Диссертация (Снижение пик-фактора неортогональных многочастотных сигналов путем добавления корректирующих поднесущих), страница 11

Отметим, что блок 1024-ОБПФ долженприсутствовать независимо от наличия блоков снижения пик-фактора в любоммодуляторе FDM.Описанная архитектура была реализована в ПЛИС Xilinx Kintex-7XC7K325T. Результат синтеза на регистровом уровне (Register-Transfer Level,RTL) представлен в таблице 4.1. Отметим, что возможно использование любойдругой ПЛИС, удовлетворяющей требованиям по необходимым ресурсам. Длясравнения в таблице 3.2 приведен результат RTL-синтеза 1024-ОБПФ без блоковуправления.

Стоит отметить, что при использовании 1024-ОБПФ вместо 32ОБПФ для 128 попыток потребовалось бы два экземпляра параллельно работающих ПЛИС Xilinx Kintex-7 XC7K325T.Таблица 3.1. Результат RTL-синтеза разработанного алгоритмаТип ресурсовИспользованоДоступноПроцентноесоотношениеТриггеры67 223407 60016%Таблицы истинности55 654203 80027%58889066%37884045%Блочная памятьRAMB18E1/FIFO18E1Аппаратные умножителиDSP48E178Таблица 3.2. Результат RTL-синтеза 1024-ОБПФ без блоков управленияТип ресурсовПроцентноеИспользованоДоступноТриггеры2 938407 6001%Таблицы истинности2 428203 8001%88901%408404%Блочная памятьRAMB18E1/FIFO18E1Аппаратные умножителиDSP48E179соотношение1039 отсчетов Cres (n) 0, 0, 0, nrand16427k 1стартНачалоC′, 0, 0 32-ОБПФMFFT/NFFT = 1/32iMUX32-RAM132-RAM2rdaddr1Буфер№11024-ОБПФРасчет пикфактора №1П1, №132-RAM32rdaddr2rdaddr32i = 1...32rdaddr1...32 = {0...1023} mod 32Буфер№2Расчет пикфактора №2П2, №2min  k Буфер№32Расчет пикфактора №32П31, №31 П32, №32Буфер№0Расчет пикфактора №0min  k k 1,2k 1,2П17|18|...|32,№17|18|...|32П1|2|...|16, №1|2|...|16min  k П0, №0k 1,2П1|2|...|32, №1|2|...|32min  k k 1,2DMUX№0|1|...|32Отбрасываниеотсчетов (SEFDM)sred{min}КонецРис.

4.2. Архитектура генератора SEFDM-сигналов с 840-ми информационными и 32-мя резервированными поднесущими с предложенным подходом снижения пик-фактора804.3. Сравнение разработанного алгоритма с алгоритмом снижения пикфактора на основе Tone Reservation стандарта DVB-T2В версиях стандартов ETSI EN 302 755 (DVB-T2) 1.1.1 и 1.4.1 ([Ошибка! Источник ссылки не найден., с.109], [Ошибка! Источник ссылки не найден.,с.119–120]), применяются алгоритмы снижения пик-фактора, имеющие различияв сложности их реализации. Сравнение алгоритмов будет производиться с алгоритмом с версией 1.1.1.Алгоритмы снижения пик-фактора в DVB-T2 являются итеративными, чтослужит причиной либо от отказа от streaming-режима блока ОБПФ, фиксируя затраты аппаратных умножителей, таблиц истинности, триггеров и памяти толькона одну итерацию (т.е. повторно используя одни и те же ресурсы многократно),либо дублируя ресурсы в соответствии с количеством итераций, т.е.

“разворачивая” цикл.Произведя примерный расчет ресурсов без осуществления операций деления для streaming-режима (на итерацию требуются три RAMB18E1 и три-четыреDSP48E1) в плате Kintex-7 XC7K325T можно разместить около 200 итераций, аберя за максимальное число элементов DSP48E1 их количество в разработаннойреализации, то итераций будет около 94.КИФР пик-фактора SEFDM-сигнала для ФМ-4 на C для случаев исходногосигнала (s) и сигнала с пониженным значением пик-фактора (sred) (на C ФМ-4,число ненулевых C 840, 105 экспериментов) для 300 и 1000 итераций представлены на рис. 4.3. Из рисунка видно, что даже для 300 итераций снижение пикфактора практически отсутствует, в редких случаях даже превышая его величинуна 0,7 дБ.

Однако при 1000 итерациях снижение пик-фактора составляет 3,5 дБпри вероятности Pr(Π > γ) = 0,75.Таким образом, для 300 итераций существующего алгоритма в DVB-T2снижение пик-фактора практически отсутствовало, в редких случаях даже пре-81вышая его величину на 0,7 дБ. Однако при трудно реализуемом на практике случае 1000 итераций снижение пик-фактора составляло 3,5 дБ при вероятностиPr(Π > γ) = 0,75.а)б)Рис.

4.3. КИФР пик-фактора SEFDM-сигнала для ФМ-4 на C для случаев исходного сигнала (s) и сигнала с пониженным значением пик-фактора (sred) (на CФМ-4, число ненулевых C 840, 105 экспериментов) для 300 (а) и 1000 (б) итераций824.4. Выводы по разделу 41. Реализован формирователь неортогональных многочастотных сигналовс пониженным значением пик-фактора в ПЛИС. В реализации 32-кратно повторно используются БПФ пониженной разрядности для снижения количествазанимаемых ресурсов и увеличения быстродействия.2.

Предложенный метод занимает <30% логики общего назначения и <70%специализированных ресурсов целевой ПЛИС. При использовании современныхпоколений ПЛИС Xilinx серии Ultrascale предложенная реализации займет не более 10% ресурсов.3. Выполнено сравнение разработанного алгоритма с существующим алгоритмом снижения пик-фактора в системах с DVB-T2 для сигнала с 840 и 32 (27)информационными и корректирующими поднесущими соответственно. Показано, что для 300 итераций существующего алгоритма снижение пик-факторапрактически отсутствует.

В случае 1000 итераций снижение пик-фактора составляло 3,5 дБ при вероятности Pr(Π > γ) = 0,75. Но вычислительная сложность алгоритма становится при этом примерно в 10 раз выше, чем у предложного алгоритма.4. В сравнении с алгоритмом снижения пик-фактора DVB-T, предложенный метод обеспечивает более высокое (на ~1 дБ) снижение пик-фактора прификсации вычислительной сложности по числу умножителей при реализации вПЛИС.835. Экспериментальное исследование разработанного алгоритмаснижения пик-фактора5.1. Описание экспериментальной установкиВ ходе проведения эксперимента выполнялась проверка работы предложенного в настоящей диссертации алгоритма снижения пик-фактора многочастотных сигналов на реальном оборудовании не в основной полосе частот, а на несущей, с учетом реальных полос пропускания трактов генератора и приемника сигналов, а также с учетом неидеальностей их RF-трактов.Для проведения эксперимента была собрана экспериментальная установкана основе цифрового осциллографа Agilent Technologies DSO9104A и векторногогенератора Agilent Technologies E8267D (рис.

5.1). Для контроля спектра сигналаиспользовался анализатор спектра Agilent Technologies N9342C.Основные, существенные для проведения эксперимента, характеристикиоборудования приведены в таблице 5.1.Таблица 5.1. Основные характеристики оборудования экспериментальной установкиЦифровой осциллограф Векторный генераторАнализатор спектра– полоса пропускания 1 – частота несущей до– средний уровень соб-ГГц;44 ГГц;ственных шумов –152– частота дискретиза-– частота дискретиза-дБм;ции 20 Гвыб/с;ции генерируемого сиг- – погрешность измере-– прикладные про-нала до 100 МГц.ния уровня ±1,5 дБ;граммы для анализа– Диапазон частотсигналов.0..7 ГГц.В процессе проведения эксперимента выход векторного генератора поочередно подключался к цифровому осциллографу или к анализатору спектра.84а)б)г)в)Рис.

5.1. Оборудование экспериментальной установки: а) – цифровой осциллограф; б) – анализатор спектра; в) – векторный генератор; г) – собранная установка5.2. Результаты экспериментальных исследованийВ ходе эксперимента были проведены исследования величины пик-фактора(по амплитуде) SEFDM-сигналов с NFFT = 256, Nused = 200 и α = 0,5 без и с применением разработанного алгоритма снижения пик-фактора.

Для снижения пикфактора использовалось 32 корректирующих поднесущих, модуляция на всехподнесущих ФМ-4, 1024 попытки на каждой итерации. В выборке генерировалось 50 SEFDM-символов.85Формирование сигналов выполнялось в среде Matlab с помощью разработанной имитационной модели в основной полосе частот. При формировании сигналов без снижения пик-фактора и с пониженным пик-фактором их средний уровень устанавливался одинаковым. Далее полученные отсчеты сигнала переводились из типа double в тип int16, поддерживаемый векторным генератором. На последнем этапе записи квадратур тестируемого сигнала отправлялись на векторный генератор. Внутри генератора квадратуры сигнала отправлялись на квадратурный модулятор и переносились на несущую частоту.Частота дискретизации Fs сигнала была выбрана 10 МГц (при отключенныхвнутренних фильтрах генератора), частота несущей 100 МГц.Исследуемые сигналы имеют одинаковый среднеквадратический уровень,т.е.

одинаковую среднюю мощность примерно 12 мВ. Для анализа пик-фактора,выборка отсчетов сигнала на длительности 1 мс (~50 SEFDM-символов на Fs = 10МГц) на частоте дискретизации 2 ГГц сохранялась и анализировалась в средеMatlab. Снижение пик-фактора (выборки) составило примерно 1,6 дБ, что согласуется с результатами имитационного моделирования.Результаты экспериментов показаны на рис. 5.2 (сигнал без снижения пикфактора) и 5.3 (сигнал с пониженным пик-фактором). “На глаз” величину снижения пик-фактора (выборки) на 1,6 дБ заметить сложно при несовмещенных временных шкалах сигналов.

Выполнить совмещение не представлялось возможным, по причине одноканальности векторного генератора.86Рис. 5.2. SEFDM-сигнал, NFFT = 256, Nused = 200 и α = 0,5 без снижения пик-фактораРис. 5.3. SEFDM-сигнал, NFFT = 256, Nused = 200 и α = 0,5 с пониженным пикфактором87На рис. 5.4 (сигнал без снижения пик-фактора) и 5.5 (сигнал с пониженнымпик-фактором) представлены средние спектры исследуемых сигналов. Видно,что в результате применения алгоритма снижения пик-фактора полоса занимаемых частот сигнала увеличивается (за счет добавления корректирующих поднесущих).

В настоящем эксперименте добавлялось 32 поднесущих к 200 информационным, что соответствует увеличению полосы примерно на 16%.Рис. 5.4. Спектр SEFDM-сигнала,Рис. 5.5. Спектр SEFDM-сигнала,NFFT = 256, Nused = 200 и α = 0,5 безNFFT = 256, Nused = 200 и α = 0,5 с по-снижения пик-фактораниженным пик-фактором5.3. Выводы по разделу 51.