Уменьшение пик-фактора сигнала с OFDM методом ограничения пиков

Затем кодер сравнивает эти два возможных кодовых символа с фактически принятым кодовым символом и, высчитывая расстояние Хэмминга, определяет для каждого пути декодирования свою метрику. Если вес пути превышает значение глубины декодирования К (в данном случае К = 4), то такой путь в дальнейшем анализе не участвует. Следует заметить, что при низком значении глубины декодирования, наиболее вероятных путей декодирования становится больше, и эффективность исправления ошибок резко падает. Однако же, учитывая экспоненциальный рост количества возможных путей, декодирование при высоких значениях К предъявляет высокие требования к вычислительным способностям приемника [3, 15].

На данной треллис-диаграмме декодера, выделенный жирным путь имеет самую лучшую метрику и является наиболее вероятным. Учитывая штриховые и сплошные участки пути, получаем информационную последовательность идек ^ {... 0101000110}, которая будет направлена получателю сообщения. Данная информационная последовательность полностью совпадает с той, которая была отправлена источником сообщения, а это значит, что декодирование прошло успешно и все ошибки исправлены.

Таким образом, использование в технологии C-OFDM сверточного кодирования в сочетании с применением декодера Витерби обеспечивает самую высокую помехозащищенность сигналов. Однако, если корректирующий потенциал системы сконцентрировать на символах, передающихся на частотах, более подверженных частотно-селективным замираниям, помехоустойчивость C-OFDM сигналов значительно увеличивается.

Список литературы

1. Локшин Б.А. Сравнение видов модуляции в наземном цифровом вещании // Теле-Спутник: журнал, 2001. № 3 (65).

2. Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / пер. с англ. В. Б. Афанасьева. М.: Техносфера, 2006. 320 с. (Мир связи), 2000 экз. ISBN 5-94836-035-0.

3. Карташевский В.Г., Мишин Д.В. Прием кодированных сигналов в каналах с памятью — Радио и связь, 2004.

УМЕНЬШЕНИЕ ПИК-ФАКТОРА СИГНАЛА С OFDM МЕТОДОМ ОГРАНИЧЕНИЯ ПИКОВ Антипин В.В.

Антипин Вячеслав Владимирович — студент магистратуры, кафедра средств связи и информационной безопасности, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный технический университет, г. Омск

Аннотация: в данной статье рассматриваются методы снижения пик-фактора сигнала с OFDMмодуляцией. Приведено сравнение системы с использованием метода ограничения пиков. Ключевые слова: OFDM, пик-фактор.

В современном обозначении OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) -мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов. Данная технология была разработана Робертом Ченгом в 1970 году, но широкое применение получила лишь в начале XXI века.

Суть метода - деление передаваемого сигнала на N отдельных низкоскоростных подпотоков с большой длительностью передаваемых символов. Каждый подпоток модулируется и передаётся на своей ортогональной поднесущей. Причем ортогональность поднесущих позволяет на приёме выделить каждую поднесущую из суммарного сигнала даже в случае частичного перекрытия полос их спектров.

В настоящие время технология OFDM применяется в следующих стандартах связи: IEEE 802.11, IEEE 802.20, IEEE 802.16 (WiMAX),IEEE 802.16e (Mobile WiMAX), WiBro, Flash-OFDM, LTE, MediaFLO, DVB, T-DMB, ADSL, ISDB-T, DRM, HIPERLAN/2, PLC HomePlug Av, WiBro [1].

Преимущества систем с OFDM:

• Способность противостоять сложным условиям в радиоканале, в первую очередь устранять межсимвольную интерференцию и бороться с узкополосными помехами;

• простая реализация методами цифровой обработки;

• возможность использования различных схем модуляции для разных поднесущих, что позволяет адаптироваться к условиям распространения сигнала и к различным требованиям к качеству принимаемого сигнала;

• возможность использования различных схем модуляции для разных поднесущих, что позволяет адаптироваться к условиям распространения сигнала и к различным требованиям к качеству принимаемого сигнала [2].

Недостатки систем с OFDM:

• Борьба с пик-фактором (ПФ или peak-to-average power ratio (PAR или PAPR)), который определяется как отношение максимальной (пиковой) мгновенной мощности сигнала к его средней мощности. В общем случае выражение для PAR имеет вид:

PAPR=^#2

где MAX(S|) - максимум по отсчетам дискретизированного сигнала,

Бк - к-ый отсчет сигнала.

Также известно, что увеличение этого параметра негативно сказывается на сложности конструкции высокочастотного тракта от усилителей до антенны, ведет к снижению КПД высокочастотного оборудования, ведет к увеличению нелинейных искажений.

Как в зарубежной, так и в отечественной литературе по OFDM модуляции много написано о проблеме ПФ OFDM сигналов, но мало рассказывается о самих методах борьбы с ПФ. Чаще всего методы квалифицируют на 3 группы методов снижения ПФ в OFDM:

1) Блочное кодирование - использование основ комплементарных последовательностей Голея, методов добавления поднесущих, кодов Рида-Мюллера.

2) Амплитудное ограничение сигналов - ограничение пиков, клиппирование, компандирование, фильтрация.

3) Вероятностные методы - методы избранных отображений, расширение сигнальных созвездий, селективное сжатие и масштабирование, резервирование тональных сигналов [3].

В данной статье будет более подробно рассмотрены методы ограничения пиков, графики зависимости пик-фактора без изменений и с реализованным методом ограничения пиков.

Ключевым недостатком метода ограничения пиков является возможное внутриполосное и внеполосное излучение, иначе говоря, шум, так как происходит ограничение амплитуды сигналов, что не остается без последствий. Ограничение пиков - нелинейные преобразования, соответственно, при чрезмерном ограничении будет наблюдаться обратный эффект. Благодаря данному методу можно получить некоторый выигрыш и уменьшить значение пик-фактора сигнала.

—т— PAPR-PAPR = ] 12 дБ без огр гаков 10 0 дБ с ого пиков

\ N

\ \ с ^ А

\

\ ч N

V

1

О 1е-2 1е

1с-1е-

10

11

Рис. 1. График зависимости соотношения сигнала к средней мощности, дБ, А — пик-фактор без ограничения пиков, Б — пик-фактор с ограничением пиков

-55 -60 -65 -70 -75

-во

-65 -90 -95 -100

-4 -2 0 2 4

Рис. 2. Спектр сигнала с 512 поднесущими на 1024 точки

На графиках, смоделированных в MatLab, можно наглядно заметить выигрыш в ограниченном сигнале перед неограниченным сигналом с 512 поднесущими. Стоит отметить, что с увеличением количества поднесущих эффективность метода становится ниже и выигрыш становится незначительным.

Рис. 3. Неограниченный сигнал во временной области

Рис. 4. Ограниченный сигнал

Применение в системах связи технологии OFDM c использованием ограничения пиков, при заданных параметрах, позволило уменьшить значение пик-фактора на 1.1 дБ.

Снижение пик-фактора OFDM позволит более широко использовать технологию OFDM в новейших системах связи, поможет упростить процесс взаимодействия с другими системами связи.

Научно исследовательская работа выполнена в рамках выполнения магистерской диссертации, научный руководитель Майстренко В.А.

Список литературы

1. OFDM. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/OFDM (дата обращения: 03.06.2017).

2. Шинаков Ю.С. Пик-фактор сигналов OFDM и нелинейные искажения в радиооборудовании систем беспроводного доступа. // Цифровая обработка сигналов, 2012. № 4. С. 60-64.

3. Макаров С.Б. Применение блочного кодирования для снижения пик-факторов сигналов с OFDM. Санкт-Петербург, 2009. 174 с.

УМЕНЬШЕНИЕ ПИК-ФАКТОРА СИГНАЛА С OFDM МЕТОДОМ

КЛИППИРОВАНИЯ Антипин В.В.

Антипин Вячеслав Владимирович — студент магистратуры, кафедра средств связи и информационной безопасности, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный технический университет, г. Омск

Аннотация: в данной статье рассматриваются методы снижения пик-фактора сигнала с OFDM модуляцией. Приведено сравнение системы с использованием метода клиппирования. Ключевые слова: OFDM, пик-фактор, клиппирование.

Пик-фактор сигнала определяется как отношение максимальной (пиковой) мгновенной мощности сигнала к его средней мощности.

В общем случае, выражение для PAPR выглядит следующим образом:

PAPR=^2 (1) 2.-S i

где МЛХ ) - максимум по отсчетам дискретизированного сигнала,

— к-ый отсчет сигнала Для сигнала OFDM вида (1) средняя мощность сигнала будет иметь вид:

Рср = Г /0Т JF N УпУше^п-^ = Щ |у„|2

f Т U п=— ш=—

2 2