WO2015142221A1 - Способ и устройство ортогонального частотного уплотнения - Google Patents
Способ и устройство ортогонального частотного уплотнения Download PDFInfo
- Publication number
- WO2015142221A1 WO2015142221A1 PCT/RU2015/000140 RU2015000140W WO2015142221A1 WO 2015142221 A1 WO2015142221 A1 WO 2015142221A1 RU 2015000140 W RU2015000140 W RU 2015000140W WO 2015142221 A1 WO2015142221 A1 WO 2015142221A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- eigenvectors
- subband
- frequency
- output
- matrix
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only
- H04L27/2627—Modulators
- H04L27/2639—Modulators using other transforms, e.g. discrete cosine transforms, Orthogonal Time Frequency and Space [OTFS] or hermetic transforms
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2602—Signal structure
- H04L27/26035—Maintenance of orthogonality, e.g. for signals exchanged between cells or users, or by using covering codes or sequences
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2602—Signal structure
- H04L27/2605—Symbol extensions, e.g. Zero Tail, Unique Word [UW]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only
- H04L27/2627—Modulators
- H04L27/2637—Modulators with direct modulation of individual subcarriers
Definitions
- the invention relates to the field of wired, satellite and terrestrial radio communications, in particular to communication with orthogonal frequency multiplexing, and can be used to improve digital signal generation systems of channel signals with orthogonal frequency multiplexing.
- the prior art method for the formation of channel signals and a device implementing it includes representing on the transmitting side information in the form of a set of n consecutive information symbols of duration ⁇ * ⁇ , where ⁇ is the duration of one symbol, which is converted into a set of n parallel information symbols of length ⁇ each in block 2 ( Figure 1, Figure 2) . Then, the frequency band allocated for transmission is divided into n frequency intervals, the guard interval is inserted and the quadrature modulator is processed, and before the guard interval is inserted, a set of eigenvectors for the given frequency intervals is formed.
- an OFDM channel signal generating apparatus including: an information source 1; block 2 - the converter of consecutive characters in parallel and expander; signal conditioning unit 12; block 4 - insertion of the guard interval, as well as a quadrature modulator, which includes two digital-to-analog converters 5 and 6, two multipliers 7 and 8, a carrier oscillator 9, a device 10 phase shift by ⁇ / 2, the adder 1 1.
- the signal generating unit 12 based on the eigenvectors of the subband matrices includes: a shaper 13 of eigenvectors of the subband matrices; the device 14 controls the shaper of the eigenvectors of the subband matrices; J multipliers 15 and the adder 16.
- the presence of the specified insert according to the invention allows to increase the number of channels simultaneously transmitting information in the selected frequency range and reduce interference interference of radio communication systems.
- the use of a guard interval insert introduces redundant information and reduces the transmission rate of the entire system.
- Protective insert of the interval introduces distortions into the signal-code structure (phase discontinuity), which leads to an increase in the level of out-of-band emissions and does not fully minimize the time-frequency localization of the generated channel signals.
- the disadvantages of the known solutions should also include the use of the method of calculating the orthogonal basis. The energy spectrum of the channel signal generated by the classical OFDM method presented in FIG. 3 confirms this opinion.
- the problem to which the invention is directed is to create a method and device for its implementation, designed to generate OFDM channel signals devoid of the above disadvantages.
- the essence of the invention is in the formation of channel signals when transmitting information in the frequency compression mode, implemented using a new orthogonal basis with fewer eigenvectors of the subband matrix, calculated for the low-frequency region, the formation of a symbol intended for transmission over the communication channel with an integrated guard interval without using cyclic insertion of the guard interval.
- An OFDM channel signal generating device that implements the proposed method includes: an information source whose output is connected to a unit containing a serial to parallel converter, which is then transmitted to modulators; a quadrature modulator, including two digital-to-analog converters, two multipliers, a carrier oscillator, a phase shift device ⁇ / 2, an adder; in this case, the first output of the signal conditioning unit is connected to the input of the first digital-to-analog converter, the output of which is connected to the first input of the first multiplier, the second input of which is connected to the output of the carrier oscillator, and the second output of the signal conditioning unit is connected to the input of the second digital-to-analog converter the output of which is connected to the first input of the second multiplier, the second input of which is connected to the output of the phase shift device by ⁇ / 2, the input of which is connected to the output of the carrier oscillator and the outputs of the multipliers are connected to the corresponding inputs of the adder, at the output of
- a read-only memory can be used to store the basic functions, which are eigenvectors of the subband low-frequency matrix, calculated and selected by the eigenvector of the low-frequency subband matrix.
- Figure 2 Block diagram of the signal generation based on the eigenvectors of the subband arrays of the prototype
- Fig.Z The energy spectrum of the channel signal generated by the classical OFDM method
- FIG. 5 is a diagram of a signal generation unit based on eigenvectors of a subband low-frequency matrix
- the proposed method of generating OFDM channel signals includes: representing on the transmitting side information in the form of a set of N consecutive information symbols of duration ⁇ * ⁇ , where ⁇ is the duration of one information symbol, conversion from serial code to parallel ⁇ parcels of M bits;
- Q is a set of low-frequency eigenvectors
- X 2 is a vector of information elements consisting of real and imaginary parts
- the proposed method differs in that:
- the information symbol intended for transmission over the communication channel is formed with the presence of a built-in guard interval, which is part of this symbol, which is a fragment of the beginning and end of the symbol in which the values of all eigenvectors tend to zero.
- Elements of the subband low-frequency matrix are calculated according to an expression of the form: b 5.
- the calculation of the vectors is carried out by the block (13), which is controlled by the device (14).
- the resulting vectors can be written to a read-only memory (ROM) (17) for subsequent use without the need for recalculation in block (13).
- ROM read-only memory
- the resulting signals simultaneously arrive at the corresponding first inputs of the separators of the real and imaginary parts (18) of the signal generation unit (19) based on the eigenvectors of the subband matrix calculated for low frequency.
- the signal goes to the corresponding first inputs of the multipliers (15) of the block (19), and the signals from the corresponding outputs of the block (13) or the outputs of the memory block (17) with the recorded vectors from the block (13) are fed to the second inputs of the multipliers (15) .
- the modulated eigenvectors arrive at the corresponding inputs of the adders (16), where they summarize the resulting set of modulated eigenvectors according to the mu expression: where: Re S is the generated channel signal for the real part of the information symbol;
- Im S [q x ⁇ Imfo) + q 2 - lm (X 2 ) + ... + q ⁇ . ⁇ Im (,)), where: Im S is the generated channel signal for the imaginary part of the information symbol;
- the signal ReS from the output of the adder (16) is fed to the input of the digital-to-analog converter (5), and the signal ImS from the output of the adder (16) is fed to the input of the digital-to-analog converter (6), where they are converted to analog form.
- the signals are supplied to the inputs of the corresponding multipliers (7) and (8), in which the input signal is multiplied by the carrier oscillation of a given the frequencies supplied respectively to the multiplier (7) from the carrier oscillator (9), and to the multiplier (8) from the device (10), with a phase shift of ⁇ / 2.
- the information symbol intended for transmission over the communication channel is formed with the presence of a built-in guard interval, which is part of this symbol, which is a fragment of the beginning and end of the symbol, in which the values of all eigenvectors tend to zero.
- a device for generating channel signals OFDM with a minimum level of out-of-band emissions of a channel signal (Fig. 4, Fig. 5), including an information source (1), the output of which is connected to the input of a block (2), including a serial to parallel converter .
- the parallel outputs of block (2) go to the inputs of block (3), where the modulation of each parcel is carried out according to bitmaps, the outputs of the latter are connected to the corresponding inputs of the block (19) of signal generation on based on the eigenvectors of the subband low-frequency matrix, the first and second outputs of which are connected to the corresponding inputs of the quadrature modulator, which includes two digital-to-analog converters (5) and (6), two multipliers (7) and (8), a carrier oscillator (9) , device (10) for phase shift by ⁇ / 2, adder (1 1).
- the first output of the block (19) is connected to the input of the digital-to-analog converter (5), the output of which is connected to the first input of the multiplier (7), and the second input of the multiplier (7) is connected to the output of the carrier oscillator (9).
- the second output of the block (19) is connected to the input of the second digital-to-analog converter (6), the output of which is connected to the first input of the second multiplier (8), and the second input of the multiplier (8) is connected to the output of the phase shift device (10) by tf / 2, input which is connected to the output of the generator (9).
- the outputs of the multipliers (7) and (8) are connected to the corresponding inputs of the adder (1 1), the output of which finally forms a channel signal at a given carrier frequency.
- Block 19 ( Figure 5) consists of:
- the basic functions stored in the ROM are used in the channel signal generation procedure, which reduces the number of calculations performed by the eigenvector of the low-frequency subband matrix.
- the presence of ROM is optional, which in no way affects the operation of the OFDM channel signal generating device, but can be considered as a possible option.
- the operation of the device is as follows. On the transmitting side, information is represented as a set of N consecutive information symbols of duration ⁇ * ⁇ , where ⁇ is the duration of one information symbol.
- the signal is supplied to the corresponding first inputs of the multipliers (15) of the block (19), and the signals from the corresponding outputs of the block (13) or the outputs of the memory block (17) with the recorded vectors from the block (13) are fed to the second inputs of the multipliers (15).
- ImS ( ⁇ Lt (X x ) + 2 L (X 2 ) + .. l ] Lt ⁇ x ⁇ , where: ImS is the generated channel signal for the imaginary part of the information symbol;
- the signal ReS from the output of the adder (16) goes to the input of the digital-to-analog converter (5), and the signal ImS from the output of the adder (16) goes to the input of the digital-to-analog converter (6), where they are converted to analog form.
- the signals are fed to the inputs of the corresponding multipliers (7) and (8), in which the input signal is multiplied by the carrier oscillation of a given frequency, which is respectively transmitted to the multiplier (7) from the generator (9) ) of the carrier oscillation, and to the multiplier (8) - from the device (10), with a phase shift of ⁇ / 2.
- the received signals are simultaneously sent to the corresponding inputs of the adder (1 1), at the output of which the OFDM channel signal is finally generated at the carrier frequency for transmission over the communication channel.
- the noise immunity of the generated channel signals is not lower than in the prototype, due to the orthogonality property of the generated eigenvectors; resistance to intersymbol distortions of generated channel signals due to the presence of an integrated guard interval, which is part of the information symbol; the ability to simultaneously calculate two times less than the eigenvectors used to form the channel signal;
- ROM read-only memory
- control device for the eigenvector of the subband matrices, providing the choice of J eigenvectors with an eigenvalue ⁇ > 0.9, which reduces the level of out-of-band emissions of the channel signal to minus 60 dB;
- Ursol D.V A method for ensuring noise immunity of information communications with sub-band transmission of information [Text]: the dissertation for the competition. Art. Ph.D. - Belgorod 2012.
- Part 16 Air Interface for Fixed BWA Systems.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Discrete Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области проводной, спутниковой и наземной радиосвязи, используется для цифрового формирования канальных сигналов с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Устройство содержит источник информации, преобразователь последовательных символов в параллельные, модуляторы, квадратурный модулятор, включающий два ЦАП, два умножителя, генератор несущего колебания, устройство сдвига фазы π/2, сумматор, блок формирования сигнала на основе собственных векторов субполосной матрицы, рассчитанной для низкой частоты, включающий формирователь векторов субполосной матрицы для низкой частоты, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), устройство управления формирователем собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы, выделитель реальной и мнимой частей из модуляционных сигналов, умножители и два сумматора реальной и мнимой составляющих. Обеспечивается снижение межканальных интерференционных помех систем радиосвязи; увеличение скорости передачи полезной информации, скорости формирования сигналов и количества каналов.
Description
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОРТОГОНАЛЬНОГО ЧАСТОТНОГО УПЛОТНЕНИЯ Область техники
Изобретения относятся к областям проводной, спутниковой и наземной радиосвязи, а именно к связи с ортогональным частотным уплотнением, и могут быть использованы для улучшения систем цифрового формирования канальных сигналов с ортогональным частотным уплотнением.
Уровень техники
Из уровня техники известен способ формирования канальных сигналов и устройство его реализующее (патент РФ N°2459359, H04J1/20, дата публикации 20.08.2012г). Известный способ включает представление на передающей стороне информации в виде совокупности п последовательных информационных символов длительностью η*τ, где τ - длительность одного символа, которые преобразуют в совокупность п параллельных информационных символов длительностью τ каждый в блоке 2 (Фиг.1 ,Фиг.2). Затем разделяют полосу частот, выделенную для передачи, на п частотных интервалов, осуществляют вставку защитного интервала и обработку квадратурным модулятором, при этом перед вставкой защитного интервала формируют набор собственных векторов для заданных частотных интервалов.
Для реализации указанного способа предложено устройство формирования канальных сигналов OFDM, включающее: источник информации 1; блок 2 - преобразователь последовательных символов в параллельные и расширитель; блок формирования сигнала 12; блок 4 - вставка защитного интервала, а также квадратурный модулятор, в состав которого входят два цифроаналоговых преобразователя 5 и 6, два умножителя 7 и 8, генератор 9 несущего колебания, устройство 10 сдвига фазы на π /2, сумматор 1 1.
Блок 12 формирования сигнала на основе собственных векторов субполосных матриц включает: формирователь 13 собственных векторов субполосных матриц; устройство 14 управления формирователем собственных векторов субполосных матриц; J умножителей 15 и сумматор 16. Наличие указанной вставки согласно изобретению позволяет увеличить количество каналов, одновременно передающих информацию в выделенном частотном диапазоне и снизить интерференционные помехи систем радиосвязи. Однако использование вставки защитного интервала вносит избыточную информацию и уменьшает скорость передачи всей системы в целом. Вставка защитного
интервала вносит искажения в сигнально-кодовую конструкцию (разрыв фазы), что приводит к повышению уровня внеполосных излучений и не позволяет в полной степени минимизировать частотно-временную локализацию формируемых канальных сигналов. К недостаткам известного решения следует отнести также использование способа расчета ортогонального базиса. Представленный на Фиг.З энергетический спектр канального сигнала, сформированного классическим OFDM методом, подтверждает данное мнение.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлены изобретения, заключается в создании способа и устройства для его реализации, предназначенных для формирования канальных сигналов OFDM, лишенных вышеуказанных недостатков.
Технические результаты, объективно проявляющиеся при реализации изобретений, выражаются в снижении межканальных интерференционных помех систем радиосвязи, увеличении скорости передачи полезной информации, увеличении скорости формирования сигналов, увеличении количества каналов, одновременно передающих информацию в выделенном частотном диапазоне.
Суть изобретений - в формировании канальных сигналов при передаче информации в режиме частотного уплотнения, реализуемого с использованием нового ортогонального базиса с меньшим количеством собственных векторов субполосной матрицы, рассчитанной для области низких частот, формирования предназначенного для передачи по каналу связи символа с наличием встроенного защитного интервала без использования циклической вставки защитного интервала.
Технические результаты достигаются за счет того, что в способ формирования канальных сигналов прототипа, включающий представление на передающей стороне информации в параллельную последовательность, вставку защитного интервала и обработку квадратурным модулятором, внесены следующие новые признаки:
- вместо процедуры формирования набора собственных векторов для каждого частотного интервала перед вставкой защитного интервала формируют один другой набор собственных векторов субполосной матрицы для низкой частоты. Выбирается J, таких векторов, собственные числа которых λ>0,9, количество которых в два раза меньше чем в прототипе - таким образом, формируется новый ортогональный базис;
- результат вычисления ортогонального базиса может быть записан в постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) для повторного использования;
- каждый из J полученных собственных векторов умножают на соответствующую ему реальную или мнимую составляющую информационного символа, поступающего от модуляторов и предназначенного для передачи по каналу связи;
- формируют предназначенный для передачи по каналу связи информационный символ с наличием встроенного защитного интервала, являющегося частью этого символа, представляющего собой фрагмент начала и конца символа, в которых значения всех собственных векторов стремятся к нулю, благодаря чему, вставку защитного интервала в виде копии оконечного фрагмента сигнала в его начало не используют.
Устройство формирования канальных сигналов OFDM, реализующее предложенный способ включает: источник информации, выход которого подключен к блоку, содержащему преобразователь последовательных символов в параллельные, которые далее поступают на модуляторы; квадратурный модулятор, включающий два цифро-аналоговых преобразователя, два умножителя, генератор несущего колебания, устройство сдвига фазы на π/2, сумматор; при этом, первый выход блока формирования сигнала соединен со входом первого цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, второй вход которого соединен с выходом генератора несущего колебания, а второй выход блока формирования сигнала соединен со входом второго цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого соединен с выходом устройства сдвига фазы на π/2, вход которого соединен с выходом генератора несущего колебания, а выходы умножителей соединены с соответствующими входами сумматора, на выходе которого окончательно формируется канальный сигнал на заданной несущей частоте, модуляторы преобразовывающие каждый Ν канал согласно битовым картам, подключены к соответствующим входам блока формирования сигнала на основе собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы, при этом, в состав блока формирования сигнала на основе собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы входят: J*2 умножителей для умножения базисных функций на J поступающих параллельных информационных символов, состоящих из реальной и мнимой частей, поступающих от разделительных блоков, сумматоры для реальной и мнимой составляющих сигнала, устройство управления формирователем собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы и формирователь собственных векторов субполосной матрицы, при этом согласно изобретению в устройстве используется
формирователь собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы, который в соответствии с предложенным способом рассчитывает и отбирает собственные вектора субполосной матрицы для области низких частот без использования блока циклической вставки; первый и второй выходы формирователя собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы соединены напрямую с цифро-аналоговыми преобразователями.
В устройстве, реализующем предложенный способ, может быть использовано постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) для хранения базисных функций, представляющих собой собственные вектора субполосной низкочастотной матрицы, рассчитанные и отобранные формирователем собственных векторов низкочастотной субполосной матрицы.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретений поясняется изображениями, представленными на фигурах:
Фиг.1 - Схема прототипа;
Фиг.2 - Схема блока формирования сигналов на основе собственных векторов субполосных матриц прототипа;
Фиг.З - Энергетический спектр канального сигнала, сформированного классическим OFDM методом;
Фиг.4 - Схема предложенного устройства;
Фиг.5 - Схема блока формирования сигналов на основе собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы;
Фиг.6 - Энергетический спектр канального сигнала, сформированного предложенным методом;
Фиг.7 - Сравнение скорости передачи сигнала различными методами.
Обозначения на фиг. 1 ,2,4,5:
(1) - Источник информации;
(2) - Преобразователь последовательных символов в параллельные;
(3) - Модулятор субполосной низкочастотной матрицы;
(4) - Блок циклической вставки защитного интервала;
(5) ,(6) -Цифро-аналоговый преобразователь;
(7),(8) - Умножители;
(9) - Генератор несущего колебания;
(10) - Устройство сдвига фазы на π/2;
(1 1) - Сумматор;
(12) - Блок формирования сигнала на основе собственных векторов субполосных матриц;
(13) - Формирователь собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы;
(14) - Управляющее устройство;
(15) - Умножитель;
(16) - Сумматор;
(17) - Запоминающее устройство (ПЗУ);
(18) - Разделитель реальной и мнимой частей информационного символа;
(19) - Блок ортогонального частотного уплотнения на основе собственных векторов.
Осуществление изобретения
Предлагаемый способ формирования канальных сигналов OFDM (мультиплексированных с ортогональным частотным разделением каналов), включает в себя: представление на передающей стороне информации в виде совокупности N последовательных информационных символов длительностью Ν*τ, где τ - длительность одного информационного символа, преобразование из последовательного кода в параллельные Ν посылок по М бит;
- модуляцию каждой посылки, осуществляемой согласно битовым картам, с итоговым результатом в виде информационных элементов, состоящих из реальной и мнимой частей Xi=(Rel
- формирование перед обработкой квадратурным модулятором набора собственных векторов для заданного частотного интервала Q = (q , q2,—, 4j ) гДе 4ι - собственные вектора субполосной низкочастотной матрицы А0 =
i, k = l,...,L из которой осуществляют выборку J таких собственных векторов, собственные числа которых λ>0,9, затем производят умножение предназначенных для передачи по каналу связи J информационных символов на то же количество полученных собственных векторов, и последующее суммирование полученной совокупности модулированных собственных векторов каждого информационного символа согласно следующему выражению:
S = Q - X ,
где: S - сформированные канальные сигналы для реальной и мнимой частей;
Q - набор низкочастотных собственных векторов;
, X2 ,..., Xj ) - вектор информационных элементов, состоящий из реальной и мнимой частей,
отличается предложенный способ тем, что:
- элементы субполосной низкочастотной матрицы рассчитывают согласно выражению вида:
sin(A ( - *)) / *( - *), Ф к
AV . , ;
, / = к
п
- формирование набора собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы для передачи в выделенной полосе частот осуществляют при AV= W2 , где v - ширина выделенной полосы частот;
- предназначенный для передачи по каналу связи информационный символ формируют с наличием встроенного защитного интервала, являющегося частью этого символа, представляющего собой фрагмент начала и конца символа, в которых значения всех собственных векторов стремятся к нулю.
Способ осуществляют следующим образом (Фиг.4, Фиг.5):
1. Представление на передающей стороне информации в виде совокупности N последовательных информационных символов длительностью Ν*τ, где τ - длительность одного информационного символа.
2. В блоке (2) происходит преобразование из последовательного кода в параллельные Ν посылок по М бит с длительностью каждого символа Ts =Μ*τ, при этом N=J.
3. Модуляция каждой посылки осуществляется согласно битовым картам в блоке (3), на выходе с которого получают сигналы Xi=(Re 1 ,1m l ),..., Xj=(ReJ,ImJ).
4. Элементы субполосной низкочастотной матрицы рассчитывают согласно выражению вида:
б
5. Формирование набора собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы для передачи в выделенной полосе частот осуществляют при AV= W2, где v - ширина выделенной полосы частот. Выбирают J таких векторов, собственные числа которых λ 0,9 и при этом J равно количеству информационных каналов. Расчет векторов осуществляет блок (13), который управляется устройством (14).
5.1. Полученные вектора могут быть записаны на постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) (17) для последующего использования без необходимости пересчета в блоке (13).
6. Результирующие сигналы одновременно поступают на соответствующие первые входы разделителей реальной и мнимой частей (18) блока (19) формирования сигнала на основе собственных векторов субполосной матрицы рассчитанной для низкой частоты.
7. Затем сигнал поступает на соответствующие первые входы умножителей (15) блока (19), а на вторые входы умножителей (15) поступают сигналы с соответствующих выходов блока (13) или выходов блока памяти (17) с записанными векторами из блока (13).
8. С выходов умножителей (15) модулированные собственные векторы поступают на соответствующие входы сумматоров (16), где суммируют полученную совокупность модулированных собственных векторов согласно му выражению:
где: Re S - сформированный канальный сигнал для реальной части информационного символа;
Im S = [qx · Imfo )+q2 - lm(X2 )+...+ q} . · Im( , )) , где: Im S - сформированный канальный сигнал для мнимой части информационного символа;
q - низкочастотный собственный вектор; т(х), Re(x)- реальная и мнимая часть информационного символа X = (Re, Im) .
9. Сигнал ReS с выхода сумматора (16) поступает на вход цифро-аналогового преобразователя (5), а сигнал ImS с выхода сумматора (16) поступает - на вход цифро- аналогового преобразователя (6), где они преобразовываются в аналоговый вид.
10. С выходов цифроаналогового преобразователя (5) и цифроаналогового преобразователя (6) сигналы поступают на входы соответствующих умножителей (7) и (8), в которых происходит умножение входного сигнала на несущее колебание заданной
частоты, поступающее соответственно на умножитель (7) с генератора (9) несущего колебания, а на умножитель (8) - с устройства (10), со сдвигом фазы на π/2.
1 1. С выходов обоих умножителей полученные сигналы одновременно поступают на соответствующие входы сумматора (1 1), на выходе которого окончательно формируется канальный сигнал OFDM на несущей частоте для передачи по каналу связи.
12. Предназначенный для передачи по каналу связи информационный символ формируют с наличием встроенного защитного интервала, являющегося частью этого символа, представляющего собой фрагмент начала и конца символа, в которых значения всех собственных векторов стремятся к нулю.
Использование в качестве базисных функций собственных векторов низкочастотной субполосной матрицы со значением собственного числа близким к единице, позволяет формировать канальные сигналы при передаче информации в режиме ортогонального частотного уплотнения с минимальным уровнем внеполосных излучений, что подтверждается энергетическим спектром на Фиг.6. Благодаря этому достигается снижение межканальных интерференционных помех систем радиосвязи, что позволяет увеличить, примерно, на 20% количество каналов, одновременно передающих информацию в выделенном частотном диапазоне. Использование в два раза меньшего количества базисных функций способствует увеличению скорости формирования сигналов. Как наглядно показано на Фиг.7, формирование информационного символа с наличием встроенного защитного интервала, являющегося частью этого символа, позволяет не использовать вставку защитного интервала в виде копии оконечного фрагмента сигнала в его начало. Вследствие чего скорость передачи полезной информации увеличивается на 3-25% (в зависимости от размера не используемой циклической вставки, в пределах от 1/32 до 1/4 сигнала, традиционно применяемой в конкретной технологии).
Для реализации указанного способа предложено устройство формирования канальных сигналов OFDM с минимальным уровнем внеполосных излучений канального сигнала (Фиг.4, Фиг.5), включающее источник информации (1), выход которого подключен ко входу блока (2), включающего преобразователь последовательных символов в параллельные. Параллельные выходы блока (2) поступают на входы блока (3), где модуляция каждой посылки осуществляется согласно битовым картам, выходы последнего соединены с соответствующими входами блока (19) формирования сигнала на
основе собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами квадратурного модулятора, в состав которого входят два цифроаналоговых преобразователя (5) и (6), два умножителя (7) и (8), генератор (9) несущего колебания, устройство (10) сдвига фазы на π/2, сумматор (1 1).
Первый выход блока (19) соединен со входом цифроаналогового преобразователя (5), выход которого соединен с первым входом умножителя (7), а второй вход умножителя (7) соединен с выходом генератора несущего колебания (9). Второй выход блока (19) соединен со входом второго цифроаналогового преобразователя (6), выход которого соединен с первым входом второго умножителя (8), а второй вход умножителя (8) соединен с выходом устройства (10) сдвига фазы на тс/2, вход которого соединен с выходом генератора (9). Выходы умножителей (7) и (8) соединены с соответствующими входами сумматора (1 1), на выходе которого окончательно формируется канальный сигнал на заданной несущей частоте.
Данная схема отличается от прототипа блоком (19) ортогонального частотного уплотнения на основе собственных векторов низкочастотной субполосной матрицы, позволяющего исключить блок циклической вставки (поз 4 на Фиг. 1)
Блок 19 (Фиг.5) состоит из:
- формирователя собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы (13), позволяющего обеспечить помехоустойчивость формируемых канальных сигналов не ниже, чем в прототипе и не использовать вставку защитного интервала;
- устройства (14) управления формирователем собственных векторов суб полосных матриц;
- блоков (18) разделяющих информационный символ на реальные и мнимые части; - опционально, блока (17) сохранения заранее рассчитанных базисных функций для последующего использования в формировании сигнально-кодовой конструкции;
- J*2 умножителей (15), для умножения поступающих J параллельных информационных символов, позволяющих использовать формируемые собственные векторы для передачи информации за счет их модуляции данными;
- сумматоров (16), объединяющих совокупность модулированных собственных векторов в реальную Re и мнимую 1т составляющую сигнала.
Постоянное запоминающее устройство (17) для хранения базисных функций, представляющих собой собственные вектора субполосной низкочастотной матрицы, рассчитанные и отобранные формирователем собственных векторов низкочастотной субполосной матрицы. Сохраненные в ПЗУ базисные функции используются в процедуре формирования канального сигнала, что позволяет сократить количество вычислений, производимых формирователем собственных векторов низкочастотной субполосной матрицы. Однако наличие ПЗУ является необязательным, что ни в коем случае не влияет на работу устройства формирования канальных сигналов OFDM, а может быть рассмотрено как возможный вариант.
Работа устройства осуществляется следующим образом. На передающей стороне информацию представляют в виде совокупности N последовательных информационных символов длительностью Ν*τ, где τ - длительность одного информационного символа. В блоке (2) происходит преобразование из последовательного кода в параллельные Ν посылок по М бит с длительностью каждого символа Ts =Μ*τ, при этом N=J. Модуляция каждой посылки осуществляется согласно битовым картам в блоке (3), на выходе с которого получают сигналы Xl=(Rel,Iml),..., XJ=(ReJ,ImJ). Формирование набора собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы для передачи в выделенной полосе частот осуществляют при AV= W2, где v - ширина выделенной полосы частот. Выбирают J таких векторов, собственные числа которых λ 0,9 и при этом J равно количеству информационных каналов. Расчет векторов осуществляет блок (13), который управляется устройством (14). Полученные вектора могут быть записаны на постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) (17) для последующего использования без необходимости пересчета в блоке (13). Результирующие сигналы одновременно поступают на соответствующие первые входы разделителей реальной и мнимой частей (18) блока (19) формирования сигнала на основе собственных векторов субполосной матрицы рассчитанной для низкой частоты. Затем сигнал поступает на соответствующие первые входы умножителей (15) блока (19), а на вторые входы умножителей (15) поступают сигналы с соответствующих выходов блока (13) или выходов блока памяти (17) с записанными векторами из блока (13). С выходов умножителей (15) модулированные собственные векторы поступают на соответствующие входы сумматоров (16), где суммируют полученную совокупность модулированных собственных векторов согласно следующему выражению:
Re S = · Re( , )+q2 - Re(X2 )+ ...+ q} . · Re(x. )), где: Re s - сформированный канальный сигнал для реальной части информационного символа;
ImS = (§ Лт(Хх)+ 2 Л (Х2)+..л ] Лт{х^, где: ImS - сформированный канальный сигнал для мнимой части информационного символа;
q - низкочастотный собственный вектор; Im(jf), Re(x)- реальная и мнимая часть информационного символа = (Re,Im) .
Сигнал ReS с выхода сумматора (16) поступает на вход цифро-аналогового преобразователя (5), а сигнал ImS с выхода сумматора (16) поступает - на вход цифро- аналогового преобразователя (6), где они преобразовываются в аналоговый вид. С выходов цифроаналогового преобразователя (5) и цифроаналогового преобразователя (6) сигналы поступают на входы соответствующих умножителей (7) и (8), в которых происходит умножение входного сигнала на несущее колебание заданной частоты, поступающее соответственно на умножитель (7) с генератора (9) несущего колебания, а на умножитель (8) - с устройства (10), со сдвигом фазы на π/2. С выходов обоих умножителей полученные сигналы одновременно поступают на соответствующие входы сумматора (1 1), на выходе которого окончательно формируется канальный сигнал OFDM на несущей частоте для передачи по каналу связи.
Таким образом, за счет исключения блока формирования защитного интервала и замены блока формирования сигнала на основе собственных векторов субполосных матриц на блок формирования сигнала на основе собственных векторов субполосной матрицы для низких частот, в состав которого входят:
- формирователь собственных векторов субполосной матрицы для области низких частот, который обеспечивает: помехоустойчивость формируемых канальных сигналов не ниже, чем в прототипе, за счет свойства ортогональности формируемых собственных векторов; устойчивость к межсимвольным искажениям формируемых канальных сигналов за счет наличия встроенного защитного интервала, являющегося частью информационного символа; возможность рассчитать одновременно в два раза меньше собственных векторов, используемых для формирования канального сигнала;
- опционально используемое постоянно запоминающее устройство (ПЗУ), которое позволяет сохранить и повторно использовать сформированный базис собственных векторов, рассчитанных из низкочастотной субполосной матрицы;
- разделитель информационного символа на реальную и мнимую составляющую, для дальнейшего формирования сигнально-кодовой конструкции;
- устройство управления формирователем собственных векторов субполосных матриц, обеспечивающее выбор J собственных векторов с собственным числом λ>0,9, что позволяет снизить уровень внеполосных излучений канального сигнала до минус 60 дБ;
- J*2 умножители для умножения поступающих информационных символов с разделителя реальной и мнимой частей на заранее сохраненные значения собственных векторов, позволяющие использовать сформированные собственные векторы для передачи информации за счет их кодирования данными;
- два сумматора, объединяющие совокупность модулированных собственных векторов в реальный Re и мнимый Im сигналы,
стало возможным, согласно экспериментальным исследованиям, снижение межканальных интерференционных помех систем радиосвязи, увеличение скорости передачи полезной информации на 3-25% , увеличение скорости формирования сигналов, увеличение примерно на 20% количества каналов, одновременно передающих информацию в выделенном частотном диапазоне.
Использованная литература:
1. ИЗ . 59359 «Способ формирования канальных сигналов и устройство его реализующее».
2. Урсол Д.В. Метод обеспечения помехоустойчивости информационных коммуникаций при суб полосной передаче информации [Текст]: диссертация на соискание уч. ст. к.тех.н. - Белгород 2012.
3. Жиляков Е.Г. Вариационные метода анализа и построения функций по эмпирическим данным [Текст]: моногр. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2007.
4. IEEE Std Р802.16-2004, IEEE Standart for Local and metropolitan area networks -
Part 16: Air Interface for Fixed BWA Systems.
Claims
1. Способ формирования канальных сигналов OFDM , включающий представление на передающей стороне информации в виде совокупности N последовательных информационных символов длительностью Ν*τ, где τ - длительность одного информационного символа, преобразование из последовательного кода в параллельные Ν посылок по М бит; модуляцию каждой посылки, осуществляемой согласно битовым картам, с итоговым результатом в виде информационных элементов, состоящих из реальной и мнимой частей; формирование перед обработкой квадратурным модулятором для заданного частотного интервала набора собственных векторов Q = q2 ,—> <ij ) где qt - собственные вектора субполосной низкочастотной матрицы A0 =
i, k = \,...,L из которой осуществляют выборку J таких собственных векторов, собственные числа которых близки к единице, затем производят умножение предназначенных для передачи по каналу связи J информационных символов на то же количество полученных собственных векторов, и последующее суммирование полученной совокупности модулированных собственных векторов каждого информационного символа, отличающийся тем, что элементы субполосной матрицы рассчитывают для области низких частот, заданной шириной канала; предназначенный для передачи по каналу связи информационный символ формируют с наличием встроенного защитного интервала, являющегося частью этого символа, представляющего собой фрагмент начала и конца символа, в которых значения всех собственных векторов стремятся к нулю.
2. Устройство формирования канальных сигналов OFDM, включающее источник информации, выход которого подключен к блоку, содержащему преобразователь последовательных символов в параллельные, которые далее поступают на модуляторы; квадратурный модулятор, включающий два цифро-аналоговых преобразователя, два умножителя, генератор несущего колебания, устройство сдвига фазы на π/2, сумматор; при этом, первый выход блока формирования сигнала соединен со входом первого цифро- аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, второй вход которого соединен с выходом генератора несущего колебания, а второй выход блока формирования сигнала соединен со входом второго цифро- аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого соединен с выходом устройства сдвига фазы на π/2, вход которого соединен с выходом генератора несущего колебания, а выходы
умножителей соединены с соответствующими входами сумматора, на выходе которого окончательно формируется канальный сигнал на заданной несущей частоте, модуляторы преобразовывающие каждый N канал согласно битовым картам, подключены к соответствующим входам блока формирования сигнала на основе собственных векторов субполосной матрицы, при этом, в состав блока формирования сигнала на основе собственных векторов субполосной матрицы входят: J*2 умножителей для умножения базисных функций на J поступающих параллельных информационных символов, состоящих из реальной и мнимой частей, поступающих от разделительных блоков, сумматоры для реальной и мнимой составляющих сигнала, устройство управления формирователем собственных векторов субполосной матрицы и формирователь собственных векторов субполосной матрицы, отличающееся тем, что:
формирователь собственных векторов субполосной матрицы рассчитывает и отбирает собственные вектора субполосной матрицы для области низких частот;
первый и второй выходы формирователя собственных векторов субполосной низкочастотной матрицы соединены напрямую с цифро-аналоговыми преобразователями.
3. Устройство формирования канальных сигналов OFDM по п.2, отличающееся тем, что в нем имеется постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014110499 | 2014-03-19 | ||
| RU2014110499/08A RU2542573C1 (ru) | 2014-03-19 | 2014-03-19 | Способ и устройство ортогонального частотного уплотнения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015142221A1 true WO2015142221A1 (ru) | 2015-09-24 |
Family
ID=53289065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2015/000140 WO2015142221A1 (ru) | 2014-03-19 | 2015-03-06 | Способ и устройство ортогонального частотного уплотнения |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2542573C1 (ru) |
| WO (1) | WO2015142221A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2713919C2 (ru) * | 2017-06-09 | 2020-02-11 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Способ многоканальной передачи и приема дискретных сигналов |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2599930C1 (ru) * | 2015-05-22 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РВ-СИСТЕМС" | Способ и устройство восстановления передаваемой информации при ортогональном частотном уплотнении |
| RU178760U1 (ru) * | 2017-04-19 | 2018-04-18 | Ооо "Рв-Системс" | Приемопередающее устройство |
| RU192626U1 (ru) * | 2019-05-22 | 2019-09-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Модулятор для комплексного сигнала |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2116001C1 (ru) * | 1996-12-15 | 1998-07-20 | Вячеслав Васильевич Пусь | Система связи |
| US20050270203A1 (en) * | 2004-05-07 | 2005-12-08 | Broadcom Corporation | Nonlinear mapping in digital-to-analog and analog-to-digital converters |
| RU2365039C1 (ru) * | 2008-06-16 | 2009-08-20 | ГОУ ВПО "Белгородский государственный университет" | Цифровое устройство для формирования речевых сигналов в системах связи с частотным разделением каналов |
| WO2011083535A1 (ja) * | 2010-01-08 | 2011-07-14 | パナソニック株式会社 | Ｏｆｄｍ送信装置、ｏｆｄｍ送信方法、ｏｆｄｍ受信装置及びｏｆｄｍ受信方法 |
| RU2459359C1 (ru) * | 2011-08-25 | 2012-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" | Способ формирования канальных сигналов и устройство его реализующее |
| WO2013183939A1 (en) * | 2012-06-07 | 2013-12-12 | Lg Electronics Inc. | Method and apparatus for transmitting uplink signal in wireless communication system |
-
2014
- 2014-03-19 RU RU2014110499/08A patent/RU2542573C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2015
- 2015-03-06 WO PCT/RU2015/000140 patent/WO2015142221A1/ru active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2116001C1 (ru) * | 1996-12-15 | 1998-07-20 | Вячеслав Васильевич Пусь | Система связи |
| US20050270203A1 (en) * | 2004-05-07 | 2005-12-08 | Broadcom Corporation | Nonlinear mapping in digital-to-analog and analog-to-digital converters |
| RU2365039C1 (ru) * | 2008-06-16 | 2009-08-20 | ГОУ ВПО "Белгородский государственный университет" | Цифровое устройство для формирования речевых сигналов в системах связи с частотным разделением каналов |
| WO2011083535A1 (ja) * | 2010-01-08 | 2011-07-14 | パナソニック株式会社 | Ｏｆｄｍ送信装置、ｏｆｄｍ送信方法、ｏｆｄｍ受信装置及びｏｆｄｍ受信方法 |
| RU2459359C1 (ru) * | 2011-08-25 | 2012-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" | Способ формирования канальных сигналов и устройство его реализующее |
| WO2013183939A1 (en) * | 2012-06-07 | 2013-12-12 | Lg Electronics Inc. | Method and apparatus for transmitting uplink signal in wireless communication system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2713919C2 (ru) * | 2017-06-09 | 2020-02-11 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Способ многоканальной передачи и приема дискретных сигналов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2542573C1 (ru) | 2015-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9240918B2 (en) | Method, devices and computer program product for modulation and demodulation delivering OFDM/OQAM symbols | |
| US8755457B2 (en) | Transmitter and MIMO multiplex transmission method | |
| US20170257250A1 (en) | Methods and devices for transmission/reception of data for hybrid carrier modulation mimo system | |
| WO2015142221A1 (ru) | Способ и устройство ортогонального частотного уплотнения | |
| JP2005304041A (ja) | 直交周波数分割多重接続システムで循環周波数パターンによる高速周波数ホッピングのための送受信装置 | |
| RU2459359C1 (ru) | Способ формирования канальных сигналов и устройство его реализующее | |
| CN103312405B (zh) | 一种时频编码分集mt-cdma系统发射与接收方法 | |
| US10771303B2 (en) | Overlapped multiplexing-based decoding method and device, and modulation and demodulation method and system | |
| CN103581096B (zh) | Ofdm调制解调方法及数字信号发射、接收系统 | |
| CN103152309B (zh) | 降低ofdm系统的峰均功率比的频域自相关匹配系统和方法 | |
| RU2599930C1 (ru) | Способ и устройство восстановления передаваемой информации при ортогональном частотном уплотнении | |
| CN103152310A (zh) | 降低ofdm系统的峰均功率比的时域自相关匹配系统和方法 | |
| RU2702258C1 (ru) | Способ ортогонального частотного уплотнения и его реализующее устройство | |
| KR20070113349A (ko) | 방송 신호 복조 장치 및 방송 신호 송수신 방법 | |
| CN104104418A (zh) | 一种高传输速率和带宽利用率的MIMO Multi-h CPM无线通信方法 | |
| JP6010866B2 (ja) | 通信機および通信方法 | |
| Hameed | A combined weighting and PTS technique for PAPR reduction in OFDM signals | |
| RU178760U1 (ru) | Приемопередающее устройство | |
| WO2012109001A1 (en) | Communications system using a modified continous phase modulation scheme and a corresponding method | |
| CN106911451A (zh) | 一种重叠时分复用调制方法、装置及系统 | |
| RU2677854C2 (ru) | Способ уплотнения каналов передачи данных и комплекс средств для его реализации | |
| JP2013115707A (ja) | 無線信号送受信装置、受信機、送信機および無線通信システム | |
| CN102868656B (zh) | 采用混合信号扩频技术降低正交频分复用信号峰值的方法 | |
| Gopal | Analysis of PAPR Reduction in 5G communication | |
| CN106911412A (zh) | 一种重叠频分复用调制方法、装置及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15765914 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1)EPC ( EPO FORM 1205A DATED 02/02/2017 ) |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15765914 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |