Multiplexación por división de frecuencia no ortogonal

Método de codificación de datos digitales en múltiples frecuencias portadoras.

La multiplexación por división de frecuencia no ortogonal ( N-OFDM ) es un método de codificación de datos digitales en múltiples frecuencias portadoras con intervalos no ortogonales entre las frecuencias de las subportadoras. ^{[1] [2] [3]} Las señales N-OFDM se pueden utilizar en sistemas de radar y comunicaciones .

Sistema de subportadoras

Sistema de subportadoras de señales N-OFDM después de FFT

La señal N-OFDM equivalente de paso bajo se expresa como: ^{[3] [2]}

${\displaystyle \nu (t)=\sum _{k=0}^{N-1}X_{k}e^{j2\pi \alpha kt/T},\quad 0\leq t<T,}$

donde están los símbolos de datos, es el número de subportadoras y es el tiempo del símbolo N-OFDM . El espaciado entre subportadoras las  hace no ortogonales en cada período de símbolo. ${\displaystyle X_{k}}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \alpha /T}$ ${\displaystyle \alpha <1}$

Historia

La historia de la teoría de las señales N-OFDM se inició en 1992 a partir de la Patente de la Federación Rusa No. 2054684. ^[1] En esta patente, Vadym Slyusar propuso el primer método de procesamiento óptimo para señales N-OFDM después de la transformada rápida de Fourier (FFT). .

A este respecto hay que decir que W. Kozek y AF Molisch escribieron en 1998 sobre las señales N-OFDM diciendo que "no es posible recuperar la información de la señal recibida, ni siquiera en el caso de un canal ideal". ^[4] ${\displaystyle \alpha <1}$

En 2001, V. Slyusar propuso la modulación digital de frecuencia no ortogonal (N-OFDM) como alternativa a OFDM para sistemas de comunicaciones. ^[5]

La próxima publicación sobre este método tiene prioridad en julio de 2002 ^[2] antes del artículo de conferencia sobre SEFDM de I. Darwazeh y MRD Rodrigues (septiembre de 2003). ^[6]

Ventajas del N-OFDM

A pesar de la mayor complejidad de demodular señales N-OFDM en comparación con OFDM , la transición a una disposición de frecuencia subportadora no ortogonal proporciona varias ventajas:

1. mayor eficiencia espectral, que permite reducir la banda de frecuencia ocupada por la señal y mejorar la compatibilidad electromagnética de muchos terminales;
2. desafinación adaptativa de interferencias concentradas en frecuencia cambiando las frecuencias nominales de las subportadoras; ^[7]
3. la capacidad de tener en cuenta los cambios de frecuencia Doppler de las subportadoras cuando se trabaja con abonados que se mueven a altas velocidades;
4. reducción del factor de pico de la mezcla de señales multifrecuencia.

Modelo de sistema idealizado

Esta sección describe un modelo de sistema N-OFDM idealizado simple adecuado para un canal AWGN invariante en el tiempo. ^[8]

Transmisor de señales N-OFDM

Una señal portadora N-OFDM es la suma de varias subportadoras no ortogonales, donde los datos de banda base en cada subportadora se modulan de forma independiente, comúnmente utilizando algún tipo de modulación de amplitud en cuadratura (QAM) o modulación por desplazamiento de fase (PSK). Esta señal de banda base compuesta se utiliza normalmente para modular una portadora de RF principal .

${\displaystyle s[n]}$es un flujo en serie de dígitos binarios. Mediante multiplexación inversa , estos primero se demultiplexan en flujos paralelos y cada uno se asigna a un flujo de símbolos (posiblemente complejo) utilizando alguna constelación de modulación ( QAM , PSK , etc.). Tenga en cuenta que las constelaciones pueden ser diferentes, por lo que algunas transmisiones pueden tener una tasa de bits más alta que otras. ${\displaystyle \scriptstyle N}$

Se calcula un procesador de señal digital (DSP) en cada conjunto de símbolos, lo que proporciona un conjunto de muestras complejas en el dominio del tiempo. Estas muestras luego se mezclan en cuadratura para pasar la banda de la manera estándar. Los componentes reales e imaginarios se convierten primero al dominio analógico mediante convertidores de digital a analógico (DAC); Las señales analógicas se utilizan luego para modular ondas coseno y sinusoidales en la frecuencia portadora , respectivamente. Luego, estas señales se suman para dar la señal de transmisión . ${\displaystyle f_{\text{c}}}$ ${\displaystyle s(t)}$

Demodulación

Receptor

El receptor capta la señal , que luego se mezcla en cuadratura hasta la banda base utilizando ondas coseno y sinusoidal en la frecuencia portadora . Esto también crea señales centradas en , por lo que se utilizan filtros de paso bajo para rechazarlas. Luego, las señales de banda base se muestrean y digitalizan utilizando convertidores analógicos a digitales (ADC), y se utiliza una FFT directa para convertirlas nuevamente al dominio de la frecuencia. ${\displaystyle r(t)}$ ${\displaystyle 2f_{\text{c}}}$

Esto devuelve flujos paralelos, que se utilizan en el detector de símbolos apropiado . ${\displaystyle N}$

Demodulación después de FFT

El primer método de procesamiento óptimo para señales N-OFDM después de FFT se propuso en 1992. ^[1]

Demodulación sin FFT

Demodulación mediante el uso de muestras ADC .

El método de procesamiento óptimo para señales N-OFDM sin FFT se propuso en octubre de 2003. ^{[3] [9]} En este caso se pueden utilizar muestras ADC .

Demodulación después de la transformada discreta de Hartley

N-OFDM+MIMO

Modelo de sistema N-OFDM+MIMO

La combinación de tecnología N-OFDM y MIMO es similar a OFDM. Para la construcción del sistema MIMO se puede utilizar un conjunto de antenas digitales como transmisor y receptor de señales N-OFDM.

OFDM rápido

El método Fast-OFDM ^{[10] [11] [12]} se propuso en 2002. ^[13]

Modulación multiportadora de banco de filtros (FBMC)

La modulación multiportadora de banco de filtros (FBMC) lo es. ^{[14] [15] [16]} Como ejemplo de FBMC se puede considerar Wavelet N-OFDM.

Wavelet N-OFDM

N-OFDM se ha convertido en una técnica para las comunicaciones por línea eléctrica (PLC). En esta área de investigación, se introduce una transformada wavelet para reemplazar la DFT como método de creación de frecuencias no ortogonales. Esto se debe a las ventajas que ofrecen las wavelets, que son particularmente útiles en líneas eléctricas ruidosas. ^[17]

Para crear la señal del emisor, la wavelet N-OFDM utiliza un banco de síntesis que consta de un transmultiplexor de banda seguido de la función de transformación. ${\displaystyle N}$

${\displaystyle F_{n}(z)=\sum _{k=0}^{L-1}f_{n}(k)z^{-k},\quad 0\leq n<N}$

Del lado del receptor se utiliza un banco de análisis para volver a demodular la señal. Este banco contiene una transformada inversa.

${\displaystyle G_{n}(z)=\sum _{k=0}^{L-1}g_{n}(k)z^{-k},\quad 0\leq n<N}$

seguido de otro transmultiplexor de banda. La relación entre ambas funciones de transformación es ${\displaystyle N}$

${\displaystyle {\begin{aligned}f_{n}(k)&=g_{n}(L-1-k)\\F_{n}(z)&=z^{-(L-1)}G_{n}*(z-1)\end{aligned}}}$

FDM espectralmente eficiente (SEFDM)

N-OFDM es un método espectralmente eficiente. ^{[6] [18]} Todos los métodos SEFDM son similares a N-OFDM . ^{[6] [19] [20] [21] [22] [23] [24]}

Multiplexación por división de frecuencia generalizada (GFDM)

La multiplexación por división de frecuencia generalizada ( GFDM ) es.

Ver también

• Portal tecnológico

• OFDM
• COFDM

Referencias

1. RU2054684 (C1) G01R 23/16. Técnica de medición de la respuesta amplitud-frecuencia// Slyusar V. – Appl. Número SU 19925055759, Datos Prioritarios: 19920722. – Datos de Publicación Oficial: 1996-02-20 [1]
2. Slyusar, VI Smolyar, VG Operación multifrecuencia de canales de comunicación basada en resolución de señales super-Rayleigh// Radioelectrónica y sistemas de comunicaciones c/c de Izvestiia- vysshie uchebnye zavedeniia radioelektronika.. - 2003, volumen 46; parte 7, páginas 22–27. – Allerton press Inc. (EE.UU.)[2]
3. Slyusar, VI Smolyar, VG El método de modulación discreta de frecuencia no ortogonal de señales para canales de comunicación de banda estrecha// Radioelectrónica y sistemas de comunicaciones c/c de Izvestiia- vysshie uchebnye zavedeniia radioelektronika. – 2004, volumen 47; parte 4, páginas 40–44. – Allerton press Inc. (EE.UU.)[3]
4. W. Kozek y AF Molisch. "Formas de pulsos no ortogonales para comunicaciones multiportadora en canales doblemente dispersivos", IEEE J. Sel. Áreas Comunitarias, vol. 16, núm. 8, págs. 1579-1589, octubre de 1998.
5. Pat. de Ucrania № 47835 A. IPС8 H04J1/00, H04L5/00. Método de multiplexación por división de frecuencia de canales de información de banda estrecha// Sliusar Vadym Іvanovych, Smoliar Viktor Hryhorovych. – Aplic. № 2001106761, Datos prioritarios 03.10.2001. – Datos de publicación oficial 15.07.2002, Boletín Oficial № 7/2002
6. MRD Rodrigues e I. Darwazeh. Un sistema de comunicaciones basado en multiplexación por división de frecuencia espectralmente eficiente.// InOWo'03, octavo taller internacional OFDM, actas, Hamburgo, DE, 24 y 25 de septiembre de 2003. - https://www.researchgate.net/publication/309373002
7. Vasilii A. Maystrenko, Vladimir V. Maystrenko, Alexander Lyubchenko. Análisis de inmunidad a interferencias de un demodulador óptimo bajo multiplexación máxima del espectro N-OFDM.//Documento de conferencia de la Conferencia Internacional de Siberia sobre Control y Comunicaciones (SIBCON) de 2017.· Junio ​​de 2017. - DOI: 10.1109/SIBCON.2017.7998458
8. Vasilii A. Maystrenko, Vladimir V. Maystrenko, Evgeny Y. Kopytov, Alexander Lyubche. Análisis de Algoritmos de Operación del Módem N-OFDM en Canales con AWGN.// Documento de Conferencia del 2017 Dinámica de Sistemas, Mecanismos y Máquinas (Dinámica). Noviembre de 2017. DOI: 10.1109/Dynamics.2017.8239486
9. Maystrenko, VA y Maystrenko, VV (2014). El método modificado de demodulación de señales N-OFDM. 2014 XII Congreso Internacional sobre Problemas Actuales de Ingeniería de Instrumentos Electrónicos (APEIE). doi:10.1109/apeie.2014.7040919
10. Dimitrios Karampatsis, MRD Rodrigues e Izzat Darwazeh. Implicaciones de la dispersión de fase lineal en sistemas OFDM y Fast-OFDM.// Simposio de Comunicaciones de Londres 2002. - http://www.ee.ucl.ac.uk/lcs/previous/LCS2002/LCS112.pdf.
11. D. Karampatsis y I. Darwazeh. Comparación de rendimiento de sistemas de comunicación OFDM y FOFDM en entornos típicos de rutas múltiples GSM. // Simposio de Comunicaciones de Londres 2003 (LCS2003), Londres, Reino Unido, págs. 360 – 372. - http://www.ee.ucl.ac.uk/lcs/previous/LCS2003/94.pdf.
12. K. Li y yo. Darwazeh. Comparación del rendimiento del sistema Fast-OFDM y esquema DS-CDMA multiportador superpuesto.// London Communications Symposium 2006. - http://www.ee.ucl.ac.uk/lcs/previous/LCS2006/54.pdf.
13. MRD Rodrigues, Izzat Darwazeh. OFDM rápido: una propuesta para duplicar la velocidad de datos de los esquemas OFDM.// Conferencia Internacional sobre Comunicaciones, ICT 2002, Beijing, China, junio de 2002. - Pp. 484 – 487
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