СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ПИК-ФАКТОРА МНОГОЧАСТОТНОГО СИГНАЛА С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
METHOD OF REDUCING PEAK FACTOR OF A MULTIFREQUENCY SIGNAL WITH RELATIVE PHASE MODULATION

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано в системах передачи данных и системах радиолокации для уменьшения значения пик-фактора излучаемого многочастотного сигнала с относительной фазовой модуляцией.
Одной из особенностей применения многочастотных сигналов является наличие значительных выбросов огибающей над средним уровнем, называемых пик-фактором, которые могут вызвать нелинейные искажения в усилительных трактах радиопередающих устройств. С целью снижения нелинейных искажений принято снижать среднюю мощность излучаемого сигнала, что приводит к снижению эффективности радиолинии. Поэтому задача повышения эффективности использования многочастотных сигналов, путем уменьшения значения пик-фактора является актуальной.
Одним из наиболее часто используемых способов снижения значения пик-фактора сигнала является применение клиппирования, описанном, например, в [1] и состоящем в амплитудном ограничении сигнала, однако, при этом появляются межканальные помехи, что приводит к искажению информационных параметров сигнала на выходе РПДУ.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, описанный в [2], который принят за прототип. Суть способа состоит в использовании отдельных частотных составляющих многочастотного сигнала в качестве компенсирующих сигналов, начальные фазы которых задаются такими, чтобы снизить значение огибающей в точках выбросов. Недостатком прототипа является то, что частотно-энергетический ресурс канала связи частично используется для передачи служебных сигналов, что может существенно снижать информационную скорость передачи данных.
Целью изобретения является снижение пик-фактора излучаемого многочастотного сигнала с относительной фазовой модуляцией.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности снижать пик-фактор многочастотного сигнала.
k
k
Поставленная цель достигается тем, что способ уменьшения пик-фактора многочастотного сигнала с относительной фазовой модуляцией состоит в том, что используют отдельные частотные составляющие многочастотного сигнала, при этом на передающей стороне на первый вход блока хранения фаз передают массив начальных фаз текущей элементарной посылки многочастотного сигнала заданного объема N, равный количеству используемых частот, который формируют заранее в соответствии с позиционностью модуляции и последовательностью передаваемых информационных бит. В блоке хранения фаз сохраняют принятый массив начальных фаз и передают его далее на первый вход первого переключателя и затем начинают ожидать поступление команды на второй вход. При поступлении команды «1» на второй вход передают хранящийся массив фаз на первый вход первого переключателя, а при поступлении команды «0» обнуляют хранящийся массив фаз и начинают ожидать новый массив фаз, который должен поступить на первый вход. Первый переключатель в первоначальном положении замыкает первый вход на первый выход. Поступивший на первый вход массив фаз передают на первый выход или второй выход в зависимости от положения первого переключателя. При поступлении команды «1» на второй вход первого переключателя в первом переключателе замыкают первый вход на первый выход и с первого выхода первого переключателя передают полученный массив фаз на первый вход формирователя квадрата огибающей сигнала, а при поступлении команды «0» в первом переключателе замыкают первый вход на второй выход и со второго выхода первого переключателя передают полученный массив фаз на первый вход модулятора. В формирователе квадрата огибающей сигнала вычисляют квадрат огибающей сигнала на длительности элементарной посылки по следующей формуле:  где N - количество задействованных частот многочастотного сигнала,  - индексы,  - амплитуда сигнала на  частоте; с - амплитуда сигнала на k-й частоте;   - фаза сигнала на  частоте; ϕ - фаза сигнала на k-й частоте, взятые из массива фаз, хранящихся в блоке хранения фаз, Δω - расстояние между частотами, t - время, t ∈ [0; Т], Т - длительность посылки. При этом, при первом вычислении, значения амплитуд на всех частотах установлены заранее и равны единице. При последующем вычислении используются амплитуды, полученные по второму входу формирователя квадрата огибающей сигнала. С выхода формирователя квадрата огибающей сигнала вычисленный квадрат огибающей сигнала передают на вход блока поиска координаты максимума, в котором определяют координату максимума и с выхода передают ее на вход блока вычисления градиента. В блоке вычисления градиента вычисляют градиент квадрата огибающей в соответствующий момент времени для каждой частоты по следующей формуле:  и вычисленный массив градиента передают на первый вход блока изменения амплитуд. В блоке изменения амплитуд при поступлении массива амплитуд передают управляющую команду с первого выхода на первый вход блока хранения амплитуд и ожидают поступление массива амплитуд с первого выхода блока хранения амплитуд на второй вход блока изменения амплитуд. При поступлении по второму входу массива амплитуд производят изменение массива амплитуд путем вычисления каждого элемента массива по следующей формуле: , где k - номер элемента массива, Δс - значение шага изменения амплитуды, заданное заранее, при этом 0<Δс<1. Далее со второго выхода блока изменения амплитуд передают новый массив амплитуд на второй вход блока хранения амплитуд, а также с третьего выхода блока изменения амплитуд передают управляющую команду на вход счетчика. В счетчике хранится число Q, которое равняется количеству итераций и, которое в первоначальном положении установлено и равно нулю. При поступлении управляющей команды на вход счетчика увеличивают число Q на единицу и сравнивают его с пороговым значением R, которое установлено заранее и равняется общему допустимому количеству итераций. Если Q≤R, то с выхода счетчика передают команду «1», а если Q>R, то с выхода счетчика передают команду «0» и обнуляют число Q. С выхода счетчика команда одновременно передается на третий вход блока хранения амплитуд, первый вход второго переключателя, второй вход первого переключателя и второй вход блока хранения фаз. В блоке хранения амплитуд при поступлении управляющей команды на первый вход, с первого выхода блока хранения амплитуд передают хранящийся массив амплитуд на второй вход блока изменения амплитуд. При поступлении нового массива амплитуд на второй вход блока хранения амплитуд, обновляют хранящийся массив амплитуд. При поступлении на третий вход блока хранения амплитуд команды «1», передают хранящийся массив амплитуд со второго выхода на второй вход второго переключателя, а при поступлении на третий вход блока хранения амплитуд команды «0», передают хранящийся массив амплитуд со второго выхода на второй вход второго переключателя и производят замену хранящегося массива амплитуд путем присвоения значения «1» каждому элементу массива. Второй переключатель в первоначальном положении замыкает второй вход на первый выход. При поступлении массива амплитуд на второй вход второго переключателя передают его на первый выход или второй выход в зависимости от положения второго переключателя. При поступлении команды «1» на первый вход второго переключателя во втором переключателе замыкают второй вход на первый выход и с первого выхода второго переключателя передают полученный массив амплитуд на второй вход формирователя квадрата огибающей сигнала, а при поступлении команды «0» во втором переключателе замыкают второй вход на второй выход и со второго выхода второго переключателя передают полученный массив амплитуд на второй вход модулятора. При поступлении массива фаз на первый вход модулятора и массива амплитуд на второй вход модулятора в модуляторе формируют многочастотный сигнал с соответствующими амплитудами и начальными фазами на заранее заданных частотах и передают сформированный сигнал на выход модулятора.
Структурная схема предложенного способа приведена на фиг. 1.
Способ работает следующим образом.
На передающей стороне на первый вход блока хранения фаз 1, передают массив начальных фаз текущей элементарной посылки многочастотного сигнала заданного объема N, равный количеству используемых частот, который формируют заранее в соответствии с позиционностью модуляции и последовательностью передаваемых информационных бит. В блоке хранения фаз 1 сохраняют принятый массив начальных фаз и передают его далее на первый вход первого переключателя 2 и затем начинают ожидать поступление команды на второй вход. При поступлении команды «1» на второй вход передают хранящийся массив фаз на первый вход первого переключателя 2, а при поступлении команды «0» обнуляют хранящийся массив фаз и начинают ожидать новый массив фаз, который должен поступить на первый вход. Первый переключатель 2 в первоначальном положении замыкает первый вход на первый выход. Поступивший на первый вход массив фаз передают на первый выход или второй выход в зависимости от положения переключателя. При поступлении команды «1» на второй вход первого переключателя 2 в переключателе замыкают первый вход на первый выход и с первого выхода первого переключателя 2 передают полученный массив фаз на первый вход формирователя квадрата огибающей сигнала 3, а при поступлении команды «0» в первом переключателе 2 замыкают первый вход на второй выход и со второго выхода первого переключателя 2 передают полученный массив фаз на первый вход модулятора 10. В формирователе квадрата огибающей сигнала 3 вычисляют квадрат огибающей сигнала на длительности элементарной посылки по следующей формуле:
k
k
где N - количество задействованных частот многочастотного сигнала,  - индексы,  - амплитуда сигнала на  частоте; с - амплитуда сигнала на k-й частоте;  - фаза сигнала на  частоте;ϕ - фаза сигнала на k-й частоте, взятые из массива фаз, хранящихся в блоке хранения фаз, Δω - расстояние между частотами, t - время, t ∈ [0; Т], Т - длительность посылки. При этом, при первом вычислении, значения амплитуд на всех частотах установлены заранее и равны единице. При последующем вычислении используются амплитуды, полученные по второму входу формирователя квадрата огибающей сигнала 3. С выхода формирователя квадрата огибающей сигнала 3 вычисленный квадрат огибающей сигнала передают на вход блока поиска координаты максимума 4, в котором определяют координату максимума и с выхода передают ее на вход блока вычисления градиента 5. В блоке вычисления градиента 5 вычисляют градиент квадрата огибающей в соответствующий момент времени для каждой частоты по следующей формуле:  и вычисленный массив градиента передают на первый вход блока изменения амплитуд 6. В блоке изменения амплитуд 6 при поступлении массива передают управляющую команду с первого выхода на первый вход блока хранения амплитуд 7 и ожидают поступление массива амплитуд с первого выхода блока хранения амплитуд 7 на второй вход блока изменения амплитуд 6. При поступлении по второму входу массива амплитуд производят изменение массива амплитуд путем вычисления каждого элемента массива по следующей формуле:  где k - номер элемента массива, Δс - значение шага изменения амплитуды, заданное заранее, при этом 0<Δс<1. Далее со второго выхода блока изменения амплитуд 6 передают новый массив амплитуд на второй вход блока хранения амплитуд 7, а также с третьего выхода блока изменения амплитуд 6 передают управляющую команду на вход счетчика 8. В счетчике 8 хранится число Q, которое равняется количеству итераций и, которое в первоначальном положении установлено и равно нулю. При поступлении управляющей команды на вход счетчика 8 увеличивают число Q на единицу и сравнивают его с пороговым значением R, которое установлено заранее и равняется общему допустимому количеству итераций. Если Q≤R, то с выхода счетчика 8 передают команду «1», а если Q>R, то с выхода счетчика 8 передают команду «0» и обнуляют число Q. С выхода счетчика 8 команда одновременно передается на третий вход блока хранения амплитуд 7, первый вход второго переключателя 9, второй вход первого переключателя 2 и второй вход блока хранения фаз 1. В блоке хранения амплитуд 7 при поступлении управляющей команды на первый вход, с первого выхода блока хранения амплитуд 7 передают хранящийся массив амплитуд на второй вход блока изменения амплитуд 6. При поступлении нового массива амплитуд на второй вход блока хранения амплитуд 7, обновляют хранящийся массив амплитуд. При поступлении на третий вход блока хранения амплитуд 7 команды «1», передают хранящийся массив амплитуд со второго выхода на второй вход второго переключателя 9, а при поступлении на третий вход блока хранения амплитуд 7 команды «0», передают хранящийся массив амплитуд со второго выхода на второй вход второго переключателя 9 и производят замену хранящегося массива амплитуд путем присвоения значения «1» каждому элементу массива. Второй переключатель 9 в первоначальном положении замыкает второй вход на первый выход. При поступлении массива амплитуд на второй вход второго переключателя 9 передают его на первый выход или второй выход в зависимости от положения второго переключателя 9. При поступлении команды «1» на первый вход второго переключателя 9 во втором переключателе 9 замыкают второй вход на первый выход и с первого выхода второго переключателя 9 передают полученный массив амплитуд на второй вход формирователя квадрата огибающей сигнала 3, а при поступлении команды «0» во втором переключателе 9 замыкают второй вход на второй выход и со второго выхода второго переключателя 9 передают полученный массив амплитуд на второй вход модулятора 10. При поступлении массива фаз на первый вход модулятора 10 и массива амплитуд на второй вход модулятора 10 в модуляторе 10 формируют многочастотный сигнал с соответствующими амплитудами и начальными фазами на заранее заданных частотах и передают сформированный сигнал на выход модулятора 10.
поступлении команды «1» на первый вход второго переключателя во втором переключателе замыкают второй вход на первый выход и с первого выхода второго переключателя передают полученный массив амплитуд на второй вход формирователя квадрата огибающей сигнала, а при поступлении команды «0» во втором переключателе замыкают второй вход на второй выход и со второго выхода второго переключателя передают полученный массив амплитуд на второй вход модулятора
Предлагаемый способ может быть в системах передачи данных и системах радиолокации для уменьшения значения пик-фактора излучаемого многочастотного сигнала с относительной фазовой модуляцией. Применение такого способа позволяет более эффективно использовать мощность радиопередающего оборудования.
Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обладает следующим преимуществом: обеспечивает уменьшение значения пик-фактора многочастотного сигнала даже при полностью занятой частотной полосой, то есть, все частотные составляющие многочастотного сигнала могут быть использованы для передачи полезного информационного сигнала. Таким образом, способ не требует использования тестовых сигналов, то есть, не снижает информационную скорость.
Литература
1. D. Kim and G. L. Stuber, "Clipping noise mitigation for OFDM by decision-aided reconstruction," IEEE Commun. Lett., vol. 3, no. 1, pp.4-6, Jan. 1999.
2. J. Tellado, "Peak to average power reduction for multicarrier modulation", Stanford University, Stanford, CA, 2000, Ph.D. dissertation.