Диссертация (1143626), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Вотретьих, для сигналов PR-SEFDM при использовании алгоритма M-BCJR иM = 16 удаётся достигнуть 25% выигрыша в спектральной эффективности по отношению к сигналам OFDM с сигнальными созвездиями QPSK и 16-QAM принезначительном энергетическом проигрыше в 0,6 и 1,3 дБ соответственно.97Результаты расчёта и сравнения спектральной эффективности и удельныхэнергетических затрат сигналов RRC-SEFDM и сигналов PR-SEFDM по отношению к сигналам OFDM, а также результаты исследования эффективности совместного введения МСИ и повышения размера сигнального созвездия представлены в следующих публикациях.1.Нгуен Ван Фе.
Сравнение эффективности М-алгоритма и алгоритмаВитерби при приёме сигналов с частичным откликом / Горлов А.И, Гельгор А.Л,Попов Е.А // 18-я международная конференция «Цифровая обработка сигналови ее применение – DSPA-2016», Т1, с. 78–83, Москва, 2016 г.2.Van Phe Nguyen. An intentional introduction of ISI combined with signalconstellation size increase for extra gain in bandwidth efficiency / A.
Gorlov, A. Gelgor// International conference NEW2AN 2017: Internet of Things, Smart Spaces, and NextGeneration Networks and Systems pp 644-652.3.Нгуен Ван Фе. Достижение максимальной спектральной эффективно-сти путём одновременного увеличения размера сигнального созвездия и введения управляемой межсимвольной интерференции / Горлов А.И, Гельгор А.Л //Радиотехника. – 2018.
– №1, – С. 42-48.4.Нгуен Ван Фе. Повышение спектральной эффективности сигналов суправляемой МСИ путём увеличения размера сигнального созвездия / ГорловА.И, Гельгор А.Л // 20-я международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение – DSPA-2018», Т1, с. 101–106, Москва, 2018 г.98Заключение• Впервые предложены многочастотные спектрально-эффективные сигналыRRC-SEFDM и PR-SEFDM, объединяющие в себе идеи формирования сигналовOFDM и FTN.• Для сигналов RRC-SEFDM и PR-SEFDM предложена методика их формирования и обработки в спектральной области аналогично случаю сигналовOFDM.• При формировании и обработке сигналов RRC-SEFDM и PR-SEFDM используются блоки прямого и обратного ДПФ аналогично случаю сигналовOFDM.• При формировании сигналов RRC-SEFDM и PR-SEFDM свёртка в частотной области вычислительно эффективно реализуется поэлементным перемножением во временной области.• Сигналы RRC-SEFDM по отношению к сигналам OFDM и SEFDM обеспечивают меньший уровень внеполосных излучений, однако требуют примененияблока ДПФ большей размерности.• Для формирования и обработки сигналов PR-SEFDM требуются блокиДПФ той же размерности, что и для сигналов OFDM.• Для сигналов PR-SEFDM предложена методика синтеза спектральных импульсов оптимальных по критерию минимизации энергетических потерь прификсированной спектральной эффективности.• Показано, что при фиксированных удельных энергетически затратах увеличение длины спектрального импульса для сигналов PR-SEFDM приводит кувеличению спектральной эффективности, однако увеличение тем меньше, чембольше значение длины.• Предложена структурная схема модема для передачи и приёма сигналовRRC-SEFDM и PR-SEFDM.99• Показано, что значения спектральной эффективности и удельных энергетических затрат при передаче данных сигналами RRC-SEFDM и PR-SEFDM существенно зависят от глубины учитываемой в приёмнике МСИ.
Так для учитываемой глубины L = 8 сигналы RRC-SEFDM и PR-SEFDM хотя обеспечиваютвыигрыш по отношению к сигналам SEFDM, тем не менее проигрывают сигналам OFDM.• Для вычислительно-эффективного приёма сигналов RRC-SEFDM и PRSEFDM предложено использовать алгоритм M-BCJR, являющийся подоптимальной версией алгоритма BCJR. Для сигналов RRC-SEFDM дополнительно предложено использовать в приёмнике усечённый импульс.• Показано, что при фиксированной вычислительной сложности алгоритмаприёма для сигналов PR-SEFDM применение подоптимального алгоритма приёма M-BCJR обеспечивает меньшие потери по отношению к оптимальному приёму, чем для сигналов RRC-SEFDM.• Для сигналов RRC-SEFDM и PR-SEFDM впервые показано, что максимальное увеличение спектральной эффективности передачи информации возможно только при одновременном введении МСИ и увеличении размера сигнального созвездия.
Так сигналы с управляемой МСИ и сигнальным созвездием16-QAM обеспечивают лучшие характеристики спектральной эффективности иудельных энергетических затрат, чем сигналы с управляемой МСИ и сигнальнымсозвездием QPSK.• Предложенные сигналы PR-SEFDM обеспечивают выигрыш в спектральной эффективности до 27% по отношению к сигналам OFDM с сигнальными созвездиями QPSK и 16-QAM. При этом энергетический проигрыш составляет неболее 1,3 дБ и в приёмнике используется алгоритм M-BCJR не более, чем сM = 16 выживающими на каждом шаге алгоритма путями.Научная новизна результатов диссертационной работы• Впервые предложены многочастотные спектрально-эффективные сигналыRRC-SEFDM и PR-SEFDM, которые благодаря использованию неортогональных100поднесущих позволяют повысить спектральную эффективность передачи информации по отношению к сигналам OFDM.• Для сигналов RRC-SEFDM и PR-SEFDM предложена структурная схемамодема, в которой аналогично случаю сигналов OFDM используются блоки прямого и обратного ДПФ.• Впервые для сигналов PR-SEFDM предложена методика синтеза оптимальных спектральных импульсов по критерию максимального евклидова расстояния, при наличии дополнительного ограничения на длительность сигнала, вкоторой сосредоточена заданная концентрация энергии сигнала.• Для сигналов RRC-SEFDM и PR-SEFDM впервые показано, что максимальное увеличение спектральной эффективности передачи информации возможно только при одновременном введении МСИ и увеличении размера сигнального созвездия.• Показано, что для сигналов PR-SEFDM применение подоптимального алгоритма приёма M-BCJR позволяет снизить вычислительную сложность обработки сигнала при отсутствии энергетических потерь.Положения, выносимые на защиту• При фиксированных удельных энергетически затратах увеличение длиныспектрального импульса для сигналов PR-SEFDM приводит к повышению спектральной эффективности, однако повышение тем меньше, чем больше значениедлины.
Так для случая сигнального созвездия QPSK изменение длины спектрального импульса от L = 8 до L = 12 приводит к повышению спектральной эффективности менее, чем на 1%, в то время как переход от L = 4 до L = 8 обеспечиваетповышение спектральной эффективности на 24%.• Для сигналов PR-SEFDM использование в алгоритме M-BCJR числа «выживающих» на каждом шаге путей M = 4 для созвездия QPSK и M = 8 для созвездия 16-QAM обеспечивает сохранение спектральной эффективности и удельныхэнергетических затрат при уменьшении вычислительной сложности до 512 разпо отношению к оптимальному алгоритму BCJR.101• Для сигналов RRC-SEFDM и PR-SEFDM при фиксированных удельныхэнергетических затратах переход от сигнального созвездия QPSK к сигнальномусозвездию 16-QAM обеспечивает выигрыш в спектральной эффективности до25%.• По отношению к сигналам OFDM с сигнальными созвездиями QPSK и 16QAM сигналы PR-SEFDM с такими же созвездиями обеспечивают выигрыш вспектральной эффективности до 27% при энергетическом проигрыше небольше1,3 дБ.Теоретическая значимость результатовВпервые сформулирована и решена задача синтеза оптимальных спектральных импульсов по критерию максимизации свободного евклидова расстояния,при наличии дополнительных ограничений на длительность временного импульса, в которой сосредоточенна заданная доля энергии сигнала.
Разработанаметодика формирования и обработки многочастотных сигналов, у которых в качестве формы спектральных импульсов используются оптимальные импульсыили RRC-импульсы.Практическая значимостьПредложена структурная схема модема для передачи и приёма сигналовRRC-SEFDM и PR-SEFDM, которые позволяют повысить спектральную эффективность передачи информации по отношению к сигналам OFDM. Предложенаметодика формирования и обработки сигналов RRC-SEFDM и PR-SEFDM в частотной области, что обеспечивает возможность простой замены использованиясигналов OFDM на сигналы RRC-SEFDM и PR-SEFDM. Предложен вычислительно-эффективный подоптимальный алгоритм приёма сигналов RRC-SEFDMи PR-SEFDM.Личный вклад автора в разработку проблемыАвтором предложена методика формирования и обработки многочастотныхсигналов с неортогональными поднесущими.
Автором предложена методикасинтеза оптимальных импульсов для многочастотных сигналов PR-SEFDM покритерию максимального евклидова расстояния, при наличии дополнительного102ограничения на длительность сигнала, в которой сосредоточена заданная концентрация энергии сигнала. Автором предложено использование алгоритма MBCJR для вычислительно-эффективной демодуляции сигналов RRC-SEFDM иPR-SEFDM.Апробация результатовМатериалы диссертационного исследования были представлены на конференциях:1.
Цифровая обработка сигналов и её применение, DSPA (г. Москва) в2016, 2017, 2018 г.;2. Международная конференция по электронике, связи «IEEE AdvancedTechnologies for Communication – ATC» (г. Ханой, Вьетнам) в 2016 г.;3. Международная конференция по проводным и беспроводным сетям исистемам нового поколения «NEW2AN» (г. Санкт-Петербург) в 2016,2017 г.;4. Международная Черноморская конференция по связи и сетевым технологиям «IEEE BlackSeaCom» (г.
Стамбул, Турция) в 2017 г.Методы исследования. В ходе исследований использовались методы теории вероятностей, математической статистики, теории случайных процессов,статистической теории радиотехнических систем, вариационного исчисления,методов вычислительной математики и программирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
