Неортогональное мультиплексирование с частотным разделением каналов - Non-orthogonal frequency-division multiplexing - Wikipedia

Неортогональное мультиплексирование с частотным разделением каналов (N-OFDM) - это метод кодирования цифровых данных на нескольких перевозчик частоты с неортогональными интервалами между частотами поднесущих^[1][2][3]. Сигналы N-OFDM могут использоваться для связи и радар системы.

Система поднесущих

Система поднесущих сигналов N-OFDM после БПФ

В низкочастотный эквивалент N-OFDM сигнал выражается как:^[3][2]

${\displaystyle \ \nu (t)=\sum _{k=0}^{N-1}X_{k}e^{j2\pi \alpha kt/T},\quad 0\leq t<T,}$

куда ${\displaystyle {X_{k}}}$ символы данных, ${\displaystyle N}$ количество поднесущих, и ${\displaystyle T}$ это N-OFDM время символа. Расстояние между поднесущими ${\displaystyle \alpha /T}$ за ${\displaystyle \alpha <1}$ делает их неортогональными в течение каждого периода символа.

История

История теории сигналов N-OFDM началась в 1992 году с патента РФ № 2054684.^[1]. В этом патенте Вадим Слюсарь предложил 1-й метод оптимальной обработки сигналов N-OFDM после Быстрое преобразование Фурье (БПФ).

В этой связи необходимо сказать, что В. Козек и А. Ф. Молиш писали в 1998 г. о сигналах N-OFDM с ${\displaystyle \alpha <1}$ что «невозможно восстановить информацию из принятого сигнала даже в случае идеального канала».^[4]

В 2001 В. Слюсарь предложена неортогональная частотная цифровая модуляция (N-OFDM) в качестве альтернативы OFDM для систем связи^[5].

Следующая публикация об этом методе имеет приоритет в июле 2002 г.^[2] перед докладом на конференции о SEFDM И. Дарвазе и M.R.D. Родригес (сентябрь 2003 г.)^[6].

Преимущества N-OFDM

Несмотря на повышенную сложность демодуляции сигналов N-OFDM по сравнению с OFDM, переход на неортогональную поднесущую частота Расположение дает несколько преимуществ:

1. более высокая спектральная эффективность, что позволяет уменьшить полосу частот, занимаемую сигналом, и улучшить электромагнитную совместимость многих терминалов;
2. адаптивная отстройка от помех, сосредоточенных по частоте, путем изменения номинальных частот поднесущих^[7];
3. возможность учета доплеровских частотных сдвигов поднесущих при работе с абонентами, движущимися на высоких скоростях;
4. снижение пик-фактора смеси многочастотных сигналов.

Идеализированная модель системы

В этом разделе описывается простая идеализированная модель системы N-OFDM, подходящая для неизменного во времени AWGN канал^[8]

Передатчик сигналов N-OFDM

Сигнал несущей N-OFDM представляет собой сумму количества неортогональных поднесущих, причем основная полоса данные о каждой поднесущей независимо модулируются, обычно с использованием некоторого типа квадратурная амплитудная модуляция (QAM) или фазовая манипуляция (ПСК). Этот составной сигнал основной полосы частот обычно используется для модуляции основного РФ перевозчик.

${\displaystyle \scriptstyle s[n]}$ представляет собой последовательный поток двоичных цифр. К обратное мультиплексирование, они сначала демультиплексируются в ${\displaystyle \scriptstyle N}$ параллельные потоки, и каждый из них отображается в (возможно, сложный) поток символов с использованием некоторой совокупности модуляции (QAM, PSK, так далее.). Обратите внимание, что комбинации могут быть разными, поэтому некоторые потоки могут нести более высокую скорость передачи данных, чем другие.

А Цифровой сигнальный процессор (DSP) вычисляется для каждого набора символов, давая набор сложных отсчетов во временной области. Эти образцы затем квадратура -смешивается в полосу пропускания стандартным образом. Реальные и мнимые компоненты сначала преобразуются в аналоговую область с использованием цифро-аналоговые преобразователи (ЦАПы); аналоговые сигналы затем используются для модуляции косинус и синус волны на перевозчик частота, ${\displaystyle \scriptstyle f_{c}}$, соответственно. Затем эти сигналы суммируются, чтобы получить сигнал передачи, ${\displaystyle \scriptstyle s(t)}$.

Демодуляция

Приемник

Приемник принимает сигнал ${\displaystyle \scriptstyle r(t)}$, который затем квадратурно смешивается до основной полосы частот с помощью косинусоидальных и синусоидальных волн на несущая частота. Это также создает сигналы, сосредоточенные на ${\displaystyle \scriptstyle 2f_{c}}$, поэтому для их подавления используются фильтры нижних частот. Затем сигналы основной полосы частот дискретизируются и оцифровываются с использованием аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и форвард БПФ используется для обратного преобразования в частотную область.

Это возвращает ${\displaystyle \scriptstyle N}$ параллельные потоки, которые используются в соответствующем символе детектор.

Демодуляция после БПФ

Первый способ оптимальной обработки сигналов N-OFDM после БПФ был предложен в 1992 г.^[1]

Демодуляция без БПФ

Демодуляция с использованием АЦП образцы

Метод оптимальной обработки сигналов N-OFDM без БПФ был предложен в октябре 2003 г.^[3][9]. В этом случае можно использовать АЦП образцы.

Демодуляция после Дискретное преобразование Хартли

N-OFDM + MIMO

Модель системы N-OFDM + MIMO

Комбинация технологий N-OFDM и MIMO аналогична OFDM. Для построения системы MIMO можно использовать цифровая антенная решетка как передатчик и приемник сигналов N-OFDM.

Быстрый OFDM

Быстрый OFDM^[10][11][12] Метод был предложен в 2002 году.^[13]

FBMC

FBMC многочастотная модуляция банка фильтров^[14][15][16]. В качестве примера FBMC можно рассмотреть Wavelet N-OFDM.

Вейвлет N-OFDM

N-OFDM стал методом линия электропередачи (ПЛК). В этой области исследований вводится вейвлет-преобразование для замены ДПФ как метода создания неортогональных частот. Это связано с преимуществами вейвлетов, которые особенно полезны на зашумленных линиях электропередач.^[17]

Для создания сигнала отправителя вейвлет N-OFDM использует банк синтеза, состоящий из ${\displaystyle \textstyle N}$-полосный трансмультиплексор, за которым следует функция преобразования

${\displaystyle F_{n}(z)=\sum _{k=0}^{L-1}f_{n}(k)z^{-k},\quad 0\leq n<N}$

На стороне приемника банк анализа используется для повторной демодуляции сигнала. Этот банк содержит обратное преобразование

${\displaystyle G_{n}(z)=\sum _{k=0}^{L-1}g_{n}(k)z^{-k},\quad 0\leq n<N}$

за которым следует другой ${\displaystyle \textstyle N}$-полосный трансмультиплексор. Связь между обеими функциями преобразования

${\displaystyle f_{n}(k)=g_{n}(L-1-k)}$

${\displaystyle F_{n}(z)=z^{-(L-1)}G_{n}*(z-1)}$

Спектрально эффективный FDM (SEFDM)

N-OFDM спектрально эффективный метод.^[6][18] Все методы SEFDM похожи на N-OFDM.^{[6][19][20][21][22][23][24]}

GFDM

GFDM - это обобщенное мультиплексирование с частотным разделением каналов.

Смотрите также

• Технологический портал

• OFDM
• COFDM

Рекомендации

1. RU2054684 (C1) G01R 23/16. Методика измерения амплитудно-частотной характеристики // Слюсарь В. - Прил. Номер SU 19925055759, приоритетные данные: 19920722. - Официальные данные публикации: 1996-02-20 [1]
2. Слюсарь, В.И. Смоляр, В.Г. Многочастотный режим работы каналов связи на основе сверхрэлеевского разрешения сигналов // Радиоэлектроника и системы связи к / ц Известия-высшие учебные заводы радиоэлектроники .. - 2003, том 46; часть 7, страницы 22–27. - Allerton press Inc. (США)[2]
3. Слюсарь, В.И. Смоляр, В.Г. Метод неортогональной частотно-дискретной модуляции сигналов для узкополосных каналов связи // Радиоэлектроника и системы связи к / ц Известия-высшие учебные заведения радиоэлектроники. - 2004, том 47; часть 4, страницы 40–44. - Allerton press Inc. (США)[3]
4. В. Козек и А. Ф. Молиш «Неортогональные формы импульсов для связи с несколькими несущими в каналах с двойной дисперсией», IEEE J. Sel. Коммунальные районы, т. 16, нет. 8. С. 1579–1589, октябрь 1998 г.
5. Пат. Украины № 47835 А. IPС8 H04J1 / 00, H04L5 / 00. Метод частотного мультиплексирования узкополосных информационных каналов // Слюсар Вадим Иванович, Смоляр Виктор Григорович. - Прил. № 2001106761, Priority Data 03.10.2001. - Официальные данные публикации 15.07.2002, Официальный бюллетень № 7/2002.
6. М. Р. Д. Родригес и И. Дарвазех. Спектрально эффективная система связи на основе мультиплексирования с частотным разделением каналов .// InOWo'03, 8th International OFDM-Workshop, Proceedings, Hamburg, DE, 24–25 сентября 2003 г. - https://www.researchgate.net/publication/309373002
7. Василий Анатольевич Майстренко, Владимир Васильевич Майстренко, Александр Любченко. Анализ помехоустойчивости оптимального демодулятора при пиковом мультиплексировании спектра N-OFDM .// Конференционный доклад Международной сибирской конференции по контролю и связи (SIBCON) 2017 г. · Июнь 2017 г. - DOI: 10.1109 / SIBCON.2017.7998458
8. Василий Анатольевич Майстренко, Владимир Васильевич Майстренко, Евгений Юрьевич Копытов, Александр Любче. Анализ алгоритмов работы модема N-OFDM в каналах с AWGN. // Доклад конференции 2017 г. Динамика систем, механизмов и машин (Dynamics). · Ноябрь 2017. - DOI: 10.1109 / Dynamics.2017.8239486
9. Майстренко, В.А., Майстренко, В.В. (2014). Модифицированный метод демодуляции сигналов N-OFDM. 2014 12-я Международная конференция по актуальным проблемам электронного приборостроения (APEIE). DOI: 10.1109 / apeie.2014.7040919
10. Димитриос Карампатсис, M.R.D. Родригес и Иззат Дарвазе. Влияние линейной фазовой дисперсии на системы OFDM и Fast-OFDM .// London Communications Symposium 2002. - http://www.ee.ucl.ac.uk/lcs/previous/LCS2002/LCS112.pdf.
11. Д. Карампатсис и И. Дарвазех. Сравнение производительности систем связи OFDM и FOFDM в типичных средах многолучевого распространения GSM. // Лондонский симпозиум по коммуникациям 2003 (LCS2003), Лондон, Великобритания, стр. 360 - 372. - http://www.ee.ucl.ac.uk/lcs/previous/LCS2003/94.pdf.
12. К. Ли и И. Дарвазех. Сравнение производительности системы Fast-OFDM и перекрывающейся схемы DS-CDMA с несколькими несущими .// Лондонский симпозиум по коммуникациям, 2006. - http://www.ee.ucl.ac.uk/lcs/previous/LCS2006/54.pdf.
13. M.R.D. Родригес, Иззат Дарвазе. Fast OFDM: предложение по удвоению скорости передачи данных схем OFDM .// Международная конференция по коммуникациям, ICT 2002, Пекин, Китай, июнь 2002. - Стр. 484–487
14. Беллангер М.Г. Физический уровень FBMC: учебник / М.Г. Bellanger et al. - январь 2010 г.
15. Фарханг-Боружени Б. OFDM против банка фильтров с несколькими несущими // Журнал обработки сигналов IEEE.— 2011.— Vol. 28, № 3.— С. 92—112.
16. Бехруз Фарханг-Боружени. Банк фильтров для нескольких несущих для следующего поколения систем связи .// Технический симпозиум Вирджинии по беспроводной персональной связи. - 2–4 июня 2010 г.
17. С. Галли; Х. Кога; Н. Нодокама (май 2008 г.). Расширенная обработка сигналов для ПЛК: Wavelet-OFDM. Международный симпозиум IEEE 2008 г. по связи по линиям электропередач и их применениям. С. 187–192. Дои:10.1109 / ISPLC.2008.4510421. ISBN  978-1-4244-1975-3.
18. Сафа Исам Ахмед. Спектрально эффективные коммуникационные сигналы и приемопередатчики FDM: проектирование, математическое моделирование и оптимизация системы .// Диссертация на соискание степени доктора философии. - Группа исследований коммуникационных и информационных систем Департамента электронной и электротехники Лондонского университетского колледжа. - октябрь 2011г. http://discovery.ucl.ac.uk/1335609/1/1335609.pdf
19. Масанори Хамамура, Шиничи Татикава. Повышение эффективности полосы пропускания для систем с несколькими несущими. // 15-й Международный симпозиум IEEE по персональной, внутренней и мобильной радиосвязи, т. 1, сентябрь 2004 г., стр. 48 - 52.
20. Ли. D. B. Технология и метод с высокой спектральной эффективностью для мультиплексирования с перекрытием частотного разделения [P]. 2006, PCT / CN2006 / 002012 (на китайском языке)
21. Син Ян, Вэньбао Айт, Тяньпин Шуайт, Даобэнь Ли. Алгоритм быстрого декодирования сигналов мультиплексирования с неортогональным частотным разделением // Коммуникации и сети в Китае, 2007. CHINACOM '07. - 22-24 августа 2007 г., С. 595–598.
22. И. Канарас, А. Чорти, М. Родригес и И. Дарвазех, «Комбинированное обнаружение MMSE-ML для спектрально эффективного неортогонального сигнала FDM», в книге «Широкополосная связь, сети и системы», 2008 г. BROADNETS 2008 г. 5-я международная конференция on, сентябрь 2008 г., стр. 421-425.
23. И. Канарас, А. Чорти, М. Родригес и И. Дарвазех, «Спектрально эффективные сигналы FDM: увеличение полосы пропускания за счет сложности приемника», Международная конференция по коммуникациям IEEE, 2009 г. ICC '09., Июнь 2009 г., С. 1-6.
24. Bharadwaj, S., Nithin Krishna, B.M .; Sutharshun, V .; Sudheesh, P .; Джаякумар, М. Схема обнаружения низкой сложности для систем NOFDM, основанная на обнаружении ML над гиперсферами. 2011 Международная конференция по устройствам и коммуникациям, ICDeCom 2011 - Материалы, Месра, 24-25 февраля 2011 г., стр. 1-5.