WO2020005118A1 - Orthogonal frequency division multiplexing method and device for the implementation thereof - Google Patents

Orthogonal frequency division multiplexing method and device for the implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2020005118A1
WO2020005118A1 PCT/RU2019/050094 RU2019050094W WO2020005118A1 WO 2020005118 A1 WO2020005118 A1 WO 2020005118A1 RU 2019050094 W RU2019050094 W RU 2019050094W WO 2020005118 A1 WO2020005118 A1 WO 2020005118A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
eigenvectors
matrix
signal
calculated
frequency ranges
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/050094
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Денис Владимирович УРСОЛ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "РВ-СИСТЕМС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "РВ-СИСТЕМС" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "РВ-СИСТЕМС"
Publication of WO2020005118A1 publication Critical patent/WO2020005118A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/204Multiple access
    • H04B7/208Frequency-division multiple access [FDMA]
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/26Systems using multi-frequency codes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the invention relates to the field of wired, satellite and terrestrial radio communications and can be used for transmission and reception (encoding and decoding) of information in systems with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM).
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • Orthogonal frequency division multiplexing has also been known in the art since at least the late 1960s.
  • OFDM Orthogonal frequency division multiplexing
  • a single transmitter transmits simultaneously at many different orthogonal frequencies.
  • the available frequency band is subdivided into a number of identical “subchannel” bands.
  • Orthogonal frequency division multiplexing is widely used in wireless communications, as it reduces mutual interference or crosstalk between signal transmissions, which ultimately allows data transmission with higher bandwidth and fewer errors.
  • OFDM is used in many wireless communication standards [1, 2].
  • the OFDM method operates by splitting one high-speed information stream into several low-speed information streams, which are then transmitted simultaneously (in parallel). Each low speed stream is used to modulate the subcarrier. This creates a multi-frequency transmission by dividing a wide frequency band (channel) into several narrow frequency ranges, each of which is modulated by the signal stream.
  • a transmitter receives input in the frequency domain and converts them into a time-domain signal.
  • the carrier wave is modulated by a time domain signal for wireless transmission.
  • the receiver receives the signal, demodulates the wave and converts the signal back to the frequency domain for further processing.
  • the prototype of the invention transmitting and restoring information, may be the device described in the patent [1].
  • the prototype diagram is presented in figure 1., where the transmitted OFDM signal can be generated transmitter 100.
  • the input data stream 101 is supplied by an application to the OFDM transmitter 100.
  • this data can be received at the physical or data transfer control layer; the invention is not limited to any particular data source or mechanism for transmitting data to a transmitter, and may be embodied in hardware or software and at various levels of a network protocol stack.
  • the serial to parallel conversion buffer 102 splits the serial data stream into several parallel data streams. The number of parallel data streams is equal to the number of subchannels selected for OFDM radio transmission.
  • each of the parallel data streams generated by the serial to parallel conversion buffer 102 is sent to the multi-carrier modulator 103.
  • a multicarrier modulator 103 modulates each selected subchannel with each of the parallel data streams.
  • the multicarrier modulator 103 can be efficiently implemented using an inverse fast Fourier transform algorithm to calculate a time domain signal.
  • the multicarrier modulator 103 may use any modulation scheme to modulate each of the incoming data streams.
  • the signals are modulated using quadrature amplitude modulation (QAM). Any QAM group may be used.
  • a modulator may use 16-QAM (hexadecimal), 64-QAM, 128-QAM, or 256-QAM.
  • the modulation scheme may be selected based on the desired data rate, available subchannels, noise on each subchannel, or other factors.
  • a cyclic prefix that acts as a guard interval is added to each of the parallel modulated waves in step 104.
  • parallel streams with a cyclic prefix are combined back into one serial stream in step 104.
  • the cyclic prefix can be added after the procedure of combining the parallel stream into one serial stream, as an alternative to the above.
  • the digital data stream is converted into an analog signal in a digital-to-analog converter 105 and output for wireless transmission, for example, to a quadrature modulator (not shown in the prototype diagram).
  • the transmitted OFDM signal may be received by the software receiver and processed to obtain a stream of original data.
  • the signal is first received by the receiving antenna and fed to the quadrature demodulator (not shown in the prototype diagram) and then the analog signal is converted back to a digital signal using an analog-to-digital converter 111.
  • the cyclic prefix is removed and the individual subcarriers are converted back to separate streams in block 112.
  • Each parallel data stream is demodulated using a demodulator 113 carrier sets using the Fast Fourier Transform algorithm.
  • the parallel streams are again assembled into a single serial digital stream 115 for further processing.
  • the disadvantages of the known solution include the use of the orthogonal Fourier basis for sealing the transmission channels used in block 103, since additional protective frequency intervals are required to reduce the level of out-of-band signal emission and inter-channel interference, which reduces the transmission rate of useful information.
  • the energy spectra of channel signals with the release of the specified frequency ranges and without generated by the classical OFDM method using the Fourier basis confirms this opinion.
  • the low level of out-of-band radiation of the signals generated by the proposed method (- 170 dB) allows you to reduce the protective frequency intervals (thereby increasing the speed), and also allows you to effectively cut out unused frequency intervals, with minimal impact on adjacent channels.
  • the problem to which the invention is directed is to create a method (s) and a device (s) for generating and processing a signal based on the orthogonal basis of the eigenvectors of the subband matrix, allowing to achieve a technical result.
  • the technical result of the claimed group of inventions is to provide a low level of out-of-band emission of communication signals.
  • the essence of the invention is to form a signal with channel compression from the transmitted information on the basis of the orthogonal basis of the eigenvectors of the subband matrix, calculated for a given frequency range or a set of frequency ranges in a given frequency band. On the receiving side, it is possible to reliably recover information from the received signal.
  • any modifications can be used before and after orthogonal compaction based on the eigenvectors of the subband matrix, aimed at improving the transmission speed, reliability, noise immunity, efficiency, reducing the level of energy costs, increasing the speed of calculation and other parameters.
  • the eigenvectors of the subband matrix are sampled based on their corresponding eigenvalues, in accordance with the specified transmission parameters
  • a signal is generated.
  • the signal is formed on the basis of calculated and selected eigenvectors by a matrix or element-by-element method.
  • the above method allows you to generate a signal with a low level of out-of-band radiation.
  • the eigenvectors of the subband matrix are sampled based on the corresponding eigenvalues of the subband matrix, in accordance with the specified transmission parameters;
  • the above method allows you to restore information from a received signal generated by the method specified in claim 1.
  • the signal conditioning apparatus contains a block of eigenvectors, a control unit, and an operation unit that perform the actions of claim 1;
  • the following characteristic features are introduced into the device for recovering information from a received signal: it contains a block of eigenvectors, a control unit, and an operation unit that perform the actions of claim 2;
  • the above device allows you to recover information from a received signal generated by the method specified in claim 1.
  • the claimed group of inventions provides a low level of out-of-band emission of communication signals.
  • the low level of out-of-band radiation provides a reduction in inter-channel interference.
  • the method of signal generation allows the calculation of the elements of the subband matrix for the sum of the used frequency ranges or for the total specified frequency range from which unused frequency ranges are excluded. This feature is relevant in the presence of interference in the communication channel or occupied frequency ranges.
  • the information recovery method according to claim 2 allows you to restore information from signals generated by the specified method.
  • the low level of out-of-band radiation and the possibility of excluding frequency ranges from the used frequency band can improve the noise immunity of communication.
  • Saving in the memory of the device (information carrier) of the pre-calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges can reduce the number of computational operations, reduce the performance requirements of the computing resources of the devices, and at the same time increase the speed of signal generation / reconstruction.
  • the signal generation in this way allows you to reduce the protective frequency intervals, so you can increase the amount of useful information transmitted over the same period of time - i.e. transfer rate of useful information.
  • DFT block demodulator on many carriers
  • FIG. 2 Diagram of an embodiment of a transmitter with a signal conditioning device
  • 204 a block for optionally adding a guard interval and parallel-serial conversion
  • Fig.Z is a diagram of an embodiment of a receiver with a device for recovering information from a received signal
  • FIG. 5 is a diagram of a device for recovering information from a received signal
  • 312 - block of eigenvectors (device for recovering information from a received signal);
  • FIG. 7 energy spectra of channel signals with freed specified frequency ranges generated by various methods.
  • U ⁇ u 2 t - t is the bandwidth of the used frequency range t; lower and upper limits of the used frequency - allowable area for the lower and upper boundaries, used frequency ranges, G c; M the total number of used frequency ranges;
  • t is the number of the used frequency range
  • i, k are natural numbers from 1 to N;
  • N F -T b - the size of the matrix and the number of samples
  • T b the duration of the character in seconds.
  • W is the width of a given frequency band in Hz, G ⁇ F;
  • e is the exponent
  • h is the number of the excluded frequency range
  • j is the imaginary unit
  • i, k are natural numbers from 1 to N;
  • N F - T b - the size of the matrix and the number of samples
  • T b the duration of the character in seconds.
  • N is the size of the matrix and the number of samples
  • i, k are natural numbers from 1 to N
  • J eigenvectors are sampled in accordance with the specified transmission parameters, the eigenvalues of which are close to unity.
  • the subband matrix is calculated for given frequency ranges;
  • x is a signal generated on the basis of a subband matrix for given frequency ranges;
  • x t is the element of the generated signal;
  • n is the number of the information symbol, a natural number from 1 to J;
  • i is the number of the vector element, a natural number from 1 to N;
  • J is the number of eigenvectors used, the number of information symbols
  • x is a signal generated on the basis of a subband matrix for given frequency ranges
  • orthogonal basis which is a matrix consisting of a selected set of eigenvectors-columns of a subband matrix
  • q ⁇ qi, q 2 , ..., q N ⁇ j is an eigen column vector consisting of N samples;
  • T is the sign of transposition
  • e (e, e 2 , ..., e y ) r is the column vector of the transmitted information symbols
  • E is the identity matrix
  • N is the number of samples, the dimension of the vector
  • a protective interval to the beginning of the symbol, in the form of a passive pause or other information without breaking the phase between the symbol and the protective interval;
  • the calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges can be stored in the memory of the device (storage medium) for later use.
  • the transmitted information stream enters the buffer 102 for serial-parallel conversion, after which the signal enters the signal generating unit 203, where the signal is generated based on the eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges, according to the above method.
  • the initial parameters for calculating the elements of the subband matrix such as the bandwidth , lower and upper bounds of frequency ranges, sampling frequency, symbol duration, matrix size and number of samples and other derivatives or dependent parameters
  • the frames can be specified in the signal conditioning unit 203 initially or calculated based on the specified parameters. Calculation options are presented below.
  • the method of calculating the elements of the subband matrix for the sum of the specified frequency ranges is used, then information on the total number of used frequency ranges (M) is supplied to the eigenvector 3021 of the eigenvector block 302; the lower and upper boundaries of each of the used frequency ranges (V im V 2m ) having the number (t); sampling rate in Hz (F); character duration in seconds (7),).
  • the acceptable area for the lower and upper boundaries of the used frequency ranges is determined depending on the sampling frequency (F). Based on the values of the sampling frequency in Hz (F) and the symbol duration in seconds (1),), the matrix size and the number of samples (N) are determined in the eigenvector 3021.
  • each used frequency band ( ⁇ ? i ⁇ ? ⁇ ⁇ having the number (x) determines the bandwidth used frequency range m.
  • the values used frequency ranges in the shaper eigenvectors 3021 calculated elements of the subband of the matrix, taking into account the size of the matrix and the number of samples (N).
  • the eigenvector 3021 of the eigenvector block 302 receives information about the width of the given frequency band in Hz (1 D or the upper and lower boundary of the given frequency range (G. 1); lower and upper bounds of each excluded frequency range u ih, u 2h having number h; sampling rate in
  • Hz the total number of excluded frequency ranges (V); character duration in seconds (T b ).
  • the permissible region for the lower and upper boundaries of the excluded frequency ranges is determined depending on the width of the specified frequency band (W).
  • W the sampling frequency in Hz (F) and the symbol duration in seconds (7 ⁇ )
  • the matrix size and the number of samples (N) are determined in the eigenvector 3021.
  • the width of a given frequency band (W) is determined, and based on the values of the lower and upper boundaries of each excluded frequency range u IL, v lh and sampling frequency (F) determines the bandwidth of each excluded frequency range p h .
  • the elements of the subband matrix are calculated in the eigenvector 3021.
  • eigenvector 3021 a set of eigenvalues and a corresponding set of eigenvectors q are formed, which are eigenvector columns of the subband matrix C calculated for given frequency ranges. Further, based on the eigenvalues of the corresponding eigenvectors of the subband matrix, in the eigenvector 3021, J eigenvectors are sampled in accordance with the specified transmission parameters, the eigenvalues of which are close to unity.
  • Pre-calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges can be stored in the device memory (block 3022) for later use. Information about the number and order of use of the stored eigenvectors comes from the control unit 301.
  • the signal is supplied to one of the inputs of the operation unit 305, and to its other inputs, a signal is received containing the transmitted information, where the signal is generated on the basis of the calculated and selected eigenvectors using one of the methods:
  • the result from block 203 is fed to block 204, where a parallel-serial conversion is performed (for matrix operations) and, if necessary, a guard interval is added.
  • the signal is fed to a digital-to-analog converter 105 for further broadcasting using a modulator (not shown in the diagram).
  • the signal is formed on the basis of the eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges, a low level of out-of-band radiation is achieved, resulting in a decrease in inter-channel interference and improved noise immunity of the communication, as well as the possibility of excluding frequency ranges from the used frequency band.
  • Saving in the memory of the device (information carrier) of the pre-calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges can reduce the number of computational operations, reduce the performance requirements of the computing resources of the devices, and at the same time increase the speed of signal generation / reconstruction.
  • Signal generation in the specified way allows you to reduce the protective frequency intervals, so you can increase the amount of transmitted useful information for the same period of time - i.e. transfer rate of useful information.
  • M is the total number of used frequency ranges
  • t is the number of the used frequency range
  • j is the imaginary unit
  • i, k are natural numbers from 1 to N;
  • N F -T b - the size of the matrix and the number of samples
  • F is the sampling frequency in Hz
  • T b the duration of the character in seconds.
  • e is the exponent
  • W is the width of a given frequency band in G C, W ⁇ F;
  • F is the sampling frequency in Hz
  • h is the number of the excluded frequency range
  • j is the imaginary unit
  • i, k are natural numbers from 1 to N;
  • N F - T b - the size of the matrix and the number of samples
  • T b the duration of the character in seconds.
  • N is the size of the matrix and the number of samples
  • G is the sign of transposition
  • r n is the received n-th information symbol
  • q in is the i-th complex conjugate element of the eigen column vector for the fifth information symbol
  • s is the z-th element of the digitized channel signal
  • n is the number of the information symbol, a natural number from 1 to J;
  • J is the number of eigenvectors used, the number of information symbols
  • g is the vector of received information; Q H - conjugate-transposed orthogonal basis;
  • T is the sign of transposition
  • Q q v q 2 , ..., q j ) is the orthogonal basis, which is a matrix consisting of a selected set of eigenvectors-columns of the subband matrix;
  • E is the identity matrix
  • Complex conjugate, calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges can be stored in the device memory (storage medium) for later use.
  • a method of recovering transmitted information from a received signal at the hardware level is as follows (see Fig. 3 and Fig. 5):
  • a signal is received through a receiving antenna and fed to a quadrature demodulator, from where it is fed to an analog-to-digital converter 111, which digitizes the signal.
  • the digitized signal is input to the block 212 in series-parallel conversion and removal of the guard interval, where the guard interval, if any, is removed and the signal is transmitted further to the inputs of the information recovery block 213.
  • the information recovery unit 213 information for calculating and selecting eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges, including a method for calculating elements of the subband matrix, is received from the control unit 301 to the eigenvector block 312.
  • the elements of the subband matrix are calculated for the given frequency ranges in the same way as the block 3021 of the eigenvector block 302.
  • eigenvector 3121 a set of eigenvalues and a corresponding set of eigenvectors q, which are own vector columns of the subband matrix C, calculated for given frequency ranges.
  • J eigenvectors are sampled in accordance with the specified transmission parameters identical to the eigenvectors on the transmitting side. Produce a complex conjugation of each element of the selected vectors.
  • the complex conjugate, calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges can be stored in the device memory (block 3022) for later use. Information about the number and order of use of the stored eigenvectors comes from the control unit 301.
  • the signal is supplied to one of the inputs of operational block 315, and the signal from the corresponding outputs of block 212 is received at other inputs, where, based on the calculated and selected eigenvectors, information is restored using one of the methods:
  • the result from block 213 is fed to block 114 in parallel-serial conversion, the output of which gives a transmitted digital stream for further processing.
  • Methods of generating a signal and recovering information from a received signal can be implemented on hardware or software, or any combination thereof.
  • This invention is not limited to its use for structural elements and circuit diagrams of components set forth in the following description or illustrated in the drawings.
  • the invention allows other implementations before and after the operation of generating a signal and restoring information based on the eigenvectors of the subband matrix and can be carried out or performed in other ways.
  • the invention and its parts can be implemented on a single device or separately. Also, the phraseology and terminology used here are for description and should not be construed as limiting.
  • a signal conditioning apparatus (FIG. 2, FIG. 4), comprises a block of eigenvectors, a control unit and an operation unit.
  • Block 302 allows you to create a basis for generating a signal based on eigenvectors, in accordance with the proposed method.
  • Block 302 may contain an eigenvector 3021 that performs eigenvector calculations, and a storage medium 3022, in which the calculation results are written, or only one of them. If there is only a shaper of eigenvectors 3021, calculations of eigenvectors are performed continuously. If there is only a storage medium 3022, the results of pre-calculated calculations of eigenvectors that are used in the formation of the signal are recorded on it.
  • the control unit 301 controls the block of eigenvectors 302.
  • the operation unit 305 performs the operations of multiplication and addition and can be implemented in the following options:
  • block 305 contains J multipliers, the input of which receives the corresponding information symbols, and the elements of the corresponding eigenvectors arrive at the other inputs orthogonal basis.
  • the outputs of the multipliers are connected to a common adder, where the results of the product of the elements of the corresponding eigenvector by the information symbol are summed.
  • block 305 contains an element of matrix multiplication by a vector, one input of which receives a vector of information elements, and another input receives an orthogonal basis in the form of a matrix, consisting of selected eigenvectors of a subband matrix calculated for given frequency ranges.
  • a transmitter For transmitting information, a transmitter may be used, including: a serial to parallel conversion buffer 102, the outputs of which are appropriately connected to the inputs of the signal conditioning instrument 203, which is connected to the optional guard interval and parallel-serial conversion unit 204.
  • Block 204 is connected to a block of digital-to-analog converter 105, which is connected to a quadrature modulator (not shown in the diagram).
  • the operation of the transmitter with the signal conditioning device at the hardware level is as follows:
  • the transmitted information stream enters the buffer 102 for serial-parallel conversion, after which the signal enters the signal conditioning instrument 203, where the signal is generated based on the eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges, according to the above method: J vectors corresponding to the given parameters are selected and satisfying the condition of the values of the corresponding eigenvalues of each eigenvector; calculation and storage of vectors is carried out by a block 302 of eigenvectors for given frequency ranges, which is controlled by a control unit 301; from the corresponding outputs of the eigenvector block 302, the signal is supplied to one of the inputs of the operation unit 305, and to its other inputs, a signal is received containing the transmitted information.
  • Fig.6 and Fig.7 presents the energy spectra of channel signals generated by the classical OFDM method using the Fourier basis, and the spectra of channel signals generated by the method proposed in this invention. As can be seen in the figures, the proposed method allows to obtain a lower level of out-of-band emission of signals (-170 dB. Vs. -25dB), Thus, the claimed technical result is achieved.
  • a device for recovering information from a received signal comprises an eigenvector block, a control unit and an operation unit.
  • Block 312 allows you to create a basis for restoring information from received signals, as well as perform complex conjugation of the matrix with transposition, in accordance with the proposed method.
  • Block 312 may comprise an eigenvector generator 3121 that performs eigenvector calculations and complex conjugation of matrix elements, as well as transposes this matrix for a matrix operation, and an information carrier 3022, in which the calculation results are written, or only one of them. If there is only a shaper of eigenvectors 3121, the calculations are performed continuously. If there is only information carrier 3022, the results of pre-calculated calculations of eigenvectors and complex conjugation of matrix elements with transposition of this matrix, which are used in signal reconstruction, are recorded on it.
  • the control unit 301 controls the block of eigenvectors 312.
  • the operation unit 315 performs operations of multiplication and addition and can be implemented in the following options:
  • block 315 contains J multipliers, one inputs of each of which receive elements from the communication channel, and the other inputs receive complex conjugate elements of the corresponding selected eigenvectors.
  • Each of the outputs of the multipliers is connected to the corresponding input of one of the J adders (integrators), where the summation is carried out, with the accumulation of the results of the multiplication over the duration of one symbol, after which the result is reset.
  • block 315 contains a multiplication element, the conjugate-transposed orthogonal basis arrives at one input, and at the other input, a column vector of elements from the communication channel is received, without a guard interval.
  • a receiver can be used, including: a receiving antenna with a quadrature demodulator (not indicated), the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 111, which is connected to the block 212 optional removal of the protective interval and serial-parallel conversion, the outputs of which are connected with information recovery unit 213, the outputs of each channel of which are connected to parallel-serial converter unit 114, from which the generated circuit Frova stream 115 is fed to further processing.
  • Character detectors for recovering bit information can be used both before and after block 114, depending on the communication system, such a permutation does not affect the receipt of a technical result.
  • the operation of the receiver with the device for recovering information from the received signal is as follows: the received signal through the receiving antenna and the quadrature demodulator is fed to an analog-to-digital converter 111, which digitizes the signal. The digitized signal is input to the block 212 in parallel-parallel conversion and removal of the protective interval, where the protective insert, if any, is removed and the signal is transmitted further to the inputs of the information recovery device 213, where:
  • Block 312 the formation and / or storage of a set of eigenvectors of the subband matrix is performed, according to the above method — the selected and generated orthogonal basis must be identical to the orthogonal basis on the transmitting side.
  • Block 301 controls block 312.
  • the eigenvector block 312 also performs complex conjugation and transposition of the calculated eigenvector matrix in block 3121 and / or stores the conjugate-transposed eigenvector matrix in block 3022.
  • the signals are sent to one input of the operating unit 315, and signals from the corresponding outputs of block 212 are received at the other inputs, where the complex conjugate and transposed matrix of eigenvectors are multiplied by the vector of the received digitized signal.
  • the digitized signal from the communication channel is fed to one input multipliers of the operating unit, and complex-conjugate elements of the corresponding eigenvectors are fed to other inputs. Multiplication results are summed over the duration of the character.
  • the result from the information recovery device 213 is supplied to the parallel-serial conversion unit 114, at the output of which we obtain a transmitted digital stream for further processing.
  • the block 302 and the block 312 can be combined, while the function of complex conjugation and / or transposition for the device for recovering information from the received signals is performed in a separate block.
  • the eigenvector blocks 302 and 312 comprise either an eigenvector 3021/3121, or a storage medium 3022, or both at the same time.
  • Various embodiments of blocks 302 and 312 do not affect the operation of signal conditioning and information recovery devices.
  • Calculations of the eigenvectors of the subband matrix and complex conjugation of the matrix with transposition can be performed on another device, for subsequent recording of the results on the storage medium 3022 and their use in signal generation and information recovery.
  • the storage medium 3022 may be read-only memory (ROM) or a hard disk or a solid-state drive or flash memory or optical disk or hybrid drives or random access memory (RAM) or a remote computer system or remote data storage.
  • ROM read-only memory
  • RAM random access memory
  • Patent for invention N ° 2433555. Registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation on 10.11.2011. Authors: Abhishek A., Hassan A. A., Huytema K., U Deyun, Cuenel T .; Applicant and patent holder of Microsoft Corporation.

Abstract

The invention relates to communication technology and can be used for generating and processing a signal based on an orthogonal basis of eigenvectors of a sub-band matrix. The technical effect of the claimed group of inventions consists in a low level of out-of-band emission of communication signals. To achieve this, information to be transmitted is used to generate a signal with channel multiplexing based on an orthogonal basis of eigenvectors of a sub-band matrix, calculated for a given frequency range or set of frequency ranges in a given frequency band. On the receiving side, the trusted recovery of information from the received signal is provided. In the receiving/transmitting equipment, any modifications can be used before and after orthogonal multiplexing based on eigenvectors of a sub-band matrix, intended to improve transmission speed, reliability, noise immunity and efficiency, reduce energy expenditure and increase calculating speed and other parameters.

Description

СПОСОБ ОРТОГОНАЛЬНОГО ЧАСТОТНОГО УПЛОТНЕНИЯ И ЕГО  METHOD FOR ORTHOGONAL FREQUENCY SEALING AND ITS
РЕАЛИЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО  IMPLEMENTING DEVICE
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ FIELD OF TECHNOLOGY
Изобретения относятся к областям проводной, спутниковой и наземной радиосвязи и могут быть использованы для передачи и приема (кодирования и декодирования) информации в системах с ортогональным частотным уплотнением (OFDM).  The invention relates to the field of wired, satellite and terrestrial radio communications and can be used for transmission and reception (encoding and decoding) of information in systems with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND
Мультиплексирование с ортогональным разделением частот (OFDM) также было известно в технике, по меньшей мере, с конца 1960-х годов. В OFDM единственный передатчик передает одновременно на многих разных ортогональных частотах. В OFDM доступная полоса частот подразделяется на некоторое число одинаковых полос "подканалов". Мультиплексирование с ортогональным разделением частот широко применяется в беспроводной связи, так как оно уменьшает взаимные помехи или перекрестные помехи между передачами сигналов, в конечном итоге, это позволяет передавать данные с более высокой пропускной способностью и с меньшим количеством ошибок. В настоящее время OFDM применяется во многих стандартах беспроводной связи [1, 2].  Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) has also been known in the art since at least the late 1960s. In OFDM, a single transmitter transmits simultaneously at many different orthogonal frequencies. In OFDM, the available frequency band is subdivided into a number of identical “subchannel” bands. Orthogonal frequency division multiplexing is widely used in wireless communications, as it reduces mutual interference or crosstalk between signal transmissions, which ultimately allows data transmission with higher bandwidth and fewer errors. Currently, OFDM is used in many wireless communication standards [1, 2].
Метод OFDM функционирует с помощью разбиения одного высокоскоростного информационного потока на несколько информационных потоков с низкой скоростью, которые затем передаются одновременно (параллельно). Каждый низкоскоростной поток используется для модуляции поднесущей. Это создает многочастотную передачу путем разделения широкой частотной полосы (канала) на несколько узких диапазонов частот, каждая из которых модулирована сигнальным потоком.  The OFDM method operates by splitting one high-speed information stream into several low-speed information streams, which are then transmitted simultaneously (in parallel). Each low speed stream is used to modulate the subcarrier. This creates a multi-frequency transmission by dividing a wide frequency band (channel) into several narrow frequency ranges, each of which is modulated by the signal stream.
В системе OFDM передатчик принимает входные данные в частотной области и преобразует их в сигнал временной области. Несущая волна модулируется сигналом временной области для беспроводной передачи. Приемник принимает сигнал, демодулирует волну и преобразует сигнал обратно в частотную область для дальнейшей обработки.  In an OFDM system, a transmitter receives input in the frequency domain and converts them into a time-domain signal. The carrier wave is modulated by a time domain signal for wireless transmission. The receiver receives the signal, demodulates the wave and converts the signal back to the frequency domain for further processing.
Прототипом изобретения, осуществляющего передачу и восстановление информации, может выступать описанное в патенте [1] устройство. Схема прототипа представлена на Фиг.1., где передаваемый OFDM сигнал может быть сформирован передатчиком 100. В иллюстрируемом варианте осуществления поток 101 входных данных подается посредством прикладной программы в OFDM передатчик 100. В стандартном стеке протоколов связи TCP/IP эти данные могут приниматься на физическом уровне или уровне управления передачей данных; изобретение не ограничивается каким-либо конкретным источником данных или механизмом для обеспечения передачи данных в передатчик и может воплощаться в аппаратных средствах или в программном обеспечении и на различных уровнях сетевого стека протоколов. Буфер 102 преобразования последовательного кода в параллельный разбивает последовательный поток данных на несколько параллельных потоков данных. Число параллельных потоков данных равно числу подканалов, выбранных для OFDM радиопередачи. Затем каждый из параллельных потоков данных, генерируемых буфером 102 преобразования последовательного кода в параллельный, посылается в модулятор 103 на множестве несущих. Модулятор 103 на множестве несущих модулирует каждый выбранный подканал каждым из параллельных потоков данных. Модулятор 103 на множестве несущих может быть эффективно реализован с использованием алгоритма обратного быстрого преобразования Фурье для вычисления сигнала временной области. Модулятор 103 на множестве несущих может использовать любую схему модуляции для модуляции каждого из входящих потоков данных. В предпочтительном варианте осуществления сигналы модулируются с помощью квадратурной амплитудной модуляции (QAM). Может быть использована любая группа QAM. Например, модулятор может использовать 16-QAM (шестнадцатеричную), 64-QAM, 128-QAM или 256-QAM. Схема модуляции может быть выбрана на основе требуемой скорости передачи данных, доступных подканалов, шума на каждом подканале или других факторов. Циклический префикс, который действует как защитный интервал, добавляется к каждой из параллельных модулированных волн на этапе 104. Затем параллельные потоки с циклическим префиксом объединяются обратно в один последовательный поток на этапе 104. Циклический префикс может добавляться после процедуры объединения параллельного потока в один последовательный поток, как альтернативный вариант вышеуказанному. Наконец, поток цифровых данных преобразуется в аналоговый сигнал в цифро-аналоговом преобразователе 105 и выводится для беспроводной передачи, например, на квадратурный модулятор (на схеме прототипа не показаны). The prototype of the invention, transmitting and restoring information, may be the device described in the patent [1]. The prototype diagram is presented in figure 1., where the transmitted OFDM signal can be generated transmitter 100. In the illustrated embodiment, the input data stream 101 is supplied by an application to the OFDM transmitter 100. In a standard TCP / IP communication protocol stack, this data can be received at the physical or data transfer control layer; the invention is not limited to any particular data source or mechanism for transmitting data to a transmitter, and may be embodied in hardware or software and at various levels of a network protocol stack. The serial to parallel conversion buffer 102 splits the serial data stream into several parallel data streams. The number of parallel data streams is equal to the number of subchannels selected for OFDM radio transmission. Then, each of the parallel data streams generated by the serial to parallel conversion buffer 102 is sent to the multi-carrier modulator 103. A multicarrier modulator 103 modulates each selected subchannel with each of the parallel data streams. The multicarrier modulator 103 can be efficiently implemented using an inverse fast Fourier transform algorithm to calculate a time domain signal. The multicarrier modulator 103 may use any modulation scheme to modulate each of the incoming data streams. In a preferred embodiment, the signals are modulated using quadrature amplitude modulation (QAM). Any QAM group may be used. For example, a modulator may use 16-QAM (hexadecimal), 64-QAM, 128-QAM, or 256-QAM. The modulation scheme may be selected based on the desired data rate, available subchannels, noise on each subchannel, or other factors. A cyclic prefix that acts as a guard interval is added to each of the parallel modulated waves in step 104. Then, parallel streams with a cyclic prefix are combined back into one serial stream in step 104. The cyclic prefix can be added after the procedure of combining the parallel stream into one serial stream, as an alternative to the above. Finally, the digital data stream is converted into an analog signal in a digital-to-analog converter 105 and output for wireless transmission, for example, to a quadrature modulator (not shown in the prototype diagram).
Переданный OFDM сигнал может быть принят приемником ПО и обработан для получения потока первоначальных данных. Как известно в данной области техники, сначала сигнал принимается принимающей антенной и поступает на квадратурный демодулятор (на схеме прототипа не показаны) и далее аналоговый сигнал преобразуется обратно в цифровой сигнал с помощью аналогово-цифрового преобразователя 111. Циклический префикс удаляется, и отдельные поднесущие преобразуются обратно в отдельные потоки в блоке 112. Каждый поток параллельных данных демодулируется с помощью демодулятора 113 множества несущих, с помощью алгоритма Быстрого Преобразования Фурье. Окончательно в блоке 114 параллельные потоки снова собираются в единый последовательный цифровой поток 115 для дальнейшей обработки. The transmitted OFDM signal may be received by the software receiver and processed to obtain a stream of original data. As is known in the art, the signal is first received by the receiving antenna and fed to the quadrature demodulator (not shown in the prototype diagram) and then the analog signal is converted back to a digital signal using an analog-to-digital converter 111. The cyclic prefix is removed and the individual subcarriers are converted back to separate streams in block 112. Each parallel data stream is demodulated using a demodulator 113 carrier sets using the Fast Fourier Transform algorithm. Finally, in block 114, the parallel streams are again assembled into a single serial digital stream 115 for further processing.
К недостаткам известного решения можно отнести использование ортогонального базиса Фурье для уплотнения каналов передачи, применяемом в блоке 103, поскольку требуется наличие дополнительных защитных частотных интервалов для снижения уровня внеполосного излучения сигнала и межканальной интерференции, что снижает скорость передачи полезной информации.  The disadvantages of the known solution include the use of the orthogonal Fourier basis for sealing the transmission channels used in block 103, since additional protective frequency intervals are required to reduce the level of out-of-band signal emission and inter-channel interference, which reduces the transmission rate of useful information.
Представленные на Фиг.6 и Фиг.7 энергетические спектры канальных сигналов с освобождением заданных частотных диапазонов и без, сформированных классическим OFDM методом с использованием базиса Фурье, в сравнении с предложенным в данном изобретении способом, подтверждает данное мнение. Как видно на фигурах, низкий уровень внеполосного излучения сигналов, сформированных предложенным способом (- 170 Дб.), позволяет сократить защитные частотные интервалы (тем самым увеличить скорость), а также, позволяет эффективно вырезать неиспользуемые частотные интервалы, с минимальным воздействием на соседние каналы.  Presented in Fig.6 and Fig.7 the energy spectra of channel signals with the release of the specified frequency ranges and without generated by the classical OFDM method using the Fourier basis, in comparison with the method proposed in this invention, confirms this opinion. As can be seen in the figures, the low level of out-of-band radiation of the signals generated by the proposed method (- 170 dB) allows you to reduce the protective frequency intervals (thereby increasing the speed), and also allows you to effectively cut out unused frequency intervals, with minimal impact on adjacent channels.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ SUMMARY OF THE INVENTION
Задачей, на решение которой направлены изобретения, является создание способа (способов) и устройства (устройств) для формирования и обработки сигнала на основе ортогонального базиса собственных векторов субполосной матрицы, позволяющих достичь технического результата.  The problem to which the invention is directed is to create a method (s) and a device (s) for generating and processing a signal based on the orthogonal basis of the eigenvectors of the subband matrix, allowing to achieve a technical result.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является обеспечение низкого уровня внеполосного излучения сигналов связи.  The technical result of the claimed group of inventions is to provide a low level of out-of-band emission of communication signals.
Дополнительным техническим результатом является:  An additional technical result is:
• уменьшение межканальной интерференции;  • reduction of inter-channel interference;
• возможность исключения частотных диапазонов из используемой полосы частот; • the ability to exclude frequency ranges from the used frequency band;
• улучшение помехоустойчивости связи; • увеличение скорости передачи полезной информации; • improvement of noise immunity of communication; • increase the transmission rate of useful information;
• снижение требований к производительности вычислительных ресурсов и увеличение скорости формирования/восстановления сигнала. • reduction in performance requirements for computing resources and an increase in the speed of signal generation / restoration.
Суть изобретений состоит в формировании из передаваемой информации сигнала с уплотнением каналов на основе ортогонального базиса собственных векторов субполосной матрицы, рассчитанного для заданного диапазона частот или набора частотных диапазонов в заданной полосе частот. На приемной стороне обеспечивается возможность достоверного восстановления информации из принятого сигнала. The essence of the invention is to form a signal with channel compression from the transmitted information on the basis of the orthogonal basis of the eigenvectors of the subband matrix, calculated for a given frequency range or a set of frequency ranges in a given frequency band. On the receiving side, it is possible to reliably recover information from the received signal.
В принимающем/передающем оборудовании могут быть использованы любые модификации до и после ортогонального уплотнения на основе собственных векторов субполосной матрицы, направленные на улучшение скорости передачи, надежности, помехозащищённости, эффективности, снижения уровня энергетических затрат, повышения скорости вычисления и других параметров.  In the receiving / transmitting equipment, any modifications can be used before and after orthogonal compaction based on the eigenvectors of the subband matrix, aimed at improving the transmission speed, reliability, noise immunity, efficiency, reducing the level of energy costs, increasing the speed of calculation and other parameters.
Технический результат заявленной группы изобретений достигается за счет того, что:  The technical result of the claimed group of inventions is achieved due to the fact that:
1. В способ формирования сигнала внесены следующие характерные признаки:  1. The following characteristic features are introduced into the signal conditioning method:
- рассчитывают элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот;- calculate the elements of the subband matrix for the given frequency ranges;
- формируют набор собственных чисел и соответствующий набор собственных векторов субполосной матрицы, рассчитанной для заданных диапазонов частот; - form a set of eigenvalues and the corresponding set of eigenvectors of a subband matrix calculated for given frequency ranges;
- выборку собственных векторов субполосной матрицы производят на основе соответствующих им собственных чисел, в соответствии с заданными параметрами передачи;  - the eigenvectors of the subband matrix are sampled based on their corresponding eigenvalues, in accordance with the specified transmission parameters;
- на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов и передаваемой информации формируют сигнал.  - based on the calculated and selected eigenvectors and transmitted information, a signal is generated.
Сигнал формируют на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов матричным или поэлементным методом.  The signal is formed on the basis of calculated and selected eigenvectors by a matrix or element-by-element method.
Приведенный способ позволяет формировать сигнал с низким уровнем внеполосного излучения.  The above method allows you to generate a signal with a low level of out-of-band radiation.
2. В способ восстановления передаваемой информации, внесены следующие характерные признаки: 2. In the method of restoring the transmitted information, the following characteristic features have been introduced:
- рассчитывают элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот; - формируют набор собственных чисел и соответствующий набор собственных векторов субполосной матрицы, рассчитанной для заданных диапазонов частот; - calculate the elements of the subband matrix for the given frequency ranges; - form a set of eigenvalues and the corresponding set of eigenvectors of a subband matrix calculated for given frequency ranges;
- выборку собственных векторов субполосной матрицы производят на основе соответствующих им собственных чисел субполосной матрицы, в соответствии с заданными параметрами передачи;  - the eigenvectors of the subband matrix are sampled based on the corresponding eigenvalues of the subband matrix, in accordance with the specified transmission parameters;
- на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов, прошедших процедуру комплексного сопряжения, восстанавливают информацию;  - based on the calculated and selected eigenvectors that have passed the complex conjugation procedure, information is restored;
Восстанавливают информацию на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов, прошедших процедуру комплексного сопряжения, матричным или поэлементным методом.  They recover information on the basis of calculated and selected eigenvectors that have passed the complex conjugation procedure by the matrix or elementwise method.
Приведенный способ позволяет восстанавливать информацию из принятого сигнала, сформированного способом, указанным в п.1.  The above method allows you to restore information from a received signal generated by the method specified in claim 1.
3. В устройство формирования сигнала, внесены следующие характерные признаки: содержит блок собственных векторов, блок управления и операционный блок, выполняющие действия по п.1;  3. The following characteristic features have been introduced into the signal conditioning apparatus: it contains a block of eigenvectors, a control unit, and an operation unit that perform the actions of claim 1;
Приведенное устройство позволяет формировать сигнал способом, указанным в п.1.  The above device allows you to generate a signal in the manner specified in paragraph 1.
4. В устройство восстановления информации из принятого сигнала, внесены следующие характерные признаки: содержит блок собственных векторов, блок управления и операционный блок, выполняющие действия по п.2;  4. The following characteristic features are introduced into the device for recovering information from a received signal: it contains a block of eigenvectors, a control unit, and an operation unit that perform the actions of claim 2;
Приведенное устройство позволяет восстанавливать информацию из принятого сигнала, сформированного способом, указанным в п.1.  The above device allows you to recover information from a received signal generated by the method specified in claim 1.
Таким образом, заявленная группа изобретений обеспечивает низкий уровень внеполосного излучения сигналов связи.  Thus, the claimed group of inventions provides a low level of out-of-band emission of communication signals.
Низкий уровень внеполосного излучения, в свою очередь, обеспечивает уменьшение межканальной интерференции.  The low level of out-of-band radiation, in turn, provides a reduction in inter-channel interference.
Способ формирования сигнала позволяет производить расчет элементов субполосной матрицы для суммы используемых диапазонов частот или для общего заданного диапазона частот, из которого исключаются неиспользуемые диапазоны частот. Данная возможность актуальна при наличии помех в канале связи или занятых диапазонов частот. Способ восстановления информации по п.2 позволяет восстанавливать информацию из сигналов, сформированных указанным методом. Низкий уровень внеполосного излучения и возможность исключения частотных диапазонов из используемой полосы частот позволяют улучшить помехоустойчивость связи. The method of signal generation allows the calculation of the elements of the subband matrix for the sum of the used frequency ranges or for the total specified frequency range from which unused frequency ranges are excluded. This feature is relevant in the presence of interference in the communication channel or occupied frequency ranges. The information recovery method according to claim 2 allows you to restore information from signals generated by the specified method. The low level of out-of-band radiation and the possibility of excluding frequency ranges from the used frequency band can improve the noise immunity of communication.
Сохранение в памяти устройства (носителе информации) заранее рассчитанных и выбранных собственных векторов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот позволяет сократить количество вычислительных операций, снизить требования к производительности вычислительных ресурсов устройств, при этом, увеличить скорость формирования/восстановления сигнала.  Saving in the memory of the device (information carrier) of the pre-calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges can reduce the number of computational operations, reduce the performance requirements of the computing resources of the devices, and at the same time increase the speed of signal generation / reconstruction.
Формирование сигнала указанным способом, позволяет сократить защитные частотные интервалы, благодаря чему можно увеличить объем передаваемой полезной информации за тот же промежуток времени - т.е. скорость передачи полезной информации.  The signal generation in this way allows you to reduce the protective frequency intervals, so you can increase the amount of useful information transmitted over the same period of time - i.e. transfer rate of useful information.
Сущность изобретений поясняется изображениями, представленными на фигурах 1-7.  The invention is illustrated by the images presented in figures 1-7.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На Фиг.1 - Схема прототипа; Figure 1 - Scheme of the prototype;
Обозначения:  Designations:
101 - входные данные;  101 - input data;
102 - буфер преобразования последовательного кода в параллельный;  102 - buffer conversion serial code to parallel;
103 - блок модулятора на множестве несущих (обратное ДПФ);  103 - multicarrier modulator block (inverse DFT);
104 - добавление циклического префикса и параллельно-последовательное преобразование;  104 - adding a cyclic prefix and parallel-serial conversion;
105 - цифро-аналоговый преобразователь.  105 - digital-to-analog converter.
111 - аналогово-цифровой преобразователь;  111 - analog-to-digital Converter;
112 - блок удаления циклического префикса и последовательно - параллельного преобразования;  112 - block removal of a cyclic prefix and sequentially - parallel conversion;
113 - блок демодулятора на множестве несущих (ДПФ);  113 - block demodulator on many carriers (DFT);
114 - параллельно - последовательный преобразователь;  114 - parallel - serial converter;
115 - цифровой поток.  115 - digital stream.
На Фиг.2 - Схема варианта реализации передатчика с устройством формирования сигнала Обозначения: Figure 2 - Diagram of an embodiment of a transmitter with a signal conditioning device
101 - входные данные; 102 - буфер преобразования последовательного кода в параллельный;101 - input data; 102 - buffer conversion serial code to parallel;
203 - устройство формирования сигнала; 203 — a signal conditioning apparatus;
204 - блок опционального добавления защитного интервала и параллельно- последовательного преобразования;  204 —a block for optionally adding a guard interval and parallel-serial conversion;
105 - цифро-аналоговый преобразователь.  105 - digital-to-analog converter.
На Фиг.З - Схема варианта реализации приемника с устройством восстановления информации из принятого сигнала In Fig.Z is a diagram of an embodiment of a receiver with a device for recovering information from a received signal
Обозначения:  Designations:
111 - аналого-цифровой преобразователь;  111 - analog-to-digital Converter;
212 - блок опционального удаления защитного интервала и последовательно- параллельного преобразования;  212 - block optional removal of the guard interval and serial-parallel conversion;
213 - устройство восстановления информации;  213 - information recovery device;
114 - параллельно - последовательный преобразователь;  114 - parallel - serial converter;
115 - цифровой поток.  115 - digital stream.
На Фиг.4 - Схема устройства формирования сигнала Figure 4 - Diagram of a signal conditioning device
Обозначения: Designations:
203 - устройство формирования сигнала;  203 — a signal conditioning apparatus;
301 - блок управления;  301 - control unit;
302 - блок собственных векторов (устройства формирования сигнала);  302 — block of eigenvectors (signal conditioning apparatus);
3021 - формирователь собственных векторов;  3021 - eigenvector generator;
3022 - носитель информации;  3022 - information carrier;
305 -операционный блок;  305 operational unit;
На Фиг.5 - Схема устройства восстановления информации из принятого сигнала 5 is a diagram of a device for recovering information from a received signal
Обозначения: Designations:
213 - устройство восстановления информации;  213 - information recovery device;
301 - блок управления;  301 - control unit;
312 - блок собственных векторов (устройства восстановления информации из принятого сигнала);  312 - block of eigenvectors (device for recovering information from a received signal);
3121 - формирователь собственных векторов;  3121 - shaper of eigenvectors;
3022 - носитель информации;  3022 - information carrier;
315 -операционный блок;  315 operational unit;
/ На Фиг. 6 - энергетические спектры канальных сигналов, сформированных различными методами. / In FIG. 6 - energy spectra of channel signals generated by various methods.
а) Энергетический спектр канального сигнала, сформированного с использованием базиса из собственных векторов субполосной матрицы; a) The energy spectrum of the channel signal generated using the basis of the eigenvectors of the subband matrix;
б) Энергетический спектр канального сигнала, сформированного с использованием базисаb) The energy spectrum of the channel signal generated using the basis
Фурье. Fourier.
На Фиг. 7 - энергетические спектры канальных сигналов с освобожденными заданными частотными диапазонами, сформированных различными методами. In FIG. 7 - energy spectra of channel signals with freed specified frequency ranges generated by various methods.
а) Энергетический спектр канального сигнала, сформированного с использованием базиса из собственных векторов субполосной матрицы; a) The energy spectrum of the channel signal generated using the basis of the eigenvectors of the subband matrix;
б) Энергетический спектр канального сигнала, сформированного с использованием базиса Фурье. b) The energy spectrum of the channel signal generated using the Fourier basis.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1. Предлагаемый способ формирования сигнала, характеризуется тем, что: 1. The proposed method of signal formation, characterized in that:
рассчитывают элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот С = {сй }, ί , к = 1,... , N одним из методов : elements of the subband matrix are calculated for given frequency ranges C = {c d }, ί, k = 1, ..., N using one of the methods:
1) путем расчета элементов субполосной матрицы для суммы заданных диапазонов частот, согласно выражению вида:  1) by calculating the elements of the subband matrix for the sum of the specified frequency ranges, according to an expression of the form:
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
е - экспонента;  e - exhibitor;
U \u2 т - т - ширина полосы используемого частотного диапазона т; жняя и верхняя границы используемого частотного
Figure imgf000009_0002
- допустимая область для нижней и верхней границ, используемых частотных диапазонов, Г ц; М общее количество используемых частотных диапазонов;
U \ u 2 t - t is the bandwidth of the used frequency range t; lower and upper limits of the used frequency
Figure imgf000009_0002
- allowable area for the lower and upper boundaries, used frequency ranges, G c; M the total number of used frequency ranges;
т номер используемого частотного диапазона;  t is the number of the used frequency range;
j мнимая единица;  j imaginary unit;
c - элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот; c - subband matrix elements for given frequency ranges;
i,k натуральные числа от 1 до N; i, k are natural numbers from 1 to N;
N = F -Ть - размер матрицы и количество отсчетов; N = F -T b - the size of the matrix and the number of samples;
F частота дискретизации в Гц;  F sampling frequency in Hz;
Ть - длительность символа в секундах. T b - the duration of the character in seconds.
2) путем расчета элементов субполосной матрицы для общего заданного диапазона частот, из которого исключаются неиспользуемые диапазоны частот, согласно выражению вида:  2) by calculating the elements of the subband matrix for a common predetermined frequency range from which unused frequency ranges are excluded, according to an expression of the form:
Figure imgf000010_0003
Figure imgf000010_0003
где G = e jV, (i-k) jV2 (i-k е - экспонента; where G = e jV, (ik) jV 2 (ik e is the exponent;
W W  W w
Vx = тс— ,V = т - верхняя и нижняя границы заданного диапазона частот; V x = mc—, V = m - the upper and lower boundaries of a given frequency range;
F F F f
AV = \V - Ti| - ширина заданной полосы частот; AV = \ V - T i | - width of a given frequency band;
W ширина заданной полосы частот в Гц, G < F;  W is the width of a given frequency band in Hz, G <F;
F частота дискретизации в Гц; F sampling frequency in Hz;
Figure imgf000010_0001
исключаемый диапазон h, g = 0 ;
Figure imgf000010_0001
excluded range h, g = 0;
e - экспонента; e is the exponent;
P = \v v \ ширина полосы исключаемого частотного диапазона h, р = 0 ; жняя и верхняя границы исключаемого частотного
Figure imgf000010_0002
область для нижней и верхней границ исключаемых частотных диапазонов, Г ц; В - общее количество исключаемых частотных диапазонов, если В = 0 исключенные частотные диапазоны отсутствуют, тогда сигнал занимает весь выделенный частотный диапазон;
P = \ vv \ bandwidth of the excluded frequency range h, p = 0; lower and upper bounds of the excluded frequency
Figure imgf000010_0002
the area for the lower and upper boundaries of the excluded frequency ranges, G c; B is the total number of excluded frequency ranges, if B = 0 there are no excluded frequency ranges, then the signal occupies the entire selected frequency range;
h - номер исключаемого частотного диапазона;  h is the number of the excluded frequency range;
j - мнимая единица;  j is the imaginary unit;
cik - элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот; c ik - subband matrix elements for given frequency ranges;
i,k - натуральные числа от 1 до N;  i, k are natural numbers from 1 to N;
N = F - Ть - размер матрицы и количество отсчетов; N = F - T b - the size of the matrix and the number of samples;
Ть - длительность символа в секундах. T b - the duration of the character in seconds.
формируют набор собственных чисел и соответствующий набор собственных векторов q субполосной матрицы С, рассчитанной для заданных диапазонов частот, где:
Figure imgf000011_0001
~ собственный вектор-столбец субполосной матрицы
form a set of eigenvalues and the corresponding set of eigenvectors q of the subband matrix C, calculated for given frequency ranges, where:
Figure imgf000011_0001
~ eigenvector column of the subband matrix
C = {cik},i,k = -, N C = {c ik }, i, k = -, N
где N - размер матрицы и количество отсчётов where N is the size of the matrix and the number of samples
Т - знак транспонирования  T - transpose sign
i,k - натуральные числа от 1 до N i, k are natural numbers from 1 to N
- на основе собственных чисел соответствующих собственных векторов субполосной матрицы производят выборку J собственных векторов, в соответствии с заданными параметрами передачи, значения собственных чисел которых близки к единице. Субполосная матрица рассчитана для заданных диапазонов частот;  - based on the eigenvalues of the corresponding eigenvectors of the subband matrix, J eigenvectors are sampled in accordance with the specified transmission parameters, the eigenvalues of which are close to unity. The subband matrix is calculated for given frequency ranges;
- на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов формируют сигнал одним из методов:  - on the basis of the calculated and selected eigenvectors form a signal using one of the methods:
1) Поэлементно - путем суммирования произведений каждого символа информационного канала на элементы соответствующего выбранного собственного вектора:  1) Elementally - by summing the products of each symbol of the information channel to the elements of the corresponding selected eigenvector:
x = (x x2,...,xN)
Figure imgf000011_0002
x = (xx 2 , ..., x N )
Figure imgf000011_0002
га-1  ha-1
где:  Where:
х - сигнал, сформированный на основе субполосной матрицы для заданных диапазонов частот; xt - элемент сформированного сигнала; x is a signal generated on the basis of a subband matrix for given frequency ranges; x t is the element of the generated signal;
C[in - г-ый элемент собственного вектора-столбца для h-ого информационного символа; C [ in is the ith element of the eigen column vector for the hth information symbol;
еп - информационный символ; e p is an information symbol;
п - номер информационного символа, натуральное число от 1 до J;  n is the number of the information symbol, a natural number from 1 to J;
i - номер элемента вектора, натуральное число от 1 до N;  i is the number of the vector element, a natural number from 1 to N;
J - количество используемых собственных векторов, количество информационных символов;  J is the number of eigenvectors used, the number of information symbols;
2) Матрично - произведением ортогонального базиса в виде матрицы, состоящей из отобранных собственных векторов-столбцов субполосной матрицы на вектор- столбец информационных символов, поступающих от информационных каналов: х = Q · е , при этом выполняется условие: QH - Q ~ Е 2) Matrix - by the product of the orthogonal basis in the form of a matrix consisting of selected eigenvectors-columns of the subband matrix and the column-vector of information symbols coming from the information channels: x = Q · e, while the condition: Q H - Q ~ E
где:  Where:
х - сигнал, сформированный на основе субполосной матрицы для заданных диапазонов частот; x is a signal generated on the basis of a subband matrix for given frequency ranges;
Figure imgf000012_0001
· ·’ ] ) - ортогональный базис, представляющий собой матрицу, состоящую из выбранного набора собственных векторов-столбцов субполосной матрицы;
Figure imgf000012_0001
· · ']) - an orthogonal basis, which is a matrix consisting of a selected set of eigenvectors-columns of a subband matrix;
q = {qi , q2,..., qN ^j - собственный вектор-столбец, состоящий из N отсчетов; q = {qi, q 2 , ..., q N ^ j is an eigen column vector consisting of N samples;
Т - знак транспонирования;  T is the sign of transposition;
е = (e ,e2,...,ey )r - вектор-столбец передаваемых информационных символов; e = (e, e 2 , ..., e y ) r is the column vector of the transmitted information symbols;
QH - сопряженно-транспонированный ортогональный базис; Q H - conjugate-transposed orthogonal basis;
Е - единичная матрица;  E is the identity matrix;
N - количество отсчетов, размерность вектора;  N is the number of samples, the dimension of the vector;
- при выполнении матричной операции, производится параллельно-последовательное преобразование сигнала;  - when performing a matrix operation, a parallel-serial signal conversion is performed;
- при необходимости, производят добавление защитного интервала к началу символа, в виде пассивной паузы или другой информации без разрыва фазы между символом и защитным интервалом;  - if necessary, add a protective interval to the beginning of the symbol, in the form of a passive pause or other information without breaking the phase between the symbol and the protective interval;
Для систем беспроводной связи, выполняются операции, известные из уровня техники: преобразуют сигнал в аналоговый вид с помощью цифро-аналогового преобразователя; For wireless communication systems, operations known in the art are performed: convert the signal into analog form using a digital-to-analog converter;
передают сигнал с помощью квадратурного модулятора и передающей антенны. Рассчитанные и выбранные собственные вектора субполосной матрицы для заданных диапазонов частот могут быть сохранены в памяти устройства (носителе информации), для последующего использования.  transmit a signal using a quadrature modulator and a transmitting antenna. The calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges can be stored in the memory of the device (storage medium) for later use.
Приведенный способ формирования сигнала реализуется на аппаратном уровне следующим образом (см. Фиг. 2 и Фиг. 4): The above method of signal generation is implemented at the hardware level as follows (see Fig. 2 and Fig. 4):
Передаваемый информационный поток поступает в буфер 102 для последовательно-параллельного преобразования, после чего, сигнал поступает в блок 203 формирования сигнала, где производится формирование сигнала на основе собственных векторов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот, согласно приведенному способу.  The transmitted information stream enters the buffer 102 for serial-parallel conversion, after which the signal enters the signal generating unit 203, where the signal is generated based on the eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges, according to the above method.
В блоке формирования сигнала 203 информация для расчета и отбора собственных векторов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот, включая метод расчета элементов субполосной матрицы, поступает от блока управления 301. В альтернативном варианте реализации заявленного решения исходные параметры для расчета элементов субполосной матрицы, такие как ширина полосы, нижняя и верхняя граница частотных диапазонов, частота дискретизации, длительность символа, размер матрицы и количество отсчетов и другие производные или зависимые параметры могут быть заданы в блоке формирования сигнала 203 изначально или рассчитаны на основе заданных параметров. Варианты расчета представлены ниже.  In the signal generating unit 203, information for calculating and selecting eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges, including a method for calculating the elements of the subband matrix, is received from the control unit 301. In an alternative embodiment of the claimed solution, the initial parameters for calculating the elements of the subband matrix, such as the bandwidth , lower and upper bounds of frequency ranges, sampling frequency, symbol duration, matrix size and number of samples and other derivatives or dependent parameters The frames can be specified in the signal conditioning unit 203 initially or calculated based on the specified parameters. Calculation options are presented below.
Соответственно, если используется метод расчета элементов субполосной матрицы для суммы заданных диапазонов частот, то на формирователь собственных векторов 3021 блока собственных векторов 302 поступает информация об общем количестве используемых частотных диапазонов (М); нижней и верхней границы каждого из используемых частотных диапазонов (Vim V2m), имеющего номер (т); частоте дискретизации в Гц (F); длительности символа в секундах (7), ). Допустимая область для нижней и верхней границ используемых частотных диапазонов определяется в зависимости от частоты дискретизации (F). На основе значений частоты дискретизации в Гц (F) и длительности символа в секундах (1),) в формирователе собственных векторов 3021 определяется размер матрицы и количество отсчетов (N). На основе значений нижней и верхней границы каждого из используемых частотных диапазонов (ΐ?iϊ?ϊ ί имеющего номер (ж) определяют ширину полосы используемого частотного диапазона т. На основе значений используемых частотных диапазонов в формирователе собственных векторов 3021 расчитываются элементы субполосной матрицы, с учетом размера матрицы и количества отсчетов (N). Accordingly, if the method of calculating the elements of the subband matrix for the sum of the specified frequency ranges is used, then information on the total number of used frequency ranges (M) is supplied to the eigenvector 3021 of the eigenvector block 302; the lower and upper boundaries of each of the used frequency ranges (V im V 2m ) having the number (t); sampling rate in Hz (F); character duration in seconds (7),). The acceptable area for the lower and upper boundaries of the used frequency ranges is determined depending on the sampling frequency (F). Based on the values of the sampling frequency in Hz (F) and the symbol duration in seconds (1),), the matrix size and the number of samples (N) are determined in the eigenvector 3021. Based on values the lower and upper boundaries of each used frequency band (ΐ? i ϊ? ϊ ί having the number (x) determine the bandwidth used frequency range m. On the basis of the values used frequency ranges in the shaper eigenvectors 3021 calculated elements of the subband of the matrix, taking into account the size of the matrix and the number of samples (N).
Если используется метод расчета элементов субполосной матрицы для общего заданного диапазона частот, из которого исключаются неиспользуемые диапазоны частот, то на формирователь собственных векторов 3021 блока собственных векторов 302 поступает информация о ширине заданной полосы частот в Гц (1 Д или верхней и нижней границе заданного диапазона частот (Г .1 ); нижней и верхней границе каждого исключаемого частотного диапазона uih ,u2h имеющего номер h; частоте дискретизации в If the method of calculating the elements of the subband matrix is used for a common predetermined frequency range from which unused frequency ranges are excluded, then the eigenvector 3021 of the eigenvector block 302 receives information about the width of the given frequency band in Hz (1 D or the upper and lower boundary of the given frequency range (G. 1); lower and upper bounds of each excluded frequency range u ih, u 2h having number h; sampling rate in
Гц ( ) общем количестве исключаемых частотных диапазонов (В ); длительности символа в секундах (Ть ). Допустимая область для нижней и верхней границ исключаемых частотных диапазонов определяется в зависимости от ширины заданной полосы частот (W). На основе значений частоты дискретизации в Гц ( F ) и длительности символа в секундах (7^ ) в формирователе собственных векторов 3021 определяется размер матрицы и количество отсчетов (N). Hz () the total number of excluded frequency ranges (V); character duration in seconds (T b ). The permissible region for the lower and upper boundaries of the excluded frequency ranges is determined depending on the width of the specified frequency band (W). Based on the sampling frequency in Hz (F) and the symbol duration in seconds (7 ^), the matrix size and the number of samples (N) are determined in the eigenvector 3021.
На основе информации о верхней и нижней границы заданного диапазона частот (1 , Г. ) и частоты дискретизации ( F ) определяется ширина заданной полосы частот ( W ), а на основе значений нижней и верхней границ каждого исключаемого частотного диапазона uIL ,vlh и частоты дискретизации ( F ) определяется ширина полосы каждого исключаемого частотного диапазона ph . Based on information about the upper and lower boundaries of a given frequency range (1, G.) and sampling frequency (F), the width of a given frequency band (W) is determined, and based on the values of the lower and upper boundaries of each excluded frequency range u IL, v lh and sampling frequency (F) determines the bandwidth of each excluded frequency range p h .
На основе значений заданной полосы частот и исключаемых диапазонов в формирователе собственных векторов 3021 расчитываются элементы субполосной матрицы.  Based on the values of the given frequency band and the excluded ranges, the elements of the subband matrix are calculated in the eigenvector 3021.
Далее, в формирователе собственных векторов 3021 формируют набор собственных чисел и соответствующий набор собственных векторов q , являющихся собственными вектор-столбцами субполосной матрицы С, рассчитанной для заданных диапазонов частот. Далее, на основе собственных чисел соответствующих собственных векторов субполосной матрицы, в формирователе собственных векторов 3021 производят выборку J собственных векторов, в соответствии с заданными параметрами передачи, значения собственных чисел которых близки к единице. Further, in the eigenvector 3021, a set of eigenvalues and a corresponding set of eigenvectors q are formed, which are eigenvector columns of the subband matrix C calculated for given frequency ranges. Further, based on the eigenvalues of the corresponding eigenvectors of the subband matrix, in the eigenvector 3021, J eigenvectors are sampled in accordance with the specified transmission parameters, the eigenvalues of which are close to unity.
Заранее рассчитанные и выбранные собственные вектора субполосной матрицы для заданных диапазонов частот могут быть сохранены в памяти устройства (блок 3022), для последующего использования. Информация о количестве и порядке использования сохраненных собственных векторов поступает от блока управления 301.  Pre-calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges can be stored in the device memory (block 3022) for later use. Information about the number and order of use of the stored eigenvectors comes from the control unit 301.
Далее, с соответствующих выходов блока 302 собственных векторов сигнал поступает на одни входы операционного блока 305, а на его другие входы, поступает сигнал, содержащий передаваемую информацию, где на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов формируют сигнал одним из методов:  Further, from the corresponding outputs of the eigenvector block 302, the signal is supplied to one of the inputs of the operation unit 305, and to its other inputs, a signal is received containing the transmitted information, where the signal is generated on the basis of the calculated and selected eigenvectors using one of the methods:
а) Поэлементно - путем суммирования произведений каждого символа информационного канала на элементы соответствующего выбранного собственного вектора; б) Матрично - произведением ортогонального базиса в виде матрицы, состоящей из отобранных собственных векторов-столбцов субполосной матрицы на вектор -столбец информационных символов, поступающих от информационных каналов.  a) Elementally - by summing the products of each symbol of the information channel into the elements of the corresponding selected eigenvector; b) Matrix - by the product of the orthogonal basis in the form of a matrix consisting of selected eigenvectors-columns of the subband matrix by a vector-column of information symbols coming from information channels.
Результат с блока 203 подается на блок 204, где производится параллельно- последовательное преобразование (для матричной операции) и, при необходимости, добавляется защитный интервал. Далее сигнал поступает на цифро-аналоговый преобразователь 105 для дальнейшей передачи в эфир с помощью модулятора (на схеме не представлен).  The result from block 203 is fed to block 204, where a parallel-serial conversion is performed (for matrix operations) and, if necessary, a guard interval is added. Next, the signal is fed to a digital-to-analog converter 105 for further broadcasting using a modulator (not shown in the diagram).
Таким образом, поскольку сигнал формируется на основе собственных векторов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот, достигается низкий уровень внеполосного излучения, следствием чего является уменьшение межканальной интерференции и улучшение помехоустойчивости связи, а также, возможность исключения частотных диапазонов из используемой полосы частот. Сохранение в памяти устройства (носителе информации) заранее рассчитанных и выбранных собственных векторов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот позволяет сократить количество вычислительных операций, снизить требования к производительности вычислительных ресурсов устройств, при этом, увеличить скорость формирования/восстановления сигнала. Формирование сигнала указанным способом, позволяет сократить защитные частотные интервалы, благодаря чему можно увеличить объем передаваемой полезной информации за тот же промежуток времени - т.е. скорость передачи полезной информации. Thus, since the signal is formed on the basis of the eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges, a low level of out-of-band radiation is achieved, resulting in a decrease in inter-channel interference and improved noise immunity of the communication, as well as the possibility of excluding frequency ranges from the used frequency band. Saving in the memory of the device (information carrier) of the pre-calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges can reduce the number of computational operations, reduce the performance requirements of the computing resources of the devices, and at the same time increase the speed of signal generation / reconstruction. Signal generation in the specified way, allows you to reduce the protective frequency intervals, so you can increase the amount of transmitted useful information for the same period of time - i.e. transfer rate of useful information.
2. Предлагаемый способ восстановления передаваемой информации, характеризуется тем, что: 2. The proposed method for recovering transmitted information is characterized in that:
рассчитывают элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот С = {сп. }, i , к = 1,... , N одним из методов : calculate the elements of the subband matrix for the given frequency ranges C = {s . }, i, k = 1, ..., N using one of the methods:
1) путем расчета элементов субполосной матрицы для суммы заданных диапазонов частот, согласно выражению вида:  1) by calculating the elements of the subband matrix for the sum of the specified frequency ranges, according to an expression of the form:
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000016_0002
е - экспонента;  e - exhibitor;
ит = \и2 т ~ v\m \ ширина полосы используемого частотного диапазона т; ul = Ίp f , u2 = 2p f2^. _ нижняя и верхняя границы используемого частотного and m = \ and 2 m ~ v \ m \ the bandwidth of the used frequency range m; u l = Ίp f, u 2 = 2p f 2 ^ . _ lower and upper limits of the used frequency
F F  F f
диапазона; range;
Figure imgf000016_0001
- допустимая область для нижней и верхней границ, используемых частотных диапазонов, Г ц;
Figure imgf000016_0001
- allowable area for the lower and upper boundaries, used frequency ranges, G c;
М - общее количество используемых частотных диапазонов;  M is the total number of used frequency ranges;
т - номер используемого частотного диапазона;  t is the number of the used frequency range;
j - мнимая единица;  j is the imaginary unit;
cik - элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот; c ik - subband matrix elements for given frequency ranges;
i,k - натуральные числа от 1 до N;  i, k are natural numbers from 1 to N;
N = F -Ть - размер матрицы и количество отсчетов; N = F -T b - the size of the matrix and the number of samples;
F - частота дискретизации в Гц;  F is the sampling frequency in Hz;
Ть - длительность символа в секундах. T b - the duration of the character in seconds.
2) путем расчета элементов субполосной матрицы для общего заданного диапазона частот, из которого исключаются неиспользуемые диапазоны частот, согласно выражению вида:
Figure imgf000017_0001
2) by calculating the elements of the subband matrix for a common predetermined frequency range from which unused frequency ranges are excluded, according to an expression of the form:
Figure imgf000017_0001
e - экспонента;  e is the exponent;
W W  W w
Vx =—it— ,V2 = тс - верхняя и нижняя границы заданного диапазона частот; V x = —it—, V 2 = mc - the upper and lower boundaries of a given frequency range;
AV = \V2 - V | - ширина заданной полосы частот; AV = \ V 2 - V | - width of a given frequency band;
W - ширина заданной полосы частот в Г ц, W < F;  W is the width of a given frequency band in G C, W <F;
F - частота дискретизации в Гц; F is the sampling frequency in Hz;
Figure imgf000017_0002
исключаемый диапазон h, g0 = 0 ;
Figure imgf000017_0002
excluded range h, g 0 = 0;
е - экспонента;  e - exhibitor;
Рн = \v 2h v \h\ ширина полосы исключаемого частотного диапазона h, р0 = 0 ; нижняя и верхняя границы исключаемого частотного
Figure imgf000017_0003
P n = \ v 2h v \ h \ bandwidth of the excluded frequency range h, p 0 = 0; lower and upper bounds of the excluded frequency
Figure imgf000017_0003
диапазона h  h range
fih > fih G [- W / 2,w / 2] flh -< f2h - область для нижней и верхней границ исключаемых частотных диапазонов, Г ц; fi h> fi h G [- W / 2, w / 2] f lh - <f 2h - region for the lower and upper boundaries of the excluded frequency ranges, G c;
В - общее количество исключаемых частотных диапазонов, если В = 0 исключенные частотные диапазоны отсутствуют, тогда сигнал занимает весь выделенный частотный диапазон;  B is the total number of excluded frequency ranges, if B = 0 there are no excluded frequency ranges, then the signal occupies the entire selected frequency range;
h - номер исключаемого частотного диапазона;  h is the number of the excluded frequency range;
j - мнимая единица;  j is the imaginary unit;
cik - элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот; c ik - subband matrix elements for given frequency ranges;
i,k - натуральные числа от 1 до N;  i, k are natural numbers from 1 to N;
N = F - Ть - размер матрицы и количество отсчетов; N = F - T b - the size of the matrix and the number of samples;
Ть - длительность символа в секундах. T b - the duration of the character in seconds.
- формируют, набор собственных чисел и соответствующий набор собственных векторов субполосной матрицы С, рассчитанной для заданных диапазонов частот, где: Ч = \Я 1 , q2,..., qN ) - собственный вектор-столбец субполосной матрицы
Figure imgf000018_0001
- form, a set of eigenvalues and the corresponding set of eigenvectors of the subband matrix C, calculated for given frequency ranges, where: H = \ I 1 , q 2 , ..., q N ) is the eigenvector column of the subband matrix
Figure imgf000018_0001
N - размер матрицы и количество отсчётов;  N is the size of the matrix and the number of samples;
Г - знак транспонирования;  G is the sign of transposition;
i, к - натуральные числа от 1 до N;  i, k - natural numbers from 1 to N;
- на основе собственных чисел соответствующих собственных векторов субполосной матрицы производят выборку J собственных векторов, в соответствии с заданными параметрами передачи, идентичных собственным векторам на передающей стороне;  - based on the eigenvalues of the corresponding eigenvectors of the subband matrix, select J eigenvectors, in accordance with the specified transmission parameters, identical to the eigenvectors on the transmitting side;
- на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов восстанавливают информацию одним из методов:  - based on the calculated and selected eigenvectors, information is restored using one of the methods:
1) Поэлементно - путем суммирования, на протяжении длительности информационного символа, результатов произведения комплексно-сопряженных элементов соответствующего собственного вектора субполосной матрицы на элементы оцифрованного сигнала из канала связи без защитного интервала:
Figure imgf000018_0002
1) Elementally - by summing, over the duration of the information symbol, the results of the product of complex conjugate elements of the corresponding eigenvector of the subband matrix by the elements of the digitized signal from the communication channel without a guard interval:
Figure imgf000018_0002
г = (r1, r2,..., rJ), где: r = (r 1 , r 2 , ..., r J ), where:
rn - принятый n-ый информационный символ; qin - i-ый комплексно-сопряженный элемент собственного вектора-столбца для п- ого информационного символа; r n is the received n-th information symbol; q in is the i-th complex conjugate element of the eigen column vector for the fifth information symbol;
s - z-ый элемент оцифрованного канального сигнала;  s is the z-th element of the digitized channel signal;
i - номер элемента, натуральное число от 1 до N;  i - element number, natural number from 1 to N;
п - номер информационного символа, натуральное число от 1 до J;  n is the number of the information symbol, a natural number from 1 to J;
J - количество используемых собственных векторов, количество информационных символов;  J is the number of eigenvectors used, the number of information symbols;
* - знак комплексного сопряжения;  * - sign of complex conjugation;
2) Матрично - путем произведения сопряженно-транспонированного ортогонального базиса на вектор-столбец элементов из канала связи, без защитного интервала (при выполнении матричной операции, в буфере накапливаются значения из аналого- цифрового преобразователя для последовательно-параллельного преобразования): г = QH · S при этом выполняется условие: QH - Q ~ Е , где: 2) Matrix - by producing a conjugate-transposed orthogonal basis on a column vector of elements from a communication channel, without a guard interval (when performing a matrix operation, values from an analog-to-digital converter for serial-parallel conversion are accumulated in the buffer): g = Q H · S, the condition is satisfied: Q H - Q ~ E, where:
г - вектор принятой информации; QH - сопряженно-транспонированный ортогональный базис; g is the vector of received information; Q H - conjugate-transposed orthogonal basis;
Н - Эрмитово-сопряжение или сопряженное-транспонирование;  H - Hermitian conjugation or conjugate-transpose;
S = (Sl, s2,..., sJ - вектор-столбец элементов из канала связи, без защитного интервала; S = ( Sl , s 2 , ..., sJ is the column vector of the elements from the communication channel, without a guard interval;
Т - знак транспонирования;  T is the sign of transposition;
Q = qv q2,..., qj) - ортогональный базис, представляющий собой матрицу, состоящую из выбранного набора собственных векторов-столбцов субполосной матрицы; Q = q v q 2 , ..., q j ) is the orthogonal basis, which is a matrix consisting of a selected set of eigenvectors-columns of the subband matrix;
q = {<h , q2,..., qN ^j - собственный вектор-столбец, состоящий из N отсчетов; q = {<h, q 2 , ..., q N ^ j is an eigen column vector consisting of N samples;
Е - единичная матрица;  E is the identity matrix;
Комплексно-сопряженные, рассчитанные и выбранные собственные вектора субполосной матрицы для заданных диапазонов частот могут быть сохранены в памяти устройства (носителе информации), для последующего использования.  Complex conjugate, calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges can be stored in the device memory (storage medium) for later use.
Способ восстановления передаваемой информации из принятого сигнала на аппаратном уровне осуществляется следующим образом (см. Фиг. 3 и Фиг. 5):  A method of recovering transmitted information from a received signal at the hardware level is as follows (see Fig. 3 and Fig. 5):
Для восстановления информации из принятого беспроводным методом сигнала осуществляют операции известные из уровня техники:  To restore information from a signal received by a wireless method, operations known from the prior art are performed:
Принимают сигнал через принимающую антенну и подают его на квадратурный демодулятор, откуда он поступает на аналого-цифровой преобразователь 111, осуществляющий оцифровку сигнала. Оцифрованный сигнал поступает на вход блока 212 последовательно-параллельного преобразования и удаления защитного интервала, где защитный интервал при его наличии удаляется и сигнал передается далее на входы блока 213 восстановления информации.  A signal is received through a receiving antenna and fed to a quadrature demodulator, from where it is fed to an analog-to-digital converter 111, which digitizes the signal. The digitized signal is input to the block 212 in series-parallel conversion and removal of the guard interval, where the guard interval, if any, is removed and the signal is transmitted further to the inputs of the information recovery block 213.
Далее, согласно заявленной группе изобретений, в блоке восстановления информации 213 информация для расчета и отбора собственных векторов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот, включая метод расчета элементов субполосной матрицы, поступает от блока управления 301 на блок собственных векторов 312.  Further, according to the claimed group of inventions, in the information recovery unit 213, information for calculating and selecting eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges, including a method for calculating elements of the subband matrix, is received from the control unit 301 to the eigenvector block 312.
В формирователе собственных векторов 3121 блока собственных векторов 312 производится расчет элементов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот аналогичным методом блока 3021 блока собственных векторов 302.  In the eigenvector 3121 of the eigenvector block 312, the elements of the subband matrix are calculated for the given frequency ranges in the same way as the block 3021 of the eigenvector block 302.
Далее, в формирователе собственных векторов 3121 формируют набор собственных чисел и соответствующий набор собственных векторов q , являющихся собственными вектор-столбцами субполосной матрицы С, рассчитанной для заданных диапазонов частот. Further, in the eigenvector 3121, a set of eigenvalues and a corresponding set of eigenvectors q, which are own vector columns of the subband matrix C, calculated for given frequency ranges.
Далее, на основе собственных чисел соответствующих собственных векторов субполосной матрицы, в формирователе собственных векторов 3121 производят выборку J собственных векторов, в соответствии с заданными параметрами передачи, идентичных собственным векторам на передающей стороне. Производят комплексное сопряжение каждого элемента выбранных векторов.  Further, based on the eigenvalues of the corresponding eigenvectors of the subband matrix, in the eigenvector 3121, J eigenvectors are sampled in accordance with the specified transmission parameters identical to the eigenvectors on the transmitting side. Produce a complex conjugation of each element of the selected vectors.
Комплексно-сопряженные, рассчитанные и выбранные собственные вектора субполосной матрицы для заданных диапазонов частот могут быть сохранены в памяти устройства (блок 3022), для последующего использования. Информация о количестве и порядке использования сохраненных собственных векторов поступает от блока управления 301.  The complex conjugate, calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges can be stored in the device memory (block 3022) for later use. Information about the number and order of use of the stored eigenvectors comes from the control unit 301.
Далее, с выходов блока 312 сигнал поступает на одни входы операционного блока 315, а на другие входы поступает сигнал с соответствующих выходов блока 212, где на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов восстанавливают информацию одним из методов:  Further, from the outputs of block 312, the signal is supplied to one of the inputs of operational block 315, and the signal from the corresponding outputs of block 212 is received at other inputs, where, based on the calculated and selected eigenvectors, information is restored using one of the methods:
а) Поэлементно - путем суммирования, на протяжении длительности информационного символа, результатов произведения комплексно-сопряженных элементов выбранного соответствующего собственного вектора субполосной матрицы на элементы оцифрованного сигнала из канала связи без защитного интервала.  a) Elementally - by summing, over the duration of the information symbol, the results of the product of complex conjugate elements of the selected corresponding eigenvector of the subband matrix by the elements of the digitized signal from the communication channel without a guard interval.
б) Матрично - путем произведения сопряженно-транспонированного ортогонального базиса на вектор-столбец элементов из канала связи, без защитного интервала (при выполнении матричной операции, в буфере накапливаются значения из аналого-цифрового преобразователя для последовательно- параллельного преобразования).  b) Matrix - by producing a conjugate-transposed orthogonal basis on a column vector of elements from a communication channel, without a guard interval (when performing a matrix operation, values from an analog-to-digital converter for serial-parallel conversion are accumulated in the buffer).
Результат с блока 213 подается на блок 114 параллельно-последовательного преобразования, на выходе которого получаем передаваемый цифровой поток для дальнейшей обработки.  The result from block 213 is fed to block 114 in parallel-serial conversion, the output of which gives a transmitted digital stream for further processing.
Таким образом, поскольку сигнал восстанавливается на осове собственных векторов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот, достигается низкий уровень внеполосного излучения, следствием чего является уменьшение межканальной интерференции и улучшение помехоустойчивости связи, а также, возможность исключения частотных диапазонов из используемой полосы частот. Сохранение в памяти устройства (носителе информации) заранее рассчитанных, выбранных и комплексно- сопряженных собственных векторов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот позволяет сократить количество вычислительных операций, снизить требования к производительности вычислительных ресурсов устройств, при этом, увеличить скорость восстановления сигнала. Thus, since the signal is restored on the basis of the eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges, a low level of out-of-band radiation is achieved, resulting in a decrease in inter-channel interference and improved noise immunity of the communication, as well as the possibility of excluding frequency ranges from the used frequency band. Saving in memory devices (information carrier) of pre-calculated, selected and complex conjugate eigenvectors of the subband matrix for given frequency ranges can reduce the number of computational operations, reduce the performance requirements of the computing resources of devices, while increasing the speed of signal recovery.
Способы формирования сигнала и восстановления информации из принятого сигнала могут быть реализованы на аппаратном или программном обеспечении, или какой-либо их комбинации. Это изобретение не ограничивается его применением для элементов конструкции и схемы компонентов, установленных далее в последующем описании или проиллюстрированных в чертежах. Изобретение допускает другие осуществления до и после операции формирования сигнала и восстановления информации на основе собственных векторов субполосной матрицы и может быть осуществлено или выполнено другими способами. Изобретение и его части могут быть реализованы на одном устройстве или раздельно. Также фразеология и терминология, используемые здесь, приведены для описания и не должны рассматриваться как ограничительные.  Methods of generating a signal and recovering information from a received signal can be implemented on hardware or software, or any combination thereof. This invention is not limited to its use for structural elements and circuit diagrams of components set forth in the following description or illustrated in the drawings. The invention allows other implementations before and after the operation of generating a signal and restoring information based on the eigenvectors of the subband matrix and can be carried out or performed in other ways. The invention and its parts can be implemented on a single device or separately. Also, the phraseology and terminology used here are for description and should not be construed as limiting.
3. Реализующее способ формирования сигнала, устройство формирования сигнала, (Фиг.2, Фиг.4), содержит блок собственных векторов, блок управления и операционный блок. 3. Implementing a signal conditioning method, a signal conditioning apparatus, (FIG. 2, FIG. 4), comprises a block of eigenvectors, a control unit and an operation unit.
Блок собственных векторов 302, позволяет сформировать базис для формирования сигнала на основе собственных векторов, в соответствие с предложенным способом. Блок 302 может содержать формирователь собственных векторов 3021, производящий расчеты собственных векторов, и носитель информации 3022, в который записываются результаты расчетов, либо только один из них. При наличии только формирователя собственных векторов 3021, расчеты собственных векторов производятся постоянно. При наличии только носителя информации 3022, на него записываются результаты заранее произведенных расчетов собственных векторов, которые используются при формировании сигнала.  The block of eigenvectors 302, allows you to create a basis for generating a signal based on eigenvectors, in accordance with the proposed method. Block 302 may contain an eigenvector 3021 that performs eigenvector calculations, and a storage medium 3022, in which the calculation results are written, or only one of them. If there is only a shaper of eigenvectors 3021, calculations of eigenvectors are performed continuously. If there is only a storage medium 3022, the results of pre-calculated calculations of eigenvectors that are used in the formation of the signal are recorded on it.
Блок управления 301 осуществляет управление блоком собственных векторов 302. Операционный блок 305 выполняет операции умножения и сложения и может быть реализован в следующих вариантах:  The control unit 301 controls the block of eigenvectors 302. The operation unit 305 performs the operations of multiplication and addition and can be implemented in the following options:
1) Для поэлементного формирования: блок 305 содержит J умножителей, на одни входы которых поступают соответствующие информационные символы, а на другие входы поступают элементы соответствующих собственных векторов ортогонального базиса. Выходы умножителей соединены с общим сумматором, где суммируются результаты произведения элементов соответствующего собственного вектора на информационный символ. 1) For the element-by-element formation: block 305 contains J multipliers, the input of which receives the corresponding information symbols, and the elements of the corresponding eigenvectors arrive at the other inputs orthogonal basis. The outputs of the multipliers are connected to a common adder, where the results of the product of the elements of the corresponding eigenvector by the information symbol are summed.
2) Для матричного формирования: блок 305 содержит элемент перемножения матрицы на вектор, на один вход которого поступает вектор информационных элементов, а на другой вход поступает ортогональный базис в виде матрицы, состоящий из отобранных собственных векторов субполосной матрицы, рассчитанной для заданных диапазонов частот.  2) For matrix formation: block 305 contains an element of matrix multiplication by a vector, one input of which receives a vector of information elements, and another input receives an orthogonal basis in the form of a matrix, consisting of selected eigenvectors of a subband matrix calculated for given frequency ranges.
Для передачи информации может использоваться передатчик, включающий: буфер преобразования последовательного кода в параллельный 102, выходы которого соответствующе подключены к входам устройства формирования сигнала 203, который соединен с блоком 204 опционального добавления защитного интервала и параллельно- последовательного преобразования. Блок 204 соединен с блоком цифро-аналогового преобразователя 105, который соединен с квадратурным модулятором (на схеме не представлен). For transmitting information, a transmitter may be used, including: a serial to parallel conversion buffer 102, the outputs of which are appropriately connected to the inputs of the signal conditioning instrument 203, which is connected to the optional guard interval and parallel-serial conversion unit 204. Block 204 is connected to a block of digital-to-analog converter 105, which is connected to a quadrature modulator (not shown in the diagram).
Работа передатчика с устройством формирования сигнала на аппаратном уровне осуществляется следующим образом: The operation of the transmitter with the signal conditioning device at the hardware level is as follows:
Передаваемый информационный поток поступает в буфер 102 для последовательно-параллельного преобразования, после чего, сигнал поступает в устройство формирования сигнала 203, где производится формирование сигнала на основе собственных векторов субполосной матрицы для заданных диапазонов частот, согласно приведенному методу: выбирают J векторов, соответствующих заданным параметрам и удовлетворяющих условию значений соответствующих собственных чисел каждого собственного вектора; расчет и хранение векторов осуществляет блок 302 собственных векторов для заданных диапазонов частот, который управляется блоком 301 управления; с соответствующих выходов блока 302 собственных векторов сигнал поступает на одни входы операционного блока 305, а на его другие входы, поступает сигнал, содержащий передаваемую информацию. Результат с блока 203 подается на блок 204, где при необходимости добавляется защитный интервал и/или производится параллельно- последовательное преобразование. Далее сигнал поступает на цифро-аналоговый преобразователь 105 для дальнейшей передачи в эфир с помощью модулятора (на схеме не представлен). На Фиг.6 и Фиг.7 представлены энергетические спектры канальных сигналов, сформированных классическим OFDM методом с использованием базиса Фурье, и спектры канальных сигналов, сформированных предложенным в данном изобретении способом. Как видно на фигурах, предложенный способ позволяет получить более низкий уровень внеполосного излучения сигналов (-170 дБ. против -25дБ), Таким образом, достигается заявленный технический результат. The transmitted information stream enters the buffer 102 for serial-parallel conversion, after which the signal enters the signal conditioning instrument 203, where the signal is generated based on the eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges, according to the above method: J vectors corresponding to the given parameters are selected and satisfying the condition of the values of the corresponding eigenvalues of each eigenvector; calculation and storage of vectors is carried out by a block 302 of eigenvectors for given frequency ranges, which is controlled by a control unit 301; from the corresponding outputs of the eigenvector block 302, the signal is supplied to one of the inputs of the operation unit 305, and to its other inputs, a signal is received containing the transmitted information. The result from block 203 is fed to block 204, where, if necessary, a guard interval is added and / or parallel-serial conversion is performed. Next, the signal is fed to a digital-to-analog converter 105 for further broadcasting using a modulator (not shown in the diagram). Fig.6 and Fig.7 presents the energy spectra of channel signals generated by the classical OFDM method using the Fourier basis, and the spectra of channel signals generated by the method proposed in this invention. As can be seen in the figures, the proposed method allows to obtain a lower level of out-of-band emission of signals (-170 dB. Vs. -25dB), Thus, the claimed technical result is achieved.
4. Реализующее способ восстановления информации, устройство восстановления информации из принятого сигнала, (Фиг.З, Фиг.5), содержит блок собственных векторов, блок управления и операционный блок. 4. Implementing a method of recovering information, a device for recovering information from a received signal, (FIG. 3, FIG. 5), comprises an eigenvector block, a control unit and an operation unit.
Блок собственных векторов 312, позволяет сформировать базис для восстановления информации из принятых сигналов, а также выполнить комплексное сопряжение матрицы с транспонированием, в соответствие с предложенным способом. Блок 312 может содержать формирователь собственных векторов 3121, производящий расчеты собственных векторов и комплексное сопряжение элементов матрицы, а также транспонирование этой матрицы для матричной операции, и носитель информации 3022, в который записываются результаты расчётов, либо только один из них. При наличии только формирователя собственных векторов 3121, расчеты производятся постоянно. При наличии только носителя информации 3022, на него записываются результаты заранее произведенных расчётов собственных векторов и комплексного сопряжения элементов матрицы с транспонированием этой матрицы, которые используются при восстановлении сигнала.  The block of eigenvectors 312 allows you to create a basis for restoring information from received signals, as well as perform complex conjugation of the matrix with transposition, in accordance with the proposed method. Block 312 may comprise an eigenvector generator 3121 that performs eigenvector calculations and complex conjugation of matrix elements, as well as transposes this matrix for a matrix operation, and an information carrier 3022, in which the calculation results are written, or only one of them. If there is only a shaper of eigenvectors 3121, the calculations are performed continuously. If there is only information carrier 3022, the results of pre-calculated calculations of eigenvectors and complex conjugation of matrix elements with transposition of this matrix, which are used in signal reconstruction, are recorded on it.
Блок управления 301 осуществляет управление блоком собственных векторов 312. Операционный блок 315 выполняет операции умножения и сложения и может быть реализован в следующих вариантах:  The control unit 301 controls the block of eigenvectors 312. The operation unit 315 performs operations of multiplication and addition and can be implemented in the following options:
1) Для поэлементного восстановления: блок 315 содержит J умножителей, на одни входы каждого из которых поступают элементы из канала связи, на другие входы поступают комплексно сопряженные элементы соответствующих отобранных собственных векторов. Каждый из выходов умножителей соединен с соответствующим входом одного из J сумматоров (интеграторов), где осуществляется суммирование, с накоплением результатов перемножения на протяжении длительности одного символа, после чего результат сбрасывается.  1) For element-by-element recovery: block 315 contains J multipliers, one inputs of each of which receive elements from the communication channel, and the other inputs receive complex conjugate elements of the corresponding selected eigenvectors. Each of the outputs of the multipliers is connected to the corresponding input of one of the J adders (integrators), where the summation is carried out, with the accumulation of the results of the multiplication over the duration of one symbol, after which the result is reset.
2) Для матричного восстановления: блок 315 содержит элемент умножения, на один вход которого поступает сопряженно-транспонированный ортогональный базис, а на другой вход поступает вектор-столбец элементов из канала связи, без защитного интервала. 2) For matrix reconstruction: block 315 contains a multiplication element, the conjugate-transposed orthogonal basis arrives at one input, and at the other input, a column vector of elements from the communication channel is received, without a guard interval.
Для приема информации беспроводным способом может использоваться приемник, включающий: принимающую антенну с квадратурным демодулятором (не обозначен), выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 111, который соединен с блоком 212 опционального удаления защитного интервала и последовательно- параллельного преобразования, выходы которого соединены с блоком 213 восстановления информации, выходы каждого канала которого соединены с блоком 114 параллельно- последовательного преобразователя, с которого сформированный цифровой поток 115 подается для дальнейшей обработки. Символьные детекторы для восстановления битовой информации могут быть использованы как до, так и после блока 114 в зависимости от системы связи, такая перестановка не оказывает влияния на получение технического результата. To receive information wirelessly, a receiver can be used, including: a receiving antenna with a quadrature demodulator (not indicated), the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 111, which is connected to the block 212 optional removal of the protective interval and serial-parallel conversion, the outputs of which are connected with information recovery unit 213, the outputs of each channel of which are connected to parallel-serial converter unit 114, from which the generated circuit Frova stream 115 is fed to further processing. Character detectors for recovering bit information can be used both before and after block 114, depending on the communication system, such a permutation does not affect the receipt of a technical result.
Работа приемника с устройством восстановления информации из принятого сигнала осуществляется следующим образом: полученный сигнал через принимающую антенну и квадратурный демодулятор поступает на аналого-цифровой преобразователь 111, осуществляющий оцифровку сигнала. Оцифрованный сигнал поступает на вход блока 212 последовательно-параллельного преобразования и удаления защитного интервала, где защитная вставка при её наличии удаляется и сигнал передается далее на входы устройства 213 восстановления информации, где: The operation of the receiver with the device for recovering information from the received signal is as follows: the received signal through the receiving antenna and the quadrature demodulator is fed to an analog-to-digital converter 111, which digitizes the signal. The digitized signal is input to the block 212 in parallel-parallel conversion and removal of the protective interval, where the protective insert, if any, is removed and the signal is transmitted further to the inputs of the information recovery device 213, where:
- В блоке 312 производится формирование и/или хранение набора собственных векторов субполосной матрицы, согласно приведенному способу - отобранный и сформированный ортогональный базис должен быть идентичен ортогональному базису на передающей стороне. Блок 301 осуществляет управление блоком 312. Блок собственных векторов 312 также выполняет комплексное сопряжение и транспонирование рассчитанной матрицы собственных векторов в блоке 3121 и/или хранит сопряженно- транспонированную матрицу собственных векторов в блоке 3022.  - In block 312, the formation and / or storage of a set of eigenvectors of the subband matrix is performed, according to the above method — the selected and generated orthogonal basis must be identical to the orthogonal basis on the transmitting side. Block 301 controls block 312. The eigenvector block 312 also performs complex conjugation and transposition of the calculated eigenvector matrix in block 3121 and / or stores the conjugate-transposed eigenvector matrix in block 3022.
- Далее, с выходов блока 312 сигналы поступают на одни входы операционного блока 315, а на другие входы поступают сигналы с соответствующих выходов блока 212, где производится умножение комплексно-сопряженной и транспонированной матрицы собственных векторов на вектор принятого оцифрованного сигнала. При поэлементной процедуре умножения оцифрованный сигнал из канала связи поступает на одни входы умножителей операционного блока, а на другие входы подаются комплексно- сопряженные элементы соответствующих собственных векторов. Результаты перемножения суммируются на длительности символа. - Further, from the outputs of block 312, the signals are sent to one input of the operating unit 315, and signals from the corresponding outputs of block 212 are received at the other inputs, where the complex conjugate and transposed matrix of eigenvectors are multiplied by the vector of the received digitized signal. With the element-wise multiplication procedure, the digitized signal from the communication channel is fed to one input multipliers of the operating unit, and complex-conjugate elements of the corresponding eigenvectors are fed to other inputs. Multiplication results are summed over the duration of the character.
Результат с устройства 213 восстановления информации подается на блок 114 параллельно-последовательного преобразования, на выходе которого получаем передаваемый цифровой поток для дальнейшей обработки.  The result from the information recovery device 213 is supplied to the parallel-serial conversion unit 114, at the output of which we obtain a transmitted digital stream for further processing.
Если устройство формирования сигнала и устройство восстановления информации из принятого сигнала реализованы на одной платформе, то блок 302 и блок 312 могут быть объединены, при этом функция комплексного сопряжения и/или транспонирования для устройства восстановления информации из принятых сигналов выполняется в отдельном блоке.  If the signal conditioning device and the device for recovering information from the received signal are implemented on the same platform, then the block 302 and the block 312 can be combined, while the function of complex conjugation and / or transposition for the device for recovering information from the received signals is performed in a separate block.
В различных вариантах реализации изобретения блоки 302 и 312 собственных векторов содержат или формирователь собственных векторов 3021/3121, или носитель информации 3022, или и то и другое одновременно. Различные варианты исполнения блоков 302 и 312 не влияют на работу устройств формирования сигнала и восстановления информации.  In various embodiments of the invention, the eigenvector blocks 302 and 312 comprise either an eigenvector 3021/3121, or a storage medium 3022, or both at the same time. Various embodiments of blocks 302 and 312 do not affect the operation of signal conditioning and information recovery devices.
Расчеты собственных векторов субполосной матрицы и комплексного сопряжения матрицы с транспонированием могут осуществляться на другом устройстве, для последующей записи результатов на носитель информации 3022 и их использования при формировании сигнала и восстановлении информации.  Calculations of the eigenvectors of the subband matrix and complex conjugation of the matrix with transposition can be performed on another device, for subsequent recording of the results on the storage medium 3022 and their use in signal generation and information recovery.
Носителем информации 3022 может быть постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или жесткий диск или твердотельный накопитель или flash-память или оптический диск или гибридные накопители или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) или удаленная компьютерная система или удаленное хранилище данных. The storage medium 3022 may be read-only memory (ROM) or a hard disk or a solid-state drive or flash memory or optical disk or hybrid drives or random access memory (RAM) or a remote computer system or remote data storage.
Приведенные функциональные блоки устройств могут быть реализованы на FPGA (Программируемая логическая интегральная схема) и/или SoC (Система на кристалле), выполненных в программо-аппаратной части таким образом, чтобы осуществлять предписанные им выше функции.  These functional blocks of devices can be implemented on FPGA (Programmable Logic Integrated Circuit) and / or SoC (System on a Chip), executed in the firmware in such a way as to carry out the functions prescribed by him above.
Настоящее подробное описание составлено с приведением различных не имеющих ограничительного и исчерпывающего характера вариантов осуществления. В то же время, специалистам, имеющим средний уровень компетентности в рассматриваемой области техники, очевидно, что различные замены, модификации или сочетания любых раскрытых здесь вариантов осуществления (в том числе частично) могут быть воспроизведены в пределах объема настоящего изобретения. Таким образом, подразумевается и понимается, что настоящее описание изобретения включает дополнительные варианты осуществления, суть которых не изложена здесь в явно выраженной форме. Такие варианты осуществления могут быть получены путем, например, сочетания, модификации или преобразования каких-либо действий, компонентов, элементов, свойств, аспектов, характеристик, ограничений и пр., относящихся к приведенным здесь и не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления. The present detailed description is made up of various non-limiting and exhaustive embodiments. At the same time, it will be apparent to those skilled in the art with a medium level of competence that various substitutions, modifications, or combinations of any of the embodiments disclosed herein (including in part) may be reproduced within the scope of the present invention. Thus, it is understood and understood that the present description of the invention includes additional embodiments, the essence of which is not set forth here in an explicit form. Such embodiments may be obtained, for example, by combining, modifying, or transforming any actions, components, elements, properties, aspects, characteristics, limitations, etc., related to the embodiments presented herein and not being restrictive.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА REFERENCES
1. OFDMA доступ, основанный на когнитивном радио. Патент на изобретение N°2446603. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27.03.2012. Авторы: Хассан А.А., Хьютема К.; заявитель и патентообладатель Майкрософт корпорейшн.  1. OFDMA access based on cognitive radio. Patent for invention N ° 2446603. Registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation 03/27/2012. Authors: Hassan A.A., Hutem K.; Applicant and patent holder of Microsoft Corporation.
2. Переменное кодирование и модулирование подканала мультиплексирования с ортогональным частотным разделением. Патент на изобретение N°2433555. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10.11.2011. Авторы: Абхишек А., Хассан А. А., Хьютема К., У Деюн, Куэнел Т.; заявитель и патентообладатель Майкрософт корпорейшн.  2. Variable coding and modulation of the orthogonal frequency division multiplexing subchannel. Patent for invention N ° 2433555. Registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation on 10.11.2011. Authors: Abhishek A., Hassan A. A., Huytema K., U Deyun, Cuenel T .; Applicant and patent holder of Microsoft Corporation.
3. Адаптация скорости передачи данных в OFDM - системе при наличии помех. Патент на изобретение N°2344546. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20.01.2009. Авторы: Гончаров Е.В.; заявитель и патентообладатель Корпорация "Самсунг Электронике Ко., Лтд."  3. Adaptation of the data transfer rate in the OFDM - system in the presence of interference. Patent for invention N ° 2344546. It is registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation on January 20, 2009. Authors: Goncharov E.V .; Applicant and Patent Holder Samsung Electronics Co., Ltd.
4. IEEE Std Р802 Л 6-2004, ШЕЕ Standart for Local and metropolitan area networks - Part 16: Air Interface for Fixed BWA Systems.  4. IEEE Std P802 L 6-2004, NEX Standart for Local and metropolitan area networks - Part 16: Air Interface for Fixed BWA Systems.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ формирования сигнала, характеризующийся тем, что: 1. The method of signal formation, characterized in that:
- рассчитывают элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот; - calculate the elements of the subband matrix for the given frequency ranges;
-формируют набор собственных чисел и соответствующий набор собственных векторов субполосной матрицы, рассчитанной для заданных диапазонов частот; - form a set of eigenvalues and the corresponding set of eigenvectors of a subband matrix calculated for given frequency ranges;
- выборку собственных векторов субполосной матрицы производят на основе соответствующих им собственных чисел, в соответствии с заданными параметрами передачи;  - the eigenvectors of the subband matrix are sampled based on their corresponding eigenvalues, in accordance with the specified transmission parameters;
- на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов и передаваемой информации формируют сигнал.  - based on the calculated and selected eigenvectors and transmitted information, a signal is generated.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что элементы субполосной матрицы рассчитывают для суммы используемых диапазонов частот.  2. The method according to claim 1, characterized in that the elements of the subband matrix are calculated for the sum of the used frequency ranges.
3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что элементы субполосной матрицы рассчитывают для общего заданного диапазона частот, из которого исключаются неиспользуемые диапазоны частот.  3. The method according to claim 1, characterized in that the elements of the subband matrix are calculated for a common predetermined frequency range from which unused frequency ranges are excluded.
4. Способ по и.1, характеризующийся тем, что сигнал формируют на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов матричным методом.  4. The method according to claim 1, characterized in that the signal is formed on the basis of calculated and selected eigenvectors by the matrix method.
5. Способ по и.1, характеризующийся тем, что сигнал формируют на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов поэлементным методом.  5. The method according to claim 1, characterized in that the signal is formed on the basis of calculated and selected eigenvectors by the elementwise method.
6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что заранее рассчитанные и выбранные собственные вектора субполосной матрицы для заданных диапазонов частот сохраняют в памяти устройства (носителе информации).  6. The method according to claim 1, characterized in that the pre-calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges are stored in the memory of the device (storage medium).
7. Способ восстановления передаваемой информации, характеризующийся тем, что:  7. A method of recovering transmitted information, characterized in that:
- рассчитывают элементы субполосной матрицы для заданных диапазонов частот; - calculate the elements of the subband matrix for the given frequency ranges;
- формируют набор собственных чисел и соответствующий набор собственных векторов субполосной матрицы, рассчитанной для заданных диапазонов частот; - form a set of eigenvalues and the corresponding set of eigenvectors of a subband matrix calculated for given frequency ranges;
- выборку собственных векторов субполосной матрицы производят на основе соответствующих им собственных чисел субполосной матрицы, в соответствии с заданными параметрами передачи;  - the eigenvectors of the subband matrix are sampled based on the corresponding eigenvalues of the subband matrix, in accordance with the specified transmission parameters;
- на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов, прошедших процедуру комплексного сопряжения, восстанавливают информацию. - based on the calculated and selected eigenvectors that have passed the complex conjugation procedure, information is restored.
8. Способ по п.7, характеризующийся тем, что, восстанавливают информацию на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов, прошедших процедуру комплексного сопряжения, матричным методом. 8. The method according to claim 7, characterized in that, recover information based on the calculated and selected eigenvectors that have passed the complex conjugation procedure, the matrix method.
9. Способ по п.7, характеризующийся тем, что, восстанавливают информацию на основе рассчитанных и выбранных собственных векторов, прошедших процедуру комплексного сопряжения, поэлементным методом.  9. The method according to claim 7, characterized in that, recover information based on the calculated and selected eigenvectors that have passed the complex conjugation procedure, element-by-element method.
10. Способ по п.7, характеризующийся тем, что заранее рассчитанные и выбранные собственные вектора субполосной матрицы для заданных диапазонов частот сохраняют в памяти устройства (носителе информации).  10. The method according to claim 7, characterized in that the pre-calculated and selected eigenvectors of the subband matrix for the given frequency ranges are stored in the device memory (storage medium).
11. Устройство формирования сигнала, характеризующееся тем, что содержит блок собственных векторов, блок управления и операционный блок, выполняющие действия по п.1.  11. The signal conditioning apparatus, characterized in that it contains a block of eigenvectors, a control unit and an operation unit that perform the actions according to claim 1.
12. Устройство по п.11, характеризующееся тем, что операционный блок выполняет операции матричным методом.  12. The device according to claim 11, characterized in that the operating unit performs operations by a matrix method.
13. Устройство по п.11, характеризующееся тем, что операционный блок выполняет операции поэлементным методом.  13. The device according to claim 11, characterized in that the operating unit performs operations by the element-wise method.
14. Устройство восстановления информации из принятого сигнала, характеризующееся тем, что содержит блок собственных векторов, блок управления и операционный блок, выполняющие действия по п.7.  14. A device for recovering information from a received signal, characterized in that it contains a block of eigenvectors, a control unit and an operation unit performing the steps of claim 7.
15. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что операционный блок выполняет операции матричным методом.  15. The device according to 14, characterized in that the operating unit performs operations matrix method.
16. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что операционный блок выполняет операции поэлементным методом.  16. The device according to 14, characterized in that the operating unit performs operations by the element-wise method.
PCT/RU2019/050094 2018-06-26 2019-06-25 Orthogonal frequency division multiplexing method and device for the implementation thereof WO2020005118A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123144A RU2702258C1 (en) 2018-06-26 2018-06-26 Orthogonal frequency multiplexing method and its implementing device
RU2018123144 2018-06-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020005118A1 true WO2020005118A1 (en) 2020-01-02

Family

ID=68170679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/050094 WO2020005118A1 (en) 2018-06-26 2019-06-25 Orthogonal frequency division multiplexing method and device for the implementation thereof

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2702258C1 (en)
WO (1) WO2020005118A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2738961C1 (en) * 2020-06-08 2020-12-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of determining spatial parameters of elements of telecommunication systems using wideband signals

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004075432A1 (en) * 2003-02-18 2004-09-02 Qualcomm Incorporated Communication receiver with a rake-based adaptive equalizer
RU2459359C1 (en) * 2011-08-25 2012-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" Method to generate channel signals and device that implements it
WO2014178616A1 (en) * 2013-04-29 2014-11-06 엘지전자 주식회사 Method and apparatus for transmitting channel state information in wireless communication system
RU2599930C1 (en) * 2015-05-22 2016-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "РВ-СИСТЕМС" Method and device for recovery of transmitted information in orthogonal frequency-division multiplexing

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5471527A (en) * 1993-12-02 1995-11-28 Dsc Communications Corporation Voice enhancement system and method
US5568518A (en) * 1994-09-14 1996-10-22 Ericsson Ge Mobile Communications Inc. Fast automatic gain control

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004075432A1 (en) * 2003-02-18 2004-09-02 Qualcomm Incorporated Communication receiver with a rake-based adaptive equalizer
RU2459359C1 (en) * 2011-08-25 2012-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" Method to generate channel signals and device that implements it
WO2014178616A1 (en) * 2013-04-29 2014-11-06 엘지전자 주식회사 Method and apparatus for transmitting channel state information in wireless communication system
RU2599930C1 (en) * 2015-05-22 2016-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "РВ-СИСТЕМС" Method and device for recovery of transmitted information in orthogonal frequency-division multiplexing

Also Published As

Publication number Publication date
RU2702258C1 (en) 2019-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10938876B2 (en) Method and system for low data rate transmission
CN100583708C (en) Method and apparatus for performing digital communications
CN103348645B (en) Uplink baseband compression method, decompression method, device and system
US20140192925A1 (en) Method of and apparatus for reducing papr in filter-bank multi-carrier system
JP2005537747A (en) Frequency domain decision feedback equalization device and method
CN101848184B (en) Selective mapping scrambling method for reducing peak-to-average power ratio of orthogonal frequency division multiplexing system
JP2005304040A (en) Transmitter-receiver apparatus for fast frequency hopping in orthogonal frequency division multiple connection system
CN111342957B (en) Method and device for distributing CO-OFDM (CO-orthogonal frequency division multiplexing) key based on Y-00 protocol
KR20070089558A (en) Pre-coding method for advancing diversity gain in mobile communication orthogonal frequency division multiple access and transmitting apparatus and method using the pre-coding method
WO2021162974A1 (en) Single input single output (siso) physical layer key exchange
CN110622439A (en) Apparatus and method for adaptive spatial diversity in MIMO-based system
RU2702258C1 (en) Orthogonal frequency multiplexing method and its implementing device
WO2015142221A1 (en) Orthogonal frequency division multiplexing method and device
CN105049128B (en) A kind of method of audio embedded multicarrier acoustic communication in playing
RU2599930C1 (en) Method and device for recovery of transmitted information in orthogonal frequency-division multiplexing
Sahraoui et al. Analyses and performance of techniques PAPR reduction for STBC MIMO-OFDM system in (4G) wireless communication
Rony et al. Performance analysis of OFDM signal using BPSK and QPSK modulation techniques
US8817906B2 (en) Communication device and communication method
CN103152310A (en) Time domain self-correlation matching system and method for reducing PAPR (peak-to-average power ratio) of OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) system
JP6414850B2 (en) TRANSMISSION DEVICE, RECEPTION DEVICE, TRANSMISSION METHOD, AND RECEPTION METHOD
Rashwan et al. Analysis of PAPR hybrid reduction technique based on PTS and SLM
Baig et al. PAPR reduction in mobile WiMAX: a novel DST precoding based random interleaved OFDMA uplink system
Dhungana et al. Performance evaluation of PAPR reduction in multicarrier system by PTS and SLM methods
Joshi et al. Dynamic spectral shaping in LTE-Advanced cognitive radio systems
US20130195098A1 (en) Communication apparatus and communication method

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: 19826000

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19826000

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1