к помеховой обстановке в канале передачи данных, а также отсутствие передачи полезной информации на несущих OFDM-сигнала, выбранных в качестве зарезервированных тонов.

Раскрытие изобретения

Цель предполагаемого изобретения - увеличение пропускной способности канала передачи данных совместно со снижением величины пик-фактора в радиосистемах передачи информации использующих многочастотные сигналы, в данном случае OFDM-сигналы, при наличии в канале передачи данных полосовой помехи.

Поставленная цель достигается тем, что при формировании OFDM-сигнала для снижения величины пик-фактора производится оценка помеховой обстановки в канале передачи данных, т.е. производится оценка несущих OFDM-сигнала, подверженных действию полосовой помехи (определение множества М несущих, подверженных действию полосовой помехи), и выбором зарезервированных тонов (определение множества L зарезервированных тонов и определение множества I несущих, используемых для передачи данных) полностью или частично из числа несущих OFDM-сигнала, подверженных действию полосовой помехи. Зарезервированные тона и несущие OFDM-сигнала, подверженные действию полосовой помехи выбираются из числа всех несущих OFDM-сигнала (множество N всех несущих). Дополнительно, применение способа снижения пик-фактора, описанного в [1], приводит к снижению пропускной способности канала передачи данных. Также, наличие полосовой помехи в канале передачи данных тоже приводит к снижению пропускной способности канала передачи данных.

Расположение зарезервированных тонов на несущих OFDM-сигнала, подверженных влиянию полосовой помехи, позволяет минимизировать влияние полосовой помехи на радиосистему передачи информации и тем самым позволяет повысить пропускную способность канала передачи данных.

Заявленное изобретение обладает совокупностью признаков неизвестных из уровня техники для изобретений подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».

Для доказательства изобретательского уровня необходимо учесть, что известное изобретение [1] для снижения величины пик-фактора не описывает выбор зарезервированных тонов. При их случайном выборе или при их выборе заранее при наличии в канале передачи данных полосовой помехи возможно возникновение ситуации, когда зарезервированные тона располагаются на частотах, не подверженных действию полосовой помехи. Что приводит к дополнительному снижению пропускной способности.

Заявленное изобретение не имеет этого недостатка, поскольку в нем произведено описание выбора зарезервированных тонов относительно несущих OFDM-сигнала, подверженных влиянию полосовой помехи. Такой выбор может производится четырьмя способами.

Первый способ подразумевает, что выбор зарезервированных тонов производится таким образом, что все несущие, подверженные действию полосовой помехи, являются зарезервированными несущими, а количество зарезервированных тонов больше или равно количеству несущих, подверженных действию полосовой помехи.

Второй способ подразумевает, что все зарезервированные несущие являются несущими, подверженными действию полосовой помехи, а количество зарезервированных тонов меньше количества несущих, подверженных действию полосовой помехи.

Третий способ подразумевает, что выбор зарезервированных тонов производится таким образом, что зарезервированные тона состоят из несущих, подверженных действию полосовой помехи и несущих, не подверженных действию полосовой помехи, а несущие, подверженные действию полосовой помехи состоят из зарезервированных несущих и несущих, используемых для передачи данных.

Четвертый способ подразумевает, что оценка несущих, подверженных действию полосовой помехи, производят предварительно на этапе установления связи.

Указанные отличия не следуют явным образом из доступных научно-технических источников, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию изобретения - «Изобретательский уровень».

Эти отличия приводят к появлению качественно нового свойства заявленного изобретения - возможности совместной минимизации величины пик-фактора OFDM-сигнала и увеличения пропускной способности канала передачи данных.

Осуществление изобретения

Осуществление заявленного способа поясняется с помощью чертежей, показанных на фиг. 1.

На фиг. 1 изображены примеры расположения множества L зарезервированных тонов; множества М несущих, подверженного действию полосовой помехи; множества I несущих, используемых для передачи данных относительно множества N всех несущих.

На фиг. 1 приведены схемы расположения частот для следующих случаев:

А - Выбора зарезервированных тонов производится в соответствии с первым способом;

Б - Выбора зарезервированных тонов производится в соответствии со вторым способом;

В - Выбора зарезервированных тонов производится в соответствии с третьим способом.

Расчет зависимостей пропускной способности канала передачи данных, производится следующим образом:

1) расчет пропускной способности OFDM-сигнала, когда способ резервации тонов не применяется, а влияние полосовой помехи отсутствует, производится в соответствии с формулой:

где С - пропускная способность канала передачи данных; Wв, Wн - соответственно, верхняя и нижняя частоты OFDM-сигнала; Р(х) - мгновенная мощность OFDM-сигнала, в целях математического анализа будем считать Р(х) постоянной величиной, тогда Р(х)=р; Р_АБГШ(х) - мгновенная мощность АБГШ, в целях математического анализа будем считать Р_АБГШ(х) постоянной величиной, тогда Р_АБГШ(х)=р_АБГШ; ƒ - частота; W - полоса частот, занимаемая OFDM-сигналом, такая что

2) расчет пропускной способности OFDM-сигнала при наличии АБГШ и полосовой помехи, когда способ резервации тонов не применяется, производится в соответствии с формулой:

где W_ПП - полоса частот занимаемая полосовой помехой, действующей в полосе частот OFDM-сигнала, такая что

где W_В,W_А - верхняя и нижняя частоты полосовой помехи соответственно; р_ПП - мгновенная мощность полосовой помехи;

3) расчет пропускной способности OFDM-сигнала, когда применялся способ резервации тонов, а полосовая помеха отсутствует:

где W_TR - полоса частот OFDM-сигнала, требуемая для реализации способа резервации тонов;

4) расчет пропускной способности OFDM-сигнала, когда применялся способ резервации тонов и зарезервированные тона расположены вне частот, подверженных влиянию полосовой помехи, производится в соответствии с формулой:

5) расчет пропускной способности OFDM-сигнала, когда применялся способ резервации тонов и зарезервированные тона расположены на частотах, подверженных влиянию полосовой помехи, производится в соответствии с формулой:

6) расчет пропускной способности OFDM-сигнала, когда применяется способ резервации тонов и зарезервированные тона частично расположены на частотах, подверженных влиянию полосовой помехи, производится в соответствии с формулой:

где

- коэффициент использования полосовой помехи,

- объем множества.

Для случаев 3-6 расчет пропускной способности канала передачи данных на частотах, отведенных под способ резервации тонов, нецелесообразен ввиду того, что на таких частотах нет передачи полезной информации, т.е. нет необходимости осуществлять прием информации на этих частотах.

Источники информации

1. Патент РФ №2 313 910 С2; МПК H04J 11/00, H04L 27/26; 27.12.2007.

Claims

1. Способ передачи данных с мультиплексированием и ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), заключающийся в том, что при передаче данных используют множество N всех несущих OFDM-сигнала, включающих тона или поднесущие, указанное множество состоит из множества L зарезервированных тонов, не используемых для передачи данных, и множества I несущих, используемых для передачи данных; обеспечивают снижение пик-фактора (PAPR) OFDM-сигнала посредством метода резервации тонов, на основании множества L зарезервированных тонов, при этом циклически генерируют сигнал из множества L зарезервированных тонов, поворачивают фазу сгенерированного сигнала до фазы сигнала, имеющего максимальное пиковое значение среди комплексных выходных сигналов, полученных в результате обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) множества N несущих OFDM-сигнала, масштабируют сгенерированный сигнал на значение разности межу максимальным пиковым значением и целевым значением мощности, осуществляют комплексное суммирование масштабированного сигнала и выходного сигнала после ОБПФ, дополнительно сравнивают PAPR, полученное в результате комплексного суммирования с целевым PAPR, установленным заранее, до тех пор, пока полученное значение PAPR не станет меньше целевого значения, причем импульсный сигнал, сгенерированный из L зарезервированных тонов, представляет собой комплексный сигнал и каждый из (N-L) тонов, переносящих данные, представляет собой комплексный сигнал, и фазу сгенерированного сигнала из L зарезервированных тонов преобразуют в комплексной плоскости для совмещения фазы генерируемого импульсного сигнала с фазой сигнала, имеющего максимальное пиковое значение, и определяют путем комплексного умножения сигнала, сгенерированного из L зарезервированных тонов, на нормализованный сигнал, имеющий пиковое значение среди комплексных выходных сигналов, полученных в результате быстрого преобразования Фурье N несущих, отличающийся тем, что при формировании OFDM-сигнала производится оценка помеховой обстановки в канале передачи данных, определяют множество Μ несуших, подверженных действию полосовой помехи, представляющее собой часть от множества L всех несущих OFDM-сигнала, при этом определяют множества L зарезервированных тонов, не используемых для передачи данных, и множества I несущих, используемых для передачи данных.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение множества L зарезервированных тонов осуществляют таким образом, что все несущие, подверженные действию полосовой помехи, являются зарезервированными несущими, а количество зарезервированных тонов больше или равно количеству несущих, подверженных действию полосовой помехи.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение множества L зарезервированных тонов осуществляют таким образом, что все зарезервированные несущие являются несущими, подверженными действию полосовой помехи, а количество зарезервированных тонов меньше количества несущих, подверженных действию полосовой помехи.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение множества L зарезервированных тонов осуществляют таким образом, что множество L зарезервированных тонов состоит из множества L1 несущих, подверженных действию полосовой помехи, и множества L2 несущих, не подверженных действию полосовой помехи, и множество Μ несущих, подверженных действию полосовой помехи, состоит из множества Ml зарезервированных несущих и множества М2 несущих, используемых для передачи данных, при этом множество М2 одновременно является подмножеством для множеств I и М, а множество L1 одновременно является подмножеством для множеств Μ и L.

5. Способ по п. 1, в котором множество Μ несущих, подверженных действию полосовой помехи, определяют предварительно на этапе установления связи.