Диссертация (Снижение пик-фактора неортогональных многочастотных сигналов путем добавления корректирующих поднесущих), страница 5

В [11] приводятсярезультаты исследования влияния клиппирования сигналов SEFDM на помехоустойчивость приема и спектральные характеристики сигналов, однако нет расчета зависимости суммарной энергетической эффективности системы в зависимости от уровня клиппирования и не рассмотрено влияние нелинейных искажений, внесенных усилителем мощности.25В то же время, результаты, полученные в [35], показывают, что введениедополнительного клиппирования ухудшает помехоустойчивость приема сигналов с OFDM.1.3.2.

Selective Mapping (SLM)В алгоритме SLM для снижения пик-фактора формируются эквивалентныепредставления FDM-символов. Существует большое число способов формирования эквивалентных представлений FDM-символов, однако самым простым является их формирование случайным образом путем генерирования набора случайных изменяющих фазу символа векторов. На передачу отправляется символ,имеющий минимальный пик-фактор.Рассмотрим алгоритм работы SLM применительно к SEFDM:1) формируется набор случайных векторов, изменяющих фазу символа;2) наборы перемножаются с копиями входных символов s;3) формируется SEFDM-символ;4) рассчитывается пик-факторов всех SEFDM-символов;5) выбирается для передачи SEFDM-символ, имеющий минимальный пикфактор.Блок-схема формирователя SEFDM-сигналов, использующего SLM с U эквивалентными представлениями SEFDM-символов для снижения пик-факторапредставлена на рис.

1.5. Данная блок-схема включает в себя массив блоков формирования SEFDM-символов (SEFDM-модуляторов), блоки «Фазовый вектор»,в которых осуществляется перемножение фазовых векторов на копии входныхсимволов, а также блок «Выбор наилучшего символа», рассчитывающего пикфакторы пришедших на его вход SEFDM-символов и выбирающего символ с минимальным пик-фактором.26Рис.

1.5. Блок-схема формирователя SEFDM-сигналов, использующего SLM сU эквивалентными представлениями SEFDM-символов для снижения пик-фактораС целью уменьшения объема передачи сторонней информации обычноограничивают количество фазовых векторов. Данные об этих векторах хранятсяв передатчике и приемнике, и в качестве сторонней информации отправляетсяномер выбранного вектора.Для работы данного алгоритма требуется U параллельных SEFDMмодуляторов, как показано на рис.

1.5, поэтому сложность метода при размерности ОБПФ, равной NFFT, будет равна UNFFTlog2NFFT.1.3.3. Partial Transmit Sequence (PTS)В алгоритме PTS входная последовательность {si }i разбивается наблоки. Каждый блок сдвинут относительно предыдущего на число элементов,равное числу элементов у предыдущего блока. Число элементов в блоках выбирается равным, и для каждого блока выбирается свой фазовый сдвиг, одинаковый для всего блока. Фазовые сдвиги применяются во временной области послеFDM-формирователя.

Фазовые сдвиги выбираются таким образом, чтобы комбинированный выход всех блоков имел минимальный пик-фактор. Существуетмножество алгоритмов формирования и комбинирования блоков, разменивающих сложность поиска оптимальных фазовых сдвигов на величину снижения27пик-фактора. Сложность метода определяется сложностью поиска оптимальногофазового сдвига ([Ошибка! Источник ссылки не найден.], [Ошибка! Источник ссылки не найден.],[Ошибка! Источник ссылки не найден.]).Рассмотрим метод PTS подробнее на примере SEFDM-передатчика (рис.1.6). Пусть вектор s – последовательность модулированных входных символовдлиной NFFT = NL.

На рисунке приведен пример для трех (L = 3) параллельныхпотоков (ветвей). В каждую ветвь поступает N символов. Затем выполняется Nточечное ОБПФ в каждой ветви и формирование SEFDM-символа. Символ z–Nозначает задержку на N отсчетов, необходимую для возможности использованияодного банка умножителей и одного блока ОБПФ для всех ветвей.Каждый блок модифицируется своим фазовым сдвигом. Например, длятрех блоков с двумя доступными фазовыми сдвигами возможно 23 реализацийвыходного сигнала.

Отметим, что в данном случае требуется дополнительно передавать три бита приемнику о сделанном решении. Знак Σ в приведенной блоксхеме означает конкатенацию блоков.Блок 1 (s1)z–2NВходнойвектор{s1,s2,s3}Разделе- Блок 2 (s2)ниеz–NвходногопотокаБлок 3 (s3)N-ОБПФ,SEFDMN-ОБПФ,SEFDMN-ОБПФ,SEFDMФаза 1Фаза 23z–Nx(t)l 1Фаза 3z–2NВыбор фазы из набора пооптимальному критериюРис. 1.6. Блок-схема формирователя SEFDM-сигналов, использующего PTS стремя параллельными блоками для снижения пик-фактора281.3.4.

Tone Reservation (TR)Метод TR заключается в резервировании позиций для вставки поднесущихчастот, комплексные амплитуды которых используются для снижения пик-фактора ([Ошибка! Источник ссылки не найден.]). Данный метод не является искажающим, поскольку он не вносит в формируемый сигнал нелинейные искажения (в случае OFDM-сигналов). Ширина дополнительного занимаемого частотного ресурса определяется числом зарезервированных поднесущих в случаенеизменного числа информационных поднесущих.Высокую вычислительную сложность данного метода определяет численный поиск наилучших комплексных амплитуд зарезервированных поднесущих,обеспечивающих попадание в глобальный минимум пик-фактора.

Реализациярешения данной оптимизационной задачи в существующих программируемыхэлементных базах, таких как ПЛИС и ЦПОС затруднена по причине ограниченности их вычислительных ресурсов.Основным преимуществом данного метода снижения пик-фактора по сравнению с другими является отсутствие требования к передаче сторонней информации.1.4. Цель работы и постановка задач исследованийОбъектом исследования в работе являются сигналы с неортогональнымчастотным уплотнением (SEFDM-сигналы) и методы снижения их пик-фактора.Предметом исследования является величина пик-фактора SEFDMсигналов в беспроводных системах передачи данных при заданных методах модуляции, количестве поднесущих и коэффициенте уплотнения.Целью работы является снижение пик-фактора неортогональных многочастотных сигналов путем применения распределенных по частоте корректирующих поднесущих при количестве поднесущих частот в сигнале порядков102…104.Для достижения данной цели в работе поставлены следующие задачи:291.

Разработка методики расчета пик-фактора неортогональных многочастотных сигналов при различных коэффициентах уплотнения и количестве поднесущих частот в сигнале порядков 102…104.2. Анализ вероятностных характеристик пик-фактора.3. Разработка метода снижения пик-фактора неортогональных многочастотных сигналов путем добавления распределенных по частоте корректирующих поднесущих. Разработка структурных схем формирования и приема неортогональных многочастотных сигналов с пониженным значением пик-фактора.4. Реализация формирователя неортогональных многочастотных сигналовс пониженным значением пик-фактора с применением программируемых логических интегральных схем.5.

Экспериментальное исследование разработанного метода снижения пикфактора неортогональных многочастотных сигналов.302. Расчет пик-фактора многочастотных сигналов2.1. Методика расчета пик-фактораПик-фактор дискретного многочастотного сигнала {sn }nL10 по аналогии с(1.4) можно рассчитать следующим образом:Пmax { pn }n 0,, L 1Pср, pn  sn sn* , n  0,1,..., L  1, Pср 1 L1 pn .L n 0(2.1)Тем не менее, прямое (при подстановке отсчетов из (1.3) в (2.1)) применениевыражения (2.1) приведет к некорректным результатам, ошибке при вычислениипик-фактора. Это обусловлено дискретностью представления (1.3) и, как следствие, возможностью не учесть в расчете локальных максимумов сигнала, которые находятся между соседними отсчетами (рис. 2.1).

Т.е. непрерывный сигнал,восстановленный из (1.3) может иметь максимум мгновенной мощности междуотсчетами.43210123456789Рис. 2.1. Схематичный пример расположения максимума мгновенной мощностисимвола между отсчетами №7 и №8Для того, чтобы уменьшить ошибку расчета пик-фактора, обусловленнуюдискретным представлением сигнала, предлагается повышать частоту дискретизации, на которой выполняется расчет, и увеличивать размерность ОБПФ NIFFT вK =2p раз, где p ∈ ℕ, K – коэффициент передискретизации. Для полученных временных отсчетов передискретизированного символа по (2.1) рассчитываетсямгновенная мощность, средняя и пик-фактор.

Описанный алгоритм расчета пик31фактора представлен на рис. 2.2. Повышение частоты дискретизации предлагается реализовывать путем добавления нулей к отсчетам спектра сигнала (нулевых комплексных амплитуд по краям спектра сигнала) и соответствующего увеличения размерности ОБПФ.Начало{Ck }NN/2/21Повышение частотыдискретизацииФормирование SEFDMсимвола на основе ОБПФFFT 1{sn }nKN0Расчет мгновенной мощностина длительности символаFFT 1, pn  sn sn*{ pn }nKN0Определение максимальной исредней мощности надлительности символаPср  E{ pn }Pmax nmax{ pn }n  0... KN FFT 1Расчет пик-фактора SEFDMсимвола  Pmax / PсрКонецРис. 2.2.

Блок-схема алгоритма расчета пик-фактора одного OFDM- илиSEFDM-символаНа рис. 2.3 представлена зависимость среднего пик-фактора, рассчитанного по полному ансамблю всех возможны OFDM-символов с пятью поднесущими и модуляцией ФМ-4 от размерности ОБПФ для α = 3/4. На графике по осиабсцисс отложена размерность ОБПФ в логарифмическом масштабе (по основанию 2), а по оси ординат – усредненное значение пик-фактора по всем возможным символам ансамбля.32Рис.