Вікіпедія

N-OFDM

N-OFDM (англ. Non-Orthogonal Frequency Division Multiplexing — мультиплексування з неортогональним частотним поділом каналів) є цифровим методом модуляції, що використовує множину близько розташованих, неортогональних за частотою піднесучих[1][2]. Як і в OFDM, кожна піднесуча модулюється за звичайною схемою модуляції (наприклад, квадратурна амплітудна модуляція).

Методи модуляції
Аналогова модуляція
AM · ЧМ (FM) · ФМ (PM) · QAM · SSB
Цифрова модуляція
АМн · ФМн · ЧМн · GMSK
OFDM · COFDM · TCM
Імпульсна модуляція
АІМ[en] · ДМ · ІКМ · ΣΔ · ШІМ · ЧІМ · ФІМ
Розширення спектра
DSSS · FHSS
Див. також: Демодуляція

Принцип розміщення піднесучих ред.

 
Розподіл піднесучих відносно амплітудно-частотних характеристик фільтрів швидкого перетворення Фур'є

N-OFDM сигнал формується   гармонійними піднесучими, які можуть бути рознесені за частотою як на рівні частотні інтервали   (в цьому випадку має місце еквідистантне розташування піднесучих), так і на різні (нееквідистантний варіант N-OFDM). При еквідистантному розташуванні частот смуга частот N-OFDM сигну   ділиться на   підканалів, ширина кожного з яких  , де   — тривалість сигнальної вибірки, над якою виконується операція швидкого перетворення Фур'є (символьний інтервал).

Якщо записати вираз для частотного інтервалу між піднесучими у вигляді  , то випадок   буде відповідати OFDM, а   — еквідистантному варіанту N-OFDM.

При нееквідистантному розміщенні піднесучих, у загальному випадку в межах одного багаточастотного пакету можуть комбінуватися не тільки частотні інтервали  , а й притаманні OFDM ( ) і навіть FDM ( ). Перевагою нееквідистантного розташування піднесучих є можливість значного зменшення похибок оцінювання квадратурних складових амплітуд сигналів у порівнянні з рівномірним частотним інтервалом[1][2].

Коротка історія N-OFDM ред.

Прообразом цього методу модуляції сигналів став спосіб вимірювання амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) радіотехнічної системи за допомогою багаточастотного сигнального пакета, викладений в описі патенту Російської Федерації на винахід № 2054684 [3]. У цьому винаході використано оптимальне оцінювання амплітуд кожного з гармонійних сигналів, ідентичне застосованому згодом для демодуляції N-OFDM сигналів. Істотною відмінністю зазначеного способу стало те, що частоти вхідних впливів у сумарному пакеті тестових сигналів можуть бути рознесені на частотний інтервал, менший релєївської межі розрізення (ширини АЧХ частотного фільтра).

У 2001 р. Слюсарем В. І. було покладено початок розвитку теорії N-OFDM[4][5][6][7]. Цей науковий напрям став узагальненням технології OFDM і відрізняється надрелеївським ущільненням сигналів за частотою з подальшою демодуляцією сигналів шляхом оптимального рішення системи рівнянь правдоподібності відносно невідомих оцінок амплітуд.

Аналогічні роботи за кордоном вперше появились осінню 2003 року[8][9][10][11][12][13]. При цьому застосовуються еквівалентні по відношенню до N-OFDM терміни NOFDM[14], n-OFDM[15], Spectrally Efficient FDM (SEFDM)[8][16] та інші, які по суті описують відомі з публікацій по N-OFDM[3][4][5][6][7] методи формування і обробки неортогональних за частотою сигналів, або ж являють собою їхній подальший розвиток.

Переваги N-OFDM ред.

Хоча демодуляція N-OFDM сигналів і є більш складною у порівнянні з OFDM, перехід до неортогонального розташування частот піднесучих забезпечує низку переваг:

  • більш висока спектральна ефективність, що дозволяє зменшити смугу частот, яку займуть сигнали, і поліпшити електромагнітну сумісність множини терміналів;
  • адаптивне відлаштування від зосереджених за частотою завад шляхом зміни номіналів частот піднесучих;
  • можливість врахування допплерівських зсувів частот піднесучих при роботі з абонентами, що рухаються на високих швидкостях;
  • використання різних частотних планів як додатковий ключ для захисту інформації від несанкціонованого доступу до каналу зв'язку;
  • зменшення пік-фактора багаточастотної сигнальної суміші.

Методи обробки N-OFDM сигналів ред.

Ідеалізований передавач N-OFDM сигналів ред.

 

Ідеалізований приймач N-OFDM сигналів ред.

 

Ортогоналізація Грама — Шмідта та Льовдіна ред.

Див. також: Процес Грама — Шмідта

Для демодуляції сигналів N-OFDM в роботах[17][18] використовують класичну процедуру ортогоналізації сигналів Грама — Шмідта, яка дозволяє перетворити лінійно незалежну систему векторів в ортонормовану. Недоліком такого підходу є суттєве зростання похибок ортогоналізації при збільшенні кількості піднесучих сигналів в пакеті, особливо при скороченні їх частотного рознесення. Більш стійкою до похибок є процедура ортогоналізації Льовдіна (Per-Olov Löwdin)[17].

Демодуляція N-OFDM сигналів на основі вейвлет-фільтрації ред.

Для демодуляції N-OFDM сигналів, що являють собою сукупність гармонійних, неортогональних за частотою піднесучих, на прийомній стороні може використовуватися вейвлет-фільтрація. В найпростішому випадку це може бути система ортогональних за частотою вейвлет-фільтрів, що синтезують на основі вейвлет-перетворень, які породжують АЧХ з зручним аналітичним описом[19]. Прикладом таких вейвлетів є гармонійні сплески та вейвлет Морлє[20].

Демодуляція N-OFDM сигналів на виходах фільтрів ШПФ ред.

Детальний опис демодуляції N-OFDM після синтезу частотних фільтрів за допомогою ШПФ приведено в описі патента РФ на винахід № 2054684[3].

Демодуляція N-OFDM сигналів без синтезу фільтрів ШПФ ред.

При відмові від формування фільтрів ШПФ демодуляція N-OFDM сигналів можлива кореляційним методом. Приклад такої обробки розглянутій в роботі Макарова С. Б., Зав'ялова С. В.[21]

Примітки ред.

  1. ↑ а б Слюсар, Вадим. (2013). Неортогональное частотное мультиплексирование (N-OFDM) сигналов. Часть 1 (PDF). Технологии и средства связи. – 2013. - № 5. с. С. 61 - 65. Архів оригіналу (PDF) за 6 квітня 2016. Процитовано 19 березня 2018. {{cite web}}: |pages= має зайвий текст (довідка)
  2. ↑ а б Слюсар, Вадим. (2013). Неортогональное частотное мультиплексирование (N-OFDM) сигналов. Часть 2 (PDF). Технологии и средства связи. – 2013. - № 6. с. C. 60 - 65. Архів оригіналу (PDF) за 19 червня 2018. Процитовано 19 березня 2018.
  3. ↑ а б в Слюсар, В.И. (1992). Патент Российской Федерации № 2054684, G01R23/16. Способ измерения амплитудно-частотных характеристик. - 1992 (PDF). Опубл. 20.02.96, Бюл. № 5. Архів оригіналу (PDF) за 8 серпня 2017. Процитовано 21 березня 2018.
  4. ↑ а б Sliusar, Vadym Ivanovych; Smoliar Viktor Hryhorovych. (2002). Pat. of Ukraine № 47835 A. IPC8 H04J1/00, H04L5/00. Method of Frequency-Division Multiplexing of Nsrrow-Band Information Channels (PDF). Appl. № 2001106761, Priority Data 03.10.2001. – Official Publication Data 15.07.2002, Official Bulletin № 7. Архів оригіналу (PDF) за 4 березня 2016. Процитовано 21 березня 2018.
  5. ↑ а б Sliusar, Vadym Ivanovych; Smoliar Viktor Hryhorovych, Stepanets Anatolii Mykhailovych, Sliusar Ihor Ivanovych. (2002). Pat. of Ukraine № 47918 A. IPC8 H04J1/00, H04L5/00. Method for Frequency-Division Multiplexing of Nsrrow-Band Information Channels (PDF). Appl. № 2001117512, Priority Data 05.11.2001. – Official Publication Data 15.07.2002, Official Bulletin № 7. Архів оригіналу (PDF) за 4 березня 2016. Процитовано 21 березня 2018.
  6. ↑ а б Слюсар, В.И., Смоляр В. Г. (2003). Частотное уплотнение каналов связи на основе сверхрелеевского разрешения сигналов (PDF). Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника.- 2003. - Том 46, № 7. с. C. 30 - 39. Архів оригіналу (PDF) за 29 серпня 2018. Процитовано 21 березня 2018.
  7. ↑ а б Слюсар, В.И., Смоляр В. Г. (2004). Метод неортогональной дискретной частотной модуляции сигналов для узкополосных каналов связи (PDF). Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника.- 2004. - Том 47, № 4. с. C. 53 - 59. Архів оригіналу (PDF) за 29 серпня 2018. Процитовано 21 березня 2018.
  8. ↑ а б M. R. D. Rodrigues and I. Darwazeh. A Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing Based Communications System.// InOWo'03, 8th International OFDM-Workshop, Proceedings, Hamburg, DE, September 24-25, 2003. — https://www.researchgate.net/publication/309373002 [Архівовано 1 листопада 2018 у Wayback Machine.]
  9. ↑ Masanori Hamamura, Shinichi Tachikawa. Bandwidth efficiency improvement for multi-carrier systems. //15th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, vol. 1, Sept. 2004, pp. 48 — 52.
  10. ↑ Li. D. B. A high spectral efficiency technology and method for overlapped frequency division multiplexing [P]. 2006, PCT/CN2006/002012 (in Chinese)
  11. ↑ Xing Yang, Wenbao Ait, Tianping Shuait, Daoben Li. A Fast Decoding Algorithm for Non-orthogonal Frequency Division Multiplexing Signals // Communications and Networking in China, 2007. CHINACOM '07. — 22-24 Aug. 2007.- P. 595—598.
  12. ↑ I. Kanaras, A. Chorti, M. Rodrigues, and I. Darwazeh, "A combined MMSE-ML detection for a spectrally efficient non orthogonal FDM signal, " in Broadband Communications, Networks and Systems, 2008. BROADNETS 2008. 5th International Conference on, Sept. 2008, pp. 421 −425.
  13. ↑ I. Kanaras, A. Chorti, M. Rodrigues, and I. Darwazeh, "Spectrally efficient FDM signals: Bandwidth gain at the expense of receiver complexity, " in IEEE International Conference on Communications, 2009. ICC ’09., June 2009, pp. 1 −6.
  14. ↑ Bharadwaj, S., Nithin Krishna, B.M.; Sutharshun, V.; Sudheesh, P.; Jayakumar, M. Low Complexity Detection Scheme for NOFDM Systems Based on ML Detection over Hyperspheres.//Devices and Communications (ICDeCom), 2011 International Conference on. — 24-25 Feb. 2011. — Pp. 1-5.
  15. ↑ Ahmad, Norulhusna; S-Yusof, S. Kamilah; Fisal. Norsheila; Anwar, Khoirul; Matsumoto, Tad. Soft-feedback MMSE Equalization for Nonorthogonal Frequency Division Multiplexing (n-OFDM) Signal Detection.// 2012 International ITG Workshop on Smart Antennas (WSA). — 2012-03-07. — Pp. 248—255. — https://dspace.jaist.ac.jp/dspace/bitstream/10119/10532/1/17698.pdf [Архівовано 7 серпня 2017 у Wayback Machine.].
  16. ↑ Safa Isam A Ahmed. Spectrally Efficient FDM Communication Signals and Transceivers: Design, Mathematical Modelling and System Optimization.//A thesis submitted for the degree of PhD. — Communications and Information Systems Research Group Department of Electronic and Electrical Engineering University College London. — October, 2011.- http://discovery.ucl.ac.uk/1335609/1/1335609.pdf [Архівовано 2 листопада 2018 у Wayback Machine.]
  17. ↑ а б Darwazeh Izzat. A New look at Frequency Division Multiplexing; Operating below the Orthogonality Limit.//The 2nd IET International Conference on Wireless, Mobile & Multimedia Networks (ICWMMN 2008). — Beijing, China. — Oct. 12 — 15 , 2008.
  18. ↑ Ioannis D. Kanaras. Spectrally Efficient Multicarrier Communication Systems: Signal Detection, Mathematical Modelling and Optimisation. A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy. — Communications and Information Systems Research Group, Department of Electronic and Electrical Engineering, University College London. — June 2010. — 214 p. — http://discovery.ucl.ac.uk/766544/1/766544.pdf [Архівовано 2 листопада 2018 у Wayback Machine.].
  19. ↑ Слюсар В. И. Вейвлет-концепция для N-OFDM сигналов. // ІІ Всеукраїнська науково-технічна конференція «Проблеми інфокомунікацій», Полтава — Київ — Харків, 20-21 листопада 2018 р. — C. 39-41. [1] [Архівовано 5 липня 2019 у Wayback Machine.]
  20. ↑ Аршакян А. А. Ларкин Е. В. Частотные характеристики фильтров, выделяющих гармонические составляющие.// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2012. [2]
  21. ↑ Макаров С. Б., Завьялов С. В. Повышение помехоустойчивости когерентного приёма неортогональных многочастотных сигналов.//Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. — Выпуск 2(193)/2014. — C.45 - 54. - http://ntv.spbstu.ru/fulltext/T2.193.2014_05.PDF [Архівовано 5 червня 2014 у Wayback Machine.]

Література ред.

  • Миночкин А.И., Рудаков В.И., Слюсар В.И. Основы военно-технических исследований. Теория и приложения. Том. 2. Синтез средств информационного обеспечения вооружения и военной техники.//Под ред. А.П. Ковтуненко // - Киев: «Гранмна».. — 2012. — С. 7 - 98; 354 - 521. [3].

Див. також ред.

Посилання ред.

N-OFDM
у сестринських Вікіпроєктах
  Файли у Вікісховищі?



  Це незавершена стаття з технології.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=N-OFDM&oldid=41178157