А.С. Бексаев1, А.С. Овсянникова2, С.В. Завьялов3

1-3 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. С помощью классического метода ортогонального мультиплексирования частот (OFDM-метод) при использовании на каждой поднесущей частоте амплитудного импульса прямоугольной формы обеспечиваются удельные скорости передачи данных не выше 1 (бит/с)/Гц. При этом по краям полосы занимаемых частот скорость спада уровня внеполосных излучений оказывается весьма низкой, что приводит к высокому уровню побочных излучений вне этой полосы частот. Для устранения данных недостатков предлагается при использовании OFDM-метода совместить на каждой поднесущей частоте принцип модуляции с помощью узкополосной фильтрации и применение амплитудных импульсов с оптимальной формой вещественной огибающей сигналов, что позволяет повысить удельную скорость передачи сообщений и снизить уровень внеполосных излучений при сохранении помехоустойчивости приема, соответствующей помехоустойчивости приема ортогональных сигналов.

Цель. Представить имитационную модель системы передачи сообщений с использованием оптимальных сигналов, построенных на основе собственных функций ограниченных по полосе ядер.

Результаты. Приведены основные математические выкладки для аналитического решения оптимизационной задачи поиска форм огибающей сигналов на основе собственных функций ограниченных по полосе ядер. Рассмотрены методы и структурные схемы имитационного моделирования. Проведен сравнительный анализ спектральных характеристик и помехоустойчивости приема оптимальных сигналов.

Практическая значимость. Применение оптимальных сигналов, построенных на основе собственных функций ограниченных по полосе ядер, позволяет повысить энергетическую и спектральную эффективность цифровых сетей радиовещания и телевидения в космическом сегменте DVB-S2 (Digital Video Broadcasting Satellite Second Generation), DVB-T2 (Digital Video Broadcasting Terrestrial Second Generation).

Бексаев А.С., Овсянникова А.С., Завьялов С.В. Имитационная модель системы передачи сообщений с использованием оптимальных сигналов, построенных на основе собственных функций ограниченных по полосе ядер // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 12. С. 21−32. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202212-02

1. Bohge, Mathias, et al. Dynamic resource allocation in OFDM systems: an overview of cross-layer optimization principles and techniques // IEEE Network. Jan-Feb 2007. V. 21. Р. 53-59.
2. Гельгор А.Л., Горлов А.И., Нгуен В.Ф. Повышение спектральной и энергетической эффективности сигналов SEFDM путем использования оптимальных импульсов в качестве формы спектров поднесущих // Радиотехника. 2018. № 1. С. 49-56.
3. Darwazeh I., Ghannam H., Xu T. The First 15 Years of SEFDM: A Brief Survey // 2018 11th International Symposium on Communication Systems, Networks & Digital Signal Processing (CSNDSP). 2018. Р. 1-7. DOI: 10.1109/CSNDSP.2018.8471886.
4. Banelli P., Buzzi S., Colavolpe G., Modenini A., Rusek F., Ugolini A. Modulation formats and waveforms for 5G networks: Who will be the heir of OFDM ?: An overview of alternative modulation schemes for improved spectral efficiency // IEEE Signal Process. Mag. Nov. 2014. V. 31. № 6. Р. 80–93.
5. Sriyananda M.G.S., Nandana Rajatheva. Analysis of self interference in a basic FBMC system // IEEE 78th Vehicular Technology Conf. 2013.
6. Qu Daiming, Shixian Lu, Tao Jiang. Multi-block joint optimization for the peak-to-average power ratio reduction of FBMC-OQAM signals // IEEE Trans. Signal Processing. 2013. V. 61. Р. 1605-1613.
7. Saltzberg B. Performance of an efficient parallel data transmission system // IEEE Trans. Commun. Technol. Dec. 1967. V. 15. № 6. Р. 805–811.
8. Siohan P., Siclet C., Lacaille N. Analysis and design of OFDM/OQAM systems based on filterbank theory // IEEE Transactions on Signal Processing. 2002. V. 50. № 5. P. 1170–1183.
9. Bellanger M., et al. FBMC physical layer: a primer // PHYDYAS. January. 2010. V. 25. № 4. P. 7–10.
10. Baki A.K.M., Al Ahsan R., Awsaf A. Novel methods of filtering for FBMC/UFMC based 5G communication systems // 2019 7th international conference on smart computing & communications (ICSCC) // IEEE. 2019. Р. 1-4
11. Zakaria R., Ruyet D.Le. A novel filter-bank multicarrier scheme to mitigate the intrinsic interference: Application to MIMO systems // IEEE Trans. Wireless Commun. Mar. 2012. V. 11. № 3. Р. 1112–1123.
12. Horváth B., Bakki P. Implementation of FBMC transmission link using SDR // 2013 23rd International Conference Radioelektronika (RADIOELEKTRONIKA) // IEEE. 2013. Р. 320-323.
13. Zhang H., et al. Spectral efficiency comparison of OFDM/FBMC for uplink cognitive radio networks // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2010. V. 2010. Р. 1-14.
14. Shaat M., Bader F. Computationally efficient power allocation algorithm in multicarrier-based cognitive radio networks: OFDM and FBMC systems // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2010. V. 2010. Р. 1-13.
15. Жиляков Е.Г. Вариационные методы анализа и построения функций по эмпирическим данным. Белгород: Изд-во БелГУ. 2007. 160 с.
16. Zavjalov S.V., Makarov S.B., Volvenko S.V., Xue W. Waveform optimization of SEFDM signals with constraints on bandwidth and an out-of-band emission level // Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics). 2015. V. 9247. Р. 636– 646. DOI: 10.1007/978-3-319-23126-6_57.
17. Школьный Л.А. Оптимизация формы огибающей радиоимпульса по минимуму внеполосных излучений // Радиотехника. 1975. Т. 30. № 6. С. 12-15.
18. Zavjalov S.V., Ovsyannikova A.S., Volvenko S.V. On the Necessary Accuracy of Representation of Optimal Signals // Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics). 2018.
    V. 11118 LNCS. Р. 153-161. DOI: 10.1007/978-3-030-01168-0_14.
19. Гельгор А.Л., Тан Н.Ф.Х. Синтез спектрально-эффективных сигналов при наличии ограничения в виде спектральной маски // Радиотехника. 2018. Т. 82. № 12. С. 49-57.