Способ приема сигналов OFDM
METHOD OF OFDM SIGNAL RECEPTION

Настоящее изобретение относится к области радиосвязи, а именно к устройствам, предназначенным для сетей беспроводной связи при многолучевом распространении радиосигнала OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов), и может быть использовано на базовых станциях и в мобильных терминалах.
Известен способ приема сигналов OFDM, заключающийся в том, что осуществляют преобразование входного аналогового сигнала OFDM в последовательность из М цифровых информационных сигналов, где М-целое число, с помощью быстрого преобразования Фурье преобразуют последовательность в параллельные потоки данных, которые затем преобразуют в последовательный поток данных [1].
В методе мультиплексирования OFDM входящий поток данных делится на несколько параллельных подпотоков с более низкой скоростью передачи, а каждый подпоток модулируется и передается на своей ортогональной поднесущей. Подпотоки представляют собой данные от одного или нескольких абонентов. Особенности распространения сигналов по радиоканалу, многолучевость, сдвиги частот поднесущих и неточности временной синхронизации приводят к снижению отношения сигнал/шум и соответственно к ошибкам в приеме сигнала. Для повышения устойчивости сигнала к разбросу задержки в каждой поднесущей вводится защитный интервал за счет уменьшения длительности символа OFDM. В стандартном OFDM сигнале защитный интервал вставляется после каждого информационного символа, что уменьшает скорость передачи.
Техническим результатом данного изобретения является повышение скорости передачи сигнала за счет сокращения количества защитных интервалов, вставляемых только через каждые М информационных символов.
M
Требуемый технический результат достигается тем, что согласно способу приема сигналов OFDM, заключающемуся в том, что осуществляют преобразование входного аналогового сигнала OFDM в последовательность из М цифровых информационных сигналов, где М-целое число, с помощью быстрого преобразования Фурье преобразуют последовательность в параллельные потоки данных, которые затем преобразуют в последовательный поток данных, согласно изобретению периодически в OFDM сигнале передают обучающую последовательность, по этой обучающей последовательности и принятому из эфира отклику на эту обучающую последовательность формируют импульсный отклик канала, осуществляют формирование 2 образцов импульсного отклика канала на все возможные значения последовательности из М информационных цифровых сигналов, сравнивают их с откликом на последовательность из М информационных цифровых сигналов, полученным из эфира, выбирают ту последовательность из М информационных цифровых сигналов, у которой импульсный отклик канала меньше всего отличается от отклика на информационную последовательность, принятую из эфира, и далее именно ее преобразуют в параллельные потоки данных.
Способ реализуется с помощью устройства, представленного на чертеже.
Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первым входом блока 2 сравнения и с первым входом блока 3 формирования импульсного отклика, выход которого через блок 4 формирования образцов подключен ко второму входу блока 2 сравнения. Выход блока 2 сравнения через блок 5 быстрого преобразования Фурье соединен со входом преобразователя 6 параллельных потоков в последовательный поток, выход которого является выходом устройства.
Способ приема сигналов OFDM реализуется следующим образом.
M
M
Аналоговый OFDM сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 1, осуществляющего преобразование входного аналогового сигнала OFDM в последовательность из М цифровых информационных сигналов, где М - целое число. При этом в OFDM сигнале периодически передается заранее определенная обучающая последовательность. Количество элементов обучающей последовательности и периодичность их передачи определяются параметрами OFDM сигнала. Величина М зависит только от быстродействия процессора - возможности в режиме он-лайн произвести формирование 2 образцов импульсного отклика канала на все возможные значения последовательности из М информационных цифровых сигналов и сравнить их с откликом на последовательность из М информационных цифровых сигналов, полученным из эфира. Такое число образцов - 2 - получается, если перебрать все возможные значения последовательности из М двоичных символов. Полученная цифровая последовательность поступает на вход блока 3 формирования импульсного отклика канала, если входная последовательность является откликом на обучающую последовательность, вставленную в сигнал OFDM или на вход блока 2 сравнения, если входная последовательность является откликом на информационную последовательность сигнала OFDM, полученную после преобразования из эфира. В блоке 3 формирования импульсного отклика канала по заранее известной обучающей последовательности и принятому из эфира отклику на эту обучающую последовательность определяется импульсный отклик канала. Импульсный отклик - это реакция канала на единичный одиночный импульс. Блок 3 формирования импульсного отклика может быть реализован и работает по алгоритму, изложенному в [2].
M
После этого в блоке 4 формирования образцов осуществляется формирование 2 образцов импульсного отклика канала на все возможные значения последовательности из М информационных сигналов OFDM, которые поступают на второй вход блока 2 сравнения. Алгоритм сравнения состоит из двух этапов. На первом этапе, используя алгоритм Витерби, отбрасываются все комбинации, которые являются невозможными (маловероятными) для данной входной последовательности. Таким образом, существенно сокращается число возможных образцов импульсного отклика канала на последовательность из М информационных сигналов OFDM, которые используются для сравнения. На втором этапе в блоке 2 сравнения производится сравнение образцов, оставшихся после реализации алгоритма Витерби, с откликом на полученную на выходе аналого-цифрового преобразователя 1 последовательность из М информационных сигналов OFDM, полученных из эфира. Количество информационных сигналов М, которые одновременно обрабатываются в блоке 4 формирования образцов и в блоке 2 сравнения, определяется только быстродействием работы этих блоков, которые могут быть выполнены с помощью средств компьютерной техники аналогично [1, с. 104]. Так как приемное устройство осуществляет обработку последовательности из М информационных сигналов OFDM, то после каждых М информационных сигналов в передатчике необходимо вставлять защитный интервал. Отметим, что в стандартном OFDM сигнале защитный интервал вставляется после каждого информационного сигнала. Далее блок 2 сравнения выбирает ту последовательность из М информационных сигналов, импульсный отклик которой меньше всего отличается от отклика на информационную последовательность, принятую из эфира. Затем выбранная в блоке 2 сравнения цифровая последовательность поступает на вход блока 5 быстрого преобразования Фурье, и производится быстрое обратное преобразование Фурье полученной из блока 2 сравнения последовательности в параллельный поток данных и возвращение обработки сигнала из частотной области во временную. С выхода блока 5 быстрого преобразования Фурье преобразованная цифровая последовательность поступает на вход блока 6 преобразователя параллельных потоков в последовательный поток, осуществляющего преобразование N параллельных потоков в последовательный поток, где N - число ортогональных поднесущих сигнала OFDM.
В стандартный сигнал OFDM вставляются защитные интервалы [1], которые позволяют избавиться от «мешающего» воздействия второго и последующих лучей. То есть в стандартном методе OFDM «борются» с многолучевостью, вместо того, чтобы ее использовать. За счет оценивания импульсного отклика канала в предложенном способе используется энергетика всех лучей, а не только первого.
Таким образом, благодаря тому, что защитный интервал вставляется не после каждого информационного символа, а только через каждые М информационных символов, можно значительно повысить скорость передачи OFDM сигналов.
Источники информации
[1] М.С. Лохвицкий, Н.С. Мардер Сотовая связь: от поколения к поколению - М.: Издательство ИКАР, 2014, с. 193-194.
[2] Авторское свидетельство СССР №1425852, Н04В 3/04, Н04В 15/00 19.03.1987 г.