RU2366085C1 - Method of adapting pilot structure and protection interval length in multi-frequency radio communication systems - Google Patents
Method of adapting pilot structure and protection interval length in multi-frequency radio communication systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2366085C1 RU2366085C1 RU2008118757/09A RU2008118757A RU2366085C1 RU 2366085 C1 RU2366085 C1 RU 2366085C1 RU 2008118757/09 A RU2008118757/09 A RU 2008118757/09A RU 2008118757 A RU2008118757 A RU 2008118757A RU 2366085 C1 RU2366085 C1 RU 2366085C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- length
- distance
- pilot symbols
- possible values
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам адаптации пилот структуры и длины защитного интервала к изменяющимся канальным условиям в многочастотной системе радиосвязи.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to methods for adapting the pilot structure and length of the guard interval to changing channel conditions in a multi-frequency radio communication system.
В последнее время для высокоскоростной беспроводной передачи данных широкое распространение получили многочастотные системы радиосвязи - OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). В OFDM системах входной поток данных разделяется на несколько низкоскоростных потоков, которые передаются на различных поднесущих. При этом можно увеличивать скорость передачи данных, не уменьшая длительность символа и сохраняя межсимвольную помеху на приемлемо низком уровне. OFDM системы имеют также и другие преимущества по сравнению с традиционными одночастотными системами: устойчивость к многолучевому распространению радиосигнала, простота цифровой реализации, возможность адаптивной модуляции на различных поднесущих (тонах) и др.Recently, for high-speed wireless data transmission, multi-frequency radio communication systems - OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) have become widespread. In OFDM systems, the input data stream is divided into several low-speed streams that are transmitted on different subcarriers. At the same time, it is possible to increase the data transfer rate without decreasing the symbol duration and keeping the intersymbol interference at an acceptably low level. OFDM systems also have other advantages compared to traditional single-frequency systems: resistance to multipath propagation of a radio signal, simplicity of digital implementation, the possibility of adaptive modulation on various subcarriers (tones), etc.
OFDM сигнал представляет собой последовательность многочастотных (OFDM) символов. Каждый многочастотный символ состоит из N отсчетов данных и LCP отсчетов защитного интервала (префикса). Отсчеты данных представляют собой сумму модулированных поднесущих. Обычно используются многоуровневые фазовые или амплитудно-фазовые виды модуляции. Защитный интервал служит для устранения межсимвольных помех (Прокис Дж. Цифровая связь. М., Радио и связь, 2000 г., с.593). Отсчеты префикса располагаются перед отсчетами данных и представляют собой LCP последних отсчетов данных. Как правило, длительность префикса больше длительности импульсного отклика канала h(t) (интервала многолучевости). Если длина защитного интервала меньше длительности импульсного отклика канала, появляются межсимвольные помехи, снижающие качество приема; если существенно больше - необоснованно увеличивается доля неинформационной части сигнала. Обычно при проектировании OFDM системы величина защитного интервала фиксируется в соответствии с максимально ожидаемой длиной импульсного отклика канала. При этом она может достигать 1/8 или даже 1/4 длительности OFDM символа. То есть непроизводительный ресурс системы из-за защитного интервала может быть достаточно большим.An OFDM signal is a sequence of multi-frequency (OFDM) symbols. Each multi-frequency symbol consists of N data samples and L CP samples of the guard interval (prefix). Data samples are the sum of modulated subcarriers. Usually multilevel phase or amplitude-phase types of modulation are used. The guard interval serves to eliminate intersymbol interference (Prokis J. Digital Communications. M., Radio and Communications, 2000, p. 593). The prefix samples are located before the data samples and represent the L CP of the last data samples. As a rule, the prefix duration is longer than the duration of the channel impulse response h (t) (multipath interval). If the length of the guard interval is less than the duration of the pulse response of the channel, intersymbol interference appears that reduces the quality of reception; if significantly more, the proportion of the non-information part of the signal unreasonably increases. Typically, when designing an OFDM system, the value of the guard interval is fixed in accordance with the maximum expected channel impulse response length. Moreover, it can reach 1/8 or even 1/4 of the OFDM symbol duration. That is, the unproductive resource of the system due to the guard interval can be quite large.
В OFDM системах передаваемое сообщение представляет собой последовательность информационных символов, модулирующих поднесущие сигнала. В эту последовательность периодически вставляют известные (пилот) символы, предназначенные для оценки канала (частотного отклика канала распространения). Качество оценки канала в значительной степени определяется структурой пилот сигнала (числом пилот символов и их расположением в частотно-временной области) и является ключевым фактором эффективной работы OFDM системы. Поэтому оптимизация структуры пилот сигнала в зависимости от скорости изменений во времени и частотно-селективных свойств канала распространения является важной задачей при проектировании OFDM систем. С увеличением числа пилот символов улучшается качество оценки канала, однако увеличивается также непроизводительный ресурс системы. Оптимальная пилот структура OFDM системы представляет собой компромисс между этими факторами.In OFDM systems, the transmitted message is a sequence of information symbols modulating the signal subcarriers. Known symbols (pilot) symbols intended for channel estimation (frequency response of the propagation channel) are periodically inserted into this sequence. The quality of channel estimation is largely determined by the structure of the pilot signal (the number of pilot symbols and their location in the time-frequency domain) and is a key factor in the effective operation of the OFDM system. Therefore, the optimization of the pilot signal structure depending on the rate of change over time and the frequency-selective properties of the propagation channel is an important task in the design of OFDM systems. As the number of pilot symbols increases, the quality of the channel estimate improves, but the system overhead also increases. The optimal pilot structure of an OFDM system is a compromise between these factors.
OFDM системы могут функционировать в различных канальных условиях. Для достижения высокой пропускной способности и надежности передачи данных они должны адаптивно подстраиваться к состоянию канала. Традиционными адаптивно подстраиваемыми параметрами являются способ модуляции, скорость кодирования, а также мощность сигнала. Кроме того, основываясь на информации о частоте фединга и длине канала, передатчик может устанавливать также такие пилот структуру и длину защитного интервала, которые максимизируют спектральную эффективность системы. Информацию о частоте фединга и длине канала в режиме частотного дуплекса передатчик получает с приемной стороны.OFDM systems can operate in various channel conditions. To achieve high throughput and reliable data transmission, they must adaptively adapt to the state of the channel. The traditional adaptively tuned parameters are the modulation method, coding rate, and signal strength. In addition, based on information about the fading frequency and channel length, the transmitter can also set such a pilot structure and guard interval length that maximize the spectral efficiency of the system. The transmitter receives information about the fading frequency and the channel length in the frequency duplex mode from the receiving side.
Известен метод оптимизации пилот структуры в частотной области для частотно-селективных федингующих каналов [S.Ohno and G.В.Giannakis "Capacity maximizing MMSE-optimal pilots for wireless OFDM over frequency-selective block Rayleigh-fading channels", IEEE Trans. Inf. Theory, vol.50, pp.2138-2145, Sept. 2004]. В результате максимизации пропускной способности OFDM системы получено оптимальное число пилот поднесущих, определяемое профилем многолучевости канала распространения. Однако, поскольку используемый в работе алгоритм оценки канала учитывает изменения канала лишь в одном измерении, полученные результаты не могут быть использованы в случае применения более совершенных алгоритмов двумерной частотно-временной интерполяции.A known method for optimizing the pilot structure in the frequency domain for frequency selective fading channels [S.Ohno and G. B. Giannakis "Capacity maximizing MMSE-optimal pilots for wireless OFDM over frequency-selective block Rayleigh-fading channels", IEEE Trans. Inf. Theory, vol.50, pp. 2138-2145, Sept. 2004]. As a result of maximizing the throughput of the OFDM system, an optimal number of pilot subcarriers is obtained, which is determined by the multipath profile of the propagation channel. However, since the channel estimation algorithm used in this work takes into account channel changes in only one dimension, the obtained results cannot be used if more advanced algorithms for two-dimensional time-frequency interpolation are used.
В работе J.Choi and Y.Lee "Optimum pilot pattern for channel estimation in OFDM systems", IEEE Trans. on Wireless Communications, vol.4, no.5, pp.2083-2088, Sept. 2005 выполнена оптимизация пилот структуры в частотно-временной области при условии фиксированной плотности пилот символов. Оптимизация производилась в соответствии с критерием минимума среднего квадрата ошибки оценки канала для изменяющегося во времени частотно-селективного канала. При быстрых изменениях канала во временном и частотном направлениях такой подход приводит к существенному ухудшению точности оценки канала и, как следствие, значительному снижению пропускной способности OFDM системы. Кроме того, требуется точное знание моментов Доплеровского спектра и профиля многолучевости. Получение такой информации часто бывает затруднительным.In J.Choi and Y. Lee, "Optimum pilot pattern for channel estimation in OFDM systems," IEEE Trans. on Wireless Communications, vol. 4, no. 5, pp. 2083-2088, Sept. 2005 The pilot structure was optimized in the time-frequency domain under the condition of a fixed density of pilot symbols. Optimization was carried out in accordance with the criterion of the minimum mean square of the channel estimation error for a time-varying frequency-selective channel. With rapid changes in the channel in the time and frequency directions, this approach leads to a significant deterioration in the accuracy of channel estimation and, as a result, to a significant decrease in the throughput of an OFDM system. In addition, accurate knowledge of the moments of the Doppler spectrum and the multipath profile is required. Obtaining such information is often difficult.
В упомянутых работах отсутствует процедура адаптации пилот структуры к изменяющемуся каналу распространения и не рассмотрена адаптация длины защитного интервала.In the mentioned works, there is no procedure for adapting the pilot structure to a changing propagation channel and adaptation of the length of the guard interval is not considered.
Известны работы Heidi Steendam, Marc Moeneclaey "Analysis and Optimization of the Performance of OFDM on Frequency-Selective Time-Selective Fading Channels", IEEE Transactions on Communications, vol.47, no.12, December 1999, pp.1811-1819, Heidi Steendam "Parameter optimization for OFDM systems in doubly-selective fading channels with line-of-sight components", IEEE Transactions on Wireless Communications, vol.6, no.5, May 2007, pp.1626-1630, посвященные оптимальному выбору длины защитного интервала и количества поднесущих OFDM системы. Оптимизация производилась в соответствии с критерием максимума отношения средней мощности полезного сигнала к средней мощности помех и шума (для сигнала после преобразования Фурье) для изменяющегося во времени частотно-селективного канала в отсутствие прямого луча и при его наличии. Оптимизация проводилась при фиксированной ширине полосы частот. В этих работах не учитывалась возможная ошибка оценки частотного сдвига, которая приводит к неработоспособности системы в случае, когда оптимальное значение количества поднесущих очень велико. Кроме того, большинство систем не обладают возможностью изменения количества поднесущих. Не учтено также влияние ошибок оценки канала, которые зависят не только от отношения сигнал / (помеха + шум), но и от пилот структуры и скорости изменения канала в частотно-временной области.Heidi Steendam, Marc Moeneclaey "Analysis and Optimization of the Performance of OFDM on Frequency-Selective Time-Selective Fading Channels", IEEE Transactions on Communications, vol. 47, no.12, December 1999, pp. 1811-1819, Heidi are known Steendam "Parameter optimization for OFDM systems in doubly-selective fading channels with line-of-sight components", IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 6, no.5, May 2007, pp. 1626-1630, dedicated to the optimal choice of protective length interval and number of subcarriers of an OFDM system. Optimization was carried out in accordance with the criterion of the maximum ratio of the average power of the useful signal to the average power of interference and noise (for the signal after the Fourier transform) for a time-varying frequency-selective channel in the absence of a direct beam and in the presence of it. Optimization was carried out at a fixed bandwidth. In these works, the possible error in estimating the frequency shift, which leads to the system inoperability when the optimal value of the number of subcarriers is very large, was not taken into account. In addition, most systems do not have the ability to change the number of subcarriers. The influence of channel estimation errors, which depend not only on the signal / (noise + noise) ratio, but also on the pilot structure and the rate of change of the channel in the time-frequency domain, was also not taken into account.
Наиболее близким к предлагаемому решению является алгоритм адаптации пилот структуры OFDM системы радиосвязи [О.Simeone, U.Spagnolini "Adaptive pilot pattern for OFDM systems," ICC 2004 - IEEE International Conference on Communications, no.1, June 2004, pp.978-982]. Алгоритм выбирает такую пилот структуру, которая при минимальном количестве пилот символов обеспечивает достаточное качество оценки канала.Closest to the proposed solution is the adaptation algorithm for the pilot structure of the OFDM radio communication system [O.Simeone, U.Spagnolini "Adaptive pilot pattern for OFDM systems," ICC 2004 - IEEE International Conference on Communications, no.1, June 2004, pp.978- 982]. The algorithm selects a pilot structure that, with a minimum number of pilot symbols, provides sufficient channel estimation quality.
Этот алгоритм-прототип адаптации пилот структуры заключается в следующем:This prototype adaptation algorithm of the pilot structure is as follows:
- задают множество возможных значений числа пилот тонов OFDM символа, известное на передающей и приемной стороне,- set the many possible values of the number of pilot tones OFDM symbol, known at the transmitting and receiving side,
на приемной стороне периодическиon the receiving side periodically
- определяют частоту Доплера, профиль многолучевости канала распространения и среднее отношение сигнал-шум,- determine the Doppler frequency, multipath profile of the propagation channel and the average signal-to-noise ratio,
- полученные оценки передаются на передающую сторону,- the received estimates are transmitted to the transmitting side,
на передающей сторонеon the transmitting side
- принимают оценки частоты Доплера, профиля многолучевости канала распространения и среднего отношения сигнал-шум,- take estimates of the Doppler frequency, the multipath profile of the propagation channel and the average signal-to-noise ratio,
- для первого передаваемого OFDM символа из множества возможных значений числа пилот тонов находят минимальный элемент этого множества, обеспечивающий достаточное качество оценки канала с учетом принятой оценки профиля многолучевости канала распространения,- for the first transmitted OFDM symbol from the set of possible values of the number of pilot tones, the minimum element of this set is found that provides sufficient quality of the channel estimate, taking into account the received estimate of the multipath profile of the propagation channel,
- для каждого последующего передаваемого OFDM символа из множества значений числа пилот тонов находят минимальный элемент этого множества, обеспечивающий достаточное качество оценки канала с учетом принятых оценок частоты Доплера, профиля многолучевости канала распространения и среднего отношения сигнал-шум, а также с учетом рассчитанного качества оценки канала предыдущего OFDM символа,- for each subsequent OFDM symbol transmitted from the set of values of the number of pilot tones, find the minimum element of this set that provides sufficient quality for the channel estimate taking into account the accepted estimates of the Doppler frequency, the multipath profile of the propagation channel and the average signal-to-noise ratio, and also taking into account the calculated quality of the channel estimate previous OFDM symbol,
- для каждого передаваемого OFDM символа пилот тона в частотной области устанавливают равномерно, а их количество выбирают равным соответствующим найденным элементам множества значений числа пилот тонов,- for each OFDM symbol transmitted, the pilot tones in the frequency domain are set uniformly, and their number is chosen equal to the corresponding found elements of the set of values of the number of pilot tones,
- для каждого передаваемого OFDM символа установленное число пилот тонов передается на приемную сторону.- for each transmitted OFDM symbol, the set number of pilot tones is transmitted to the receiving side.
В соответствии с этим алгоритмом пилот структура является нерегулярной, а следовательно, возникает необходимость сообщения на приемную сторону числа пилот тонов каждого OFDM символа. Передача этих данных повышает объем служебной информации. На приемной стороне требуется знание профиля многолучевости и отношения сигнал/шум, точное измерение которых часто бывает затруднительным. Кроме того, передача этой информации на передающую сторону повышает объем служебной информации обратного канала. В прототипе предполагается использование алгоритма оценки канала, не учитывающего временную корреляцию частотного отклика канала оцениваемого OFDM символа и следующих за ним символов, что является существенным недостатком прототипа. Применение более совершенных алгоритмов частотно-временной интерполяции могло бы уменьшить количество пилот тонов в OFDM символах и, как следствие, повысить спектральную эффективность системы радиосвязи. Кроме того, в алгоритме прототипа не предусмотрена адаптация длины защитного интервала.In accordance with this algorithm, the pilot structure is irregular, and therefore, it becomes necessary to report to the receiving side the number of pilot tones of each OFDM symbol. The transmission of this data increases the amount of overhead information. On the receiving side, knowledge of the multipath profile and the signal-to-noise ratio are required, the accurate measurement of which is often difficult. In addition, the transmission of this information to the transmitting side increases the amount of overhead information of the reverse channel. The prototype assumes the use of a channel estimation algorithm that does not take into account the time correlation of the channel frequency response of the estimated OFDM symbol and the symbols following it, which is a significant disadvantage of the prototype. The use of more advanced time-frequency interpolation algorithms could reduce the number of pilot tones in OFDM symbols and, as a result, increase the spectral efficiency of a radio communication system. In addition, the prototype algorithm does not provide for the adaptation of the length of the guard interval.
Задача, которую решает заявляемое изобретение, - повышение спектральной эффективности OFDM системы радиосвязи, функционирующей в изменяющихся во времени частотно-селективных каналах.The problem that the claimed invention solves is to increase the spectral efficiency of an OFDM radio communication system operating in time-varying frequency-selective channels.
Для решения этой задачи предлагается способ адаптации пилот структуры и длины защитного интервала в многочастотных системах радиосвязи, заключающийся в следующем:To solve this problem, a method for adapting the pilot structure and the length of the guard interval in multi-frequency radio communication systems is proposed, which consists in the following:
- задают множество возможных значений длины защитного интервала , , известное на передающей и приемной стороне, pL - число возможных значений длины защитного интервала,- set the many possible values of the length of the guard interval , known on the transmitting and receiving side, p L is the number of possible values of the length of the guard interval,
- задают множество возможных значений расстояния (в количестве поднесущих) между соседними тонами пилот символов в частотной области , , известное на передающей и приемной стороне, pq - число возможных значений расстояния между соседними тонами пилот символов в частотной области,- set the many possible values of the distance (in the number of subcarriers) between adjacent tones of the pilot symbols in the frequency domain , , known on the transmitting and receiving side, p q is the number of possible values of the distance between adjacent tones of the pilot symbols in the frequency domain,
- задают множество возможных значений расстояния (в количестве символов) между соседними пилот символами во временной области , , известное на передающей и приемной стороне, pd - число возможных значений расстояния между соседними пилот символами во временной области,- set the many possible values of the distance (in the number of characters) between adjacent pilot symbols in the time domain , , known on the transmitting and receiving sides, p d is the number of possible values of the distance between adjacent pilot symbols in the time domain,
на приемной стороне периодическиon the receiving side periodically
- определяют частоту Доплера fD и длину импульсного отклика канала τ,- determine the Doppler frequency f D and the pulse length of the channel response τ,
- находят нормированную длину канала θ, как произведение длины импульсного отклика канала τ на ширину полосы сигнала F(θ=τF),- find the normalized channel length θ as the product of the length of the pulse response of the channel τ by the signal bandwidth F (θ = τF),
- из множества возможных значений длины защитного интервала находят элемент , , наиболее близкий к величине нормированной длины канала θ,- from the set of possible values of the length of the guard interval, find the element ,, closest to the value of the normalized channel length θ,
- определяют расчетное расстояние между тонами пилот символов в частотной области k, как произведение оптимального коэффициента частотной области βF, длины дискретного преобразования Фурье многочастотной системы N и величины 1/θ, обратной нормированной длине канала (k=βFN/θ),- determine the estimated distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain k, as the product of the optimal coefficient of the frequency domain β F , the length of the discrete Fourier transform of the multi-frequency system N and the
- из множества возможных значений расстояния между тонами пилот символов в частотной области находят элемент q(K), наиболее близкий к значению расчетного расстояния между тонами пилот символов в частотной области k,- from the set of possible values of the distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain, find the element q (K) closest to the value of the estimated distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain k,
- рассчитывают длительность многочастотного символа Т, как отношение суммы длины дискретного преобразования Фурье многочастотной системы N и найденного числа отсчетов защитного интервала , к ширине полосы сигнала ,- calculate the duration of the multi-frequency symbol T, as the ratio of the sum of the length of the discrete Fourier transform of the multi-frequency system N and the found number of samples of the guard interval to signal bandwidth ,
- находят нормированную частоту Доплера Ω, как произведение частоты Доплера fD и длительности многочастотного символа Т(Ω=fDT),- find the normalized Doppler frequency Ω, as the product of the Doppler frequency f D and the duration of the multi-frequency symbol T (Ω = f D T),
- определяют расчетное расстояние между пилот символами во временной области m, как отношение оптимального коэффициента временной области βT к нормированной частоте Доплера (m=βT/Ω),- determine the estimated distance between the pilot symbols in the time domain m, as the ratio of the optimal coefficient of the time domain β T to the normalized Doppler frequency (m = β T / Ω),
- из множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области находят элемент d(M), наиболее близкий к значению расчетного расстояния между пилот символами во временной области m,- from the set of possible values of the distance between the pilot symbols in the time domain, find the element d (M) closest to the value of the estimated distance between the pilot symbols in the time domain m,
- номера J, K, М найденных элементов множеств возможных значений длины защитного интервала, расстояния между соседними тонами пилот символов в частотной области и расстояния между соседними пилот символами во временной области передаются на передающую сторону,- numbers J, K, M of the found elements of the sets of possible values of the length of the guard interval, the distance between adjacent tones of the pilot symbols in the frequency domain and the distances between neighboring pilot symbols in the time domain are transmitted to the transmitting side,
на передающей сторонеon the transmitting side
- принимают эти номера J, K и М,- accept these numbers J, K and M,
- длину защитного интервала устанавливают равной элементу множества возможных значений длины защитного интервала с принятым номером J этого множества ,- the length of the guard interval is set equal to an element of the set of possible values of the length of the guard interval with the accepted number J of this set ,
- расстояние между тонами пилот символов в частотной области многочастотного сигнала устанавливают равным элементу множества возможных значений расстояния между тонами пилот символов в частотной области с принятым номером K этого множества (q=q(K)),- the distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain of the multi-frequency signal is set equal to the element of the set of possible values of the distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain with the adopted number K of this set (q = q (K) ),
- расстояние между пилот символами во временном направлении многочастотного сигнала устанавливают равным элементу множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области с принятым номером М этого множества (d=d(M)).- the distance between the pilot symbols in the time direction of the multi-frequency signal is set equal to the element of the set of possible values of the distance between the pilot symbols in the time domain with the adopted number M of this set (d = d (M) ).
Оптимальный коэффициент частотной области βF устанавливают из диапазона 0.2÷0.4 в соответствии с результатами оптимизации пилот структуры, например βF=0.3.The optimal coefficient of the frequency domain β F is set from the range 0.2 ÷ 0.4 in accordance with the results of optimization of the pilot structure, for example β F = 0.3.
Оптимальный коэффициент временной области βT устанавливают в соответствии с результатами оптимизации пилот структуры из диапазона 0.2÷0.4, например βT=0.3.The optimal time-domain coefficient β T is set in accordance with the results of optimization of the pilot structure from the range 0.2–0.4, for example, β T = 0.3.
Элементы , множества возможных значений длины защитного интервала задают, например, как степень числа два , ; степень максимального элемента множества устанавливают в соответствии с максимальной длиной импульсного отклика канала распространения τmax, при которой многочастотная система должна функционировать, например, как ближайшее целое от логарифма по основанию два нормированной максимальной длины канала ; число возможных значений длины защитного интервала выбирают таким образом, чтобы степень минимального элемента множества возможных значений длины защитного интервала была неотрицательной (pL≤nmax+1).Items , the sets of possible values of the length of the guard interval are set, for example, as a power of two , ; the degree of the maximum element of the set is set in accordance with the maximum length of the impulse response of the propagation channel, τ max , at which the multi-frequency system should function, for example, as the nearest integer from the logarithm to the base of two normalized maximum channel lengths ; the number of possible values of the length of the guard interval is selected so that the degree of the minimum element of the set of possible values of the length of the guard interval is non-negative (p L ≤n max +1).
Элементы , множества возможных значений расстояния между тонами пилот символов в частотной области задают, например, как степень числа два , ; степень минимального элемента множества устанавливают в соответствии с максимальной длиной импульсного отклика канала распространения τmax, при которой многочастотная система должна функционировать, например, как ближайшее целое от логарифма по основанию два произведения оптимального коэффициента частотной области βF, длины дискретного преобразования Фурье многочастотной системы N и величины 1/Fτmax, обратной максимальной нормированной длине канала kmin=round[log2(βFN/Fτmax)], но не менее нуля (kmin≥0); число элементов множества возможных значений расстояния между пилот символами в частотной области выбирают, например, равным четырем (pq=4).Items , the sets of possible values of the distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain are set, for example, as a power of two , ; the degree of the minimum element of the set is set in accordance with the maximum length of the impulse response of the propagation channel τ max , at which the multi-frequency system should function, for example, as the nearest integer from the logarithm to the base of two products of the optimal coefficient of the frequency domain β F , the length of the discrete Fourier transform of the multi-frequency system N and 1 / Fτ max , the reciprocal of the maximum normalized channel length k min = round [log 2 (β F N / Fτ max )], but not less than zero (k min ≥0); the number of elements of the set of possible values of the distance between the pilot symbols in the frequency domain is selected, for example, equal to four (p q = 4).
Элементы , множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области задают, например, как степень числа два , , степень минимального элемента множества устанавливают в соответствии с максимальной частотой Доплера , при которой многочастотная система должна функционировать, например, как ближайшее целое от логарифма по основанию два произведения оптимального коэффициента временной области βT и величины , обратной произведению максимальной частоты Доплера на максимально возможную длину многочастотного символа , но не менее единицы (mmin≥1); число элементов множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области выбирают, например, равным четырем (pd=4).Items , the sets of possible values of the distance between the pilot symbols in the time domain are set, for example, as a power of two , , the degree of the minimum element of the set is set in accordance with the maximum Doppler frequency at which the multi-frequency system should function, for example, as the nearest integer from the logarithm to the base, two products of the optimal time-domain coefficient β T and the quantity inverse to the product of the maximum Doppler frequency and the maximum possible length of the multi-frequency symbol , but not less than one (m min ≥1); the number of elements of the set of possible values of the distance between the pilot symbols in the time domain is selected, for example, equal to four (p d = 4).
Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что операции предлагаемого способа отличаются от операций прототипа следующим.A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the operations of the proposed method differ from the operations of the prototype as follows.
В прототипе используют фиксированную длину защитного интервала. В предлагаемом способе используют различные значения длины защитного интервала. Причем устанавливают длину защитного интервала адаптивно к длине импульсного отклика канала. Соответственно все операции, связанные с адаптацией длины защитного интервала, в прототипе отсутствуют. За счет адаптации длины защитного интервала обеспечивается повышение спектральной эффективности системы радиосвязи, функционирующей в различных каналах распространения.The prototype uses a fixed length of the guard interval. In the proposed method, various values of the length of the guard interval are used. Moreover, set the length of the guard interval adaptively to the length of the pulse response of the channel. Accordingly, all operations associated with the adaptation of the length of the protective interval in the prototype are absent. By adapting the length of the guard interval, the spectral efficiency of the radio communication system operating in various propagation channels is increased.
В прототипе число пилот тонов находят для каждого передаваемого OFDM символа и установленное число пилот тонов передают на приемную сторону. В предлагаемом способе находят расстояние между пилот символами в частотной и временной областях, используя при этом регулярную структуру пилот символов. За счет этого отсутствует необходимость сообщения на приемную сторону большого объема служебной информации, а следовательно, повышается спектральная эффективность системы радиосвязи.In the prototype, the number of pilot tones is found for each transmitted OFDM symbol and the set number of pilot tones is transmitted to the receiving side. In the proposed method, the distance between the pilot symbols in the frequency and time domains is found using the regular structure of the pilot symbols. Due to this, there is no need to communicate to the receiving side a large amount of service information, and therefore, the spectral efficiency of the radio communication system is increased.
В прототипе число пилот тонов находят на передающей стороне по принятым оценкам частоты Доплера, профиля многолучевости канала распространения и среднего отношение сигнал-шум. В предлагаемом способе расстояние между пилот символами в частотной и временной областях находят на приемной стороне и передают номера элементов соответствующих множеств. За счет этого резко снижается объем передаваемой служебной информации, а следовательно, повышается эффективность системы радиосвязи.In the prototype, the number of pilot tones is found on the transmitting side according to accepted estimates of the Doppler frequency, the multipath profile of the propagation channel, and the average signal-to-noise ratio. In the proposed method, the distance between the pilot symbols in the frequency and time domains is found on the receiving side and the element numbers of the corresponding sets are transmitted. Due to this, the volume of transmitted service information is sharply reduced, and therefore, the efficiency of the radio communication system is increased.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволил выявить отличительные признаки, заявленные в формуле изобретения. Следовательно, заявляемый способ отвечает критериям "новизна", "существенные отличия", "промышленная применимость" и обладает неочевидностью решения.A comparative analysis of the proposed solutions with other technical solutions in the art did not allow to identify the distinguishing features claimed in the claims. Therefore, the claimed method meets the criteria of "novelty", "significant differences", "industrial applicability" and has a non-obvious solution.
Графические материалы, представленные в материалах заявки:Graphic materials presented in the application materials:
Фиг.1 - структурная схема устройства передающей стороны заявляемого способа,Figure 1 - structural diagram of the device of the transmitting side of the proposed method,
Фиг.2 - структурная схема устройства приемной стороны заявляемого способа,Figure 2 - structural diagram of the device receiving side of the proposed method,
Фиг.3 - пример пилот структуры в частотно-временной области многочастотного сигнала,Figure 3 is an example of a pilot structure in the time-frequency domain of a multi-frequency signal,
Фиг.4 - сравнительные результаты моделирования.Figure 4 - comparative simulation results.
Предлагаемый способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.
Способ адаптации пилот структуры и длины защитного интервала многочастотной системы радиосвязи к канальных условиям заключается в следующем:A method for adapting the pilot structure and length of the guard interval of a multi-frequency radio communication system to channel conditions is as follows:
- задают множество возможных значений длины защитного интервала , , известное на передающей и приемной стороне, pL - число возможных значений длины защитного интервала,- set the many possible values of the length of the guard interval , known on the transmitting and receiving side, p L is the number of possible values of the length of the guard interval,
- задают множество возможных значений расстояния (в количестве поднесущих) между соседними тонами пилот символов в частотной области , , известное на передающей и приемной стороне, pq - число возможных значений расстояния между соседними тонами пилот символов в частотной области,- set the many possible values of the distance (in the number of subcarriers) between adjacent tones of the pilot symbols in the frequency domain , , known on the transmitting and receiving side, p q is the number of possible values of the distance between adjacent tones of the pilot symbols in the frequency domain,
- задают множество возможных значений расстояния (в количестве символов) между соседними пилот символами во временной области , , известное на передающей и приемной стороне, pd - число возможных значений расстояния между соседними пилот символами во временной области,- set the many possible values of the distance (in the number of characters) between adjacent pilot symbols in the time domain , , known on the transmitting and receiving sides, p d is the number of possible values of the distance between adjacent pilot symbols in the time domain,
на приемной стороне периодическиon the receiving side periodically
- определяют частоту Доплера fD и длину импульсного отклика канала τ,- determine the Doppler frequency f D and the pulse length of the channel response τ,
- находят нормированную длину канала θ, как произведение длины импульсного отклика канала τ на ширину полосы сигнала F(θ=τF),- find the normalized channel length θ as the product of the length of the pulse response of the channel τ by the signal bandwidth F (θ = τF),
- из множества возможных значений длины защитного интервала находят элемент , наиболее близкий к величине нормированной длины канала θ,- from the set of possible values of the length of the guard interval, find the element closest to the value of the normalized channel length θ,
- определяют расчетное расстояние между тонами пилот символов в частотной области k, как произведение оптимального коэффициента частотной области βF, длины дискретного преобразования Фурье многочастотной системы N и величины 1/θ, обратной нормированной длине канала (k=βFN/θ),- determine the estimated distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain k, as the product of the optimal coefficient of the frequency domain β F , the length of the discrete Fourier transform of the multi-frequency system N and the
- из множества возможных значений расстояния между тонами пилот символов в частотной области находят элемент q(K), наиболее близкий к значению расчетного расстояния между тонами пилот символов в частотной области k,- from the set of possible values of the distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain, find the element q (K) closest to the value of the estimated distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain k,
- рассчитывают длительность многочастотного символа Т, как отношение суммы длины дискретного преобразования Фурье многочастотной системы N и найденного числа отсчетов защитного интервала к ширине полосы сигнала ,- calculate the duration of the multi-frequency symbol T, as the ratio of the sum of the length of the discrete Fourier transform of the multi-frequency system N and the found number of samples of the guard interval to signal bandwidth ,
- находят нормированную частоту Доплера Ω, как произведение частоты Доплера fD и длительности многочастотного символа Т (Ω=/fDT),- find the normalized Doppler frequency Ω, as the product of the Doppler frequency f D and the duration of the multi-frequency symbol T (Ω = / f D T),
- определяют расчетное расстояние между пилот символами во временной области m, как отношение оптимального коэффициента временной области βT к нормированной частоте Доплера (m=βT/Ω),- determine the estimated distance between the pilot symbols in the time domain m, as the ratio of the optimal coefficient of the time domain β T to the normalized Doppler frequency (m = β T / Ω),
- из множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области находят элемент d(M), наиболее близкий к значению расчетного расстояния между пилот символами во временной области m,- from the set of possible values of the distance between the pilot symbols in the time domain, find the element d (M) closest to the value of the estimated distance between the pilot symbols in the time domain m,
- номера J, K, М найденных элементов множеств возможных значений длины защитного интервала, расстояния между соседними тонами пилот символов в частотной области и расстояния между соседними пилот символами во временной области передаются на передающую сторону,- numbers J, K, M of the found elements of the sets of possible values of the length of the guard interval, the distance between adjacent tones of the pilot symbols in the frequency domain and the distances between neighboring pilot symbols in the time domain are transmitted to the transmitting side,
на передающей сторонеon the transmitting side
- принимают эти номера J, K и М,- accept these numbers J, K and M,
- длину защитного интервала устанавливают равной элементу множества возможных значений длины защитного интервала с принятым номером J этого множества ,- the length of the guard interval is set equal to an element of the set of possible values of the length of the guard interval with the accepted number J of this set ,
- расстояние между тонами пилот символов в частотной области многочастотного сигнала устанавливают равным элементу множества возможных значений расстояния между тонами пилот символов в частотной области с принятым номером K этого множества (q=q(K)),- the distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain of the multi-frequency signal is set equal to the element of the set of possible values of the distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain with the adopted number K of this set (q = q (K) ),
- расстояние между пилот символами во временном направлении многочастотного сигнала устанавливают равным элементу множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области с принятым номером М этого множества (d=d(M)).- the distance between the pilot symbols in the time direction of the multi-frequency signal is set equal to the element of the set of possible values of the distance between the pilot symbols in the time domain with the adopted number M of this set (d = d (M) ).
Оптимальный коэффициент частотной области βF устанавливают из диапазона 0.2÷0.4 в соответствии с результатами оптимизации пилот структуры, например βF=0.3.The optimal coefficient of the frequency domain β F is set from the range 0.2 ÷ 0.4 in accordance with the results of optimization of the pilot structure, for example β F = 0.3.
Оптимальный коэффициент временной области βT устанавливают в соответствии с результатами оптимизации пилот структуры из диапазона 0.2÷0.4, например, βТ=0.3.The optimal coefficient of the time domain β T is set in accordance with the results of optimization of the pilot structure from the range 0.2 ÷ 0.4, for example, β T = 0.3.
Элементы , множества возможных значений длины защитного интервала задают, например, как степень числа два , , степень максимального элемента множества устанавливают в соответствии с максимальной длиной импульсного отклика канала распространения τmax, при которой многочастотная система должна функционировать, например, как ближайшее целое от логарифма по основанию два нормированной максимальной длиныItems , the sets of possible values of the length of the guard interval are set, for example, as a power of two , , the degree of the maximum element of the set is set in accordance with the maximum length of the impulse response of the propagation channel τ max , at which the multi-frequency system should function, for example, as the nearest integer from the logarithm to the base of two normalized maximum lengths
канала (nmax=round[log2(Fτmax)]); число возможных значений длины защитного интервала выбирают таким образом, чтобы степень минимального элемента множества возможных значений длины защитного интервала была неотрицательной (pL≤nmax+1).channel (n max = round [log 2 (Fτ max )]); the number of possible values of the length of the guard interval is selected so that the degree of the minimum element of the set of possible values of the length of the guard interval is non-negative (p L ≤n max +1).
Элементы , множества возможных значений расстояния между тонами пилот символов в частотной области задают, например, как степень числа два , ; степень минимального элемента множества устанавливают в соответствии с максимальной длиной импульсного отклика канала распространения τmax, при которой многочастотная система должна функционировать, например, как ближайшее целое от логарифма по основанию два произведения оптимального коэффициента частотной области βF, длины дискретного преобразования Фурье многочастотной системы N и величины 1/Fτmax, обратной максимальной нормированной длине канала kmin=round[log2(βFN/Fτmax)], но не менее нуля (kmin≥0); число элементов множества возможных значений расстояния между пилот символами в частотной области выбирают, например, равным четырем (pq=4).Items , the sets of possible values of the distance between the tones of the pilot symbols in the frequency domain are set, for example, as a power of two , ; the degree of the minimum element of the set is set in accordance with the maximum length of the impulse response of the propagation channel τ max , at which the multi-frequency system should function, for example, as the nearest integer from the logarithm to the base of two products of the optimal coefficient of the frequency domain β F , the length of the discrete Fourier transform of the multi-frequency system N and 1 / Fτ max , the reciprocal of the maximum normalized channel length k min = round [log 2 (β F N / Fτ max )], but not less than zero (k min ≥0); the number of elements of the set of possible values of the distance between the pilot symbols in the frequency domain is selected, for example, equal to four (p q = 4).
Элементы , множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области задают, например, как степень числа два , , степень минимального элемента множества устанавливают в соответствии с максимальной частотой Доплера , при которой многочастотная система должна функционировать, например, как ближайшее целое от логарифма по основанию два произведения оптимального коэффициента временной области βT и величины , обратной произведению максимальной частоты Доплера на максимально возможную длину многочастотного символа , но не менее единицы (mmin≥1); число элементов множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области выбирают, например, равным четырем (pd=4).Items , the sets of possible values of the distance between the pilot symbols in the time domain are set, for example, as a power of two , , the degree of the minimum element of the set is set in accordance with the maximum Doppler frequency at which the multi-frequency system should function, for example, as the nearest integer from the logarithm to the base, two products of the optimal time-domain coefficient β T and the quantity inverse to the product of the maximum Doppler frequency and the maximum possible length of the multi-frequency symbol , but not less than one (m min ≥1); the number of elements of the set of possible values of the distance between the pilot symbols in the time domain is selected, for example, equal to four (p d = 4).
Заявляемый способ реализуют на устройстве, структурная схема передающей стороны которого представлена на фиг.1, а структурная схема приемной стороны - на фиг.2. Под передающей стороной понимаем сторону, с которой осуществляется передача информационных данных, а под приемной стороной - сторону, которая эти информационные данные должна принять. При этом не исключается передача некоторых служебных данных с приемной стороны на передающую. Для удобства описания введем понятия «прямой» и «обратный» каналы. Прямым каналом назовем канал передачи данных от передающей стороны к приемной. Обратным каналом назовем канал передача данных от приемной стороны к передающей.The inventive method is implemented on the device, the structural diagram of the transmitting side of which is presented in figure 1, and the structural diagram of the receiving side in figure 2. By the transmitting side we mean the side from which information data is transmitted, and by the receiving side - the side that should receive this information data. At the same time, transmission of some service data from the receiving side to the transmitting side is not ruled out. For convenience, we introduce the concepts of “direct” and “reverse” channels. A direct channel is a data transmission channel from the transmitting side to the receiving side. The reverse channel is called the data transmission channel from the receiving side to the transmitting side.
Устройство передающей стороны (фиг.1) работает следующим образом.The device of the transmitting side (figure 1) works as follows.
На передающей стороне поток информационных бит, предназначенных для передачи в прямом канале, поступает на первый вход передатчика OFDM сигнала 1. На второй вход передатчика OFDM сигнала 1 с выхода блока значений длины защитного интервала 2 поступает устанавливаемое значение длины защитного интервала OFDM символа (число отсчетов защитного интервала). Блок значений длины защитного интервала 2 хранит множество возможных значений длины защитного интервала , , pL - их число. Элементы ,
On the transmitting side, a stream of information bits intended for transmission in the forward channel is supplied to the first input of the
задаются в блоке 2, как степень числа два , ; степень максимального элемента множества устанавливается в соответствии с максимальной длиной импульсного отклика канала распространения τmах, при которой OFDM система должна функционировать как ближайшее целое от логарифма по основанию два нормированной максимальной длины канала (nmax=round[log2(Fτmax)]); число возможных значений длины защитного интервала выбирается таким образом, чтобы степень минимального элемента множества возможных значений длины защитного интервала была неотрицательной (pL≤nmax+1). На выход блока значений длины защитного интервала 2 поступает элемент хранимого множества возможных значений длины защитного интервала с принятым номером J . В начальный момент времени, когда номер J не принят, на выход блока 2 подается максимальный элемент .are set in
На третий вход передатчика OFDM сигнала 1 с выхода блока значений расстояния между тонами пилот символов 3 поступает устанавливаемое значение расстояния между тонами пилот символов в частотной области. Блок 3 хранит множество возможных значений расстояния (в количестве поднесущих) между тонами пилот символов в частотной области , ,The third input of the
Pq - их число. Элементы этого множества задаются в блоке значений расстояния между тонами пилот символов 3, как степень числа два , ; степень минимального элемента множества устанавливают в соответствии с максимальной длиной импульсного отклика канала распространения τmax, при которой OFDM система должна функционировать, как ближайшее целое от логарифма по основанию два произведения оптимального коэффициента частотной области βF, длины дискретного преобразования Фурье OFDM системы N и величины 1/Fτmах, обратной максимальной нормированной длине каналам kmin=round[log2(βFN/Fτmax)], но не менее нуля (kmin≥0); число элементов множества возможных значений расстояния между пилот символами в частотной области выбирают равным четырем (pq=4). На выход блока значений расстояния между тонами пилот символов 3 поступает элемент хранимого множества возможных расстояния между тонами пилот символов в частотной области с принятым номером K (q=q(K)). В начальный момент времени, когда номер K не принят, на выход блока 3 подается минимальный элемент q(1).P q is their number. Elements of this set are set in the block of values of the distance between the tones of the pilot symbols 3, as a power of two , ; the degree of the minimum element of the set is set in accordance with the maximum length of the impulse response of the propagation channel τ max , at which the OFDM system should function as the nearest integer from the logarithm to the base of two products of the optimal frequency domain coefficient β F , the length of the discrete Fourier transform of the OFDM system N and the
На четвертый вход передатчика OFDM сигнала 1 с выхода блока значений расстояния между пилот символами 4 поступает устанавливаемое значение расстояния между пилот символами во временной области. Блок 4 хранит множество возможных значений расстояния (в количестве символов) между пилот символами во временной области , , pd - их число. Элементы , множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области задаются в блоке значений расстояния между пилот символами 4, как степень числа два , , степень минимального элемента множества устанавливают в соответствии с максимальной частотой Доплера , при которой OFDM система должна функционировать, как ближайшее целое от логарифма по основанию два произведения оптимального коэффициента временной области βT и величины , обратной произведению максимальной частоты Доплера на максимально возможную длину OFDM символа , но не менее единицы (mmin≥1); число элементов множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области выбирается равным четырем (pd=4). На выход блока значений расстояния между пилот символами 4 поступает элемент хранимого множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области с принятым номером М (d=d(M)). В начальный момент времени, когда номер K не принят, на выход блока 4 подается минимальный элемент d(1).The fourth input of the
Передатчик OFDM сигнала 1 осуществляет кодирование входных информационных бит, модуляцию, добавление пилот символов, формирование OFDM видеосигнала, добавление защитного интервала, цифроаналоговое преобразование, перенос сигнала на радиочастоту, фильтрацию и другие необходимые операции. Пример реализации передатчика OFDM сигнала приведен в книгах J.G.Proakis "Digital Communications", NY: McGraw-Hill, 1995 и Richard van Nee, Ramjee Prasad "OFDM Wireless Multimedia Communications", Artech House, Boston-London, 2000. С выхода передатчика OFDM сигнала 1 модулированный высокочастотный сигнал излучается в эфир.The
Число отсчетов защитного интервала в передатчике OFDM сигнала 1 устанавливается равным значению, поступающему на его второй вход. Передатчик OFDM сигнала 1 располагает пилот символы в частотно-временной области равномерно, как показано на фиг.3. При этом расстояние между тонами пилот символов в частотной области OFDM сигнала устанавливается равным величине, поступающей на его третий вход, а расстояние между пилот символами во временном направлении OFDM сигнала устанавливается равным величине, поступающей на его четвертый вход.The number of samples of the guard interval in the OFDM transmitter of
Входной высокочастотный сигнал обратного канала поступает на вход приемника служебных данных 5, где его фильтруют, усиливают, переносят на видеочастоту, осуществляют его аналогово-цифровое преобразование, децимацию, демодуляцию, декодирование и т.д. В результате формируются номера элементов множеств J, K и М. Приемник служебных данных реализует прием OFDM сигнала, передаваемого с приемной стороны. Пример реализации приемника OFDM сигнала приведен в книгах J.G.Proakis "Digital Communications", NY: McGraw-Hill, 1995 и Richard van Nee, Ramjee Prasad "OFDM Wireless Multimedia Communications", Artech House, Boston-London, 2000.The input high-frequency signal of the return channel is fed to the input of the
С первого выхода приемника служебных данных 5 принятый номер J элемента множества возможных значений длины защитного интервала поступает на вход блока 2. Со второго выхода приемника служебных данных 5 принятый номер К элемента множества возможных значений расстояния между тонами пилот символов в частотной области поступает на вход блока 3. С третьего выхода приемника служебных данных 5 принятый номер М элемента множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области поступает на вход блока 4.From the first output of the
Устройство приемной стороны (фиг.2) работает следующим образом.The device receiving side (figure 2) works as follows.
На приемной стороне входной высокочастотный сигнал прямого канала поступает на вход приемника OFDM сигнала 6, где его фильтруют, усиливают, переносят на видеочастоту, осуществляют его аналогово-цифровое преобразование, децимацию, демодуляцию, декодирование и т.д. В результате формируются оценки информационных бит данных, а также корреляционные отклики пилот символов или однозначно связанные с ними оценки частотного отклика канала пилот символов. Пример реализации приемника OFDM сигнала приведен в книгах J.G.Proakis "Digital Communications", NY: McGraw-Hill, 1995 и Richard van Nee, Ramjee Prasad "OFDM Wireless Multimedia Communications", Artech House, Boston-London, 2000.On the receiving side, the input high-frequency signal of the forward channel is fed to the input of the OFDM signal 6 receiver, where it is filtered, amplified, transferred to the video frequency, carried out its analog-to-digital conversion, decimation, demodulation, decoding, etc. As a result, estimates of information data bits are formed, as well as correlation responses of the pilot symbols or uniquely associated estimates of the frequency response of the pilot symbol channel. An example implementation of an OFDM signal receiver is given in the books of J.G. Proakis "Digital Communications", NY: McGraw-Hill, 1995 and Richard van Nee, Ramjee Prasad "OFDM Wireless Multimedia Communications", Artech House, Boston-London, 2000.
С первого выхода приемника OFDM сигнала 6 оценки информационных бит данных поступают на выход устройства приемной стороны. Со второго выхода приемника OFDM сигнала корреляционные отклики пилот символов или оценки частотного отклика канала пилот символов поступают на входы блока определения частоты Доплера 7 и блока определения длины импульсного отклика канала 8.From the first output of the OFDM receiver signal 6, the estimates of the information data bits are sent to the output of the receiving side device. From the second output of the OFDM signal receiver, correlation responses of the pilot symbols or estimates of the frequency response of the channel pilot symbols are supplied to the inputs of the Doppler frequency determination unit 7 and the
Пример реализации блока определения частоты Доплера 7 приведен в Kaioukov I.V., Manelis V.В., Cleveland J.R. Channel Estimation for MIMO-OFDM Systems in Rapid Time-Variant Environments Based On Channel Statistics Estimation, GLOBECOM 2006 - IEEE Global Telecommunications Conference, vol.25, no.1, November 2006, pp.2752-2756 или Патент 2298286 RU, Способ оценки канала в многочастотных системах радиосвязи с несколькими передающими и приемными антеннами // Гармонов А.В., Манелис В.Б., Каюков И.В., Кливленд Джозеф Роберт (US) / Опубл. 2007.04.27 // Бюл. 2007, №12. Блок определения длины импульсного отклика канала 8 формирует оценку профиля многолучевости канала распространения, пример получения которой описан в Kaioukov I.V., Manelis V.В., Cleveland J.R. Channel Estimation for MIMO-OFDM Systems in Rapid Time-Variant Environments Based On Channel Statistics Estimation, GLOBECOM 2006 - IEEE Global Telecommunications Conference, vol.25, no.1, November 2006, pp.2752-2756 или Патент 2298286 RU, Способ оценки канала в многочастотных системах радиосвязи с несколькими передающими и приемными антеннами // Гармонов А.В., Манелис В.Б., Каюков И.В., Кливленд Джозеф Роберт (US) / Опубл. 2007.04.27 // Бюл. 2007, №12. В блоке 8 оценка длины импульсного отклика канала формируется по положению многолучевой компоненты оценки профиля многолучевости с максимальной задержкой. С выхода блока 8 оценка длины импульсного отклика канала τ поступает на вход блока нахождения нормированной длины канала 11, где формируется произведение длины импульсного отклика канала τ на ширину полосы OFDM сигнала F(θ=τF). С выхода блока 11 нормированная длина канала θ поступает на вход блока расчета расстояния между тонами пилот символов 13 и вход блока выбора длины защитного интервала 15.An example implementation of the Doppler frequency determination unit 7 is given in Kaioukov I.V., Manelis V.V., Cleveland J.R. Channel Estimation for MIMO-OFDM Systems in Rapid Time-Variant Environments Based On Channel Statistics Estimation, GLOBECOM 2006 - IEEE Global Telecommunications Conference, vol.25, no.1, November 2006, pp.2752-2756 or Patent 2298286 RU, Assessment Method channel in multi-frequency radio communication systems with several transmitting and receiving antennas // Garmonov AV, Manelis VB, Kayukov IV, Cleveland Joseph Robert (US) / Publ. 2007.04.27 // Bull. 2007, No. 12. The unit for determining the impulse response length of
В блоке выбора длины защитного интервала 15 хранится множество возможных значений длины защитного интервала , , которые рассчитываются, как и в блоке значений длины защитного интервала 2 передающей стороны. В блоке выбора длины защитного интервала 15 из множества возможных значений длины защитного интервала находится элемент наиболее близкий к величине нормированной длины канала θ. Номер этого элемента J поступает с первого выхода блока 15 на первый вход передатчика служебных данных 17. Со второго выхода блока 15 значение найденного элемента поступает на вход блока расчета длительности OFDM символа 10.The block for selecting the length of the
Блок расчета расстояния между тонами пилот символов 13 формирует расчетное расстояние между тонами пилот символов k как произведение оптимального коэффициента частотной области βF=0.3, длины дискретного преобразования Фурье OFDM системы N и величины 1/θ, обратной нормированной длине канала {k=βFN/θ). С выхода блока 13 расчетное расстояние между тонами пилот символов k поступает на вход блока выбора значения расстояния между тонами пилот символов 16. В блоке 16 хранится множество возможных значений расстояния (в количестве поднесущих) между тонами пилот символов в блоке значений расстояния между тонами пилот символов 3 частотной области , , которые рассчитываются, как и в блоке значений расстояния между тонами пилот символов 3 передающей стороны. Блок 16 из множества возможных значений расстояния между тонами пилот символов в частотной области находит элемент q(K) наиболее близкий к входному значению расчетного расстояния между тонами пилот символов в частотной области k. Номер этого элемента К поступает с выхода блока 16 на второй вход передатчика служебных данных 17.The unit for calculating the distance between the tones of the pilot symbols 13 forms the calculated distance between the tones of the pilot symbols k as the product of the optimal coefficient of the frequency domain β F = 0.3, the length of the discrete Fourier transform OFDM system N and the
Блок расчета длительности OFDM символа 10 формирует на своем выходе отношение суммы длины дискретного преобразования Фурье OFDM системы N и входного числа отсчетов защитного интервала к ширине полосы сигнала . С выхода блока 10 длительность OFDM символа Т поступает на второй вход блока нахождения нормированной частоты Доплера 9, на первый вход которого с выхода блока 7 поступает оценка частоты Доплера fD. В блоке нахождения нормированной частоты Доплера 9 вычисляется нормированная частота Доплера Ω, как произведение частоты Доплера fD и длительности OFDM символа Т (Ω=fDT). С выхода блока 9 нормированная частота Доплера Ω поступает на вход блока расчета расстояния между пилот символами 12, где определяется расчетное расстояние между пилот символами во временной области m, как отношение оптимального коэффициента временной области βT=0.3 к нормированной частоте Доплера m=βТ/Ω. С выхода блока 12 расчетное расстояние между пилот символами во временной области m поступает на вход блока выбора значения расстояния между пилот символами 14.The OFDM symbol calculation unit of
В блоке 14 хранится множество возможных значений расстояния (в количестве символов) между пилот символами во временной области , , которые рассчитываются, как и в блоке значений расстояния между пилот символами 4 передающей стороны. Блок 14 из множества возможных значений расстояния между пилот символами во временной области находит элемент d(M), наиболее близкий к значению расчетного расстояния между пилот символами во временной области m. Номер этого элемента М поступает с выхода блока 14 на третий вход передатчика служебных данных 17.In block 14, a plurality of possible distance values (in the number of symbols) between the pilot symbols in the time domain is stored , , which are calculated, as in the block of values of the distance between the
Передатчик служебных данных 17 осуществляет кодирование служебной информации (величины J, K, M), поступившей на его входы, модуляцию, формирование OFDM видеосигнала, добавление защитного интервала, цифроаналоговое преобразование, перенос сигнала на радиочастоту, фильтрацию и другие операции. С выхода передатчика служебных данных 17 модулированный высокочастотный сигнал излучается в эфир. Передатчик служебных данных 17 реализует передачу OFDM сигнала, который принимается передающей стороной. Пример реализации передатчика OFDM сигнала приведен в книгах J.G.Proakis "Digital Communications", NY: McGraw-Hill, 1995 и Richard van Nee, Ramjee Prasad "OFDM Wireless Multimedia Communications", Artech House, Boston-London, 2000.
Данное изобретение может применяться в любых OFDM системах, функционирующих в изменяющихся во времени частотно-селективных каналах, например в системах связи UMTS LTE, WiMAX и др.The present invention can be applied in any OFDM systems operating in time-varying frequency selective channels, for example, in UMTS LTE, WiMAX, and other communication systems.
На фиг.4 приведена зависимость спектральной эффективности предложенного адаптивного алгоритма от отношения сигнал-шум при τmaxF=32, . Моделировалась OFDM система со следующими основными параметрами: размерность ДПФ N=128, скорость кодирования R=1/2, модуляция - QPSK (K=2) и 16-QAM (K=4), размер пакета - 128 и 256 бит для каждого вида модуляции соответственно. Принимаемый сигнал представлял собой федингующий четырехлучевый OFDM сигнал, наблюдаемый на фоне гауссовского шума. Замирания сигналов лучей - независимые и соответствуют широко используемой модели Джейкса. Они расположены на интервале [0, τ] эквидистантно, их относительная мощность убывает по линейному закону, так что сигнал четвертого луча слабее сигнала первого луча на 3 дБ. При моделировании предполагалось, что параметры канала τ, fD известны точно.Figure 4 shows the dependence of the spectral efficiency of the proposed adaptive algorithm on the signal-to-noise ratio at τ max F = 32, . An OFDM system was simulated with the following main parameters: DFT dimension N = 128, coding rate R = 1/2, modulation - QPSK (K = 2) and 16-QAM (K = 4), packet size - 128 and 256 bits for each type modulations respectively. The received signal was a four-beam fading OFDM signal observed against a background of Gaussian noise. Ray fading is independent and consistent with the widely used Jakes model. They are located on the interval [0, τ] equidistantly, their relative power decreases linearly, so that the signal of the fourth beam is weaker than the signal of the first beam by 3 dB. In the simulation, it was assumed that the channel parameters τ, f D are known exactly.
Была выбрана усеченно экспоненциальная модель плотности распределения длины канала и плотности распределения частоты ДоплераA truncated exponential model of the distribution density of the channel length and the density distribution of the Doppler frequency was chosen
С≈3.157 - нормировочный множитель.С≈3.157 - normalization factor.
Из двух рассмотренных видов модуляции (QPSK, 16QAM) выбиралась та модуляция, которая обеспечивает более высокую спектральную эффективность. QPSK модуляция предпочтительнее при отношении сигнал-шум приблизительно Z≤10 дБ, a 16QAM - при Z>10 дБ.Of the two types of modulation considered (QPSK, 16QAM), that modulation was selected that provides higher spectral efficiency. QPSK modulation is preferable for a signal-to-noise ratio of approximately Z≤10 dB, and 16QAM for Z> 10 dB.
Для сравнения на фиг.4 приведены также кривая спектральной эффективности алгоритма прототипа и кривая спектральной эффективности при фиксировано выбранных параметрах Lcp, q, d. Эти параметры фиксировались в соответствии с максимальными величинами τ(max), For comparison, Fig. 4 also shows the spectral efficiency curve of the prototype algorithm and the spectral efficiency curve for fixed parameters L cp , q, d. These parameters were fixed in accordance with the maximum values of τ (max) ,
Видно, что предлагаемый алгоритм адаптации длины защитного интервала и пилот структуры позволяет существенно повысить спектральную эффективность OFDM системы связи. По сравнению с фиксированным заданием этих параметров выигрыш может достигать 50%, а по сравнению с алгоритмом прототипа - 20%. Он растет с увеличением области возможных для OFDM системы значений длины канала и частоты Доплера, т.е. величин τ(max), .It can be seen that the proposed algorithm for adapting the length of the guard interval and the pilot structure can significantly increase the spectral efficiency of the OFDM communication system. Compared with the fixed task of these parameters, the gain can reach 50%, and compared with the prototype algorithm - 20%. It grows with an increase in the region of possible values of the channel length and Doppler frequency for an OFDM system, i.e. quantities τ (max) , .
При этом необходимый для передачи объем служебной информации по сравнению со случаем фиксации длины защитного интервала и пилот структуры возрастает несущественно. Для сообщения об используемом наборе адаптируемых параметров требуется всего 6 бит (по два бита на каждый адаптивный параметр).At the same time, the amount of overhead information necessary for transmission, compared with the case of fixing the length of the guard interval, and the pilot of the structure increases insignificantly. A total of 6 bits (two bits for each adaptive parameter) is required to report the set of adaptable parameters used.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008118757/09A RU2366085C1 (en) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Method of adapting pilot structure and protection interval length in multi-frequency radio communication systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008118757/09A RU2366085C1 (en) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Method of adapting pilot structure and protection interval length in multi-frequency radio communication systems |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2366085C1 true RU2366085C1 (en) | 2009-08-27 |
Family
ID=41150060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008118757/09A RU2366085C1 (en) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Method of adapting pilot structure and protection interval length in multi-frequency radio communication systems |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2366085C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005086397A1 (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for transmitting/receiving pilot signal in communication system using ofdm scheme |
| RU2298286C1 (en) * | 2005-10-14 | 2007-04-27 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Method for evaluating channel in multi-frequency radio communication systems with several transmitting and receiving antennas |
| RU2315433C1 (en) * | 2003-09-30 | 2008-01-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Device and method for receiving/transmitting pilot-signal through communication uplink in communication system using orthogonal frequency division multi-access circuit |
| RU2006135130A (en) * | 2004-03-05 | 2008-04-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед (US) | PILOT SIGNAL TRANSMISSION AND CHANNEL ASSESSMENT FOR SYSTEMS WITH MULTIPLE INPUTS AND ONE OUTPUT (MISO) AND MANY INPUTS AND MANY OUTPUTS (MIMO) |
-
2008
- 2008-05-12 RU RU2008118757/09A patent/RU2366085C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2315433C1 (en) * | 2003-09-30 | 2008-01-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Device and method for receiving/transmitting pilot-signal through communication uplink in communication system using orthogonal frequency division multi-access circuit |
| WO2005086397A1 (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for transmitting/receiving pilot signal in communication system using ofdm scheme |
| RU2006135130A (en) * | 2004-03-05 | 2008-04-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед (US) | PILOT SIGNAL TRANSMISSION AND CHANNEL ASSESSMENT FOR SYSTEMS WITH MULTIPLE INPUTS AND ONE OUTPUT (MISO) AND MANY INPUTS AND MANY OUTPUTS (MIMO) |
| RU2298286C1 (en) * | 2005-10-14 | 2007-04-27 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Method for evaluating channel in multi-frequency radio communication systems with several transmitting and receiving antennas |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8064328B2 (en) | Channel estimation device | |
| US8705643B2 (en) | Channel estimation for a control channel in an OFDM system | |
| RU2408142C1 (en) | Initialisation of ofdm data transmission and modem for ofdm data transmission | |
| US7630465B2 (en) | Wireless communications device providing time and frequency-domain channel estimates interpolation and related methods | |
| WO2006137693A1 (en) | Apparatus and method for transmitting/receiving uplink pilot in frequency division multiple access system | |
| JP5347203B2 (en) | Method and apparatus for estimating delay spread of multipath channel | |
| US20100266078A1 (en) | Radio communication device, and reception quality estimation method | |
| Han et al. | An iterative joint channel estimation and symbol detection algorithm applied in OFDM system with high data to pilot power ratio | |
| JP2009528753A (en) | Identification method of maximum cyclic delay in OFDM system based on coherence bandwidth of channel | |
| RU2298286C1 (en) | Method for evaluating channel in multi-frequency radio communication systems with several transmitting and receiving antennas | |
| RU2366085C1 (en) | Method of adapting pilot structure and protection interval length in multi-frequency radio communication systems | |
| Manhas et al. | Optimized OFDM model using CMA channel equalization for BER evaluation | |
| WO2009142962A1 (en) | Methods and systems for effective channel estimation in ofdm systems | |
| JP5645613B2 (en) | Wireless communication system, transmitter and receiver | |
| Liu et al. | DFT-Based Channel Estimation with Iterative Denoising for OFDM-IM System | |
| KR100647079B1 (en) | Discrete Fourier Transform-based Channel Estimation Method for Frequency-Division Wireless Modem | |
| Kaasila | Performance analysis of an ofdm system using data-aided channel estimation | |
| RU2371860C1 (en) | Method for detection of protective interval length of multi-frequency radio communication system symbol | |
| KR101481548B1 (en) | Channel Estimation Using Time Domain Window with Various Sizes | |
| Zhou et al. | A practical cluster-based channel estimation method for ieee 802.16 e | |
| Saci et al. | Cross-layer spectral efficiency of adaptive communications systems with QoS constraints | |
| Roy | Comparative BER Performance Analysis of OFDM System Using M-PSK and M-QAM Modulation Schemes over AWGN Channel | |
| Saci et al. | On the Spectral Efficiency of Blind Channel Estimation and Synchronization Techniques | |
| Hemalatha et al. | Bit Loading of GFDM based Communication System for IoT Applications | |
| Elfadil et al. | Decrease interference using adaptive modulation and coding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100513 |