Способ параллельной многочастотной передачи цифровой информации с использованием в частотных подканалах комбинированной многопозиционной частотной и фазовой модуляции

Авторы патента:

Елисеев Сергей Николаевич (RU)

H04L27/32 - системы с несущими, отличающиеся использованием двух или более типов модуляции, предусмотренных в рубриках H04L 27/02,H04L 27/10,H04L 27/18 или H04L 27/26

Владельцы патента RU 2574080:

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГОБУ ВПО ПГУТИ) (RU)

Изобретение относится к технике цифровой связи и может быть использовано для многочастотной передачи цифровой информации по каналам связи. Способ передачи включает комбинирование цифровой многочастотной и многопозиционной фазовой модуляции OFDM поднесущих, число которых равно N, разделенных для модуляции на кластеры (группы) по L поднесущих. В каждом кластере символы многочастотной модуляции передаются выбором R из L поднесущих, из которых Ρ затем модулируются по фазе, а R-P поднесущих остаются немодулированными. На приемной стороне, после выделения в схеме OFDM квадратурных компонент поднесущих, демодуляция выполняется в два этапа: сначала некогерентно демодулируются символы многочастотной модуляции, определив R поднесущих, на втором этапе, используя опорные колебания, сформированные из квадратурных компонент смодулированных R-P поднесущих, когерентно демодулируют Ρ фазомодулированных поднесущих. Технический результат заключается в повышении спектральной эффективности и помехоустойчивости способов многочастотной передачи цифровой информации, не требующих включения в состав передаваемого сигнала специальных тренировочных сигналов или пилот-тонов для оценки состояния канала. 6 ил.

Описание изобретения

Изобретение относится к технике многочастотной передачи цифровой информации по каналам связи. Предлагаемый способ целесообразно использовать для реализации модемов в системах цифровой связи. Способ передачи включает комбинирование цифровой многочастотной и многопозиционной фазовой модуляции N OFDM поднесущих, разделенных для модуляции на кластеры (группы) по L поднесущих. В каждом кластере символы многочастотной модуляции передаются выбором R из L поднесущих, из которых P затем модулируются по фазе, a R-P поднесущих остаются немодулированными. На приемной стороне, после выделения в схеме OFDM квадратурных компонент поднесущих, демодуляция выполняется в два этапа: сначала некогерентно демодулируются символы многочастотной модуляции, определив R поднесущих, на втором этапе, используя опорные колебания, сформированные из квадратурных компонент немодулированных R-P поднесущих, когерентно демодулируют P фазомодулированных поднесущих. Технический результат заключается в повышении спектральной эффективности и помехоустойчивости способов многочастотной передачи цифровой информации, не требующих включения в состав передаваемого сигнала специальных тренировочных сигналов или пилот-тонов для оценки состояния канала. Преимущества предлагаемого способа в полной мере реализуются при надежной и устойчивой передаче цифровой информации по каналам с изменяющимися во времени параметрами (быстрыми замираниями).

Настоящее изобретение относится к технике передачи цифровой информации и может быть использовано для реализации модемов в системах цифровой связи. В том числе для одновременной передачи двух и более цифровых информационных потоков разного назначения. Из существующего уровня развития техники известны множество систем передачи цифровой информации, которые осуществляют многочастотную параллельную передачу символов, отображающих цифровую информацию, полученных путем многопозиционной модуляции многочастотных OFDM поднесущих. Структурная схема такой системы показана на фиг. 1.

Широко известным примером может служить система цифрового телевидения [1]. Другие примеры содержатся в патенте US 7702045 В2, класс H04L 27/06 "Method for estimating wireless channel parameters", дата патента 20.04.2010 г., в патенте US 665442901, класс H04L 25/02, опубликован 25.11.2008 г. "Pilot-aided channel estimation for OFDM in wireless systems". Bo всех вышеприведенных примерах способы оценки состояния канала базируются на включении в состав передаваемого многочастотного сигнала тренировочных символов или пилот-тонов, параметры которых известны на приемной стороне, и, следовательно, они не переносят полезные, т.е. информационные данные, а служат для определения характеристик канала, используя для этого методы статистического оценивания. Недостатками вышеперечисленных технических решений являются значительные затраты как вычислительных ресурсов и ресурсов пропускной способности систем OFDM на передачу пилот-тонов и получения достоверных оценок состояния канала с быстроизменяющимися (в масштабе длительности OFDM символа) параметрами.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ комбинированной (гибридной) модуляции, описанный в [2], в котором N поднесущих системы OFDM, для осуществления многопозиционной частотной модуляции (MFSK) разбиваются на К кластеров содержащих по 4 поднесущих в каждом из них. Поступающий битовый информационный поток распределяется по кластерам: каждому кластеру адресуется пара последовательных бит (дибит) информационного потока, значения дибита, в соответствии с кодом Грея, определяют номер одной из поднесущих в кластере, которая фактически передается в составе группового сигнала OFDM (см. фиг. 2), производя тем самым модуляцию 4FSK.

Для повышения спектральной эффективности системы фазы поднесущих модулируются по закону относительной (дифференциальной) фазовой модуляции (DPSK): значение фазы поднесущей в k-м кластере изменяется относительно значения фазы поднесущей в (k-1)-м кластере в соответствии со значениями бит дополнительного информационного потока. Структурная схема, поясняющая принцип работы прототипа, приведена на фиг. 3.

Процесс демодуляции выполняется в два этапа: на первом определяются переданные поднесущие и соответствующие им дибиты ${\hat{q}}_{M F S K},$ а на втором, используя поднесущие, определенные на первом этапе, демодулируются ${\hat{q}}_{D P S K}$ биты дополнительного информационного потока, переданные методом DPSK. Для демодуляции в способе-прототипе нет необходимости в знании состояния канала и, следовательно, в его оценке, что делает его надежным способом для передачи по каналам с быстрыми замираниями. Недостатком данного технического решения является использование относительной фазовой модуляции, уступающей фазовой модуляции (PSK) по характеристикам помехоустойчивости и надежности.

Заявляемый способ передачи цифровой информации получает основной технический результат в виде сочетания повышения спектральной эффективности и помехоустойчивости надежных и устойчивых способов передачи цифровой информации, не требующих включения в состав передаваемого сигнала специальных тренировочных сигналов или пилот-тонов для реализации на приемной стороне использования специальных процедур оценки параметров канала. Предлагаемый способ возможно использовать для передачи двух потоков данных, поступающих от двух источников. Для этого N-общее число частотных подканалов многочастотной системы разделяют на N/L кластеров (групп), каждый из которых содержит L подканалов. В каждом кластере одновременно параллельно передается по R подканалам комбинация из R тональных поднесущих, отображающая один из возможных символов многотональной многопозиционной частотной модуляции. Общее число символов возможных для передачи в отдельном кластере равно $C_{L}^{R}$ , где $C_{L}^{R}$ - число сочетаний по R из L символов. Часть из переданных R поднесущих, равная P, модулируется по фазе B-позиционным кодом. R-P поднесущих не подвергаются фазовой модуляции и используются для формирования опорных колебаний при фазовой демодуляции. Правило выбора этих поднесущих определяется принципом «наиболее близкого размещения по частоте к модулированным по фазе поднесущим», минимизируя среднее значение расстояния между колебаниями для сохранения максимально возможной корреляции между поднесущими обоих видов. Поясним вышеприведенный принцип на примерах: в кластере с размером L=6 с использованием R=3 тональных поднесущих и дополнительной фазовой модуляцией Р=2 поднесущих при передаче днесущих с частотами f_n1<f_n2<f_n3 в качестве опорного колебания назначается поднесущая с частотой f_n2. Таблица, приведенная на фиг. 4, иллюстрирует этот пример, в которой фазомодулированные поднесущие обозначены mpsk.

Другой пример кластера с размером L=8 и R=4 тональными поднесущими Р=2 фазомодулированными поднесущими при передаче поднесущих с частотами f_n1<f_n2<f_n3<f_n4, опорными выбирают поднесущие с частотами f_n2; f_n4. Если организовано целое число кластеров N/L, то число бит передаваемых одновременно равно:

где . - означает целую часть.

Структурная схема модулятора, работа которого описана выше приведена на фиг. 5.

На приемной стороне демодулятор в каждом кластере после разделения OFDM сигнала на отдельные поднесущие и записи квадратурных компонент поднесущих в буферную память выполняет операции последовательно в два этапа: на первом этапе некогерентно демодулируются R поднесущих путем сравнения и выбора R наибольших значений из $C_{L}^{R}$ вариантов, составленных из комбинаций, содержащих по R элементов. Каждый из которых получен возведением в квадрат значений квадратурных компонент отдельных поднесущих в кластере. Значения квадратурных компонент демодулированных R поднесущих сохраняются в буферном запоминающем устройстве (ЗУ) для выполнения на втором этапе демодуляции P фазомодулированных поднесущих с использованием R-P поднесущих для формирования опорных колебаний. В предлагаемом способе передачи цифровой информации для детектирования этих R-P поднесущих, участвующих в передаче части данных полезной цифровой информации, передаваемых методом многотональной многочастотной модуляции, используют некогерентный прием. Использование немодулированных по фазе поднесущих позволяет, в отличие от прототипа, при модуляции поднесущих по фазе применить не относительные методы модуляции, а абсолютные, что дает сочетание повышения спектральной эффективности и помехоустойчивости приема части данных цифровой информации, передаваемых методом фазовой модуляции.

Структурная схема, поясняющая работу демодулятора поднесущих одного кластера, приведена на фиг. 6.

Фазовую модуляцию и соответственно демодуляцию возможно осуществить в режиме иерархической модуляции [1, 3]. Для этого на передающей стороне поток информационных данных, подлежащих многократной фазовой модуляции, разделяют на подпотоки низкого и высокого приоритета и в схеме MPSK символы этих потоков отображаются со значениями фаз в соответствии с иерархией данных [1, 3]. Смещение, обусловленное изменением фазовых углов при иерархической модуляции, учитывается в схеме демодулятора, выполняющего разделение подпотоков высокого и низкого приоритета.

Источники информации

1. Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2), DVB Document A122, June 2008.

2. M. Wetz, I. PeriǺ¡a, W. Teich and J. Lindner. OFDM-MFSK with Differentially Encoded Phases for Robust Transmission over Fast Fading Channels. 11th International OFDM-Workshop, Hamburg, Germany, August 2006.

3. A. Schertz, Ch. Weck. Hierarchical modulation - the transmission of two independent DVB-T multiplexes on a single frequency. EBU TECHNICAL REVIEW, April 2003 p/ 1-13.

Способ передачи цифровых данных, которые поступают на вход передающей части системы связи двумя раздельными потоками и далее передаются по N параллельным каналам многочастотной системы связи, использующий группирование L отдельных частотных подканалов в N/L кластеров (групп), в каждом из которых цифровые данные отображаются в виде модуляционных символов, полученных методом комбинированной модуляции последовательно в два этапа: первоначально генерируют по закону многотональной многочастотной модуляции подмножество R из L активных поднесущих, отображающих в каждом кластере символы этой модуляции для данных одного из информационных потоков, отображая в сочетании R тональных поднесущих выбор модуляционного символа, а затем, на втором этапе, цифровые данные второго потока модулируют по закону фазовой модуляции Р из R активных поднесущих и на приемной стороне процесс демодуляции выполняют соответственно в каждом кластере последовательно в два этапа: сначала в некогерентном демодуляторе демодулируют принятые символы тональной многочастотной модуляции, детектируя R активных поднесущих, совокупность которых определяет значения символов-переносчиков цифровых данных первого потока, и на втором этапе, выбирая из R демодулированных на первом этапе Р фазомодулированных поднесущих, демодулируют символы-переносчики данных второго потока, отличающийся тем, что при передаче на втором этапе в каждом кластере из R активных поднесущих, определенных по закону многотональной многочастотной модуляции, модулируется методом многопозиционной фазовой модуляции часть поднесущих Р, а оставшиеся R-P активных поднесущих, позиции которых в составе кластера однозначно определены заданным правилом при передаче по отношению к Р фазоманипулированным поднесущим, используются на приемной стороне для формирования опорных колебаний, необходимых при когерентной демодуляции символов второго информационного потока.

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и предназначено для применения в системах цифровой связи с шумоподобными сигналами (ШПС). Технический результат заключается в повышении скорости передачи цифровой информации.

Способ параллельной многочастотной передачи цифровой информации по параллельным разнесенным радиоканалам с использованием гибридной модуляции данных // 2562431

Изобретение относится к технике пакетной передачи цифровой информации по каналам радиосвязи и телерадиовещания и может использоваться при одновременной передаче сообщений разного характера: широковещательной или циркулярной передаче группе пользователей важных сообщений.

Способ и устройство автоматического распознавания типов манипуляции радиосигналов // 2510077

Группа изобретений относится к области обработки и распознавания радиосигналов, в частности к распознаванию вида и параметров манипуляции радиосигналов, и может быть использована в радиотехнических устройствах для распознавания манипуляции радиосигналов.

Мультиплексор и способ мультиплексирования // 2491759

Изобретение относится к области мобильного мультимедийного вещания. .

Способ и устройство, предназначенные для генерации кода обучающей последовательности в системе связи // 2433557

Изобретение относится к технике генерации и применения кода обучающей последовательности в системе связи. .

Способ передачи с использованием предварительного кодирования на основе фазового сдвига и устройство для его реализации в беспроводной системе связи // 2421930

Изобретение относится к способу передачи и, в частности, к способу передачи с использованием предварительного кодирования на основе фазового сдвига и к устройству для его реализации в системе беспроводной связи.

Способ выполнения основанного на фазовом сдвиге предварительного кодирования и устройство для его поддержки в системе беспроводной связи // 2418374

Изобретение относится к системе беспроводной связи для передачи данных с использованием основанного на фазовом сдвиге предварительного кодирования в многоантенной системе, использующей множество поднесущих.

Структуры кадров для системы беспроводной связи с множеством методов радиосвязи // 2386217

Изобретение относится к передаче данных в системе беспроводной связи. .

Способ квантования сигнала с множеством несущих // 2380846

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиотехнических системах, работающих с сигналами с множеством несущих. .

Способ мягкой демодуляции для 16-позиционной квадратурной амплитудной модуляции в системе связи // 2375831

Изобретение относится к способу мягкой демодуляции для квадратурной амплитудной модуляции 16QAM в системе связи. .

Способ формирования синфазной и квадратурной составляющих комплексной огибающей спектрально-эффективных радиосигналов // 2575402

Настоящее изобретение относится к области радиотехники, а именно к способам формирования радиосигналов со спектрально-эффективными видами модуляции (FBPSK, T-OQPSK, FQPSK, GMSK, FQAM), которые широко применяются при организации космических радиолиний управления и передачи информации. Техническим результатом изобретения является способность формировать синфазную и квадратурную составляющие комплексной огибающей перечисленных видов спектрально-эффективных радиосигналов, а также 16-позиционных радиосигналов. Способ формирования синфазной и квадратурной составляющих комплексной огибающей спектрально-эффективных радиосигналов заключается в формировании на основе исходного передаваемого информационного потока {xl} многопозиционных символов синфазного (dIi) и квадратурного (dQi) каналов в зависимости от заданного режима модуляции, в формировании посредством соответствующей обработки соответствующих последовательностей многопозиционных символов dIi и dQi основанных I1(t) и Q1(t) сигналов соответствующих каналов, отвечающих за перенос упомянутых последовательностей символов, дополнительных I2(t) и Q2(t) соответствующих каналов, отвечающих за межсимвольную интерференцию упомянутых последовательностей символов, и специальных I' 3(t) и Q' 3(t) сигналов соответствующих каналов, отвечающих за связь между упомянутыми составляющими комплексной огибающей спектрально-эффективных радиосигналов с синхронизацией их моментов, и в расчете синфазной I(t) и квадратурной Q(t) составляющих формируемого спектрально-эффективного радиосигнала в виде взвешенной суммы упомянутых сигналов соответствующих каналов с двумя весовыми коэффициентами, определяющими помехоустойчивость и спектральные характеристики формируемого спектрально-эффективного сигнала. 1 табл.

Способ и устройство для обработки pwm-данных // 2612595

Изобретение относится к способу и устройству для обработки PWM-данных. Технический результат заключается в уменьшении размера PWM-данных. Способ включает в себя: определение ширины импульса каждой точки сходимости, в которой ширины импульсов сходятся вокруг идентичной ширины импульса в распознаваемых PWM-данных; замену каждой из ширин импульсов, сходящихся вокруг соответствующей идентичной ширины импульса, на ширину импульса соответствующей точки сходимости; формирование таблицы запросов ширины импульса, содержащей ширину импульса каждой точки сходимости; и представление PWM-данных посредством каждого индекса каждой ширины импульса в таблице запросов ширины импульса. При этом определение ширины импульса каждой точки сходимости содержит этапы, на которых помечают каждую ширину импульса в распознаваемых PWM-данных на широтно-импульсной координате одномерной формы; определяют каждую область на широтно-импульсной координате, в которой плотность пометки равна или превышает предварительно установленную плотность, и определяют ширины импульсов в области в качестве ширин импульсов, сходящихся вокруг идентичной ширины импульса; вычисляют среднее значение ширин импульсов в области; и определяют среднее значение в качестве ширины импульса точки сходимости, в которой ширины импульсов сходятся вокруг идентичной ширины импульса. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ и система для формирования восьмиточечной сигнально-кодовой конструкции // 2614585

Изобретение относится к передаче данных. Технический результат – расширение известного арсенала технических средств, обеспечивающих выигрыш в соотношении С/Ш по сравнению с известными восьмиточечными сигнально-кодовыми конструкциями (СКК). Для этого строят фазовый портрет СКК размещением одной точки этой СКК в центре координат и разнесением семи точек равноудаленно по окружности радиусом 1,07, выходящим из этого центра координат; ставят в соответствие каждой точке трехразрядное двоичное число, где в каждой паре таких чисел отличается только один из трех разрядов; разбивают входной поток двоичных данных, поступающих с тактовой частотой ft, на следующие одна за другой трехразрядные группы битов; генерируют синфазный и квадратурный несущие сигналы с заранее заданной несущей частотой для синфазного и квадратурного каналов; регулируют амплитуды несущих сигналов в соответствии со значениями, получаемыми при проецировании на соответствующие координатные оси той точки фазового портрета, для которой поставленное в соответствие трехразрядное двоичное число повторяет комбинацию двоичных разрядов в очередной трехразрядной группе битов; где значения для регулировки амплитуды меняют с частотой fs переключения, втрое меньшей тактовой частоты ft. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами // 2617122

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и предназначено для применения в приемных устройствах систем синхронной цифровой связи. Технический результат - повышение помехоустойчивости передачи информации при одновременной передаче нескольких элементарных посылок (ЭП) в одном и том же диапазоне частот и/или при связи через многолучевой канал. Указанный результат достигается за счет за счет реализации в заявленном способе принципа кодирования, предусматривающего операцию определения той из совокупности альтернативных псевдослучайных последовательностей (ПСП), выбором которой на передающей стороне системы связи был закодирован принимаемый символ, формирование с учетом определенной ПСП совокупности битов символа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ и устройство автоматического распознавания типа манипуляции радиосигналов // 2619717

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения типа манипуляции априорно неизвестных радиосигналов. Достигаемый технический результат - повышение вероятности правильного распознавания анализируемых радиосигналов. Способ отличается тем, что расширяют векторы признаков эталонных и распознаваемых сигналов, после чего выполняют нормализацию амплитуды входного сигнала и вектора значений функции активации нейронов выходного слоя. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.