CC BY
3
УДК 004.738.5
Гапанович О.Ю., магистр техники и технологии
ассистент кафедра ИРТ
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Республика Беларусь, г. Минск ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МНОГОСТАНЦИОННОГО
ДОСТУПА
В статье рассмотрен принцип ортогонального частотного разделения каналов с мультиплексированием, а также его сравнение с такой новой перспективной технологией, как технология многочастотной передачи с гребенчатой фильтрацией. Приведены упрощенные функциональные схемы этих систем, описаны различия в способах фильтрации, сделан ряд выводов, касающихся данных технологий.
Ключевые слова: принцип ортогонального частотного разделения каналов с мультиплексированием, технология многочастотной передачи с гребенчатой фильтрацией, быстрое преобразование Фурье.
Hapanovich O. U., master of engineering and technology
Department IRT
Belarusian state university of informatics and radioelectronics
Republic of Belarus, Minsk PROMISING TECHNOLOGIES MULTIPLE ACCESS
In article the principle of оrthogonal frequency division multiplexing (OFDM), its comparison with such new perspective technologies, as filter bank multicarrier (FBMC). The simplified function charts of systems are resulted, distinctions in ways of a filtration of methods are described, a number of the conclusions, the concerning given technologies is made.
Keywords: OFDM, FBMC, fast Fourier transform (FFT)
Введение
Радиочастотный диапазон - чрезвычайно ценный ресурс. Необходимость удовлетворения растущего спроса на беспроводную связь и организации широкополосного доступа требуют развития новых методов передачи информации, позволяющих повысить эффективность использования спектра в условиях ограниченности частотного ресурса.
В настоящее время в системах электросвязи с множественным доступом чаще всего используется принцип ортогонального частотного разделения каналов с мультиплексированием (Ortho gonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Технология OFDM хорошо известна и тщательно изучена, на ней основаны такие стандарты, как, например, LTE и DVB.
Данная технология имеет ряд преимуществ, вполне достаточных для удовлетворения требований, предъявляемых к сетям 4G.
В то же время, будущие сети мобильной связи должны обеспечивать на порядок более высокие характеристики (в частности, скорость передачи данных до 20 Гбит/с, сетевые задержки - до 1 мс, возможность обслуживания на квадратный километр до 1 млн устройств, увеличение спектральной эффективности в три раза по сравнению с сетями четвертого поколения).
Необходимо учитывать и тот факт, что развитие так называемого «Интернета вещей» (IoT) вносит ряд жестких требований к развитию сетей мобильной связи будущего. «Интернет вещей» - это совокупность устройств (планшетов, смартфоноф и т.д.), различных датчиков, а также бытовых гаджетов, объединенных между собой проводными и беспроводными каналами связи и подключенных к сети Интернет; это более тесная интеграция реального и виртуального миров, позволяющая охватить все сферы деятельности человека. Пока еще слишком рано говорить о всех возможных вариантах устройств, задействованных в «Интернете вещей», но очевидно одно, что большинство из них будет сильно отличаться от устройств, подключенных к 4G.
Таким образом, учитывая широкий охват различных типов устройств, а также объективную необходимость экономии энергии и затрат, сети 5G должны позволять передавать данные с использованием упрощенных систем синхронизации при наличии частотно-временных искажений.
В настоящее время для мобильных сетей следующих поколений разрабатываются такие перспективные технологии, как Filter Bank MultiCarrier, FBMC (технология многочастотной передачи с гребенчатой фильтрацией). Непосредственно фильтрация повышает спектральную эффективность по сравнению с OFDM за счет отказа от защитного интервала с циклическим префиксом. Вследствие снижения уровня боковых лепестков поднесущих, технология FBMC более устойчива к ошибкам оценки частотного и временного сдвигов, а значит, не требуют сложных систем синхронизации и передачи дополнительных обучающих сигналов, что особенно важно для устройств «Интернета вещей».
OFDM как основа новых технологий сетей пятого поколения
OFDM - метод модуляции, использующий множество несущих. Высокоскоростной поток информации конвертируется в несколько параллельных битовых потоков, каждый из которых модулирует свою отдельную несущую.
Все это множество несущих передается одновременно. Параметры поднесущих сигналов подбираются так, чтобы они были ортогональны по отношению друг к другу. Для быстрой реализации данного действия с помощью вычислительных устройств используют алгоритм обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ).
Упрощенная функциональная схема системы OFDM представлена на рис.1.
Рис.1. Упрощенная функциональная схема системы OFDM Согласно рис.1, передаваемый поток данных преобразуется в блоке S/P из последовательного в параллельный. После прохождения блока ОБПФ к сгенерированным временным потокам добавляется циклический префикс (копия части OFDM-символов) для уменьшения влияния межсимвольной интерференции. В блоке P/S параллельный поток преобразуется в последовательный. Далее полученный цифровой сигнал преобразуется в аналоговую форму и передается по каналу связи.
В приемнике сигнал преобразуется в цифровую форму. После выполнения алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ) в принимаемых потоках удаляется циклический префикс. Наконец, параллельные сигналы собираются в один исходный поток данных.
Способность устранять межсимвольную интерференцию и бороться с узкополосными помехами, высокая спектральная эффективность (в сравнении с традиционными системами с частотным разделением каналов), простая реализация рассматриваемой технологии методами цифровой обработки сигналов, а также способность противостоять интерференции между поднесущими обусловили популярность OFDM во всех современных системах связи[1,2].
В то же время, такие недостатки, как высокий уровень боковых лепестков поднесущих, необходимость высокоточной синхронизации по времени и частоте, чрезмерные энергетические затраты (из-за большого значения пик-фактора), снижение спектральной эффективности метода за счет использования циклического префикса, а также высокая чувствительность к смещению несущей частоты (что накладывает определенные трудности при использовании метода в мобильных сетях), делают OFDM далеко не самой оптимальной технологией для перспективных систем связи. Таким образом, возникает необходимость разработки и оптимизации новых высокоэффективных методов модуляции, которые будут соответствовать высоким требованиям стремительно
развивающихся мобильных сетей связи.
Метод FBMC
В общем случае, FBMC является эволюцией метода OFDM. И если OFDM требует обеспечения ортогональности для всех несущих, то в случае с FBMC необходима ортогональность только для соседних подканалов. Кроме того, в технологии FBMC каждая поднесущая OFDM-сигнала фильтруется индивидуально, за счет чего снижается уровень внеполосных излучений и повышается устойчивость сигнала к интерференции между поднесущими.
Упрощенная функциональная схема системы FBMC представлена на
рис.2.
Рис.2 . Упрощенная функциональная схема системы FBMC Как видно из рис. 2 в технологии FBMC используются основные функциональные блоки OFDM. Операция фильтрации организуется через ввдение PolyPhase Network (PPN) после ОБПФ, что в совокупности представляет собой набор фильтров. Набор фильтров может быть определен как массив из N фильтров, которые обрабатывают N входных сигналов для получения N сигналов на выходе. Организация набора фильтров позволяет ограничивать полосу частот каждого канала, что существенно сокращает межсимвольные помехи и наложение между несущими. Таким образом, отпадает необходимость добавления циклического префикса, следовательно, повышается эффективность использования спектра.
На рис. 3 представлены частотные характеристики OFDM и FBMC.
о 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Нормированная частота (хп рад/отсчет)
Рис.З.Частотные характеристики OFDM и FBMC Здесь OFDM показывает большой уровень боковых лепестков, в то время как в случае FBMC основная энергия сосредоточена в пределах допустимой полосы частот.
Основные различия между системами OFDM и FBMC приведены в таблице.
Основные различия между системами OFDM и FBMC
Характеристики OFDM FBMC
Уровень боковых лепестков Высокий Низкий
Спектральные характеристики Значительное влияние канала на соседние каналы из-за слабой ограниченности полосы частот модулированного сигнала Минимальное влияние канала на соседние каналы благодаря высокой эффективности фильтров
Циклический префикс Необходим, а значит, снижается эффективность полосы пропускания Не требуется, следовательно, возрастает спектральная эффективность метода
В ычислительная сложность Менее сложный Более сложный
Как видно из таблицы, существенным минусом FBMC является его вычислительная сложность.
Следует отметить, что для эффективной фильтрации длина фильтра, используемого в технологии FBMC, должна в несколько раз превышать длину символа. Использование фильтров большой размерности с высокой частотной селективностью приводит к снижению эффективности передачи сигнала во временной области, увеличивая задержки передачи информационных данных, что также является значимым недостатком[2,3].
Заключение
Возникающие новые направления использования мобильной связи (например, развитие «Интернета вещей») требуют реорганизации
существующих методов передачи информации. Широко известная технология OFDM уже не соответствует предъявляемым высоким требованиям.
В настоящее время в качестве альтернативы OFDM рассматриваются технология FBMC в основе которой также лежит БПФ.
В целом, принципиальное отличие заключается в способе фильтрации: FBMC фильтрует каждую поднесущую в отдельности.
В заключение следует отметить, что несмотря на то, что рассмотренные технологии будущих сетей мобильной связи демонстрируют достаточно высокие результаты, они по-прежнему не идеальны и вопросы их оптимизации стоят достаточно остро.
Использованные источники:
1. Erik Dahlman., Stefan Parkvall, Johan Skold. 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband. UK, 2011 рр.27-44
2. Bidyalaxmi Devi Tensubam, Nongmaithem Lalleima Chanu, Sonika Singh. Comparative Analysis of FBMC and OFDM Multicarrier Techniques for Wireless Communication Networks //International Journal of Computer Applications,No.19, August 2014
3. Jeremy Nadal, Charbel Abdel Nour, Amer Baghdadi, Hao Lin. Hardware prototyping of FBMC/OQAM baseband for 5G mobile communication
4. Xiaojie Wang, Thorsten Wild, Frank Schaich. Filter Optimization for Carrier-Frequency- and Timing-Offset in Universal Filtered Multi-Carrier Systems
5. Ворожищев И.В., Бочечка Г.С. Исследование устойчивости технологии многочастотной передачи с универсальной фильтрацией UFMC к частотным сдвигам в канале// T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 11. №6. С. 25-28.
6. Слюсар В.Современные тренды радиорелейной связи//Технологии и средства связи.2014. № 4. С. 32-36
7. Mirza Golam Kibria, Gabriel Porto Villardi, Kentaro Ishizu and Fumihide Kojima. Coexistence of Systems with Different Multicarrier Waveforms in LSA Communications// arXiv:1708.04431v1 [cs.IT] 15 Aug 2017
References:
1. Erik Dahlman., Stefan Parkvall, Johan Skold. 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband. UK, 2011 рр.27-44
2. Bidyalaxmi Devi Tensubam, Nongmaithem Lalleima Chanu, Sonika Singh. Comparative Analysis of FBMC and OFDM Multicarrier Techniques for Wireless Communication Networks //International Journal of Computer Applications,No.19, August 2014
3. Jeremy Nadal, Charbel Abdel Nour, Amer Baghdadi, Hao Lin. Hardware prototyping of FBMC/OQAM baseband for 5G mobile communication
4. Xiaojie Wang, Thorsten Wild, Frank Schaich. Filter Optimization for Carrier-Frequency- and Timing-Offset in Universal Filtered Multi-Carrier Systems
5. Vorozhishchev I.V., Bochechka G.S. Sensitivity analysis of UFMC to carrier
frequency offset estimation errors. T-Comm, vol. 11,no.6, 2017 pp. 25-28. (in Russian)
6. Slyusar V. Modern trends of radio relay communication//Technologies and Communication Means. 2014. № 4. pp. 32-36. (in Russian)
7. Mirza Golam Kibria, Gabriel Porto Villardi, Kentaro Ishizu and Fumihide Kojima. Coexistence of Systems with Different Multicarrier Waveforms in LSA Communications// arXiv:1708.04431v1 [cs.IT] 15 Aug 2017
УДК 316.022.4
Гараева Э.И. аспирант 1 курса обучения Уральская академия государственной службы-филиал РАНХиГС
Россия, г. Екатеринбург СТИГМАТИЗАЦИЯ ЖЕНЩИН-ЧАЙЛДФРИ В СОВРЕМЕННОМ
РОССИЙСКОМ ОБЩЕСТВЕ Аннотация: Статья посвящена относительно новому в России социальному явлению чайлдфри. Автор анализирует данный феномен в социокультурном срезе как контркультуру, современную прогрессивную философию, чуждый элемент традиционного проналитического общества. В работе проводится ретроспектива чайлдфри, выявляется сущность данного явления, тенденции и идеология. Ключевое внимание акцентируется на мотивах стигматизации и дискриминации чайлдфри, а также прогнозах развития данного движения в российском обществе.
Ключевые слова: чайлдфри, стигматизация, дискриминация, современное российское общество, контркультура, материнство, бездетность, девиантное поведение.
Garaeva E.I.
Postgraduate 1 course Ural Academy of State Service-Branch of the Russian Academy of
Science and Civil Engineering Russia, the city of Ekaterinburg STIGMATIZATION OF WOMEN-CHAILDFRI IN THE MODERN
RUSSIAN SOCIETY Annotation: The article is devoted to the relatively new social phenomenon of Childfree in Russia. The author analyzes this phenomenon in the socio-cultural section as a counterculture, a modern progressive philosophy, an alien element of the traditional pro-ethnic society. The work is a retrospective of the childfree, reveals the essence of this phenomenon, trends and ideology. The key attention is focused on the causes of stigmatization and discrimination of childfree, as well as forecasts of the development of this movement in Russian society.
Key words: childfree, stigmatization, discrimination, modern Russian society, counterculture, motherhood, childlessness, deviant behavior.
