Способ и устройство для передачи и приема дополнительной информации в передаваемой по частям последовательности в мчрок системе связи

Изобретение относится к системам связи. Технический результат заключается в снижении отношения пиковой мощности к средней (ОПМС). Система связи содержит передатчик, предназначенный для преобразования последовательного потока данных в параллельные данные и для сегментации параллельных данных на множество блоков, имеющих множество блоков данных; для вставки опорных данных, имеющих информацию, представляющую значение фазы и положение, в которое вставляется опорный символ, в каждый из сегментированных субблоков; ОБПФ (обратное быстрое преобразование Фурье) - преобразования соответственных блоков во временные сигналы, в которых частоты поднесущих отдельно присваиваются блокам данных; и определения фазовых множителей ОБПФ-преобразованных временных сигналов для снижения ОПМС, где нелинейное искажение происходит из-за совпадения фаз ОБПФ-преобразованных блоков данных с поднесущими частотами; и вращения фазы ОБПФ-преобразованных сигналов согласно определенным фазовым множителям перед передачей. 6 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Настоящее изобретение в основном относится к системе связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (OFDM, МЧРОК), в частности к способу и устройству для передачи и приема дополнительной информации в схеме передаваемой по частям последовательности (PTS, ПЧП).

Технология МЧРОК имеет высокую эффективность использования спектра вследствие того, что спектры субканалов перекрываются друг с другом, сохраняя при этом ортогональность. Согласно МЧРОК технологии символы входной информации модулируются обратным быстрым преобразованием Фурье (упоминаемом здесь как "IFFT", ОБПФ), а ОБПФ модулированный сигнал демодулируется быстрым преобразованием Фурье (упоминаемое здесь как "FFT", БПФ).

Ниже будут кратко описаны соответствующие операции передатчика и приемника, используемых в мобильной системе связи, применяющей МЧРОК технологию (упоминаемой здесь как "МЧРОК мобильная система связи).

В МЧРОК передатчике входные данные модулируются поднесущей частотой, проходя через скремблер, кодер и перемежитель. Передатчик обеспечивает варьируемую скорость передачи данных и, в соответствии со скоростью передачи данных, применяет различную скорость кодирования, размер перемежения и схему модуляции. Вообще говоря, кодер использует скорость кодирования 1/2 или 3/4, а размер перемежения для предотвращения появления пакета ошибок определяется согласно числу закодированных битов, приходящихся на один МЧРОК символ (NCBPS, ЧЗБПС). В качестве схемы модуляции используются QPSK (КФМн, квадратурная фазовая манипуляция), 8PSK (ФМ8С, фазовая манипуляция с восьмеричными сигналами), 16QAM (КАМ16С) квадратурная амплитудная модуляция с шестнадцатеричными сигналами и 64QAM (КАМ64С) квадратурная амплитудная модуляция с шестидесятичетырехричными сигналами. Сигнал, модулированный заданным числом поднесущих посредством перечисленных выше элементов, суммируется с заданным числом пилотных поднесущих, и затем подвергается ОБПФ, формируя тем самым один МЧРОК сигнал, МЧРОК сигнал со вставленным защитным интервалом после прохождения через генератор волновой формы символа передается по радиоканалу радиочастотным (RF) процессором.

В МЧРОК приемнике, соответствующем вышеописанному передатчику, выполняется операция, обратная той, что была проделана в передатчике, а также добавляется процесс синхронизации. Преимущественно, сначала должен выполняться процесс оценки сдвига частоты и сдвига символа с использованием заданных символов настройки. После этого символ данных с удаленным защитным интервалом восстанавливается посредством БПФ с заданным числом поднесущих, с которыми были просуммированы заданное число пилотных поднесущих. Для того чтобы учесть задержку распространения в среде радиоканала, корректор оценивает искажение сигнала, обусловленное каналом, из принятого сигнала посредством оценки состояния канала. Данные, у которых отклик канала был скомпенсирован корректором, преобразуются в битовый поток, а затем подвергаются обращенному перемежению обращенным перемежителем. После этого данные, подвергнутые обращенному перемежению, восстанавливаются в окончательные данные через декодер для коррекции ошибок и дескремблер.

МЧРОК технология выполняет низкоскоростную параллельную передачу, используя множество поднесущих вместо передачи входных данных с высокой скоростью с одной поднесущей. То есть, МЧРОК технология характеризуется тем, что указанная технология позволяет реализовать модуль модуляции/демодуляции в виде эффективного цифрового прибора, а также менее восприимчива к избирательному по частоте замиранию или узкополосным помехам. Благодаря изложенным выше характеристикам, МЧРОК технология является эффективной для передачи сигналов современного европейского цифрового телерадиовещания и высокоскоростной передачи данных, принятой в качестве стандартной спецификации для мобильной системы связи с высокой пропускной способностью, такой, как например, IEEE 802.11a, IEEE 802.16a и IEEE 802.16b.

МЧРОК мобильная система связи передает данные с множеством поднесущих, так что уровень амплитуды МЧРОК сигнала может быть представлен суммой уровней амплитуды множественных поднесущих. Однако, когда фаза каждой из поднесущих изменяется без поддержания ортогональности, фаза конкретной поднесущей может совпадать с фазой другой поднесущей. Когда фазы поднесущих одинаковые, тот же самый МЧРОК сигнал имеет очень высокое отношение пиковой мощности к средней (упоминаемое в дальнейшем как "PAPR", ОПМС). МЧРОК сигнал, имеющий высокое ОПМС снижает эффективность мощного линейного усилителя и сдвигает рабочую точку мощного линейного усилителя в нелинейную область, вызывая, тем самым, искажение взаимной модуляции и расширенный спектр между поднесущими. В МЧРОК системе связи, ОПМС является очень важным фактором, который воздействует на эффективность связи. В связи с этим большое количество исследований проводилось относительно схемы снижения ОПМС.

В качестве схемы снижения ОПМС в МЧРОК системе связи, обеспечивается схема ограничения, схема блочного кодирования и схема вращения фазы. Схема ограничения, схема блочного кодирования и схема вращения фазы будут описаны ниже.

(1) Схема ограничения

Если уровень сигнала в схеме ограничения превышает предопределенное пороговое значение, то уровень принудительно ограничивается до порогового значения, снижая, тем самым, ОПМС. Однако в результате возникает искажение "в полосе", обусловленное нелинейной операцией, вызывающей повышение частоты ошибок по битам (в дальнейшем упоминаемой как "BER", ЧОБ), а также возникают помехи смежного канала, обусловленные внеполосным шумом ограничения.

(2) Схема блочного кодирования

Схема блочного кодирования, для того, чтобы снизить ОПМС всего несущего сигнала, кодирует избыточные несущие и передает их. Схема блочного кодирования не может исправлять только ошибку, обусловленную кодированием, но также снижает ОПМС, не искажая сигнал. Однако увеличение числа поднесущих вызывает резкое снижение эффективности использования спектра, а также увеличение размера поисковой таблицы или порождающей матрицы, невыгодно повышая сложность и вычисления.

(3) Схема вращения фазы

Схема вращения фазы классифицируется на схему избирательного отображения (в дальнейшем упоминаемую как "SLM", ИО) и схему передаваемой по частям последовательности (в дальнейшем упоминаемую как "PTS", ПЧП). ИО схема умножает каждый из M одинаковых блоков данных на каждую из различных последовательностей фаз длиной N, являющихся статистически независимыми друг от друга, выбирает результат, имеющий самое низкое значение ОПМС (то есть, последовательность фаз, имеющую самое низкое ОПМС), и передает выбранную последовательность фаз. ИО схема невыгодна тем, что она требует М ОБПФ операций. Однако ИО схема может значительно снизить ОПМС, а также она может применяться независимо от числа поднесущих.

В отличие от ИО схемы, схема ПЧП делит входные данные на М субблоков, выполняет L-точечное ОБПФ преобразование на каждом субблоке, умножает каждый ОБПФ-преобразованный субблок на фазовый множитель, чтобы минимизировать ОПМС, а затем, перед передачей, суммирует результирующие субблоки. Схема ПЧП превосходит ИО схему в смысле снижения ОПМС и считается наиболее эффективной и гибкой схемой для снижения ОПМС без нелинейного искажения.

Теперь со ссылкой на фиг.1, будет описан передатчик для МЧРОК системы связи, использующей ПЧП схему (систему, в дальнейшем упоминаемой здесь как "ПЧП-МЧРОК система связи").

Фиг.1 иллюстрирует внутреннюю структуру передатчика для известной МЧРОК системы связи, использующей ПЧП схему. Как иллюстрируется на фиг.1, передатчик 100 для ПЧП-МЧРОК системы связи включает устройство 110 отображения, преобразователь 120 сигнала из последовательного в параллельный (S/P), модуль 130 сегментации субблоков, множество ОБПФ модулей 140, 142, 144 и 146, определитель 150 фазовых множителей, множество умножителей 160, 162, 164 и 166 и сумматор 170.

Как показано на фиг.1, сначала информационные биты, которые будут передаваться, кодируются с заданной скоростью кодирования, и закодированные биты, сгенерированные кодированием, перемежаются, а затем подаются в устройство 110 отображения в качестве входных данных X. Хотя были предложены различные схемы кодирования, обычно в качестве схемы кодирования используется схема турбокодирования, использующая турбокод, который является кодом исправления ошибок. Заданная скорость кодирования включает 1/2 и 3/4.

Устройство 110 отображения отображает входные данные X в соответствующий символ модуляции согласно заданной схеме модуляции, и S/P преобразователь 120 обеспечивает символы модуляции, последовательно выводимые из устройства 110 отображения на L параллельных линий, где L представляет число ответвлений ОБПФ модулей 140-146. Модуль 130 сегментации субблоков сегментирует символы модуляции, выводимые параллельно из S/P преобразователя 120, на М субблоков X⁽¹⁾-X^(M), имеющих одинаковую длину N(L=NxM). Здесь предполагается, что S/P преобразователь 120 и модуль 130 сегментации субблоков обеспечиваются отдельно. Однако конечно S/P преобразователь 120 может быть удален, и вместо него модуль 130 сегментации субблоков может включать функцию S/P преобразователя 120. В таком случае модуль 130 сегментации субблоков сегментирует L символов, последовательно обеспечиваемых из устройства 110 отображения, в М субблоков, имеющих длину N.

Операция преобразования субблоков модуля 130 сегментации субблоков будет описана со ссылкой на фиг.2-4. Фиг.2 иллюстрирует субблоки, сегментированные согласно схеме сегментации смежными субблоками, фиг.3 иллюстрирует субблоки, сегментированные согласно схеме сегментации перемежающимися субблоками и фиг.4 иллюстрирует субблоки, сегментированные согласно схеме псевдослучайной сегментации субблоков. Во всех схемах сегментации субблоков, субблоки должны сегментироваться так, чтобы каждый субблок не перекрылся с другими субблоками.

Теперь будут описаны схемы сегментации субблоков.

(1) Схема сегментации смежными субблоками

Схема сегментации смежными субблоками сегментирует субблоки длиной L на субблоки с помощью последовательно смежных символов модуляции. Как иллюстрируется на фиг.2, если длина L равна 12, то схема сегментации смежными субблоками сегментирует символы модуляции длиной 12 на 4 субблока посредством 3 последовательно смежных символов модуляции.

(2) Схема сегментации перемежающимися субблоками

Схема сегментации перемежающимися субблоками сегментирует символы длиной L на субблоки посредством перемежения. Как иллюстрируется на фиг.3, если длина L равна 12, то схема сегментации перемежающимися субблоками сегментирует символы модуляции длиной 12 на общее количество 4 субблока, объединяя 3 символа модуляции на периодах 4 символов модуляции.

(3) Схема сегментации псевдослучайными субблоками

Схема сегментации псевдослучайными субблоками сегментирует символы модуляции длиной L на субблоки посредством псевдослучайного выбора символов модуляции. Как иллюстрируется на фиг.4, если длина L равна 12, то схема сегментации псевдослучайными субблоками сегментирует символы модуляции длиной 12 на общее количество 4 субблоков, посредством случайного объединения 3 символов модуляции без какого-либо правила или конфигурации.

На фиг.2-4, в каждом из субблоков, сегментированных модулем 130 сегментации субблоков, все символы, отличающиеся от L символов, расположенных в определенных положениях, заменяются на 0.

ОБПФ модули 140-146 выполняют ОБПФ на каждом из сегментированных субблоков и генерируют ОБПФ-преобразованные субблоки х⁽¹⁾-х^(M). Определитель 150 фазовых множителей принимает ОБПФ-преобразованные субблоки х⁽¹⁾-х^(M) и определяет фазовые множители -так, чтобы фазы субблоков отличались друг от друга, чтобы минимизировать ОПМС, когда субблоки х⁽¹⁾-х^(M) суммируются. Затем фазовые множители согласовываются со своими соответствующими субблоками. То есть, фазовый множитель согласован с субблоком х⁽¹⁾. Таким образом, фазовый множитель согласован с субблоком х^(M). Умножители 160-166 умножают ОБПФ-преобразованные субблоки х⁽¹⁾-х^(M) на соответствующие фазовые множители - и подают их выходы в сумматор 170. Сумматор 170 генерирует МЧРОК сигнал x, объединяя (или суммируя) выходы умножителей 160-166.

Как описано выше, ПЧП схема может эффективно снижать ОПМС без искажения спектра субканала и может применяться независимо от цифровой схемы модуляции. Однако, чтобы обеспечить возможность приемнику восстанавливать (или декодировать) информационные данные, наряду с данными должна передаваться дополнительная информация для фазового множителя, для вращения фазы. Следовательно, для того, чтобы реализовать ПЧП схему в МЧРОК системе связи, необходим способ эффективной передачи дополнительной информации.

Следовательно, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить способ и устройство для минимизации ОПМС в МЧРОК системе связи.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить способ и устройство для минимизации ОПМС, используя ПЧП схему в МЧРОК системе связи.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить способ и устройство для передачи дополнительной информации для фазового множителя, используемого для вращения фазы при минимизации ОПМС, используя ПЧП схему в МЧРОК системе связи.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить способ и устройство для приема дополнительной информации для фазового множителя, используемого для вращения фазы при минимизации ОПМС, используя ПЧП схему в МЧРОК системе связи.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить способ и устройство для восстановления информационных данных посредством приема дополнительной информации для фазового множителя, используемого для вращения фазы при минимизации ОПМС, используя ПЧП схему в МЧРОК системе связи.

Для достижения вышеупомянутых и других задач, обеспечивается устройство передачи для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (OFDM, МЧРОК), которое мультиплексирует данные с множеством ортогональных поднесущих частот. Устройство содержит модуль сегментации субблоков для сегментации параллельных данных, генерируемых преобразованием последовательного потока данных в параллельный, на множество субблоков, имеющих множество блоков данных; средство вставки опорных символов для вставки опорного символа, имеющего информацию, представляющую значение фазы и положение, в которое вставляется опорный символ, в каждый из сегментированных субблоков; множество модулей обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) для независимого ОБПФ-преобразования субблоков во временные сигналы, в которых частоты поднесущих отдельно присваиваются блокам данных; множество умножителей для отдельного умножения ОБПФ-преобразованных сигналов на заданные ассоциированные фазовые множители; и сумматор для объединения выходов умножителей и для передачи объединенного результата.

Для достижения вышеупомянутых, а также других задач, обеспечивается устройство приема для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (OFDM, МЧРОК), которое мультиплексирует данные с множеством ортогональных поднесущих частот перед передачей. Устройство содержит: модуль быстрого преобразования Фурье (FFT, БПФ) для БПФ-преобразования параллельных блоков данных, генерируемых преобразованием принятого сигнала в параллельные блоки; модуль сегментации субблоков для сегментации выхода БПФ модуля на множество субблоков; множество детекторов опорных символов для детектирования опорных символов, вставленных передатчиком, из сегментированных субблоков; множество модулей обратного вращения фазы для фазового вращения субблоков согласно значениям фазы детектированных опорных символов; множество устройств исключения опорных символов для исключения опорных символов из выходов модулей обратного вращения фазы; и сумматор для объединения выходов устройств исключения опорных символов.

Для достижения вышеупомянутых, а также других задач, обеспечивается способ передачи для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (МЧРОК), который мультиплексирует данные с множеством ортогональных поднесущих частот перед передачей. Способ содержит шаги: преобразования последовательного потока данных в параллельные данные; сегментации параллельных данных на множество блоков, имеющих множество блоков данных; ОБПФ (обратное быстрое преобразование Фурье)-преобразования блоков во временные сигналы, в которых частоты поднесущих отдельно присваиваются блокам данных; и определения фазовых множителей ОБПФ-преобразованных временных сигналов для снижения отношения пиковой мощности к средней (ОПМС), где нелинейное искажение происходит из-за совпадения фаз ОБПФ-преобразованных блоков данных с поднесущими частотами. Опорные данные, имеющие информацию, представляющую значение фазы и положение, в которое вставляются опорные данные, вставляются в каждый субблок между шагом сегментации и шагом ОБПФ-преобразования.

Для достижения вышеупомянутых, а также других задач, обеспечивается способ приема для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (МЧРОК), который мультиплексирует данные с использованием множества ортогональных поднесущих частот. Способ содержит шаги: параллельного преобразования принятого сигнала в параллельные данные; БПФ(быстрое преобразование Фурье)-преобразование параллельных данных; сегментации БПФ-преобразованных данных на множество субблоков; "обратного вращения фазы" субблоков согласно заданным значениям фазы; детектирования опорных данных, имеющих информацию, представляющую значение фазы и положение, в которое вставляются опорные данные; причем опорные данные вставляются передатчиком в каждый из блоков между шагом сегментации и шагом ОБПФ-преобразования; и исключения опорных данных из каждого субблока, подвергнутого обратному вращению фазы согласно значению фазы.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 иллюстрирует внутреннюю структуру передатчика для известной ПЧП-МЧРОК системы связи,

фиг.2 иллюстрирует данные, сегментированные согласно схеме сегментации смежными субблоками, для L=12 и М=4,

фиг.3 иллюстрирует данные, сегментированные согласно схеме сегментации перемежающимися субблоками, для L=12 и М=4,

фиг.4 иллюстрирует данные, сегментированные согласно схеме сегментации псевдослучайными субблоками, для L=12 и М=4,

фиг.5 иллюстрирует внутреннюю структуру передатчика для ПЧП-МЧРОК системы связи согласно варианту воплощения настоящего изобретения,

фиг.6 иллюстрирует данные и опорные символы, сегментированные согласно схеме сегментации смежными субблоками, для L=16 и М=4,

фиг.7 иллюстрирует данные и опорные символы, сегментированные согласно схеме сегментации перемежающимися субблоками, для L=16 и М=4,

фиг.8 иллюстрирует данные и опорные символы, сегментированные согласно схеме сегментации псевдослучайными субблоками, для L=16 и М=4,

фиг.9 иллюстрирует внутреннюю структуру приемника для ПЧП-МЧРОК системы связи согласно варианту воплощения настоящего изобретения,

фиг.10 иллюстрирует сравнение выполнения снижения ОПМС между новейшей ПЧП-МЧРОК системой связи и существующей ПЧП-МЧРОК системой связи,

фиг.11 иллюстрирует сравнение выполнения снижения ОПМС среди схем сегментации субблоков в ПЧП-МЧРОК системе связи согласно варианту воплощения настоящего изобретения, и

фиг.12 иллюстрирует сравнение частоты появления ошибок в битах для ПЧП-МЧРОК системы связи согласно дополнительной информации.

Теперь будет подробно описано несколько вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи. На различных чертежах одни и те же или подобные элементы обозначены одними и теми же номерами позиций. В последующем описании для краткости опускается подробное описание известных функций и конфигураций.

Настоящее изобретение обеспечивает способ и устройство для снижения отношения пиковой мощности к средней (ОПМС) при поддержании исходного сигнала в системе связи, использующей технологию мультиплексирования с частотным разделением ортогональных каналов (МЧРОК) (в дальнейшем упоминаемой как "МЧРОК система связи"). В частности, настоящее изобретение обеспечивает способ и устройство для передачи и приема дополнительной информации для коэффициентов вращения, т.е. фазовых множителей, для точного восстановления данных в приемнике для МЧРОК системы связи, использующей схему передаваемой по частям последовательности (в дальнейшем упоминаемой как "ПЧП"). Дополнительная информация для коэффициентов вращения переносится на фазе опорного символа, который передается наряду с данными.

В последующем описании настоящего изобретения специфические детали, такие, как МЧРОК модуляция, обратное быстрое преобразование Фурье (в дальнейшем упоминаемое здесь как "ОБПФ"), быстрое преобразование Фурье (в дальнейшем упоминаемое здесь как "БПФ"), эффективность использования спектра и частота ошибок по битам (ЧОБ) будут использоваться для лучшего понимания настоящего изобретения. Однако специалистам должно быть понятно, что изобретение может быть легко выполнено без специфических подробностей.

Фиг.5 иллюстрирует внутреннюю структуру передатчика для МЧРОК системы связи, использующей ПЧП схему (в дальнейшем упоминаемой здесь как "ПЧП-МЧРОК связь") согласно варианту воплощения настоящего изобретения. Как иллюстрируется на фиг.5, передатчик 200 ПЧП-МЧРОК связи содержит устройство 210 отображения, преобразователь 220 сигнала из последовательного в параллельный (S/P), модуль 230 сегментации субблоков, множество ОБПФ модулей 240, 242, 244 и 246, определитель 250 фазовых множителей, множество умножителей 260, 262, 264 и 266, сумматор 270 и средство 280 вставки опорных символов.

В передатчике 200, передаваемая информация кодируется с заданной скоростью кодирования, закодированные биты, сгенерированные кодированием, перемежаются и затем подаются в устройство 210 отображения в качестве входных данных D. Хотя были предложены различные схемы кодирования, в качестве схемы кодирования обычно используется схема турбокодирования, использующая турбокод, являющимся кодом исправления ошибок. Заданная скорость кодирования включает 1/2 и 3/4.

Устройство 210 отображения отображает входные данные D в соответствующий символ модуляции согласно заданной схеме модуляции, а S/P преобразователь 220 преобразует символы модуляции, последовательно выводимые из устройства 210 отображения, в параллельные символы. Число выходных символов из S/P преобразователя 220 меньше, чем число 'L' ответвлений ОБПФ модулей 240-246. В связи с этим к выходным символам S/P преобразователя 220 должны быть добавлены опорные символы. Вследствие того, что один опорный символ вставляется в каждый субблок, число параллельных линий, соединенных с выходами S/P преобразователя 220, должно быть меньше на число 'M' субблоков, чем число 'L' входных ответвлений. То есть число параллельных линий должно быть равно 'L-M'.

Модуль 230 сегментации субблоков сегментирует символы модуляции, выводимые параллельно из S/P преобразователя 220, на М субблоков D⁽¹⁾-D^(M), имеющих одинаковую длину N. Как описано выше в разделе уровня техники, в каждом из субблоков, сегментированных модулем 230 сегментации субблоков, все символы, отличающиеся от N символов, расположенных в определенных положениях, заменяются на 0. Здесь предполагается, что S/P преобразователь 220 и модуль 230 сегментации субблоков обеспечиваются отдельно. Однако конечно S/P преобразователь 220 может быть удален, и вместо него модуль 230 сегментации субблоков может включать функцию S/P преобразователя 220. В таком случае модуль 230 сегментации субблоков сегментирует L символов, последовательно обеспечиваемых из устройства 210 отображения в М субблоков, имеющих длину N.

Средство 280 вставки опорных символов вставляет опорный символ, имеющий амплитуду, равную 1, и фазу 0° в предварительно установленное положение каждого из субблоков D⁽¹⁾-D^(M), таким образом, генерируя новые субблоки X⁽¹⁾-X^(M). Каждый из новых субблоков X⁽¹⁾-X^(M) имеет на один символ больше, по сравнению с субблоками D⁽¹⁾-D^(M). Здесь, все фазы опорных символов, вставленных в субблоки D⁽¹⁾-D^(M) устанавливаются равными 0° так, чтобы приемник мог детектировать фазовые множители субблоков из фаз принятых опорных символов.

В альтернативном варианте воплощения, фазы опорных символов могут альтернативно устанавливаться равными 0° и 180° или последовательно устанавливаться равными 0°, 90°, 180° и 270°. В другом предпочтительном варианте воплощения фазы опорных символов могут быть установлены равными фазам комплементарной последовательности и последовательности Уолша.

Способы вставки опорных символов в соответствии с типом схем сегментации субблоков модуля 230 сегментации субблоков иллюстрируются на фиг.6-8. На фиг.6-8 белый кружок представляет символы данных, в то время как черные кружки представляют опорные символы.

На фиг.6-8 предполагается, что обеспечиваются ОБПФ модули, имеющие 16 ответвлений, и 4 субблока, имеющих длину 3(L=16, N=3 и М=4). Фиг.6 иллюстрирует субблоки, сегментированные согласно схеме сегментации смежными субблоками, фиг.7 иллюстрирует субблоки, сегментированные согласно схеме сегментации перемежающимися субблоками, и фиг.8 иллюстрирует субблоки, сегментированные согласно схеме сегментации псевдослучайными субблоками. Во всех схемах сегментации субблоков, субблоки сегментируются таким образом, что каждый субблок не должен перекрываться с другими субблоками, и опорные символы вставляются в одинаковые положения независимо от схем сегментации субблоков. Это связано с тем, что приемник предварительно распознает положения, в которые вставлены опорные символы, и определяет фазовые множители субблоков в соответствии с величиной, на которую вращаются фазы опорных символов.

Далее будут описаны схемы сегментации субблоков.

(1) Схема сегментации смежными субблоками

Схема сегментации смежными субблоками сегментирует субблоки длиной L на субблоки с помощью последовательно смежных символов модуляции. Как иллюстрируется на фиг.6, если длина L равна 16, то схема сегментации смежными субблоками сегментирует символы модуляции длиной 16 на 4 субблока посредством 4 последовательно смежных символов модуляции, то есть 3 символа модуляции и 1 опорный символ.

(2) Схема сегментации перемежающимися субблоками

Схема сегментации перемежающимися субблоками сегментирует символы длиной L на субблоки посредством перемежения. Как иллюстрируется на фиг.7, если длина L равна 16, то схема сегментации перемежающимися субблоками сегментирует символы модуляции длиной 16 на общее количество 4 субблока, объединяя 3 символа модуляции на периодах 5 символов модуляции и 1 опорного символа.

(3) Схема сегментации псевдослучайными субблоками

Схема сегментации псевдослучайными субблоками сегментирует символы модуляции длиной L на субблоки посредством псевдослучайного выбора символов модуляции. Как иллюстрируется на фиг.8, если длина L равна 16, то схема сегментации псевдослучайными субблоками сегментирует символы модуляции длиной 16 на общее количество 4 субблоков, случайно объединяя 3 символа модуляции и 1 опорный символ, расположенные в предварительно установленном положении, без какого-либо правила или конфигурации.

ОБПФ модули 240-246 выполняют ОБПФ на каждом из субблоков со вставленным опорным символом и генерируют ОБПФ-преобразованные субблоки х⁽¹⁾-х^(M). Определитель 250 фазовых множителей принимает ОБПФ-преобразованные субблоки х⁽¹⁾-х^(M) и определяет фазовые множители - соответствующих субблоков так, чтобы фазы субблоков отличались друг от друга, для того, чтобы минимизировать ОПМС, когда субблоки X⁽¹⁾-X^(M) суммируются. Здесь, в качестве фазовых множителей используются {±1} или {±1, ±j}.

Умножители 260-266 умножают ОБПФ-преобразованные субблоки х⁽¹⁾-х^(M) на соответствующие фазовые множители - и подают их выходы в сумматор 270. Сумматор 270 генерирует МЧРОК сигнал , объединяя (или суммируя) выходы умножителей 260-266.

Теперь будет более подробно описана операция ПЧП согласно настоящему изобретению со ссылкой на следующие формулы.

Уравнение (1) представляет входные данные D, сегментированные на М субблоков D⁽¹⁾-D^(M), и опорные символы R (R⁽¹⁾-R^(M)), вставленные в соответствующие субблоки.

Уравнение (1)

В уравнении (1) D обозначает данные и R обозначает опорный символ. Данные D сегментируются на множество субблоков D⁽¹⁾-D^(M), имеющих одинаковый размер согласно одной схеме, выбранной из схем: схемы сегментации смежными субблоками, схемы сегментации перемежающимися субблоками и схемы сегментации псевдослучайными субблоками, описанных в связи с фиг.6-8.

Субблоки, состоящие из данных D и опорных символов R могут быть представлены уравнением:

Уравнение (2)

В уравнении (2) X обозначает субблок.

Для того чтобы минимизировать ОПМС, определитель 250 фазовых множителей определяет соответствующие фазовые множители, которые будут умножаться на М сегментированных субблоков. Если фазовый множитель, на который должны умножаться субблоки, задается как 'b', то вход ОБПФ модуля 240 представляется уравнением:

Уравнение (3)

В уравнении (3) величины {b^(m), м=l, 2,-, М} представляют собой фазовые множители, умноженные на субблоки, и предполагается, что фазовые множители просто управляют операцией вращения над ОБПФ- преобразованными субблоками. Вход , представленный уравнением (3), преобразуется во временную область ОБПФ модулем 240, и результат представляется уравнением:

Уравнение (4)

В уравнении (4) вектор x^(m) показывает ПЧП.

Фазовые множители b^(m), определенные, чтобы минимизировать ОПМС сигнала , выбираются с помощью уравнения:

Уравнение (5)

В уравнении (5) L обозначает число входных ответвлений, или число поднесущих, а l обозначает индекс для идентификации каждой из поднесущих. Уравнение (5) выбирает набор фазовых множителей для минимизации максимального значения, определяемого умножением субблоков на фазовые множители. Набор фазовых множителей будет упоминаться как "коэффициент вращения". Оптимизированный сигнал передачи для коэффициента вращения определяется как:

Уравнение (6)

Фиг.9 иллюстрирует внутреннюю структуру приемника для ПЧП - МЧРОК системы связи, согласно варианту воплощения настоящего изобретения. Как иллюстрируется на фиг.9, приемник 300 ПЧП - МЧРОК связи содержит преобразователь 310 сигнала из последовательного в параллельный (S/P), БПФ модуль 320, модуль 330 сегментации субблоков, множество детекторов 340, 342 и 344 опорных символов, множество модулей 350, 352 и 354 обратного вращения фазы, множество устройств 360, 362 и 364 исключения опорных символов, сумматор 370, преобразователь 380 сигнала из параллельного в последовательный (P/S) и устройство 390 обратного отображения.

Принятые радиочастотные сигналы, переносимые на множестве поднесущих, преобразуются в цифровые сигналы, цифровые сигналы подвергаются заданному процессу обработки сигналов для синхронизации и устранения узлов, и затем подаются в S/P преобразователь 310 в качестве принимаемого сигнала y.

S/P преобразователь 310 сигнала посимвольно преобразует принятый сигнал y в параллельные символы и подает параллельные символы на L параллельных линий, где L представляет число входных ответвлений БПФ модуля 320. БПФ модуль 320 выполняет L точечное БПФ на параллельных символах, выводимых из S/P преобразователя 310. Модуль 330 сегментации субблоков сегментирует L символов, выводимых из БПФ модуля 320 на М субблоков, имеющих одинаковую длину, и подает сегментированные субблоки в детекторы 340-344 опорных символов.

Каждый из детекторов 340-344 опорных символов детектирует опорные символы из субблоков, обеспеченные из модуля 330 сегментации субблоков. Так как опорный символ, вставленный передатчиком, имеет амплитуду, равную 1, и фазу 0°, то фаза детектированного опорного символа представляет собой вариацию фазы, то есть, фазовый множитель символов, составляющих соответствующий субблок. Как описано выше, вследствие того, что передатчик 200 и приемник 300 знают положение, в котором вставлен опорный символ, детекторы 340-344 опорных символов могут детектировать опорный символ из каждого из субблоков.

Модули 350-354 обратного вращения фазы вращают обратно фазы субблоков, принятых из модуля 330 сегментации субблоков, на величину вариации фазы опорных символов, детектированных детекторами 340-344 опорных символов. Устройства 360-364 исключения опорных символов исключают опорные символы из субблоков, обеспеченных из модулей 350-354 обратного вращения фазы. Сумматор 370 посимвольно объединяет выходы устройств 360-364 исключения опорных символов. Параллельные выходы сумматора 370 преобразуются в последовательный сигнал P/S преобразователем 380, и затем восстанавливаются в принятые данные D посредством устройства 390 обратного отображения, согласно соответствующей схеме модуляции.

Далее, со ссылкой на структуру передатчика 200 будет подробно описана процедура извлечения дополнительной информации и восстановления данных приемником 300 ПЧП-МЧРОК системы связи.

Сигнал y, принятый по радиоканалу, представляется уравнением:

Уравнение (7)

В уравнении (7), обозначает передаваемый сигнал, а n представляет шум. Если принятый сигнал y является БПФ-преобразованным, то результирующий сигнал Y представляется уравнением:

Уравнение (8)

В уравнении (8) x^(m) обозначает m-тый субблок, составляющий передаваемый сигнал , b^(m) обозначает m-тый фазовый множитель, примененный к m-тому субблоку, и N обозначает БПФ-преобразованный шум. Если БПФ-преобразованный x^(m) выражается с X^(m), как иллюстрировалось выше, то X^(m) может быть разделен на опорный символ R^(m) и действительные данные D^(m). Следовательно, принятый сигнал делится на данные D, опорный символ R и шум N. Поскольку опорный символ, вставленный передатчиком, характеризуется выражением R^(m)=e^j0=1, то опорный символ R может быть представлен уравнением:

Уравнение (9)

Следовательно, фаза опорного символа

,

вставленного в принятый сигнал, представляет фазовый множитель, то есть дополнительную информацию.

Нижеприведенное уравнение (10) умножает принятый сигнал на обратное значение фазы принятого опорного символа, чтобы восстановить данные. Здесь * представляет обратное вращение фазы.

Уравнение (10)

Если из результата уравнения (10) исключить опорный символ во втором члене, то принятый сигнал представляется уравнением:

Уравнение (11)

Здесь, если пренебречь шумом, то данные точно восстанавливаются.

Теперь будет описано, каким образом точная передача/прием дополнительной информации для ПЧП схемы влияют на МЧРОК систему связи, когда МЧРОК система связи использует ПЧП схему, чтобы снизить ОПМС.

Если возникает ошибка дополнительной информации, то суммарная частота ошибок по битам системы представляется уравнением:

Уравнение (12)

В уравнении (12) P_b обозначает частоту ошибок по битам в AWGN (аддитивный белый гауссов шум) канале в течение QPSK (квадратурная фазовая манипуляция КФМн) модуляции, и определяется как

Уравнение (13)

Кроме того, P_b|False обозначает условную частоту ошибок по битам в состоянии, когда дополнительная информация имеет ошибку, и определяется как:

Уравнение (14)

В уравнении (14) Q() обозначает известную Q функцию, а σ² _S обозначает распределение принятого сигнала и выражается как σ² _S=2 E_b энергией бита E_b принятого сигнала. Кроме того, σ² _N обозначает распределение шума, когда возникает ошибка дополнительной информации, и выражается как σ² _False=(N-M)·E_b.

Фиг.10 иллюстрирует сравнение зависимости дополнительной интегральной функции распределения (CCDF, ДИФР) от ОПМС между известной МЧРОК системой связи, не использующей ПЧП схему, известной ПЧП-МЧРОК системой связи, и новейшей ПЧП-МЧРОК системой связи, передающей дополнительную информацию (SI, ДИ). ДИФР представляет собой вероятность того, что ОПМС будет выше, чем заданное пороговое значение ОПМС₀. Как иллюстрируется, новейшая ПЧП-МЧРОК система связи показывает такую же эффективность снижения ОПМС, что и известная ПЧП-МЧРОК система связи.

Фиг.11 иллюстрирует сравнение зависимости ДИФР от ОПМС между МЧРОК системами связи, использующими схему сегментации смежными субблоками, схему сегментации перемежающимися субблоками и схему сегментации псевдослучайными субблоками. Как иллюстрируется на фиг.11, схема сегментации псевдослучайными субблоками является наилучшей, а схема сегментации смежными субблоками наихудшей в смысле эффективности снижения ОПМС. В настоящем изобретении схема сегментации перемежающимися субблоками сегментирует только данные посредством сегментации перемежающимися субблоками, и вставляет в них опорный символ. То есть сегментируются только данные посредством сегментации перемежающимися субблоками. Эффективность снижения ОПМС посредством схемы сегментации перемежающимися субблоками превосходит таковую для схемы сегментации смежными субблоками.

Фиг.12 иллюстрирует результаты численного анализа и результаты моделирования на основе уравнения (12). На фиг.12, когда P_s=10^-2 и 10^-3, возникает минимальный уровень ошибки. Однако, когда P_s=P_b, ухудшение эффективности, обусловленное ошибкой дополнительной информации, является не таким высоким. Кроме того, частота ошибок по битам для P_s=0 равна частоте ошибок КФМн модуляции в АБГШ шуме (аддитивный белый гауссов шум).

Как описано выше, настоящее изобретение применяется к ПЧП схеме, эффективно снижая высокое ОПМС, которое является самым большим недостатком при использовании множественных поднесущих в МЧРОК системе связи; настоящее изобретение передает дополнительную информацию, относящуюся к использованию ПЧП схемы, таким образом, чтобы приемник мог точно восстанавливать информационные данные. Способ и устройство передачи/приема дополнительной информации, предложенные настоящим изобретением, могут применяться независимо от типа схемы модуляции, и могут быть реализованы с простой структурой. Более того, предложенные способ и устройство могут поддерживать эффективность снижения ОПМС. Кроме того, предлагаемый способ передачи дополнительной информации, использующий опорный символ, может передавать дополнительную информацию в реальном масштабе времени, так что он может применяться к МЧРОК системе связи.

Хотя изобретение было показано и описано со ссылкой на некоторые его предпочтительные варианты осуществления, специалистам должно быть понятно, что могут быть сделаны различные изменения по форме и деталям, не отклоняясь от сущности и не выходя за рамки настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

1. Устройство передачи для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (МЧРОК), мультиплексирующее данные с множеством ортогональных поднесущих частот, содержащее

модуль сегментации субблоков для сегментации параллельных данных, генерируемых параллельным преобразованием последовательного потока данных, на множество субблоков, имеющих множество блоков данных;

средство вставки опорных символов для вставки опорного символа, имеющего информацию, представляющую значение фазы и положение, в которое вставляется опорный символ, в каждый из сегментированных субблоков;

множество модулей обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) для независимого ОБПФ-преобразования субблоков во временные сигналы, в которых частоты поднесущих отдельно присваиваются блокам данных;

множество умножителей для отдельного умножения ОБПФ-преобразованных сигналов на заданные ассоциированные фазовые множители;

сумматор для объединения выходов умножителей и для передачи объединенного результата.

2. Устройство передачи по п.1, в котором значение фазы опорного символа устанавливается равным 0°.

3. Устройство передачи по п.1, в котором значение фазы опорного символа альтернативно устанавливается равным 0° или 180° в соответствии с управляющими сигналами из субблоков.

4. Устройство передачи по п.1, в котором значение фазы опорного символа последовательно устанавливается равным 0°, 90°, 180° и 270° в соответствии с управляющими сигналами из субблоков.

5. Устройство передачи по п.1, в котором опорный символ имеет фазу комплементарной последовательности в соответствии с управляющими сигналами из субблоков.

6. Устройство передачи по п.1, в котором опорный символ имеет фазу последовательности Уолша в соответствии с управляющими сигналами из субблоков.

7. Устройство передачи по п.1, которое также содержит определитель фазовых множителей для определения фазовых множителей ОБПФ-преобразованных временных сигналов для снижения отношения пиковой мощности к средней (ОПМС), в котором нелинейное искажение происходит вследствие совпадения фаз ОБПФ-преобразованных блоков данных с фазами поднесущих частот.

8. Устройство приема для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (МЧРОК), мультиплексирующее данные с множеством ортогональных поднесущих частот перед передачей, содержащее

модуль быстрого преобразования Фурье (FFT, БПФ) для БПФ-преобразования параллельных блоков данных, генерируемых параллельным преобразованием принятого сигнала;

модуль сегментации субблоков для сегментации выхода БПФ модуля на множество субблоков;

множество детекторов опорных символов для детектирования опорных символов, вставленных передатчиком, из сегментированных субблоков;

множество модулей обратного вращения фазы для фазового вращения субблоков согласно значениям фазы детектированных опорных символов;

множество устройств исключения опорных символов для исключения опорных символов из выходов модулей обратного вращения фазы и сумматор для объединения выходов устройств исключения опорных символов.

9. Устройство приема по п.8, в котором модули обратного вращения фазы вращают фазу субблоков на соответствующие фазы согласно значениям фазы детектированных опорных символов.

10. Способ передачи для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (МЧРОК), по которому мультиплексируют данные с множеством ортогональных поднесущих частот, содержащий следующие шаги:

преобразование последовательного потока данных в параллельные данные;

сегментация параллельных данных на множество блоков, имеющих множество блоков данных;

вставка опорных данных, имеющих информацию, представляющую значение фазы и положение, в которое вставляются опорные данные, в каждый из сегментированных субблоков;

ОБПФ (обратное быстрое преобразование Фурье) - преобразование соответственных блоков во временные сигналы, в которых частоты поднесущих отдельно присваиваются блокам данных;

определение фазовых множителей ОБПФ-преобразованных временных сигналов для снижения отношения пиковой мощности к средней (ОПМС), где нелинейное искажение происходит из-за совпадения фаз ОБПФ-преобразованных блоков данных с поднесущими частотами;

вращение фазы ОБПФ-преобразованных сигналов согласно определенным фазовым множителям перед передачей.

11. Способ передачи по п.10, по которому значение фазы устанавливается равным 0°.

12. Способ передачи по п.10, по которому значение фазы альтернативно устанавливается равным 0° или 180° в соответствии с управляющими сигналами из блоков.

13. Способ передачи по п.10, по которому значение фазы последовательно устанавливается равным 0°, 90°, 180° и 270° в соответствии с управляющими сигналами из блоков.

14. Способ передачи по п.10, по которому значение фазы имеет фазу комплементарной последовательности в соответствии с управляющими сигналами из блоков.

15. Способ приема для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (МЧРОК), по которому мультиплексируют данные с использованием множества ортогональных поднесущих частот перед передачей, содержащий следующие шаги:

БПФ (быстрое преобразование Фурье) - преобразование параллельных данных, генерируемых параллельным преобразованием принятого сигнала;

сегментация БПФ-преобразованного сигнала на множество субблоков;

детектирование опорных символов, вставленных передатчиком, из сегментированных субблоков;

вращение фазы сегментированных субблоков согласно ассоциированным значениям фазы детектированных опорных символов;

исключение опорных символов из субблоков, подвергнутых вращению фазы;

объединение субблоков с исключенными опорными символами.

16. Способ приема по п.15, по которому шаг вращения фазы содержит шаг вращения фаз субблоков на соответствующие обратные фазы согласно значениям фазы детектированных опорных символов.

17. Способ передачи для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (МЧРОК), по которому мультиплексируют данные с множеством ортогональных поднесущих частот, содержащий шаги:

преобразование последовательного потока данных в параллельные данные;

сегментация параллельных данных на множество блоков, имеющих множество блоков данных;

ОБПФ (обратное быстрое преобразование Фурье) - преобразования блоков во временные сигналы, в которых частоты поднесущих отдельно присваиваются блокам данных;

определения фазовых множителей ОБПФ-преобразованных временных сигналов для снижения отношения пиковой мощности к средней (ОПМС), где нелинейное искажение происходит из-за совпадения фаз ОБПФ-преобразованных блоков данных с поднесущими частотами;

при этом опорные данные, имеющие информацию, представляющую значение фазы и положение, в которое вставляются опорные данные, вставляются в каждый субблок между шагом сегментации и шагом ОБПФ-преобразования.

18. Способ передачи по п.17, по которому значение фазы устанавливается равным 0°.

19. Способ передачи по п.17, по которому значение фазы альтернативно устанавливается равным 0° или 180° в соответствии с управляющими сигналами из блоков.

20. Способ передачи по п.17, по которому значение фазы последовательно устанавливается равным 0°, 90°, 180° и 270° в соответствии с управляющими сигналами из блоков.

21. Способ передачи по п.17, по которому значение фазы устанавливается так, чтобы иметь фазу комплементарной последовательности в соответствии с управляющими сигналами из блоков.

22. Способ приема для системы связи с мультиплексированием с частотным разделением ортогональных каналов (МЧРОК), по которому мультиплексируют данные с использованием множества ортогональных поднесущих частот посредством параллельного преобразования принятого сигнала в параллельные данные;

осуществляют БПФ (быстрое преобразование Фурье) - преобразование параллельных данных;

осуществляют сегментацию БПФ-преобразованных данных на множество субблоков;

осуществляют обратное вращение фазы субблоков согласно заданным значениям фазы; способ приема содержит следующие шаги:

детектирование опорных данных, имеющих информацию, представляющую значение фазы и положение, в которое вставляются опорные данные, причем опорные данные вставляются передатчиком в каждый из блоков, между шагом сегментации и шагом ОБПФ-преобразования;

исключение опорных данных из каждого из субблоков, подвергнутых обратному вращению фазы, согласно значению фазы.

23. Способ приема по п.22, по которому шаг обратного вращения фазы содержит шаг фазового вращения субблоков на соответствующие обратные фазы согласно значениям фазы детектированных опорных данных.