CC BY
58
Пристрої та системи радіозв’язку, радіолокації, радіонавігації
тоту, а також забезпечити узгодження систем заміщення. Якщо для СЗ першого порядку С = Alog2 N10, а для СЗ другого порядку С2 = F2 log 2 N20 , то вони будуть узгоджені при умові С1 = С2. Це означає, що виконується співвідношення N20 = N10 m, де параметр m визначається з умови m = T2^2 ln 2N20 / T ln 2N10. Матеріали статті доповнюють існуючі дані про
характеристики систем заміщення першого типу та переводять процедуру аналізу на якісно новий рівень, який забезпечує повну оцінку їх функціональних можливостей.
Література
1. Остапенко Ю.О. Ідентифікація та моделювання технологічних об’єктів керування. К.: Задруга, - 1999.
2. Ацюковский В.А. Построение систем связей комплексов оборудования летательных аппаратов. - М.: Сов. радио, - 1974.
Бичковський В.О., Реутська Ю.Ю.. Функціональні можливості модлей заміщення
систем. На підставі використання частотно-квантової спроможності систем заміщення першого типу проаналізована можливість передавання сигналів з обмеженнями на найвищу частоту та рівень спотворень.
Ключові слова: частотно - квантова спроможність, інформаційна спроможність. Бычковский В.А., Реутская Ю.Ю.. Функциональные возможности моделей замещения систем. На основе использования частотно-квантовой способности систем замещения первого типа проанализирована возможность передачи сигналов с ограничением на наивысшую частоту и уровень искажений.
Ключевые слова: частотно - квантовая способность, информационная способность. Bychkovsky V.A., Reutskaya J.Y. Functional possibilities of the system's substitute models.
On the basis of the use offrequency-quantum ability of the systems of substituting for the first type possibilities of transmission of signals are analysed with a limit on the greatest frequency and level of distortions.
Keywords: frequency-quantum ability, informative ability.
УДК 621.376.4
МЕТОДИ ЗМЕНШЕННЯ ПІК - ФАКТОРУ В КАНАЛАХ З OFDM
Білоконь О.В., Головін В.А
Сигнали з ортогональним частотним мультиплексуванням (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM) використовуються в системах цифрового телебачення і радіомовлення (DVB-T, DAB, DRM) і мережах широкосмугового доступу WiFi, WiMAX. Ця технологія визнана перспективною в системах мобільного і фіксованого широкосмугового безпровід-ного доступу з використанням методів адаптивної модуляції -QPSK, BPSK, 16QAM, 64QAM. Сигнали OFDM стійкі до багатопроменевої інтерференції. Спектр сигналу OFDM рівномірний і має майже прямокутну фо-
26
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
Пристрої та системи радіозв’язку, радіолокації, радіонавігації
рму. Кожне з несучих коливань визначається: ^ (t) = cos (2nfnt) , де г _ r n
Jn = f0 + T, n — 0,1,..., N -1; TS - тривалість символу OFDM; f - міні-
TS
мальна частота з усіх частот несучих коливань.
Загальний вигляд OFDM сигналу (рис 1):
1 N-1 Г k Г k T
II %1h ЇМ ak •cos (N і f0 + T t + bk •sin (N 1 f + T t
(1)
де T - тривалість тактового інтервалу; N - кількість несучих коливань; ak, К - дані синфазного та квадратурного каналів, якими модулюють несучу коливання з номером k.
Недоліком OFDM є велике відношення пікової потужності сигналу до його середнього значення потужності - пікфактор (ПФ)
ПФ — max
te[0;T ]
/ P.
сР
(2)
1 t
де рср = - J Is(t)fdt. T 0
Значний ПФ вимагає використання лінійних каскадів підсилення, які складні у виготовленні та мають малий коефіцієнт корисної дії, що неприпустимо в мобільних станціях.
Методи зменшення ПФ можна розділити на такі основні групи:
- методи амплітудного обмеження;
- методи блокового кодування;
- імовірнісні методи;
- методи частотної модуляції.
Використання амплітудного обмеження [7]. Суть цього методу полягає в тому, що обирається поріг А, і значення сигналу, що більші значення
порогу, обмежуються: Is
s < A
A • e
зФ( s )
s > A
s
, де ф(x) фаза сигналу S. Про-
блемою цього методу є оптимальний вибір порогу А, при невірному визначенні порогу розширюється спектр сигналу. Додаткова фільтрація спектру, приводить до незначного підвищення ПФ. Після фільтрації можна знову виконати амплітудне обмеження. Перевагою цього методу є малі втрати для реалізації. ПФ зменшується до 4,5 дБ. Недоліком є розширення спектра сигналу, збільшення помилок в переданій послідовності.
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
27
Пристрої та системи радіозв’язку, радіолокації, радіонавігації
Використання вагових функцій [3]. Метод аналогічний методу амплітудного обмеження, але натомість порогу використовуються вагові функції такі як: Кайзера, Лапласа, Хемінга, Каре, Ганна та інші. Вікно застосовується у якомога вужчій смузі частот, для зменшення зміни спектру OFDM. Недоліком методу є спотворення спектру.
Метод кодування [4]. Основна ідея полягає в тому, щоб ввести відносно невелику надлишковість у повідомлення, що передається, та відобразити всю множину вхідних комбінацій у множину слів з ПФ, що не перевищує заданий. На етапі аналізу сигналу з OFDM визначаються можливі значення ПФ і кількість сигналів з ПФ, який не перевищує заданий. На основі цих даних формуються вимоги до коду щодо надлишковості, яку вводимо. Недоліками такого методу трудомісткий алгоритм вибору надлишкових бітів для зменшення ПФ. В цьому методі досягається зменшення ПФ від 3,7 дБ до 6 дБ. Структурна схема системи з сигналами з OFDM і кодером для зниження ПФ наведена на рис. 2.
іл L. 1 1
Инф. Розділення послідовного Блок • ДЗПФ • Розрахунок ► Перетворювач паралельного OFDM
біти потоку біт 6 кодування 8 ь. 8 -fcl ПФ потоку даних в послідовний
—► !
—
Відображення 6-розрядних Додавання Знаходження пари надлишкових
вхідних слів 0,21,42,63 двух надлишкових біт, для яких пікфактор
у кодові 8-розрядні біт сигналу с OFDM приймає
слова найменші значення
Рис.2. Структурна схема методу кодування
Скремблювання [5]. Кодування шляхом перестановки і інвертування ділянок спектра сигналу або групи символів. При скремблюванні цифрового потоку на виході, зменшується ймовірність значних відхилень амплітуди сигналу. Цей метод простий, зменшує ПФ не більше ніж на 2% від максимального значення сигналу.
Метод чергування [6]. Використовується тимчасове ущільнення імпульсних сигналів для зменшення ПФ (в режимі з декількома несучими замість ряду послідовностей фази). Алгоритм тимчасового ущільнення імпульсних сигналів виконує перестановку та упорядкування блоку з N підне-
сучих. Блок даних X — [ X0, Xj,..., XN -1 ] перетворюється на
X — X X X
^ ^Т(0)’^ ¥(!)’•••’ ^T(N-l)
де {п}^{Т(n)} ; Т(n) є {0,1,..., N _ 1} і
T
для всіх n. Для модифікованих блоків даних виконується дискретне зворотне перетворення Фур’є (ДЗПФ) і обирають блок в якому ПФ найменший.
28
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
Пристрої та системи радіозв’язку, радіолокації, радіонавігації
Зменшення ПФ досягається до 7,3 дБ. Недоліком методу є використання блоку тимчасового ущільнення, та великий обсяг розрахунків для визначення оптимального ПФ .
Вибіркове групування [8]. Передавач генерує ряд достатньо різних послідовностей блоків даних, всі відображають таку ж інформацію як і оригінальний блок даних, і обирають найбільш підходящу для передачі. Блок схема зображена на рис.3. Кожний блок даних перемножується на U фазо-
вих послідовностей, з довжиною N: B(U) - bu 0,bu l,•••,b,
'u, N-1
u — 1,2,...,U. Після перемноження вихідний сигнал Х, має вигляд :
(u)
1 N-1
(t) — ТГІ X • bu n ■ e
j 2xnbft
N n—0
блоків даних X(U) менший ПФ.
0 < t < NT, u — 1,2,..., U. Серед змінених u —1,2,..., U вибирається для передачі той у якого най-
и и
Рис.3. Блок схема формування сигналу
Метод досягає зменшення ПФ до 3,5 дБ. Недоліком методу є наявність генератору який генерує ряд послідовностей фаз U та наявність великої кількості блоків ДЗПФ. Так як всі перетворення виконуються паралельно то швидкодія цього методу не зменшується.
Метод часткової передачі послідовності [9]. Алгоритм полягає у тому, що вхідний сигнал розділяється на М частин з мінімальним ПФ, та доповнюється нулями (див. рис. 4) і виконується перетворення Фур’є, складові додаються і формується сигнал без втрати інформації
з меншим ПФ. Вагові фактори bt генеруються за допомогою алгоритму оптиміза-ції. Блок схема формування сигналу наведена на рис. 5. Недоліком методу є наявність програми оптимізації коефіцієнтів b. Перевагою методу є те, що в блоці ДЗПФ
і -і
о о
о о
о о
-1 о
о о
о о
о о
-1 о
X,
о о
о о
0 -1
Рис. 4. Приклад додавання нулів до розділених підгруп
T
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія - Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
29
Пристрої та системи радіозв’язку, радіолокації, радіонавігації
виконується перетворення не всього сигналу, а тільки його частини - підгрупи.
Рис. 5. Блок схема формування сигналу
Метод тонового вводу даних [10]. До інформаційного вектору Х додається вектор С, X k = Xk + Ck , Ck - (PkD + JqkD), де p і q цілі числа і вибираються з умови мінімуму ПФ. D обирають таким, щоб D > dk*J~M . У результуючого сигналу X зменшується ПФ. Вимогою до передавача є наявність генератору вектору С.
Метод тонового резервування даних [10]. Виконується резервування набору піднесучих для зменшення ПФ та оптимізації в часовій області OFDM сигналу. Передавач може додавати будь-який інформаційний вектор даних до збереженої піднесучої з метою зменшення ПФ. Зменшення ПФ в цьому методі досягається від 6 дБ до 10 дБ.
Зменшення ПФ за допомогою адаптивної корекції [3]. Використовується адаптивна коригуюча функція
N
k(t) = Z An ' g(t ~ ln ),
n-1
де g(t) ~ siinc(nBt)ejJtBt; An розраховується як
An =-(| S (t )| - A )• iS(tn)
^ 1 ' |S(tn )| •
Тобто сигнал S(t) обмежує амплітуду в момент часу tn до значення A,.
Сигнал c(t) на виході передавача буде являти собою суміш корисного сигналу S(t) і функції k(t). Недоліком є додатковий розрахунок коефіцієнтів An для адаптивної коригуючої функції.
Зниження ефективної смуги частот ПФ [3]. Перемноження OFDM огинаючої S(t) з ваговою функцією b(t), яка складається з суми Гаусівських
х
імпульсів b(t) - 1 - ^ an •g(t - 1п ), де g(t) - e~- , коефіцієнт an дорівнює
n=-х
30
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
Пристрої та системи радіозв’язку, радіолокації, радіонавігації
an = 1
T • SEff (t) S (t)
, де Tr - порогове значення. Основною проблемою методу
є оптимальне визначення порогу для обчислення коефіцієнтів an .
Метод зменшення ПФ за допомогою використання частотної модуляції [1]. Це один з нових методів, який дозволяє зменшити ПФ до 3 дБ, отримати виграш у енергетиці і спростити схеми підсилювачів передавача. Виконується частотна модуляція несучої частоти оптимально нормованою дійсною частиною комплексного OFDM сигналу. Завдяки великій кількості піднесучих N системи OFDM - ЧМ у комбінації з завадостійким кодуванням, можливо відновлення окремих символів, які спотворились в наслідок частотно-селективних завмирань піднесучих в каналі. Перевагою цього методу - висока ефективність використання смуги частот, можливість роздільної обробки піднесучих в каналі із завмиранням. Недоліком такого використання є зниження спектральної ефективності у два рази. Використання таких сигналів дозволяє використовувати високоефективні нелінійні підсилювачі потужності у вихідних каскадах передавачів з теоретично максимальним ККД 78,5%.
Використання рознесених антен [2]. Сигнал розділяють на менші блоки і передають за допомогою рознесених антен. Недоліком такого методу є значна кількість передаючих антен і складність приймальної системи.
З наведеного видно, що кожному методу притаманні визначені переваги і визначені недоліки. Жоден з них повністю не вирішує задачу зменшення ПФ. Серед інших слід виділити метод з використанням частотної модуляції, який забезпечує мінімальний ПФ.
Література
1. Радионов А.Ю. Применение частотной модуляции для ортогонально частотноуплотненных сигналов // Молодежь и наука - третье тысячелетие: труды всероссийской научн. конф., Красноярск, 2005 - С.595-602.
2. Seung Hee Han, Jae Lee. An Overview of Peak-to-Average Power Ratio Reduction Techniques for Multicarrier Transmission // IEEE Wireless Communication, 2005 - С 56-64.
3. Nee R., Wild A. Reducing the Peak-to-Average Power Ration of OFDM // IEEE Wireless Communication, 2004- С 56-64.
4. Jones A.E., Wilkinson T.A. Block Coding Scheme for Reduction of Peak to Mean Envelope Power Ratio of Multicarrier Transmission Scheme // Elect. Lett., vol.30, no.22, Dec. 1994, pp. 2098-99.
5. Li X., Cimini L. Effect of Clipping and Filtering on the Performance OFDM // IEEE Com. Lett., v.2 no.5, May 1998, pp. 131-33.
6. Hill G., Faulkner M. Reducing the Peak-to-Average Power Ratio in OFDM by Cyclically Shifting Partial Transmit Sequences // Elect. Lett., v.36, no.6, Mar. 2000, pp. 260-61.
7. O’Neill R., Lopes L. Envelope Variations and Spectral Splatter in Clipped Multicarrier Signals // Proc. IEEE PIMRC’95, Toronto, Canada, Sept. 1995, pp.71-75.
8. Breiling H., Muller-Weinfurtner S.H., Huber J., SLM Peak-Power Reduction without Explicit Side Information // IEEE Commun. Lett., vol.5, no. 6, June 2001, pp.239-41.
9. Muller S.,. Huber J. OFDM with Reduced Peak-to-Average Power Ratio by Optimum
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
31
Пристрої та системи радіозв’язку, радіолокації, радіонавігації
Combination of Partial Transmit Sequences // Elect. Lett., v. 33, no.5, Feb. 1997, pp.368-69.
10. Tellado J. Peak to Average Power Reduction for Multicarrier Modulation, Ph.D. dissertation, Stanford Univ., 2000.
Білоконь О.В., Головін В.А.. Методи зменшення пікфактору в каналах з OFDM.B даній статті розглянуті основні методи зменшення пікфактору в системах, які використовують OFDM сигнали.
Ключові слова: OFDM, пікфактор, модуляція________________________________________
Белоконь А.В., Головин В.А.. Методы уменьшения пик-фактора в каналах с OFDM. В
данной статье рассмотрены основные методы уменьшения пик-фактора в системах, которые используют OFDM сигналы.
Ключевые слова: OFDM, пикфактор, модуляция_______________________________________
Bilokon A.V., Golovin V.A.. Methods of reduction of the peak-factor in channels with
OFDM. In given article the basic methods of reduction of the peak-factor in systems which use OFDM signals are considered.
Key words: OFDM, peak-to-average, modulation_____________________________________
УДК 621.378.001
СТАТИСТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПІВВІДНОШЕНЬ ЗАВАД ТА СИГНАЛІВ ДИСТАНЦІЙНО РОЗМІЩЕНИХ ОБ’ЄКТІВ
Бичковський В.О., Реутська Ю.Ю.
Вступ. Постановка задачі
Необхідність забезпечення радіозв’язку між об’єктами, довільно розташованими в межах заданої території, призвела до створення складних асинхронних імпульсних радіосистем, в яких декілька несинхронізованих між собою передавачів передають інформацію в загальний приймальний центр. В таких системах вплив сигналів від окремих передавачів або вплив завад, близьких по структурі до корисних сигналів, призводять до збою сигналів, що приймаються. В зв’язку з такими обставинами на початковому етапі проектування систем необхідно розв’язати ряд статистичних задач, спрямованих на забезпечення якісного прийому сигналів [1]. Одним з ефективних методів підвищення достовірності прийнятих повідомлень є адаптивна селекція сигналів. Для визначення ефективності адаптивної селекції сигналів необхідно знати розподіли ознак сигналів та особливості спотворення цих ознак. Однією з таких ознак є щільність ймовірності W^n (n) відношення
амплітуди завади до амплітуди сигналу. Для об’єктів, розташованих рівномірно уздовж лінії або в межах кільця, W^n (п)є відомою [2]. В реальних
ситуаціях центральна станція (ЦС) часто обслуговує абонентські станції (АС), які розміщуються уздовж лінії, а ЦС знаходиться осторонь цієї лінії. Вказана ситуація є характерною для обслуговування рухомих АС на дорогах та АС придорожніх населених пунктів в умовах складного рельєфу (ЦС необхідно винести в певну точку місцевості). Таким чином, визначення
32
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2009.-№39
