N-OFDM

Матеріал з testwiki
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Шаблон:Методи модуляції N-OFDM (Шаблон:Lang-en) є цифровим методом модуляції, що використовує множину близько розташованих, неортогональних за частотою піднесучих[1][2]. Як і в OFDM, кожна піднесуча модулюється за звичайною схемою модуляції (наприклад, квадратурна амплітудна модуляція).

Принцип розміщення піднесучих

Розподіл піднесучих відносно амплітудно-частотних характеристик фільтрів швидкого перетворення Фур'є

N-OFDM сигнал формується N гармонійними піднесучими, які можуть бути рознесені за частотою як на рівні частотні інтервали Δf (в цьому випадку має місце еквідистантне розташування піднесучих), так і на різні (нееквідистантний варіант N-OFDM). При еквідистантному розташуванні частот смуга частот N-OFDM сигну ΔF ділиться на N підканалів, ширина кожного з яких Δf<1/Ts, де Ts — тривалість сигнальної вибірки, над якою виконується операція швидкого перетворення Фур'є (символьний інтервал).

Якщо записати вираз для частотного інтервалу між піднесучими у вигляді Δf=α/Ts, то випадок α=1 буде відповідати OFDM, а α<1 — еквідистантному варіанту N-OFDM.

При нееквідистантному розміщенні піднесучих, у загальному випадку в межах одного багаточастотного пакету можуть комбінуватися не тільки частотні інтервали Δfi<1/Ts, а й притаманні OFDM (Δfi=1/Ts) і навіть FDM (Δfi>1/Ts). Перевагою нееквідистантного розташування піднесучих є можливість значного зменшення похибок оцінювання квадратурних складових амплітуд сигналів у порівнянні з рівномірним частотним інтервалом[1][2].

Коротка історія N-OFDM

Прообразом цього методу модуляції сигналів став спосіб вимірювання амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) радіотехнічної системи за допомогою багаточастотного сигнального пакета, викладений в описі патенту Російської Федерації на винахід № 2054684 [3]. У цьому винаході використано оптимальне оцінювання амплітуд кожного з гармонійних сигналів, ідентичне застосованому згодом для демодуляції N-OFDM сигналів. Істотною відмінністю зазначеного способу стало те, що частоти вхідних впливів у сумарному пакеті тестових сигналів можуть бути рознесені на частотний інтервал, менший релєївської межі розрізення (ширини АЧХ частотного фільтра).

У 2001 р. Слюсарем В. І. було покладено початок розвитку теорії N-OFDM[4][5][6][7]. Цей науковий напрям став узагальненням технології OFDM і відрізняється надрелеївським ущільненням сигналів за частотою з подальшою демодуляцією сигналів шляхом оптимального рішення системи рівнянь правдоподібності відносно невідомих оцінок амплітуд.

Аналогічні роботи за кордоном вперше появились осінню 2003 року[8][9][10][11][12][13]. При цьому застосовуються еквівалентні по відношенню до N-OFDM терміни NOFDM[14], n-OFDM[15], Spectrally Efficient FDM (SEFDM)[8][16] та інші, які по суті описують відомі з публікацій по N-OFDM[3][4][5][6][7] методи формування і обробки неортогональних за частотою сигналів, або ж являють собою їхній подальший розвиток.

Переваги N-OFDM

Хоча демодуляція N-OFDM сигналів і є більш складною у порівнянні з OFDM, перехід до неортогонального розташування частот піднесучих забезпечує низку переваг:

  • більш висока спектральна ефективність, що дозволяє зменшити смугу частот, яку займуть сигнали, і поліпшити електромагнітну сумісність множини терміналів;
  • адаптивне відлаштування від зосереджених за частотою завад шляхом зміни номіналів частот піднесучих;
  • можливість врахування допплерівських зсувів частот піднесучих при роботі з абонентами, що рухаються на високих швидкостях;
  • використання різних частотних планів як додатковий ключ для захисту інформації від несанкціонованого доступу до каналу зв'язку;
  • зменшення пік-фактора багаточастотної сигнальної суміші.

Методи обробки N-OFDM сигналів

Ідеалізований передавач N-OFDM сигналів

Ідеалізований приймач N-OFDM сигналів

Ортогоналізація Грама — Шмідта та Льовдіна

Шаблон:Див. також Для демодуляції сигналів N-OFDM в роботах[17][18] використовують класичну процедуру ортогоналізації сигналів Грама — Шмідта, яка дозволяє перетворити лінійно незалежну систему векторів в ортонормовану. Недоліком такого підходу є суттєве зростання похибок ортогоналізації при збільшенні кількості піднесучих сигналів в пакеті, особливо при скороченні їх частотного рознесення. Більш стійкою до похибок є процедура ортогоналізації Льовдіна (Per-Olov Löwdin)[17].

Демодуляція N-OFDM сигналів на основі вейвлет-фільтрації

Для демодуляції N-OFDM сигналів, що являють собою сукупність гармонійних, неортогональних за частотою піднесучих, на прийомній стороні може використовуватися вейвлет-фільтрація. В найпростішому випадку це може бути система ортогональних за частотою вейвлет-фільтрів, що синтезують на основі вейвлет-перетворень, які породжують АЧХ з зручним аналітичним описом[19]. Прикладом таких вейвлетів є гармонійні сплески та вейвлет Морлє[20].

Демодуляція N-OFDM сигналів на виходах фільтрів ШПФ

Детальний опис демодуляції N-OFDM після синтезу частотних фільтрів за допомогою ШПФ приведено в описі патента РФ на винахід № 2054684[3].

Демодуляція N-OFDM сигналів без синтезу фільтрів ШПФ

При відмові від формування фільтрів ШПФ демодуляція N-OFDM сигналів можлива кореляційним методом. Приклад такої обробки розглянутій в роботі Макарова С. Б., Зав'ялова С. В.[21]

Примітки

Шаблон:Примітки

Література

Див. також

Посилання

Шаблон:Навігація


Шаблон:Tech-stub

  1. ↑ 1,0 1,1 Шаблон:Cite web
  2. ↑ 2,0 2,1 Шаблон:Cite web
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 Шаблон:Cite web
  4. ↑ 4,0 4,1 Шаблон:Cite web
  5. ↑ 5,0 5,1 Шаблон:Cite web
  6. ↑ 6,0 6,1 Шаблон:Cite web
  7. ↑ 7,0 7,1 Шаблон:Cite web
  8. ↑ 8,0 8,1 M. R. D. Rodrigues and I. Darwazeh. A Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing Based Communications System.// InOWo'03, 8th International OFDM-Workshop, Proceedings, Hamburg, DE, September 24-25, 2003. — https://www.researchgate.net/publication/309373002 Шаблон:Webarchive
  9. ↑ Masanori Hamamura, Shinichi Tachikawa. Bandwidth efficiency improvement for multi-carrier systems. //15th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, vol. 1, Sept. 2004, pp. 48 — 52.
  10. ↑ Li. D. B. A high spectral efficiency technology and method for overlapped frequency division multiplexing [P]. 2006, PCT/CN2006/002012 (in Chinese)
  11. ↑ Xing Yang, Wenbao Ait, Tianping Shuait, Daoben Li. A Fast Decoding Algorithm for Non-orthogonal Frequency Division Multiplexing Signals // Communications and Networking in China, 2007. CHINACOM '07. — 22-24 Aug. 2007.- P. 595—598.
  12. ↑ I. Kanaras, A. Chorti, M. Rodrigues, and I. Darwazeh, "A combined MMSE-ML detection for a spectrally efficient non orthogonal FDM signal, " in Broadband Communications, Networks and Systems, 2008. BROADNETS 2008. 5th International Conference on, Sept. 2008, pp. 421 −425.
  13. ↑ I. Kanaras, A. Chorti, M. Rodrigues, and I. Darwazeh, "Spectrally efficient FDM signals: Bandwidth gain at the expense of receiver complexity, " in IEEE International Conference on Communications, 2009. ICC ’09., June 2009, pp. 1 −6.
  14. ↑ Bharadwaj, S., Nithin Krishna, B.M.; Sutharshun, V.; Sudheesh, P.; Jayakumar, M. Low Complexity Detection Scheme for NOFDM Systems Based on ML Detection over Hyperspheres.//Devices and Communications (ICDeCom), 2011 International Conference on. — 24-25 Feb. 2011. — Pp. 1-5.
  15. ↑ Ahmad, Norulhusna; S-Yusof, S. Kamilah; Fisal. Norsheila; Anwar, Khoirul; Matsumoto, Tad. Soft-feedback MMSE Equalization for Nonorthogonal Frequency Division Multiplexing (n-OFDM) Signal Detection.// 2012 International ITG Workshop on Smart Antennas (WSA). — 2012-03-07. — Pp. 248—255. — https://dspace.jaist.ac.jp/dspace/bitstream/10119/10532/1/17698.pdf Шаблон:Webarchive.
  16. ↑ Safa Isam A Ahmed. Spectrally Efficient FDM Communication Signals and Transceivers: Design, Mathematical Modelling and System Optimization.//A thesis submitted for the degree of PhD. — Communications and Information Systems Research Group Department of Electronic and Electrical Engineering University College London. — October, 2011.- http://discovery.ucl.ac.uk/1335609/1/1335609.pdf Шаблон:Webarchive
  17. ↑ 17,0 17,1 Darwazeh Izzat. A New look at Frequency Division Multiplexing; Operating below the Orthogonality Limit.//The 2nd IET International Conference on Wireless, Mobile & Multimedia Networks (ICWMMN 2008). — Beijing, China. — Oct. 12 — 15 , 2008.
  18. ↑ Ioannis D. Kanaras. Spectrally Efficient Multicarrier Communication Systems: Signal Detection, Mathematical Modelling and Optimisation. A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy. — Communications and Information Systems Research Group, Department of Electronic and Electrical Engineering, University College London. — June 2010. — 214 p. — http://discovery.ucl.ac.uk/766544/1/766544.pdf Шаблон:Webarchive.
  19. ↑ Слюсар В. И. Вейвлет-концепция для N-OFDM сигналов. // ІІ Всеукраїнська науково-технічна конференція «Проблеми інфокомунікацій», Полтава — Київ — Харків, 20-21 листопада 2018 р. — C. 39-41. [1] Шаблон:Webarchive
  20. ↑ Аршакян А. А. Ларкин Е. В. Частотные характеристики фильтров, выделяющих гармонические составляющие.// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2012. [2]
  21. ↑ Макаров С. Б., Завьялов С. В. Повышение помехоустойчивости когерентного приёма неортогональных многочастотных сигналов.//Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. — Выпуск 2(193)/2014. — C.45 - 54. - http://ntv.spbstu.ru/fulltext/T2.193.2014_05.PDF Шаблон:Webarchive
Отримано з https://uk.wiki.beta.math.wmflabs.org/w/index.php?title=N-OFDM&oldid=7468