Автореферат (1143831), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

При увеличении числа поднесущих до 32000 пик-фактор сигнала увеличивается до12 дБ. При снижении коэффициента уплотнения α от 1 до 0,5 пик-фактор многочастотныхсигналов незначительно снижается (на ~0,7 дБ). Метод модуляции поднесущих (ФМ-2,ФМ-4, КАМ-16 и КАМ-64) не оказывает влияние на пик-фактор многочастотных сигналов.3. Разработанный метод снижения пик-фактора, заключающийся в добавлениикорректирующих поднесущих, обеспечивает снижение пик-фактора многочастотныхсигналов не менее чем на 1 дБ с вероятностью 0,9 при доле корректирующих поднесущих отобщего числа поднесущих в сигнале не более 5% при сохранении помехоустойчивостиприема.4.

Разработанные алгоритм и архитектура устройства формирования SEFDM-сигналовс пониженным значением пик-фактора, реализующие предложенный метод снижения пикфактора, позволяют обеспечить расчетный уровень снижения пик-фактора ценойсущественно меньших как вычислительных, так и аппаратных затрат по сравнению склассическим методом. Так при количестве поднесущих порядка 102–103 и долекорректирующих поднесущих от общего числа поднесущих в сигнале не более 5%вычислительная сложность предложенного алгоритма снижения пик-фактора примерно в 20раз ниже классического метода на основе резервирования поднесущих, при аппаратнойреализации выигрыш составляет примерно 10 раз.Теоретическая значимость результатов диссертационной работы состоит в том, чтоустановленыипроанализированызависимостипик-факторанеортогональныхмногочастотных сигналов от количества поднесущих в сигнале, коэффициента уплотнения,способа модуляции поднесущих, а также от коэффициента передискретизации сигнала прирасчете пик-фактора.

Установлены зависимости вычислительной сложности реализацииметода снижения пик-фактора на основе добавления корректирующих поднесущих отпринципа размещения корректирующих поднесущих.Обоснованность научных результатов обеспечивается системным рассмотрениемисследуемой проблемы, корректностью постановок и решения задач, вводимых допущений иограничений, формулировок и выводов, комплексным использованием строгиханалитических методов исследования.Достоверностьполученныхрезультатовобеспечиваетсяприменениемапробированного метода снижения пик-фактора многочастотных сигналов, подтверждаетсясовпадением в частных случаях результатов, полученных с применением разработанныхметодик, с известными результатами, основывающимися на аналитических моделях.

Так, вчастном случае совпадения всех модуляционных символов в OFDM-сигнале для случая5фазовой манипуляции пик-фактор сигнала, рассчитанный по методике, предложенной внастоящей диссертационной работе, совпадает с теоретическими значениями.Практическая значимость результатов диссертационного исследования заключаетсяв разработке структурных схем для формирования и приема многочастотных сигналов снеортогональным частотным уплотнением с пониженным значением пик-фактора и вреализации разработанного алгоритма снижения пик-фактора в ПЛИС.Снижение пик-фактора случайных последовательностей многочастотных сигналов (какс ортогональным, так и с неортогональным частотным уплотнением) позволит снизитьэнергопотребление и, как следствие, продлить время автономной работы в мобильныхустройствах в современных телекоммуникационных системах с многочастотнымисигналами, таких как DVB-T/T2, DVB-H, DVB-C, IPStar и перспективных системах сотовойсвязи 5G.Предложенные структурные схемы разработанного метода формированиямногочастотных сигналов с пониженным пик-фактором включают блоки ОБПФ.

Эти модулилежат в основе современных OFDM-модемов. Данное обстоятельство обуславливаетвозможность простого перехода с OFDM-сигнальных конструкций к OFDM/SEFDMсигнальным конструкциям c пониженным значением пик-фактора посредством обновленияпрограммного обеспечения существующих приемо-передающих устройств.Реализация результатов исследованийРезультаты диссертационных исследований реализованы в НИР “Разработкауниверсального пакетного демодулятора для VSAT систем”. Договор № 143427702 от15.06.2017, ООО “Специальный технологический центр” и НИР “Разработка макетапрограммно-аппаратного комплекса анализа сетей Wi-Fi”. Договор № 143427301 от26.04.2013, ООО “Специальный технологический центр”.Публикации и вклад автора в разработку проблемыПо теме диссертации опубликовано 6 работ.

Все приведенные в настоящей диссертациирезультаты получены автором самостоятельно или в соавторстве при его непосредственномучастии.Апробация результатовМатериалы диссертационного исследования докладывались на следующихконференциях:1. 14th International Conference, NEW2AN 2014 and 7th Conference, ruSMART 2014, St.Petersburg, Russia, August 27-29, 2014;2. 39th International conference on telecommunications and signal processing, 2016;3. 2016 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), 2016;4. 18-я Международная конференция.

Цифровая обработка сигналов и ее применение,2016.Структура диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы иприложений. Общий объём диссертационной работы вместе с приложениями составляет 104страницы, в том числе 98 страниц основного текста, 46 рисунков, 10 таблиц, списокиспользуемой литературы из 36 наименований и 1 приложение.Краткое содержание работыВо введении кратко обосновывается актуальность исследования, приведены цель изадачи работы, научная новизна работы, положения, выносимые на защиту, раскрываетсясодержание основных разделов работы.В первом разделе приведены аналитическое представление многочастотных сигналовс ортогональным и неортогональным частотным уплотнением, выражения для определенияих пик-фактора, а также представлены базовые структурные схемы формирователей иприемников этих сигналов.6Многочастотный сигнал с N поднесущими частотами на длительности символа Т восновной полосе частот может быть записан следующим образом:s(t ) N /2 1k  N /2Ck e j 2fkt , t  [0; T ] ,(1)где Ck – манипуляционный символ k-ой поднесущей, Δf – частотный разнос междусоседними поднесущими.

В случае, когда Δf = 1/T, s(t) представляет из себя OFDM-сигнал;если Δf = α/T < 1/T, где 0 < α < 1,то s(t) является SEFDM-сигналом, а коэффициент αназывается коэффициентом частотного уплотнения. Для OFDM-сигналов α = 1. Дляуменьшения влияния наложения спектров соседних по частоте сигналов используютсязащитные интервалы по частоте:Ck = 0 при k ∈ [0; NGI_left – 1] и k ∈ [N – NGI_right; N – 1],где NGI_left – количество неиспользуемых поднесущих «слева» в области отрицательныхчастот, NGI_right – количество неиспользуемых поднесущих «справа» в областиположительных частот.Пик-фактором сигнала s(t) называется отношение его максимальной мгновенноймощности к средней:1 Tp(t ), p(t )  s(t )s* (t ) , Pср   p (t )dt(2)  maxt[0;T ] PT 0срОбработка сигналов в основной полосе частот обычно выполняется в цифровом виде.Рассмотрим дискретное представление многочастотных сигналов с частотой дискретизацииFs = 1/Δt = NΔf.

Тогда справедливы следующие выражения: ΔtΔf = 1/N и T/Δt = Nα = L.Количество отсчетов на длительности одного символа у дискретных SEFDM-сигналов в αраз меньше, чем у OFDM-сигналов с такой же длительностью. У OFDM-сигналов L = N.Дискретный многочастотный сигнал на длительности символа в основной полосечастот можно представить в виде:s(nt )  sn N /2 1k  N /2Ck ej 2knN, n  0 L  1(3)Для формирования OFDM-сигналов в соответствии с (3) применяется ОБПФ сразмерностью NIFFT, равной ближайшей сверху степени 2 к N. Для формирования SEFDMсигналов в данной статье используется метод на основе ОБПФ с аналогичной размерностьюNIFFT . На выходе ОБПФ оставляются только первые L отсчетов, остальные отбрасываются.На рис.

1 изображена структурная схема, описывающая этот алгоритм.snCN/2–1...0...0NGI_rightN точечное ОБПФ...... ... ...sL...S/PCksL–1...Ck...C–N/2sN FFT 1sn321Отбрасывание04P/Ss0...NGI_left00123456789Рис. 2. Схематичный пример расположениямаксимума мгновенной мощности символа междуотсчетами №7 и №8Рис. 1. Структурная схема алгоритма формированияSEFDM-сигналовТакже в первом разделе работы подробно сформулирована цель и научные задачидиссертации.7Во втором разделе предложены методика расчета пик-фактора отдельного OFDMили SEFDM-символа в дискретном времени и методика расчета выборочного среднего идисперсии последовательности символов многочастотного сигнала.Пик-фактор дискретного многочастотного сигнала {sn }nL10 по аналогии с (2) можнорассчитать следующим образом:max { pn }1 L 1П  n  0,, L 1, pn  sn sn* , n  0,1,..., L  1 , Pср   pn .(4)PсрL n0Тем не менее, прямое (при подстановке отсчетов из (3) в (4)) применение выражения(4) приведет к некорректным результатам, ошибке при вычислении пик-фактора.

Этообусловлено дискретностью представления (3) и, как следствие, возможностью не учесть врасчете локальных максимумов сигнала, которые находятся между соседними отсчетами(рис. 2). Т.е. непрерывный сигнал, восстановленный из (3) может иметь максимуммгновенной мощности между отсчетами.Для того, чтобы уменьшить ошибку расчета пик-фактора, обусловленную дискретнымпредставлением сигнала, предлагается повышать частоту дискретизации, на которойвыполняется расчет, и увеличивать размерность ОБПФ NIFFT в K =2p раз, где p ∈ ℕ, K –коэффициентпередискретизации.Дляполученныхвременныхотсчетовпередискретизированного символа по (4) рассчитывается мгновенная мощность, средняя ипик-фактор.

Описанный алгоритм расчета пик-фактора представлен на рис. 3.НачалоНачало{Ck }NN/2/21N = 0,Повышение частотыдискретизацииГенерированиеслучайного набораФормирование SEFDMсимвола на основе ОБПФFFT 1{sn }nKN0FFT 1{ pn }nKN, pn  sn sn*0Пacc = Пacc + ПNилиDacc = Dacc + (ПN – П)2Определение максимальной исредней мощности надлительности символаPmax nmax{Ck }NsNs/2/21Расчет пик-фактораSEFDM-символаРасчет мгновенной мощностина длительности символаPср  E{ pn }N=N+1Пacc = 0, Dacc = 0{ pn }n  0... KN FFT 1Расчет пик-фактора SEFDMсимвола  Pmax / PсрКонецРис.3. Блок-схема алгоритма расчета пик-фактораодного OFDM- или SEFDM-символаП = Пacc/NexpилиD = Dacc/NexpДаНетN > NexpКонецРис.

4. Блок-схема алгоритмов расчета выборочныхсреднего и дисперсии пик-фактора многочастотныхсигналовДля нахождения оценок среднего значения и дисперсии пик-фактора генерируютсявыборки из Nexp OFDM- или SEFDM-символов. Находится пик-фактор на длительностикаждого символа в соответствии с алгоритмом на рис. 3 и рассчитываются выборочноесреднее значение и выборочная исправленная дисперсия по формулам (5) и (6).8ΠS 211NexpNepxΠ(5)ii 1NexpΠ1 Π2(6)Nexpi 1Данные оценки также являются случайными величинами, их математическое ожиданиеравно оцениваемым параметрам: [П]  [П] , [ S ]  D[П] .

Характеристики

Список файлов диссертации