RU2631146C1 - Method for transmitting information by multi-frequency signals by adaptive scaling and limiting method - Google Patents
Method for transmitting information by multi-frequency signals by adaptive scaling and limiting method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631146C1 RU2631146C1 RU2016115446A RU2016115446A RU2631146C1 RU 2631146 C1 RU2631146 C1 RU 2631146C1 RU 2016115446 A RU2016115446 A RU 2016115446A RU 2016115446 A RU2016115446 A RU 2016115446A RU 2631146 C1 RU2631146 C1 RU 2631146C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- signal
- scaling factor
- efficiency
- peak
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J11/00—Orthogonal multiplex systems, e.g. using WALSH codes
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к технике электрической связи и может быть применено для передачи информации многочастотными сигналами, например, в системах связи на основе OFDM-технологии (Orthogonal Frequiency Division Multiplexing - мультиплексирование с ортогональным частотным разделением).The invention relates to electrical communication technology and can be used to transmit information by multi-frequency signals, for example, in communication systems based on OFDM technology (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - orthogonal frequency division multiplexing).
Уровень техникиState of the art
Известен способ передачи информации многочастотными сигналами, состоящий из преобразования последовательности информационных символов в комбинацию модулирующих символов, формирования многочастотного сигнала в виде суммы парциальных сигналов различных частот, каждый из которых модулирован соответствующим модулирующим символом и усиления мощности (Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики: Учеб. пособие / Л.Н. Волков, М.С. Немировский, Ю.С. Шинаков. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 392 с), называемый далее способ-аналог.A known method of transmitting information by multi-frequency signals, consisting of converting a sequence of information symbols into a combination of modulating symbols, generating a multi-frequency signal as the sum of partial signals of different frequencies, each of which is modulated by a corresponding modulating symbol and power amplification (Digital radio communication systems: basic methods and characteristics: Textbook allowance / L.N. Volkov, M.S. Nemirovsky, Yu.S. Shinakov. - M .: Eco-Trends, 2005. - 392 s), hereinafter referred to as the analogue method.
На фиг. 1 приведена структура алгоритма способа-аналога. Сформированный многочастотный сигнал νn(t) является суммой K модулированных М-ичными символами rnk парциальных сигналов νnk(t). Всего возможно N различных комбинаций модулирующих символов, порождающих ансамбль сигналов объемом N. Объем ансамбля не может превышать величины MK. Если N равно MK, то ансамбль является полным кодом, т.е. модулирующие символы могут образовывать все возможные комбинации. Индекс n обозначает порядковый номер (например, в десятичной системе счисления) комбинации в полном коде.In FIG. 1 shows the structure of the algorithm of the method-analogue. The generated multi-frequency signal ν n (t) is the sum of K partial signals ν nk (t) modulated by M-ary symbols r nk . In total, N different combinations of modulating symbols are possible, generating an ensemble of signals of volume N. The volume of the ensemble cannot exceed the value of M K. If N is equal to M K , then the ensemble is a complete code, i.e. modulating symbols can form all possible combinations. The index n denotes the sequence number (for example, in decimal) of the combination in the full code.
В системах связи на основе OFDM-технологии устранение межканальной интерференции символов в приемнике достигается ортогональностью парциальных сигналов νnk(t) на интервале времени длительностью Т, для чего их частоты ƒk должны образовывать арифметическую прогрессию с постоянной разностью Δƒ=1/Т:In communication systems based on OFDM technology, elimination of inter-channel interference of symbols in the receiver is achieved by the orthogonality of partial signals ν nk (t) on a time interval of duration T, for which their frequencies ƒ k must form an arithmetic progression with a constant difference Δƒ = 1 / Т:
где - частота первого парциального сигнала;Where - the frequency of the first partial signal;
g1 - целое число, равное числу периодов частоты ƒ1 на интервале Т.g 1 is an integer equal to the number of frequency periods ƒ 1 on the interval T.
Сигнал νn(t) имеет переменную огибающую даже при постоянных огибающих парциальных сигналов, что имеет место при фазовой (ФМ) или относительной фазовой (ОФМ) модуляции:The signal ν n (t) has a variable envelope even with constant envelopes of partial signals, which occurs with phase (FM) or relative phase (OFM) modulation:
где Vk - амплитуда k-го парциального сигнала;where V k is the amplitude of the k-th partial signal;
Vn(t) - огибающая сигнала νn(t):V n (t) is the envelope of the signal ν n (t):
Ψn(t) - фаза сигнала νn(t).Ψ n (t) is the phase of the signal ν n (t).
Огибающая и фаза в (1.2) определяются следующими соотношениями:The envelope and phase in (1.2) are determined by the following relations:
Усилитель мощности многочастотных сигналов должен быть таким, чтобы при усилении гармонического сигнала с амплитудой Vmax он не вносил существенных нелинейных искажений. Тогда сигналы на его входе νn(t) и выходе un(t), их огибающие Vn(t) и Un(t) с точностью до постоянного множителя совпадают, т.е. они пропорциональны. Следовательно, выходные сигналы ортогональны и имеют те же пик-факторы, что и входные:The power amplifier of multi-frequency signals must be such that when amplifying a harmonic signal with an amplitude of V max it does not introduce significant non-linear distortions. Then the signals at its input ν n (t) and output u n (t), their envelopes V n (t) and U n (t) coincide up to a constant factor, i.e. they are proportional. Therefore, the output signals are orthogonal and have the same peak factors as the input:
где - пиковое значение огибающей Vn(t);Where - peak value of the envelope V n (t);
- наибольшее пиковое значение огибающей; - the highest peak value of the envelope;
- пиковое значение огибающей Un(t); - peak value of the envelope U n (t);
Vn sqrUn sqr - среднеквадратичные значения огибающих Vn(t), Un(t);V n sqr U n sqr - root mean square values of the envelopes V n (t), U n (t);
Pn max=0,5Un max - пиковая мощность сигнала un(t);P n max = 0,5U n max - peak signal power u n (t);
- мощность сигнала un(t). - signal power u n (t).
Наибольшему пиковому значению Vmax входного сигнала соответствует наибольшее пиковое значение Umax сигнала на выходе усилителя и его мощность Ppek должна соответствовать пиковой мощности этого сигнала:The largest peak value V max of the input signal corresponds to the largest peak value U max of the signal at the output of the amplifier and its power P pek must correspond to the peak power of this signal:
При использовании ФМ, ОФМ для любых значений K и М наибольшее пиковое значение огибающей, как следует из (1.2), равно значению сигнала в момент времени t=0 при равенстве нулю всех модулирующих символов:When using FM, RPM for any values of K and M, the largest peak envelope value, as follows from (1.2), is equal to the signal value at time t = 0 when all modulating symbols are equal to zero:
где - наибольшая амплитуда парциального сигнала;Where - the largest amplitude of the partial signal;
νk=Vk/V - нормированная амплитуда k-го парциального сигнала.ν k = V k / V is the normalized amplitude of the k-th partial signal.
При использовании ФМ, ОФМ максимальный пик-фактор ограничен сверху:When using FM, OFM, the maximum peak factor is limited from above:
Нестрогое равенство в правой части (1.7, 1.8) обращается в строгое при одинаковых амплитудах парциальных сигналов, т.е. когда они равномощны.The non-rigorous equality on the right-hand side of (1.7, 1.8) becomes strict with the same amplitudes of partial signals, i.e. when they are equally powerful.
На фиг. 2 приведена гистограмма пик-факторов полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы (K=8).In FIG. Figure 2 shows a histogram of the peak factors of the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation (K = 8).
Мощность сигнала на выходе усилителя равна сумме мощностей Pnk парциальных сигналов в силу их ортогональности:The power of the signal at the amplifier output is equal to the sum of the powers P nk of the partial signals due to their orthogonality:
где Unk - амплитуда k-го парциального сигнала n-й реализации сигнала.where U nk is the amplitude of the k-th partial signal of the n-th signal implementation.
Из (1.9) и (1.5) следует, что при использовании ФМ, ОФМ мощность любой реализации сигнала на выходе усилителя неизменна и в Пmax раз меньше пиковой мощности усилителя:From (1.9) and (1.5) it follows that when using FM, OFM, the power of any signal implementation at the amplifier output is unchanged and P max times less than the peak power of the amplifier:
Нестрогое равенство в правой части (1.10) обращается в строгое для равномощных парциальных сигналов. Тогда мощность каждого из них в K2 раз меньше пиковой мощности усилителя:The non-strict equality in the right-hand side of (1.10) turns into strict for equipotential partial signals. Then the power of each of them is K 2 times less than the peak power of the amplifier:
Как видно из (1.10, 1.11), недостатком способа-аналога является низкое использование пиковой мощности усилителя.As can be seen from (1.10, 1.11), the disadvantage of the analogue method is the low use of the peak power of the amplifier.
Эффективность усиления мощности характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД) усилителя как отношения мощности сигнала на выходе усилителя к мощности, потребляемой усилителем от источника питания.The power gain efficiency is characterized by the efficiency of the amplifier as the ratio of the signal power at the amplifier output to the power consumed by the amplifier from the power source.
КПД двухтактного усилителя мощности в режиме класса В при усилении гармонического сигнала равен (Усилительные устройства. Учебное пособие для вузов / И.Г. Мамонкин. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Связь. 1977. - 360 с.):The efficiency of a push-pull power amplifier in class B mode when the harmonic signal is amplified is (Amplification devices. Textbook for high schools / I.G. Mamonkin. - Ed. 2, revised and additional - M .: Communication. 1977. - 360 from.):
где UE - напряжение источника питания усилителя;where U E is the voltage of the power source of the amplifier;
U a =UE-ΔU - амплитуда гармонического сигнала на выходе усилителя:U a = U E -ΔU is the amplitude of the harmonic signal at the output of the amplifier:
ΔU - падение напряжения на активных элементах усилителя.ΔU is the voltage drop across the active elements of the amplifier.
Пропорциональность между входными и выходными сигналам усилителя будет соблюдаться, если напряжение источника питания удовлетворяет условию:The proportionality between the input and output signals of the amplifier will be observed if the voltage of the power source satisfies the condition:
Тогда потребляемый от источника питания ток будет пропорционален 2Un(t)/π и потребляемая мощность является функцией времени:Then the current consumed from the power source will be proportional to 2U n (t) / π and the power consumption is a function of time:
Эффективность усиления сигнала характеризуется локальным КПД как отношение мощности сигнала на выходе усилителя к среднему значению потребляемой мощности:The signal amplification efficiency is characterized by local efficiency as the ratio of the signal power at the amplifier output to the average value of power consumption:
где VnT, UnT - средние значения огибающих Vn(t), Un(t).where V nT , U nT are the average values of the envelopes V n (t), U n (t).
Среднеквадратичные значения всех огибающих одинаковы при использовании ФМ, ОФМ и локальный КПД в этом случае равен:The rms values of all envelopes are the same when using FM, RPM, and the local efficiency in this case is equal to:
В силу неравенства Коши-Буняковского (неравенство Шварца) среднее значение огибающей меньше среднеквадратичного значения и из (1.16) следует неравенство:By virtue of the Cauchy-Bunyakovsky inequality (Schwarz inequality), the average value of the envelope is less than the mean-square value, and inequality follows from (1.16):
Неравенство (1.17) справедливо для всех локальных КПД. поэтому величина ηi, является строгой нижней границей минимального КПД при усилении многочастотных сигналов с ФМ, ОФМ.Inequality (1.17) is valid for all local efficiencies. therefore, the quantity η i , is a strict lower limit of the minimum efficiency for amplification of multi-frequency signals with FM, OFM.
Из (1.15) видно, что локальный КПД достигает максимума, если Vn max=Vmax. При использовании ФМ, ОФМ это имеет место для сигналов νn(t) с максимальным пик-фактором. Одной из таких реализаций является реализация ν0(t) с огибающей V0(t) и КПД при усилении этой реализации с равномощными парциальными сигналами:From (1.15) it can be seen that the local efficiency reaches a maximum if V n max = V max . When using FM, OFM, this is the case for ν n (t) signals with a maximum peak factor. One of these implementations is the implementation of ν 0 (t) with the envelope V 0 (t) and efficiency when amplifying this implementation with equally powerful partial signals:
где - среднее значение функции V0(t)/V.Where is the average value of the function V 0 (t) / V.
При усилении многочастотных сигналов с ФМ, ОФМ локальный КПД находится в границах:When amplifying multi-frequency signals with FM, OFM, the local efficiency is within the limits:
Эффективность усиления ансамбля сигналов характеризуется средним КПД как математического ожидания всех локальных КПД:The gain of the ensemble of signals is characterized by the average efficiency as the mathematical expectation of all local efficiencies:
где m1〈⋅〉 - операция математического ожидания.where m 1 〈⋅〉 is the operation of mathematical expectation.
На фиг. 3 приведена гистограмма локальных КПД при усилении полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы для способа-аналога (K=8 δU=0). Максимальный КПД ηmax=42,9%, средний - ηmed=31,4%, минимальный - ηmin=28,7%, что на 0,9% выше нижней границы ηi=27.8%. Способ-аналог характеризуется низкими значениями КПД, что также является его недостатком.In FIG. Figure 3 shows a histogram of local efficiency when amplifying the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation for the analogue method (K = 8 δ U = 0). The maximum efficiency is η max = 42.9%, the average is η med = 31.4%, the minimum is η min = 28.7%, which is 0.9% higher than the lower limit η i = 27.8%. The analogue method is characterized by low values of efficiency, which is also its disadvantage.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ передачи информации многочастотными сигналами, состоящий из преобразования последовательности информационных символов в комбинацию модулирующих символов, формирования много-частотного сигнала в виде суммы ортогональных парциальных сигналов различных частот, каждый из которых модулирован по фазе соответствующим модулирующим символом, масштабирования суммарного сигнала путем его умножения на коэффициент масштабирования, ограничения масштабированного сигнала и усиления мощности (Аппаратура передачи дискретной информации МС-5. Под ред. A.M. Заездного, Ю.Б. Окунева. - М.: Связь. 1970. 152 с.), называемый далее способ-прототип. На фиг. 4 приведена структура алгоритма способа-прототипа. В способе-прототипе сформированный сигнал νn(t) масштабируют, умножая его на коэффициент масштабирования y0. Результатом масштабирования является увеличение в y0 раз пиковых, средних и среднеквадратичных значений исходных сигналов и их огибающих. Масштабированный сигнал y0νn(t) в результате ограничения преобразует в сигнал sn(t) с огибающей Sn(t):Closest to the claimed invention is a method of transmitting information by multi-frequency signals, consisting of converting a sequence of information symbols into a combination of modulating symbols, generating a multi-frequency signal in the form of a sum of orthogonal partial signals of different frequencies, each of which is phase-modulated by a corresponding modulating symbol, scaling the total signal by multiplying it by the scaling factor, limiting the scaled signal and gain oschnosti (digital information transmission equipment MS-5, Ed AM zaezdnyh, YB Okuneva -... M .: Communication, 1970. 152 pp.)., hereinafter referred to as the prototype method. In FIG. 4 shows the structure of the algorithm of the prototype method. In the prototype method, the generated signal ν n (t) is scaled by multiplying it by a scaling factor y 0 . The result of scaling is an increase in y 0 times the peak, average and rms values of the original signals and their envelopes. The scaled signal y 0 ν n (t) as a result of the restriction converts into a signal s n (t) with the envelope S n (t):
где Vs - порог ограничения.where V s - clipping threshold.
На фиг. 5 приведены графики сигналов на входе, выходе ограничителя, огибающая ограниченного сигнала.In FIG. Figure 5 shows the graphs of the signals at the input, output of the limiter, the envelope of the limited signal.
Ограничение отсутствует для тех сигналов, у которых увеличенное в у0 раз пиковое значение огибающей не превышает порога ограничения:There is no restriction for those signals for which the peak value of the envelope increased by a factor of 0 does not exceed the limit threshold:
В способе-прототипе каждый парциальный сигнал модулируют по фазе, поэтому среднеквадратичные значения всех сформированных сигналов одинаковы (νn sqr=νsqr) и эквивалентное соотношению (2.3) условие отсутствия ограничения, выраженное через пик-фактор сигнал:In the prototype method, each partial signal is phase-modulated, therefore, the rms values of all generated signals are the same (ν n sqr = ν sqr ) and the condition for the absence of restriction, equivalent to relation (2.3), expressed through the peak factor signal:
где Xs=Vs/Vsqr - относительный порог ограничения.where X s = V s / V sqr is the relative threshold of restriction.
Заданием порога ограничения и коэффициента масштабирования множество всех усиливаемых сигналов разделяют на два подмножества. Первое подмножество (подмножество А) состоит из сигналов, не подвергающихся ограничению, т.е. сигналов с пик-фактором не превышающего критического значения Пs. Второе подмножество (подмножество В) состоит из сигналов, подвергающихся ограничению, т.е. сигналов с пик-фактором выше критического значения. Очевидно, что при Пs>Пmax все сигналы не ограничиваются, а при Пs>Пmin - ограничиваются. На фиг. 6 приведена зависимость Пs=φП(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы в способе-прототипе (K=8).By setting the limit threshold and the scaling factor, the set of all amplified signals is divided into two subsets. The first subset (subset A) consists of signals that are not subject to restriction, i.e. signals with a peak factor not exceeding the critical value of P s . The second subset (subset B) consists of signals subject to restriction, i.e. signals with a peak factor above a critical value. Obviously, at П s > П max all signals are not limited, and at П s > П min - they are limited. In FIG. 6 shows the dependence P s = φ P (y 0 , X s ) for the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation in the prototype method (K = 8).
В способе-прототипе усилитель мощности выбирают таким, чтобы при усилении гармонического сигнала амплитудой, равной порогу ограничения Vs, он не вносил существенных нелинейных искажений. Тогда сигналы на его входе sn(t) и выходе u'n(t). их огибающие Sn(i), U'n(t) пропорциональны и пиковая мощность усилителя P'pek может быть снижена относительно пиковой мощности усилителя Ppek в способе-аналоге:In the prototype method, the power amplifier is selected so that when amplifying the harmonic signal with an amplitude equal to the threshold threshold V s , it does not introduce significant nonlinear distortions. Then the signals at its input s n (t) and output u ' n (t). their envelopes S n (i), U ' n (t) are proportional and the peak power of the amplifier P' pek can be reduced relative to the peak power of the amplifier P pek in the analogue method:
где Us - амплитуда выходного сигнала, соответствующая амплитуде Vs.where U s is the amplitude of the output signal corresponding to the amplitude of V s .
Следовательно, напряжение источника питания усилителя в способе-прототипе должно быть:Therefore, the voltage of the power source of the amplifier in the prototype method should be:
где ΔU' - падение напряжения на активных элементах усилителя, Тогда при усилении сигналов подмножества А их мощность равна сумме мощностей парциальных сигналов, каждая из которых в раз больше, чем в способе-аналоге:where ΔU 'is the voltage drop across the active elements of the amplifier. Then, when amplifying the signals of the subset A, their power is equal to the sum of the powers of the partial signals, each of which times more than in the analogue method:
Увеличение мощности уменьшает вероятность ошибки приема этих сигналов в способе-прототипе относительно способа-аналога.The increase in power reduces the probability of an error in the reception of these signals in the prototype method relative to the analogue method.
Потребляемая усилителем мощность и локальный КПД при усилении сигналов подмножества А:The power consumed by the amplifier and local efficiency when amplifying the signals of subset A:
Соответствующим выбором активных элементов усилителя в способе-прототипе можно обеспечить соизмеримость величины δ'U с величиной δU в способе-аналоге. Тогда из сравнения (2.9) с (1.16) следует, что локальный КПД при усилении сигналов подмножества А выше локального КПД при усилении тех же сигналов в способе-аналоге:By the appropriate choice of the active elements of the amplifier in the prototype method, it is possible to ensure the commensurability of δ ' U with δ U in the analogue method. Then, from a comparison of (2.9) with (1.16), it follows that the local efficiency when amplifying the signals of the subset A is higher than the local efficiency when amplifying the same signals in the analogue method:
Ток, протекающий через активные элементы усилителя мощности класса В, имеет форму половин косинусоидальных импульсов с амплитудой I a , пропорциональной амплитуде V a напряжения входного гармонического сигнала с частотой ƒ a .The current flowing through the active elements of a class B power amplifier has the form of half cosine pulses with an amplitude I a proportional to the amplitude V a of the voltage of the input harmonic signal with a frequency ƒ a .
При ограничении входного гармонического сигнала на уровне Vs ток имеет вид усеченных на уровне Is половин косинусоидальных импульсов, как показано фиг. 7. Постоянная составляющая тока I0 при усилении ограниченного входного гармонического сигнала, нормированная относительно пика тока Is:When the input harmonic signal is limited at the level of V s, the current has the form of half cosine pulses truncated at the level of I s , as shown in FIG. 7. The constant component of the current I 0 when amplifying the limited input harmonic signal, normalized relative to the peak current I s :
где T a =1/ƒ a - период гармонического сигнала;where T a = 1 / ƒ a is the period of the harmonic signal;
z=V a /Vs=I a /Is - уровень ограничения;z = V a / V s = I a / I s is the level of restriction;
ϕ=across(1/z) - угол ограничения, характеризующий время действия ограничения.ϕ = across (1 / z) is the restriction angle characterizing the duration of the restriction.
Отсутствию ограничения соответствует ϕ=0, c0=1/π, ток в нагрузке имеет форму гармонического сигнала и КПД усилителя определяется соотношением (1.12). Жесткому ограничению (клиппированию) соответствует ϕ=π/2, Ч0=1/2, ток в нагрузке имеет форму меандра, ряд Фурье которого содержит нечетные гармоники частоты ƒ a с убывающими амплитудами (Радиотехнические цепа и сигналы. Учебник для вузов / И.С. Гоноровский. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Связь, 1977, - 608 с.):The absence of limitation corresponds to ϕ = 0, c 0 = 1 / π, the current in the load has the form of a harmonic signal, and the efficiency of the amplifier is determined by the relation (1.12). A strict limitation (clipping) corresponds to ϕ = π / 2, 0 0 = 1/2, the current in the load has the shape of a meander, the Fourier series of which contains odd harmonics of frequency ƒ a with decreasing amplitudes (Radio engineering circuits and signals. Textbook for high schools / I. S. Gonorovsky. - Ed. 3rd, revised and enlarged. - M .: Communication, 1977, - 608 p.):
Мощность в нагрузке равна сумме мощностей всех гармоник:The power in the load is equal to the sum of the powers of all harmonics:
Потребляемая усилителем мощность и КПД при усилении клишированного гармонического сигнала;The power and efficiency consumed by the amplifier when amplifying a clichéd harmonic signal;
Как видно, с ростом уровня ограничения входного сигнала КПД усилителя растет и в пределе ограничен только падением напряжения на активных элементах.As you can see, with an increase in the level of limitation of the input signal, the efficiency of the amplifier increases and in the limit is limited only by the voltage drop across the active elements.
Ограничение является нелинейной операцией и гармонические составляющие рядов Фурье сигналов подмножества В на входе и выходе ограничителя различны. Составляющие на входе имеют частоты ƒk=gkΔƒ парциальных сигналов и амплитуды y0Vk. Составляющие на выходе имеют частоты ƒm=mΔƒ и амплитуды в соответствии с равенством Парсеваля;The restriction is a nonlinear operation and the harmonic components of the Fourier series of the signals of the subset B at the input and output of the limiter are different. The components at the input have frequencies ƒ k = g k Δƒ of partial signals and amplitudes y 0 V k . The components at the output have frequencies ƒ m = mΔƒ and amplitudes in accordance with Parseval's equality;
где Sn0 - постоянная составляющая сигнала sn(t);where S n0 is the constant component of the signal s n (t);
Snm - амплитуда m-й гармоники разложения в ряд Фурье сигнала sn(t) на интервале Т.S nm is the amplitude of the mth harmonic of the Fourier expansion of the signal s n (t) in the interval T.
Уровень ограничения сигналов подмножества В является функцией времени.:The signal restriction level of subset B is a function of time .:
Уровень ограничения, как следует из (2.2, 2.17), тем выше, чем больше пик-фактор сигнала. Потребляемая усилителем мощность и локальный КПД при усилении сигналов подмножества В:The restriction level, as follows from (2.2, 2.17), the higher, the greater the peak factor of the signal. The power consumed by the amplifier and local efficiency when amplifying the signals of the subset B:
где Where
Эффективность усиления в способе-прототипе характеризуется средним КПД как математического ожидания локальных КПД при усилении сигналов подмножеств А и В:The gain efficiency in the prototype method is characterized by the average efficiency as the mathematical expectation of local efficiency when amplifying the signals of subsets A and B:
На фиг. 8 приведена зависимость η'med=ϕη(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы в способе-прототипе (K=8). Как видно, средний КПД в способе-прототипе выше среднего КПД способа-аналога.In FIG. Figure 8 shows the dependence η ' med = ϕ η (y 0 , X s ) for the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation in the prototype method (K = 8). As you can see, the average efficiency in the prototype method is higher than the average efficiency of the analogue method.
При усилении сигналов подмножества В мощность выходного сигнала распределена между полезными парциальными сигналами на частотах ƒk=gkΔƒ и сигналами на частотах ƒm=mΔƒ(m≠gk).When amplifying the signals of the subset B, the output signal power is distributed between the useful partial signals at frequencies частот k = g k Δƒ and signals at frequencies частот m = mΔ m (m ≠ g k ).
Мощность каждого парциального сигнала определяется соответствующим коэффициентом ряда Фурье ограниченного сигнала sn(t):The power of each partial signal is determined by the corresponding coefficient of the Fourier series of the limited signal s n (t):
где - относительная амплитуда k-го парциального сигнала n-й реализации выходного сигнала.Where - the relative amplitude of the k-th partial signal of the n-th implementation of the output signal.
Если при усилении сигналов подмножества А мощность каждого парциального сигнала в раз больше, чем в способе-аналоге, то при усилении сигналов подмножества В мощность каждого парциального сигнала определяется величиной cnk, которая, в свою очередь, зависит от величии y0,Xs и реализации сигнала. Вероятность ошибки приема парциальных сигналов подмножества B в способе-прототипе будет не хуже, чем в способе-аналоге, если для любого, сигнала этого подмножества значения y0,Xs таковы, что выполняется нестрогое равенство:If, when amplifying the signals of the subset A, the power of each partial signal in times more than in the analogue method, then when amplifying the signals of the subset B, the power of each partial signal is determined by the quantity c nk , which, in turn, depends on the magnitude y 0 , X s and the implementation of the signal. The probability of receiving partial signals of subset B in the prototype method will not be worse than in the analogue method, if for any signal of this subset the values y 0 , X s are such that the equality is not strict:
Невыполнение условия (2.22) означает, что мощность некоторых парциальных сигналов в реализации многочастотного сигнала на выходе усилителя в способе-прототипе меньше их мощности в способе-аналоге и вероятность ошибки приема таких сигналов возрастает.Failure to fulfill condition (2.22) means that the power of some partial signals in the implementation of the multi-frequency signal at the amplifier output in the prototype method is less than their power in the analogue method and the probability of receiving errors of such signals increases.
На фиг. 9 приведена зависимость cmin=ϕc(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы (K=8). Как видно, условие (2,22) выполняется при определенных значениях относительного порога ограничения и коэффициента масштабирования.. Чрезмерное уменьшение относительного порога ограничения (снижение мощности P'pek относительно мощности Ppek) приводит к невыполнению условия (2.22) ни при каком значении коэффициента масштабирования и вероятность ошибки в способе-прототипе будет хуже, чем в способе-аналоге.In FIG. Figure 9 shows the dependence c min = ϕ c (y 0 , X s ) for the complete code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation (K = 8). As can be seen, condition (2.22) is satisfied for certain values of the relative limiting threshold and scaling factor. Excessive decrease in the relative limiting threshold (decreasing the power P ' pek relative to the power P pek ) leads to the failure of condition (2.22) at any value of the scaling factor and the probability of error in the prototype method will be worse than in the analogue method.
Составляющие выходного сигнала на частотах ƒm=mΔƒ(m≠gk). называемые внеполосным излучением, создают помехи соседним системам связи. Их мощность убывает (не обязательно монотонно) по мере удаления от полосы частот парциальных сигналов. Поэтому уровень внеполосного излучения, в основном, характеризуется мощностью сигналов в ограниченной области частот. Например, в области L из K частот, максимальная из которых на 2Δƒ меньше частоты первого парциального сигнала ƒ1 и в области R из K частот, минимальная из которых на 2Δƒ больше частоты K-го парциального сигнала ƒК. Мощность каждого сигнала Pnm в этих областях пропорциональна квадрату амплитуды соответствующей гармоники разложения в ряд Фурье ограниченного сигнала sn(t) на интервале Т и относительный уровень внеполосных излучений определяется коэффициентами ряда Фурье ограниченного сигнала sn(t) в этих областях, частот:The components of the output signal at frequencies ƒ m = mΔƒ (m ≠ g k ). called out-of-band radiation, interfere with neighboring communication systems. Their power decreases (not necessarily monotonously) as they move away from the frequency band of partial signals. Therefore, the out-of-band emission level is mainly characterized by the power of signals in a limited frequency range. For example, in the region L of K frequencies, the maximum of which is 2Δƒ less than the frequency of the first partial signal ƒ 1 and in the region R of K frequencies, the smallest of which is 2Δƒ higher than the frequency of the Kth partial signal ƒ K. The power of each signal P nm in these regions is proportional to the square of the amplitude of the corresponding harmonic of the Fourier expansion of the limited signal s n (t) on the interval T and the relative level of out-of-band emissions is determined by the coefficients of the Fourier series of the restricted signal s n (t) in these regions, frequencies:
Максимальный относительный уровень внеполосного излучения при усилении ограниченного сигнала sn(f) есть наибольшая из величин wmn,L, wmn,R:The maximum relative level of out-of-band radiation during amplification of a limited signal s n (f) is the largest of the values of w mn, L , w mn, R :
Усиление мощности сигналов подмножества В характеризуется диапазоном относительного уровня внеполосного излучения от wmin до wmax:The power amplification of the signals of the subset B is characterized by the range of the relative level of out-of-band radiation from w min to w max :
На фиг. 10 приведена зависимость wmax=ϕw(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы.In FIG. Figure 10 shows the dependence w max = ϕ w (y 0 , X s ) for the complete code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation.
При небольших значениях коэффициента масштабирования максимальный уровень внеполосного. излучения имеет место при ограничении сигналов с максимальным пик-фактором, например, сигнала ν0(t).For small scaling factors, the maximum out-of-band level. radiation occurs when the signals with the maximum peak factor are limited, for example, the signal ν 0 (t).
С ростом коэффициента масштабирования максимальный уровень внеполосного излучения, как это видно из графиков на фиг. 11, имеет место при ограничении сигналов с меньшими значениями пик-фактора.With increasing scaling factor, the maximum out-of-band emission level, as can be seen from the graphs in FIG. 11 occurs when restricting signals with lower peak factors.
На фиг. 12 приведена зависимость wmin=ϕw min(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы в способе-прототипе (K=8). Резко выраженный немонотонный характер wmin при изменении, коэффициента масштабирования обусловлен зависимостью (2.4) критического пик-фактора от этого коэффициента - с его ростом ограничению подвергается все большее количество сигналов.In FIG. Figure 12 shows the dependence w min = ϕ w min (y 0 , X s ) for the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation in the prototype method (K = 8). The sharply expressed nonmonotonic character of w min with a change in the scaling factor is due to the dependence (2.4) of the critical peak factor on this coefficient - with its growth, more and more signals are subject to restriction.
Для некоторых систем, связи, например гидроакустических, проблема «тесноты в эфире» не актуальна и высокий уровень внеполосного излучения несущественен. Следовательно, для таких систем целесообразно получение высокого КПД усилителя ценой высокого внеполосного излучения, т.е. заданием больного значения коэффициента масштабирования. Но его увеличение ограничено условием (2.22) в результате чего КПД усилителя также ограничен, в противном случае вероятность ошибки при приеме возрастает.For some systems, communication, for example, hydroacoustic, the problem of “tightness on the air” is not relevant and a high level of out-of-band radiation is insignificant. Therefore, for such systems, it is advisable to obtain a high amplifier efficiency at the cost of high out-of-band radiation, i.e. setting the patient scaling factor. But its increase is limited by condition (2.22), as a result of which the efficiency of the amplifier is also limited, otherwise the probability of an error in reception increases.
Для других систем связи уровень внеполосного излучения существенен и его уменьшение в способе-прототипе, из-за зависимости критического пик-фактора от коэффициента масштабирования, сопряжено с уменьшением КПД усилителя.For other communication systems, the level of out-of-band radiation is significant and its decrease in the prototype method, due to the dependence of the critical peak factor on the scaling factor, is associated with a decrease in the efficiency of the amplifier.
Как видно, способу-прототипу свойственны ограниченные показатели по КПД усилителя и внеполосному излучению, что является его недостатком.As you can see, the prototype method is characterized by limited performance in terms of amplifier efficiency and out-of-band radiation, which is its drawback.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается, в повышению показателей по КПД усилителя и внеполосному излучению.The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency of the amplifier and out-of-band radiation.
Техническими результатами при осуществлении изобретения является повышение КПД усилителя мощности, улучшение показателей внеполосного излучения.The technical results in the implementation of the invention is to increase the efficiency of the power amplifier, improving the out-of-band emission.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в способе передачи информации многочастотными сигналами, состоящего из преобразования последовательности информационных символов в комбинацию модулирующих символов, формирования многочастотного сигнала в виде суммы ортогональных парциальных сигналов различных частот, каждый из которых модулирован по фазе соответствующим модулирующим символом, масштабирования суммарного сигнала путем его умножения на коэффициент масштабирования, ограничения масштабированного сигнала и усиления мощности, коэффициент масштабирования задают таким, что коэффициенты ряда Фурье ограниченного сигнала удовлетворяют заданным критериям качества системы связи.These technical results are achieved by the fact that in the method of transmitting information by multi-frequency signals, consisting of converting a sequence of information symbols into a combination of modulating symbols, generating a multi-frequency signal in the form of a sum of orthogonal partial signals of different frequencies, each of which is phase-modulated by a corresponding modulating symbol, scaling the total signal by multiplying it by the scaling factor, limiting the scaled signal and gain Nia power scaling factor is set so that the coefficients of the Fourier limited signal satisfies predetermined quality criteria communication system.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Прилагаемые чертежи, гистограммы и графики, составляющие часть настоящего описания, иллюстрируют сущность известных и заявляемого способов передачи информации многочастотными сигналами.The accompanying drawings, histograms and graphs, which are part of the present description, illustrate the essence of the known and the claimed methods of transmitting information by multi-frequency signals.
Фиг. 1 - Структура алгоритма способа-аналога, где:FIG. 1 - The structure of the algorithm of the method is similar, where:
1 - преобразование последовательности информационных символов b в комбинацию модулирующих символов rnk;1 - transformation of a sequence of information symbols b into a combination of modulating symbols r nk ;
2 - формирование многочастотного сигнала;2 - formation of a multi-frequency signal;
3 - усиление мощности;3 - power gain;
νn(t) - сформированный сигнал;ν n (t) is the generated signal;
un(t) - сигнал на выходе усилителя мощности.u n (t) is the signal at the output of the power amplifier.
Фиг. 2- Гистограмма пик-факторов полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы (K=8), где:FIG. 2- Histogram of peak factors of the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation (K = 8), where:
Пj - пик-фактор, Пmed - средний пик-фактор ансамбля сигналов;P j - peak factor, P med - average peak factor of the ensemble of signals;
qj - количество сигналов с пик-фактором Пj.q j - number of signals with peak factor P j.
Фиг. 3 - Гистограмма локальных КПД при усилении полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы для способа-аналога (K=8, δU=0). где;FIG. 3 - A histogram of local efficiency when amplifying the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation for the analogue method (K = 8, δ U = 0). Where;
ηi - локальный КПД; ηmed - средний КПД;η i - local efficiency; η med is the average efficiency;
qi - количество сигналов, при усилении которых КПД усилителя равен ηi.q i - the number of signals, the amplification of which the efficiency of the amplifier is η i .
Фиг. 4 - Структура алгоритма способа-прототипа, где:FIG. 4 - The structure of the algorithm of the prototype method, where:
1 - преобразование последовательности информационных символов b в комбинацию модулирующих символов rnk;1 - transformation of a sequence of information symbols b into a combination of modulating symbols r nk ;
2 - формирование многочастотного сигнала;2 - formation of a multi-frequency signal;
4 - масштабирование сформированного сигнала;4 - scaling the generated signal;
5 - ограничение масштабированного сигнала;5 - limitation of the scaled signal;
3 - усиление мощности;3 - power gain;
y0 - коэффициент масштабирования;y 0 is the scaling factor;
y0νn(t) - масштабированный сигнал на входе ограничителя;y 0 ν n (t) is the scaled signal at the input of the limiter;
sn(t) - сигнал на выходе ограничителя;s n (t) is the signal at the output of the limiter;
u'n(t) - сигнал на выходе усилителя мощности,u ' n (t) is the signal at the output of the power amplifier,
Фиг. 5 - Сигналы на входе, выходе ограничителя, огибающая ограниченного сигнала, где:FIG. 5 - Signals at the input, output of the limiter, the envelope of the limited signal, where:
y0ν(t) - масштабированный сигнал та входе ограничителя;y 0 ν (t) is the scaled signal at the input of the limiter;
s(t) - сигнал на выходе ограничителя;s (t) is the signal at the output of the limiter;
S(t) - огибающая, ограниченного сигнала.S (t) - envelope, limited signal.
Фиг. 6 - Зависимость Пs=ϕП(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы в способе-прототипе (K=8), где;FIG. 6 - Dependence P s = ϕ P (y 0 , X s ) for the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation in the prototype method (K = 8), where;
Пs - критический пик-фактор, Пmin - минимальный пик-фактор;P s is the critical peak factor, P min is the minimum peak factor;
y0 - коэффициент масштабирования;y 0 is the scaling factor;
Xs - относительный порог ограничения,X s is the relative threshold of restriction,
Фиг. 7 - Форма тока в активном элементе усилителя мощности, где:FIG. 7 - Current shape in the active element of the power amplifier, where:
1 - входной гармонический сигнал не ограничен;1 - input harmonic signal is not limited;
2 - входной гармонический сигнал ограничен;2 - input harmonic signal is limited;
ƒ a - частота входного гармонического сигнала;ƒ a is the frequency of the input harmonic signal;
I a - амплитуда тока - входной гармонический сигнал, не ограничен;I a - current amplitude - input harmonic signal, not limited;
Is - пик тока - входной гармонический сигнал ограничен.I s - peak current - input harmonic signal is limited.
Фиг. 8 - Зависимость η'med=ϕη(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равно-мощных сигналов с двоичной модуляцией фазы в способе-прототипе (K=8). где:FIG. 8 - Dependence η ' med = ϕ η (y 0 , X s ) for the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation in the prototype method (K = 8). Where:
η'med - средний КПД;η'med - average efficiency;
y0 - коэффициент масштабирования;y 0 is the scaling factor;
Xs - относительный порог ограничения,X s is the relative threshold of restriction,
Фиг. 9 - Зависимость cmin=ϕс(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы (K=8), где:FIG. 9 - Dependence c min = ϕ s (y 0 , X s ) for the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation (K = 8), where:
cmin - минимальная относительная амплитуда парциального сигнала;c min is the minimum relative amplitude of the partial signal;
y0 - коэффициент масштабирования;y 0 is the scaling factor;
Xs - относительный порог ограничения.X s is the relative threshold of restriction.
Фиг. 10 - Зависимость wmax=ϕw(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равно-мощных сигналов с двоичной модуляцией фазы (K=8), где:FIG. 10 - Dependence w max = ϕ w (y 0 , X s ) for the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation (K = 8), where:
wmax - максимальный относительный уровень внеполосного излучения;w max is the maximum relative level of out-of-band radiation;
y0 - коэффициент масштабирования;y 0 is the scaling factor;
Xs - относительный порог ограничения,X s is the relative threshold of restriction,
Фиг. 11 - Зависимость Δwm=wmax-w0 max полного кода равновероятных, равномощных сигналов с двоичной модуляцией фазы (K=8), где:FIG. 11 - Dependence Δw m = w max -w 0 max of the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation (K = 8), where:
wmax - максимальный относительный уровень внеполосного излучения;w max is the maximum relative level of out-of-band radiation;
w0 max - максимальный относительный уровень внеполосного излучения сигнала с максимальным пик-фактором ν0(t);w 0 max - the maximum relative level of out-of-band radiation of the signal with a maximum peak factor ν 0 (t);
y0 - коэффициент масштабирования;y 0 is the scaling factor;
Xs - относительный- порог ограничения.X s - relative - limit threshold.
Фиг. 12 - Зависимость wmin=ϕw min(y0,Xs) для полного кода равновероятных, равно-мощных сигналов с двоичной модуляцией фазы в способе-прототипе (K=8), где;FIG. 12 - Dependence w min = ϕ w min (y 0 , X s ) for the full code of equally probable, equally powerful signals with binary phase modulation in the prototype method (K = 8), where;
wmin - минимальный относительный уровень внеполосного излучения;w min is the minimum relative level of out-of-band radiation;
y0 - коэффициент масштабирования;y 0 is the scaling factor;
Xs - относительный порог ограничения.X s is the relative threshold of restriction.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Формирование многочастотного сигнала νn(t) в системах связи на основе OFDM-технологии обычно осуществляют методом обратного дискретного преобразования Фурье модулирующих символов средствами цифровой вычислительной техники. Этими средствами также выполняют все действия, необходимые для осуществления заявляемого способа.The formation of a multi-frequency signal ν n (t) in communication systems based on OFDM technology is usually carried out by the method of inverse discrete Fourier transform of modulating symbols by means of digital computer technology. These tools also perform all the actions necessary for the implementation of the proposed method.
В заявляемом способе, коэффициент масштабирования задают таким, что коэффициенты ряда Фурье ограниченного сигнала удовлетворяют заданным критериям качества системы связи. Коэффициент масштабирования, в общем случае, определяют повторением одной и той же процедуры: сформированный сигнал νn(t) умножают на число больше единицы, ограничивают полученный сигнал, вычисляют коэффициенты ряда Фурье этого сигнала и проверяют их значения на соответствие заданным критериям качества. Если соответствие не достигнуто, то задают другое число и повторяют процедуру. Число, при котором достигнуто соответствие, является требуемым коэффициентом масштабирования и соответствующий ему масштабированный а ограниченный сигнал подают на усилитель мощности. Коэффициенты масштабирования определяют; непосредственно в процессе работы системы связи, или заранее, выбирая требуемый процессе работы системы связи, или непосредственно в процессе работы системы связи, для одних сигналов, для других - заранее, выбирая требуемый в процессе работы системы связи. Приводимые примеры показывают осуществление заявляемого способа для разных критериях качества системы связи. Численные значения характеристик даны для ансамбля сигналов, пик-факторы которых приведены на фиг. 2.In the inventive method, the scaling factor is set such that the coefficients of the Fourier series of the limited signal satisfy the specified criteria for the quality of the communication system. The scaling factor, in the general case, is determined by repeating the same procedure: the generated signal ν n (t) is multiplied by a number greater than unity, the resulting signal is limited, the Fourier series coefficients of this signal are calculated and their values are checked for compliance with the specified quality criteria. If the match is not achieved, then set a different number and repeat the procedure. The number at which compliance is achieved is the required scaling factor and the corresponding scaled, limited signal is supplied to the power amplifier. Scale factors determine; directly in the process of operation of the communication system, or in advance, choosing the required process of operation of the communication system, or directly in the process of operation of the communication system, for some signals, for others - in advance, choosing the required during the operation of the communication system. The examples show the implementation of the proposed method for different quality criteria of a communication system. The numerical values of the characteristics are given for an ensemble of signals whose peak factors are shown in FIG. 2.
Критерий качества: максимум КПД усилителяQuality criterion: maximum amplifier efficiency
Повышение КПД усилителя в. способе-прототипе осуществляют заданием максимально возможного значения коэффициента масштабирования y0, при котором величина cmin соответствует условию (2.22). Например, как видно из графиков на фиг. 9, при относительном пороге Xs=2,75 и коэффициенте масштабирования y0=2,5 величина cmin соответствует требуемому условию, следовательно, вероятность ошибки приема ограниченных сигналов в способе-прототипе будет не хуже, чем в способе-аналоге.Enhancing the efficiency of the amplifier c. the prototype method is carried out by setting the maximum possible value of the scaling factor y 0 at which the value c min corresponds to condition (2.22). For example, as can be seen from the graphs in FIG. 9, with a relative threshold X s = 2.75 and a scaling factor y 0 = 2.5, the value of c min corresponds to the required condition, therefore, the probability of an error in receiving limited signals in the prototype method will be no worse than in the analogue method.
При условном единичном уровне амплитуд всех парциальных сигналов (V=1) пиковая мощность усилителя в способе-аналоге должна составлять 32 отн. ед. Согласно соотношению (2.5), пиковая мощность усилителя в способе-прототипе может быть снижена до 15,125 отн. ед. - более чем в два раза.With a conditional unit level of amplitudes of all partial signals (V = 1), the peak power of the amplifier in the analogue method should be 32 rel. units According to the relation (2.5), the peak power of the amplifier in the prototype method can be reduced to 15.125 rel. units - more than twice.
В заявляемом способе используют тот же усилитель, что и в способе-прототипе и налагают условие, чтобы вероятность ошибки приема ограниченных сигналов в заявляемом способе была не-хуже, чем в способе-прототипе. Тогда коэффициент масштабирования каждого сформированного сигнала νn(t) определяют как решение уравнения целевой функции:In the inventive method, the same amplifier is used as in the prototype method and impose the condition that the probability of receiving errors of limited signals in the inventive method is no worse than in the prototype method. Then the scaling factor of each generated signal ν n (t) is determined as a solution to the equation of the objective function:
где c'n min - минимальный относительный коэффициент ряда Фурье в области частот парциальных сигналов, определяют аналогично соотношению (2.22);where c ' n min is the minimum relative coefficient of the Fourier series in the frequency domain of partial signals, is determined similarly to relation (2.22);
w'n - относительный уровень внеполосного излучения в заявляемом способе, который определяют аналогично соотношению (2.24).w ' n is the relative level of out-of-band radiation in the claimed method, which is determined similarly to the relation (2.24).
Правило (3,1) позволяет получить наибольший КПД при усилении каждого сигнала, не ухудшая вероятность ошибки при его приеме, ценой большого числа вычислений: надлежит определять и анализировать коэффициенты ряда Фурье как в области внеполосного излучения, так и в области частот парциальных сигналов.Rule (3.1) allows you to get the highest efficiency when amplifying each signal, without compromising the probability of an error in its reception, at the cost of a large number of calculations: it is necessary to determine and analyze the coefficients of the Fourier series both in the region of out-of-band radiation and in the frequency region of partial signals.
Менее затратный в вычислительном плане коэффициент масштабирования сформированного сигнала νn(t) определяют как решение более простой целевой функции;A computationally less expensive scaling factor of the generated signal ν n (t) is defined as a solution to a simpler objective function;
где w0 max - относительный уровень внеполосного излучения в способе-прототипе при излучении сигнала ν0(t).where w 0 max is the relative level of out-of-band radiation in the prototype method when the signal is ν 0 (t).
Правило (3.2), не ухудшая вероятность ошибки приема ограниченных сигналов, уменьшает вычислительные затраты ценой снижения КПД относительно достижимого по правилу (3.1).Rule (3.2), without worsening the probability of reception error of limited signals, reduces computational costs at the cost of reducing efficiency relative to that achievable by rule (3.1).
В таблице 1. характеристики способов передачи по КПД усилителя (δ1=0).Table 1. Characteristics of the transmission methods by the efficiency of the amplifier (δ 1 = 0).
Как видно из таблицы 1, заявляемый способ позволяет получить более высокий КПД усилителя, не ухудшая вероятность ошибки при приеме ограниченных сигналов. Характерной особенностью правила (3.2) является одинаковый уровень внеполосного излучения для всех сигналов.As can be seen from table 1, the inventive method allows to obtain a higher efficiency of the amplifier, without compromising the probability of error when receiving limited signals. A characteristic feature of rule (3.2) is the same level of out-of-band radiation for all signals.
Критерий качества: повышение КПД усилителя при заданном уровне внеполосного излученияQuality criterion: increasing the efficiency of the amplifier at a given level of out-of-band radiation
В способе-прототипе это осуществляют заданием такого значения коэффициента масштабирования y0, при котором величина cmin соответствует условию (2.22), а относительный уровень внеполосного излучения сигнала ν0(t) не превышает заданный.In the prototype method, this is done by setting such a value of the scaling coefficient y 0 at which the value c min corresponds to condition (2.22), and the relative level of out-of-band radiation of the signal ν 0 (t) does not exceed a given value.
В заявляемом способе используют тот же усилитель, что и в способе-прототипе и налагают условие, чтобы вероятность ошибки приема ограниченных сигналов в заявляемом способе была не хуже, чем в способе-прототипе. Тогда коэффициент масштабирования каждого сформированного сигнала νn(t) определяют как решение системы уравнений целевых функций:In the inventive method, the same amplifier is used as in the prototype method and impose the condition that the probability of receiving errors of limited signals in the inventive method is not worse than in the prototype method. Then the scaling factor of each generated signal ν n (t) is determined as a solution to the system of equations of the objective functions:
Первая целевая функция правила (3,3) не требует определения коэффициентов ряда Фурье сигнала на выходе ограничителя, т.к. сигналы с пиковыми значениями огибающих, не превышающих порога ограничения, образуют не подвергающееся ограничению подмножество А':The first objective function of rule (3.3) does not require determining the coefficients of the Fourier series of the signal at the output of the limiter, since signals with peak envelope values not exceeding the limit threshold form a non-limitable subset A ':
где Sn max - пиковое значение огибающей сигнала на выходе ограничителя.where S n max - peak value of the envelope of the signal at the output of the limiter.
Внеполосное излучение при усилении сигналов подмножества А' в заявляемом способе отсутствует.Out-of-band radiation during amplification of the signals of the subset A 'in the present method is absent.
Условие принадлежности сигнала к подмножеству А', выраженное через его пик-фактор:The condition that the signal belongs to the subset A ', expressed through its peak factor:
В заявляемом способе критический пик-фактор П's не зависит от коэффициента масштабирования и всегда больше критического пик-фактора в способе-прототипе:In the claimed method, the critical peak factor P ' s does not depend on the scaling factor and is always greater than the critical peak factor in the prototype method:
Следовательно, все сигналы подмножества А являются частью подмножества А' и чем выше требованиях к внеполосному излучению, тем сильнее выполняются соотношения yn>y0≈1, поэтому мощность этих сигналов и локальные КПД при их усилении в заявляемом способе выше, чем в способе-прототипе;Therefore, all the signals of the subset A are part of the subset A 'and the higher the requirements for out-of-band radiation, the stronger are the relations y n > y 0 ≈1, therefore the power of these signals and local efficiencies when amplified in the claimed method is higher than in the method prototype;
Сигналы с пиковыми значениями огибающих, не меньше порога ограничения, образуют подмножество В' и для этих сигналов коэффициент масштабирования определяют как решение второй целевой функция правила (4.1), которая позволяет получить уровень внеполосного излучения не выше заданного, не ухудшая вероятность ошибки при их приеме. В заявляемом способе максимальный коэффициент масштабирования для сигналов подмножества В' равен коэффициенту масштабирования y0 в способе-прототипе, а минимальный коэффициент масштабирования равен единице (при наличии в ансамбле сигналов с пик-фактором, равного критическому значению П's). Следовательно, локальный КПД при усилении сигналов с максимальным пик-фактором одинаков в заявляемом способе и способе-прототипе, а для других сигналов подмножества В' локальные КПД в заявляемом способе ниже, чем в способе-прототипе, Сигналы подмножества В' являются лишь частью подмножества В. поэтому низкие значения локальных КПД составляют малую долю в среднем значении КПД.Signals with peak values of envelopes, not less than the threshold threshold, form a subset of B 'and for these signals the scaling factor is determined as the solution of the second objective function of rule (4.1), which allows obtaining out-of-band emission level not higher than the specified one without deteriorating the probability of error during their reception. In the inventive method, the maximum scaling factor for signals of the subset B ′ is equal to the scaling factor y 0 in the prototype method, and the minimum scaling factor is equal to one (if there are signals with a peak factor in the ensemble equal to the critical value P ′ s ). Therefore, the local efficiency when amplifying the signals with the maximum peak factor is the same in the claimed method and the prototype method, and for other signals of the subset B 'the local efficiency in the claimed method is lower than in the prototype method, the Signals of the subset B' are only part of the subset B Therefore, low values of local efficiency make up a small fraction of the average value of efficiency.
Сигналы, пик-факторы которых находятся между значениями Пs и П's, в способе-прототипе подвергаются ограничению и создают внеполосное излучение, в заявляемом способе эти сигналы не подвергаются ограничению и не создают внеполосного излучения. В заявляемом способе коэффициенты масштабирования этих сигналов больше единицы, но меньше коэффициента масштабирования в способе-прототипе y0. Следовательно, локальные КПД при их усилении находятся между значениями локальных КПД для подмножеств В' и А и близки к локальным. КПД при усилении этих сигналов в способе-прототипе. В итоге, среднее значение КПД в заявляемом способе тем выше среднего значения КПД в способе-прототипе чем выше требования по внеполосному излучению предъявляются к системе связи.The signals, the peak factors of which are between the values of P s and P ' s , in the prototype method are subject to limitation and create out-of-band radiation, in the claimed method, these signals are not subject to limitation and do not create out-of-band radiation. In the inventive method, the scaling factors of these signals are greater than unity, but less than the scaling factor in the prototype method y 0 . Consequently, the local efficiencies, when amplified, are between the values of the local efficiencies for the subsets B 'and A and are close to local ones. The efficiency when amplifying these signals in the prototype method. As a result, the average value of the efficiency in the claimed method, the higher the average value of the efficiency in the prototype method, the higher the requirements for out-of-band radiation are presented to the communication system.
Менее затратный в вычислительном плане коэффициент масштабирования сформированного сигнала νn(t) определяют как решение более простой системы целевых функций, не требующих определения коэффициентов ряда Фурье сигнала на выходе ограничителя:A computationally less expensive scaling factor of the generated signal ν n (t) is defined as a solution to a simpler system of objective functions that do not require determining the coefficients of the Fourier series of the signal at the output of the limiter:
Правило (4.7) приводит к тождественности внеполосного излучения и локальных КПД при усилении сигналов подмножества В' в способе-прототипе в заявляемом способе, в результате чего средний КПД будет несколько выше, чем для правила (4,1). но ценой появления внеполосного излучения для сигналов с пик-фактором, равным П's.Rule (4.7) leads to the identity of out-of-band radiation and local efficiency when amplifying the signals of the subset B 'in the prototype method in the inventive method, as a result of which the average efficiency will be slightly higher than for rule (4.1). but at the cost of out-of-band emission for signals with a peak factor equal to P ' s .
В таблице 2 приведены характеристики способов передачи по внеполосному излучению и КПД усилителя (δU=0).Table 2 shows the characteristics of the out-of-band transmission methods and amplifier efficiency (δ U = 0).
Как видно из таблицы 2, заявляемый способ, не ухудшая вероятность ошибки при приеме ограниченных сигналов, позволяет получить тем более высокий КПД усилителя, чем выше требования по внеполосному излучению. Для относительного порога ограничения Xs=3,5 критические пик-факторы в обоих способах выше второго по уровню пик-фактора ансамбля сигналов Пmax2=4,500 (см. фиг. 2), поэтому ограничению подвергаются только сигналы с максимальным пик-фактором Пmax=8,000 и внеполосное излучение для обоих способов одинаковое, а правила (4.1) и (4.7) в заявляемом способе дают одинаковые результаты.As can be seen from table 2, the inventive method, without compromising the probability of error when receiving limited signals, allows you to get the higher efficiency of the amplifier, the higher the requirements for out-of-band radiation. For the relative limiting threshold, X s = 3.5, the critical peak factors in both methods are higher than the second highest level of the peak factor of the ensemble of signals P max2 = 4,500 (see Fig. 2), therefore, only signals with the maximum peak factor P max are subject to restriction = 8,000 and out-of-band radiation is the same for both methods, and the rules (4.1) and (4.7) in the claimed method give the same results.
Приведенные выше правила определения коэффициентов масштабирования не являются единственно возможными. Например, правило (4,7) может быть модифицировано для исключения внеполосного излучения у сигналов с пик-фактором, равным критическому значению П's:The above rules for determining scaling factors are not the only ones possible. For example, rule (4.7) can be modified to exclude out-of-band radiation in signals with a peak factor equal to the critical value of P ' s :
Коэффициент масштабирования таких сигналов равен единице, следовательно, локальный КПД усилителя достигнет минимума, что приведет к некоторому снижению среднего КПД.The scaling factor of such signals is equal to unity, therefore, the local efficiency of the amplifier will reach a minimum, which will lead to some decrease in the average efficiency.
Заявляемый способ предоставляет широкие возможности по улучшению характеристик системы связи, не достижимые в способе-прототипе.The inventive method provides ample opportunity to improve the characteristics of the communication system, not achievable in the prototype method.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016115446A RU2631146C1 (en) | 2016-04-20 | 2016-04-20 | Method for transmitting information by multi-frequency signals by adaptive scaling and limiting method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016115446A RU2631146C1 (en) | 2016-04-20 | 2016-04-20 | Method for transmitting information by multi-frequency signals by adaptive scaling and limiting method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2631146C1 true RU2631146C1 (en) | 2017-09-19 |
Family
ID=59894072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016115446A RU2631146C1 (en) | 2016-04-20 | 2016-04-20 | Method for transmitting information by multi-frequency signals by adaptive scaling and limiting method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2631146C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6690681B1 (en) * | 1997-05-19 | 2004-02-10 | Airbiquity Inc. | In-band signaling for data communications over digital wireless telecommunications network |
RU2348120C2 (en) * | 2004-01-21 | 2009-02-27 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Transmission of pilot signal and assessment of channel for ofdm system with excessive scatter of delay |
RU2470464C2 (en) * | 2008-06-05 | 2012-12-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | System and method of in-band modem for data transmission over digital wireless communication networks |
-
2016
- 2016-04-20 RU RU2016115446A patent/RU2631146C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6690681B1 (en) * | 1997-05-19 | 2004-02-10 | Airbiquity Inc. | In-band signaling for data communications over digital wireless telecommunications network |
RU2348120C2 (en) * | 2004-01-21 | 2009-02-27 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Transmission of pilot signal and assessment of channel for ofdm system with excessive scatter of delay |
RU2470464C2 (en) * | 2008-06-05 | 2012-12-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | System and method of in-band modem for data transmission over digital wireless communication networks |
RU2474062C2 (en) * | 2008-06-05 | 2013-01-27 | Квэлкомм Инкорпорейтед | System and method for in-band modem for data transmission over digital wireless communication networks |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101262461B (en) | OFDM modulator | |
Ghassemi et al. | PAPR reduction of OFDM using PTS and error-correcting code subblocking-Transactions Papers | |
CN111490737B (en) | Nonlinear compensation method and equipment for power amplifier | |
US20070098094A1 (en) | Peak-to-Average Power Ratio Reduction with Threshold Limited Selection for Coded OFDM Systems | |
Ali et al. | Analysis of improved μ-law companding technique for OFDM systems | |
EP2528292A2 (en) | Radio transmitter system and method | |
Tang et al. | A clipping-noise compression method to reduce PAPR of OFDM signals | |
Gopal et al. | Combining tone injection and companding techniques for PAPR reduction of FBMC-OQAM system | |
Sharif et al. | New results on the peak power of OFDM signals based on oversampling | |
US7327793B2 (en) | DMT peak reduction without affecting transmission signal | |
RU2631146C1 (en) | Method for transmitting information by multi-frequency signals by adaptive scaling and limiting method | |
KR101664797B1 (en) | Method for PAPR Reduction of OFDM Signals and OFDM Transmitter using the same | |
Ghanim et al. | OFDM PAPR reduction for image transmission using improved tone reservation | |
Hausmair et al. | Multiplierless implementation of an aliasing-free digital pulsewidth modulator | |
Yadav et al. | Nonlinearity effect of high power amplifiers in communication systems | |
Omidi et al. | PAPR reduction in OFDM systems: Polynomial-based compressing and iterative expanding | |
Lam et al. | PAPR reduction using frequency domain multiplexed pilot sequences | |
Jaber et al. | Joint clipping and amplifying techniques for PAPR reduction in OFDM systems | |
Nazarov et al. | Techniques for estimating the power of the intermodulation interferences of orthogonal frequency-division multiplexing signals | |
Alsisi et al. | Performance of constant envelope DCT based OFDM system with M-ary PAM mapper in AWGN channel | |
Sason | On the concentration of the crest factor for OFDM signals | |
Mazahir et al. | An adaptive companding scheme for peak-to-average power ratio reduction in OFDM systems | |
Ghassemi et al. | A simplified suboptimal algorithm for tone reservation OFDM | |
Sandeepkumar et al. | Adaptive clipping tone reservation algorithm for PAPR reduction in OFDM/OQAM system | |
Mounir et al. | Effect of Controlling Parameters of Tone Reservation Based on Null Subcarriers (TRNS) on the Performance of OFDM Systems |