RU2291577C2

RU2291577C2 - Method for decreasing value of peak power of signals and multi-frequency system for realization thereof

Info

Publication number: RU2291577C2
Application number: RU2004126109/09A
Authority: RU
Inventors: Андрей Леонидович Рог (RU); Андрей Леонидович Рог; Александр Юрьевич Страшнов (RU); Александр Юрьевич Страшнов
Original assignee: Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2007-01-10
Also published as: RU2004126109A

Abstract

FIELD: electric radio engineering, possible use for increasing quality of electric communication, especially in multi-frequency wireless communication systems.

SUBSTANCE: method for decreasing ratio of peak signal power to its average ratio PAPR in multi-frequency communication systems, in which information symbol is formed by a set of signals, each one of which is centered on one of multiple bearing frequencies, is characterized by the fact that in transmitter a set of bearing frequencies is divided on several sections - subsets of bearing frequencies, information symbol, PAPR value of which does not exceed required threshold PAPR₀, is transferred via all carriers, information symbol, value PAPR of which exceeds required threshold PAPR₀ is divided on several sub-symbol sections, while number of these sections equals number of sub-carrier subsets, each section of symbol is transferred same as full symbol, wherein data are only transferred on one group of carriers, while other carriers are not modulated, in receiver, arrival of incomplete symbol is identified by analysis of amplitudes of carrier signals, which are not modulated in case of symbol division. Multi-frequency communication system is characterized by construction of receiver and transmitter, adapted for execution of operations, included in proposed method.

EFFECT: preservation of high channel capacity with simplified correction procedure.

2 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано для повышения качества электросвязи, особенно в многочастотных системах беспроводной связи. Одной из фундаментальных проблем создания многочастотных систем беспроводной связи и, в частности, систем с применением технологии OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) является наличие кратковременных аномальных амплитудных выбросов сигнала, во много раз превосходящих среднее значение. Для того чтобы подобный сигнал был передан без искажений, необходимо использовать цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) очень большого диапазона (с большим количеством уровней квантования), что весьма затруднительно с технической точки зрения и требует больших финансовых затрат. Кроме того, повышаются требования к величине линейного диапазона усиления передающего тракта.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to improve the quality of telecommunications, especially in multi-frequency wireless communication systems. One of the fundamental problems in creating multi-frequency wireless communication systems and, in particular, systems using OFDM technology (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is the presence of short-term anomalous amplitude signal spikes that are many times higher than the average value. In order for such a signal to be transmitted without distortion, it is necessary to use digital-to-analog converters (DACs) of a very large range (with a large number of quantization levels), which is very difficult from a technical point of view and requires large financial costs. In addition, increased requirements for the linear gain range of the transmitting path.

Поэтому проблема снижения величины отношения максимальной (пиковой) амплитуды сигнала или мгновенной мощности сигнала является крайне важной при проектировании цифрового передатчика многочастотного сигнала.Therefore, the problem of reducing the ratio of the maximum (peak) amplitude of the signal or the instantaneous signal power is extremely important when designing a digital transmitter of a multi-frequency signal.

В специальной литературе величину отношения пиковой мощности сигнала к его средней мощности на интервале передачи называют PAPR (Peak to Average Power Ratio). Величину PAPR измеряют в децибелах. Особенностью многочастотных систем и в частности OFDM систем является то, что результирующий сигнал является смесью сигналов многих поднесущих, причем сигнал на каждой поднесущей промодулирован информационным сигналом. Таким образом, например, OFDM сигнал, состоящий из множества синусоид с разными значениями начальных фаз и амплитуд (возможное количество фаз и амплитуд зависит от вида модуляции), дает результирующий сигнал, который во временной области может принимать различные значения во время интервала передачи. Такие значения могут в отдельные моменты времени значительно превосходить средний уровень. Теория OFDM систем говорит о том, что распределение амплитуды результирующего сигнала весьма близко к нормальному распределению. Помимо самой величины PAPR важным параметром является вероятность того, что пиковая мощность сигнала превышает данное значение PAPR. Чем выше уровень модуляции (в OFDM системах обычно используют QAM модуляцию), тем выше вероятность события превышения пиковой мощности фиксированного порога PAPR.In the special literature, the ratio of the peak power of a signal to its average power in the transmission interval is called PAPR (Peak to Average Power Ratio). The PAPR value is measured in decibels. A feature of multi-frequency systems, and in particular OFDM systems, is that the resulting signal is a mixture of signals of many subcarriers, and the signal on each subcarrier is modulated by an information signal. Thus, for example, an OFDM signal consisting of many sinusoids with different values of the initial phases and amplitudes (the possible number of phases and amplitudes depends on the type of modulation) gives a resulting signal, which in the time domain can take on different values during the transmission interval. Such values can at certain points in time significantly exceed the average level. The theory of OFDM systems suggests that the distribution of the amplitude of the resulting signal is very close to the normal distribution. In addition to the PAPR value itself, an important parameter is the probability that the peak signal power exceeds a given PAPR value. The higher the modulation level (QAM modulation is usually used in OFDM systems), the higher the probability of an event when the peak power of a fixed PAPR threshold is exceeded.

Известны способы и системы для использования OFDM-технологий в беспроводной связи (см., например, патенты США №№6763591 [1], 6775254 [2], 6771591 [3]). В этих источниках описаны, помимо прочего, схемы передатчика и приемника многочастотного сигнала. Блок-схема типового передатчика многочастотного сигнала представлена на Фиг.1 Поток входных информационных символов распределяется по поднесущим в модуле 1. Каждая поднесущая модулируется информационным сигналом в соответствующих модулях 2-7. Потоки промодулированных поднесущих объединяются (мультиплексируются) в один выходной поток в блоке 8. В OFDM системах объединение поднесущих производится через обратное преобразование Фурье.Known methods and systems for using OFDM technologies in wireless communications (see, for example, US patents Nos. 6763591 [1], 6775254 [2], 6771591 [3]). These sources describe, inter alia, the transmitter and receiver circuits of a multi-frequency signal. A block diagram of a typical multi-frequency signal transmitter is shown in FIG. 1. The stream of input information symbols is distributed among subcarriers in module 1. Each subcarrier is modulated by an information signal in respective modules 2-7. Modulated subcarrier streams are combined (multiplexed) into one output stream in block 8. In OFDM systems, subcarrier combining is performed through the inverse Fourier transform.

Блок-схема типового передатчика OFDM представлена на Фиг.2 Входной бинарный сигнал проходит через модуль 9 защитного кодирования (Forward Error Correction Module), затем через блок 10, содержащий интерливер и символьный кодировщик (Interleaver+Mapper), и поступает на вход модуля 11 обратного преобразования Фурье (IFFT). На выходе модуля 11 появляется временной сигнал, который представляет собой смесь из многих поднесущих, о которой говорилось выше. Дальнейшие преобразования (модули 12 и 13) связаны с цифровой фильтрацией и последующим преобразованием сигнала в РФ тракте (модули 14 и 15) и принципиально не меняют ситуацию с PAPR.The block diagram of a typical OFDM transmitter is shown in FIG. 2. The input binary signal passes through a Forward Error Correction Module (9), then through a block 10 containing an interleaver and a character encoder (Interleaver + Mapper), and is fed to the input of the inverse module 11 Fourier transform (IFFT). At the output of module 11, a time signal appears, which is a mixture of many subcarriers, which was mentioned above. Further conversions (modules 12 and 13) are associated with digital filtering and subsequent signal conversion in the RF path (modules 14 and 15) and do not fundamentally change the situation with PAPR.

Другая блок-схема приемника представлена на том же рисунке снизу. Сигнал проходит через РФ тракт (модули 16 и 17), АЦП 3. Дальнейшие модули (18-23) осуществляют цифровую фильтрацию сигнала, преобразование Фурье, демодуляцию и декодирование, (см. например IEEE P802.11a/D 7.0, July 1999 [4]).Another receiver block diagram is shown in the same figure below. The signal passes through the RF path (modules 16 and 17), ADC 3. Further modules (18-23) perform digital signal filtering, Fourier transform, demodulation and decoding, (see, for example, IEEE P802.11a / D 7.0, July 1999 [4 ]).

Обратное преобразование Фурье записывается формулой:The inverse Fourier transform is written by the formula:

где X_k - комплексная амплитуда поднесущей.where X _k is the complex amplitude of the subcarrier.

Параметр PAPR при этом определяют следующим образом:The PAPR parameter is determined as follows:

Поскольку отсчеты x могут принимать различные значения, принято говорить о вероятности события, когда величина PAPR превышает некоторое заданное значение PAPR₀:Since the samples x can take different values, it is customary to talk about the probability of an event when the PAPR value exceeds some given PAPR value ₀ :

Pr(PAPR>PAPR₀).Pr (PAPR> PAPR ₀ ).

В наиболее близком по замыслу патенте США №6424681 "Peak to Average Power Ratio Reduction" [5] предложен метод снижения величины PAPR путем резервирования части поднесущих. Таким образом одна часть поднесущих используется для передачи информационного сигнала, то есть поднесущие модулируются информационными символами, а другая часть поднесущих используется для генерации корректирующего сигнала, который вычитается из результирующего временного сигнала, полученного на выходе IFFT, приводя тем самым к снижению величины PAPR₀ при одном и том же значении вероятности.The closest to the design of US patent No. 6424681 "Peak to Average Power Ratio Reduction" [5] proposed a method of reducing the value of PAPR by reserving part of the subcarriers. Thus, one part of the subcarriers is used to transmit an information signal, i.e., the subcarriers are modulated by information symbols, and the other part of the subcarriers is used to generate a correction signal, which is subtracted from the resulting time signal received at the IFFT output, thereby decreasing the PAPR value of ₀ at one and the same probability value.

Математически эта операция описывается следующим образом: часть поднесущих модулируется информационным сигналом X_k Mathematically, this operation is described as follows: part of the subcarriers is modulated by the information signal X _k

ноль означает, что данные поднесущие не модулируются информационными символами (резервируются).zero means that these subcarriers are not modulated by information symbols (reserved).

При этом зарезервированные поднесущие модулируются специально подобранной последовательностью символовIn this case, the reserved subcarriers are modulated by a specially selected sequence of characters

такой что на выходе IFFT получается синтезированный сигналsuch that the output of the IFFT produces a synthesized signal

где Q - матрица IFFT, образованная элементами

where Q is the IFFT matrix formed by elements

Символы С_k подбираются с целью минимизации величиныSymbols With _{k are} selected in order to minimize the value

Блок-схема передатчика с резервированием поднесущих представлена на Фиг.3.A block diagram of a redundant subcarrier transmitter is shown in FIG.

Входной информационный сигнал распределяется по нескольким поднесущим в модуле 1. При этом часть поднесущих не используется (резервируется). После объединения поднесущих в один временной сигнал в модуле 8 производится процедура коррекции сигнала в модуле 24 (Kernel Engine) с целью снижения величины PAPR. Данная коррекция производится за счет добавления к сигналу x, корректирующего сигнала С, такого, чтобы на выходе получить сигнал с величиной PAPR, не превосходящий установленный порог. Подбор оптимальных значений корректирующего сигнала с является достаточно сложной в математическом отношении задачей, требующей значительных временных и вычислительных ресурсов. Кроме того, недостатком данного метода является снижение пропускной способности канала, поскольку часть поднесущих используется не для передачи информационных символов, а для генерации корректирующего сигнала.The input information signal is distributed over several subcarriers in module 1. At the same time, part of the subcarriers is not used (reserved). After combining the subcarriers into a single time signal in module 8, the signal correction procedure in module 24 (Kernel Engine) is performed in order to reduce the PAPR value. This correction is made by adding to the signal x, the correction signal C, such that the output signal with a PAPR value not exceeding the set threshold. The selection of the optimal values of the correction signal c is a mathematically rather complicated task requiring significant time and computational resources. In addition, the disadvantage of this method is the reduction in channel capacity, since part of the subcarriers is used not to transmit information symbols, but to generate a correction signal.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в сохранении высокой пропускной способности канала при упрощенной процедуре корректировки.The problem to which the invention is directed, is to maintain a high channel throughput with a simplified adjustment procedure.

Технический результат достигается за счет использования нового метода снижения PAPR, который базируется на факте, что далеко не каждый многочастотный символ имеет временные отсчеты сигнала с аномальными отклонениями амплитуды. Подавляющее количество символов, напротив, не превышает заданного порога PAPR₀, и таким образом не требует никаких дополнительных мер для его снижения. И лишь сравнительно небольшое количество символов содержит аномальные отсчеты. Данные символы в передатчике предлагается разделять на несколько подсимволов, например на два, каждый из которых содержит уменьшенное количество поднесущих, промодулированных входными данными. Остальные поднесущие не используются, они имеют нулевую амплитуду. При этом под символы уже не будут иметь аномальных отклонений амплитуды, поскольку при уменьшении количества поднесущих вероятность появления аномальных пиков снижается. В приемнике же предлагается производить детектирование таких сокращенных подсимволов, производить их демодуляцию (для этого используется модифицированный деинтерливер), после чего производить объединение демодулированных подсимволов в один таким образом, чтобы на выходе последовательность информационных символов совпадала с последовательностью при модуляции полного многочастотного символа; после чего дальнейшая обработка (декодирование) проходит аналогично традиционному приемнику. Блок-схема приемника для OFDM сигнала с разделенными символами представлена на Фиг.4. Входные информационные данные поступают в модуль 25 (Symbol Splitter), который распределяет сигналы по поднесущим. При этом сигналы могут быть распределены как по всем доступным поднесущим, так и по их части (например, по половине). В последнем случае многочастотный символ передается за несколько раз (в случае двойного разбиения сперва первая половина символа, затем вторая). После этого поднесущие модулируются в модулях 2-7 и объединяются во временной символ в модуле 8.The technical result is achieved through the use of a new method of reducing PAPR, which is based on the fact that not every multi-frequency symbol has time samples of the signal with abnormal amplitude deviations. The overwhelming number of characters, on the contrary, does not exceed the specified threshold PAPR ₀ , and thus does not require any additional measures to reduce it. And only a relatively small number of characters contains abnormal readings. It is proposed that these symbols in the transmitter be divided into several sub-symbols, for example, two, each of which contains a reduced number of subcarriers modulated by the input data. The remaining subcarriers are not used, they have zero amplitude. In this case, the symbols will no longer have abnormal amplitude deviations, since with a decrease in the number of subcarriers, the probability of the appearance of abnormal peaks decreases. In the receiver, it is proposed to detect such abbreviated sub-characters, to demodulate them (for this, use a modified deinteriver), and then combine the demodulated sub-characters into one so that the output sequence of information symbols coincides with the sequence when modulating the full multi-frequency symbol; after which further processing (decoding) takes place similarly to a traditional receiver. A receiver block diagram for a OFDM signal with separated symbols is shown in FIG. 4. The input information is received in module 25 (Symbol Splitter), which distributes the signals among the subcarriers. In this case, the signals can be distributed over all available subcarriers, as well as their parts (for example, in half). In the latter case, a multi-frequency symbol is transmitted several times (in the case of a double split, first the first half of the symbol, then the second). After that, the subcarriers are modulated in modules 2-7 and combined into a temporary symbol in module 8.

Более подробно алгоритм разбиения символа на 2 подсимвола проиллюстрирован на Фиг.5In more detail, the algorithm for splitting a symbol into 2 sub-symbols is illustrated in FIG.

Входные данные 32 направляют в модуль 25 (Symbol Splitter), с помощью которого осуществляют принятие решение о разбиении полного символа на подсимволы. Командой для принятия решения является результат сравнения синтезированного временного импульса с порогом PAPR₀, производимого в модуле 26 (Peak Detector на Фиг.4).Input 32 is sent to module 25 (Symbol Splitter), with which a decision is made to split the complete symbol into sub-characters. The decision command is the result of comparing the synthesized time pulse with the threshold PAPR ₀ produced in module 26 (Peak Detector in Figure 4).

Первоначально с помощью модуля 25 формируют полный символ 27 (Full Symbol). После модуляции поднесущих (модуль 10) и преобразовании во временной символ в модуле 8, производят сравнение пиковой мощности временного символа с порогом PAPR₀. Если превышения порога нет, то такой полный символ выводят на выход. В случае превышения порога полный символ не выводят. Вместо этого с помощью модуля 25 производят разбиение символа на два подсимвола 28 и 29, которые последовательно подвергают процедуре модуляции, преобразования во временной символ и выдают на выход. При этом, поскольку при генерации таких символов используют лишь половину поднесущих, превышения порога не происходит. Таким образом, вместо одного полного многочастотного символа с аномальным превышением порога на выход последовательно выдают два полусимвола уже без аномальных выбросов.Initially, using the module 25 form a complete symbol 27 (Full Symbol). After modulation of the subcarriers (module 10) and conversion to a temporary symbol in module 8, the peak power of the temporary symbol is compared with the threshold PAPR ₀ . If the threshold is not exceeded, then such a complete character is output. If the threshold is exceeded, the full character is not output. Instead, with the help of module 25, the symbol is split into two sub-symbols 28 and 29, which are subsequently subjected to a modulation procedure, conversion to a temporary symbol and output. Moreover, since only half of the subcarriers are used in generating such symbols, the threshold is not exceeded. Thus, instead of one full multi-frequency symbol with an abnormal exceeding of the threshold, two half-symbols are output one by one already without anomalous surges.

Разумеется, это приводит к увеличению времени трансляции информационных фреймов, однако, поскольку процентное соотношение аномальных символов к общему количеству символов невелико, увеличение времени передачи также оказывается небольшим. Для ускорения времени генерации многочастотного символа следует производить процедуру модуляции и преобразования из частотной во временную область для полного символа и для его первой половины в параллель. Тогда в случае фиксации аномального пика в модуле 26, на выход сразу же получают первую половину символа. Блок-схема приемника многочастотного сигнала с разбиением символов представлена на Фиг.6. Входные данные после блока 21 преобразования из временной области в частотную поступают в блок 33 детектирования прихода неполного символа (Half/Full Symbol Detector). Поскольку частоты, на которых передаются информационные символы в случае разбиения символа известны (фиксированы), то блок 33 производит анализ амплитуды сигнала на поднесущих, которые в случае разбиения символа на подсимволы не модулируются (т.е. их амплитуда равна нулю). Таким образом сравнивая, например, сумму амплитуд (модуль комплексной огибающей) сигналов на этих поднесущих или сумму квадратов амплитуд с соответствующим порогом R₀, можно диагностировать событие прихода неполного полусимвола. В случае детектирования события неполного символа демодулятор 34 демодулирует не все поднесущие, а лишь те из них на которых передаются информационные символы. Соответственно деинтерливер 22 производит преобразование символов, переданных на части поднесущих во временную последовательность символов. При этом преобразование происходит таким образом, чтобы временная последовательность оставалась такой же, как и в случае передачи полного символа. После обработки первого полусимвола приемник производит обработку второго полусимвола. При этом уже нет необходимости детектировать событие прихода неполного символа, поскольку очевидно, что за первым полусимволом должен последовать второй. Алгоритм обработки многочастотного сигнала с разбиением на подсимволы проиллюстрирован Фиг.7.Of course, this leads to an increase in the transmission time of information frames, however, since the percentage of anomalous characters to the total number of characters is small, the increase in transmission time also turns out to be small. To accelerate the generation time of a multi-frequency symbol, a modulation and conversion from frequency to time domain should be performed for the full symbol and for its first half to parallel. Then, in the case of fixing an abnormal peak in module 26, the first half of the symbol is immediately output. The block diagram of the receiver of the multi-frequency signal with a split symbol is presented in Fig.6. The input data after block 21 converting from the time domain into the frequency domain enters block 33 for detecting the arrival of an incomplete symbol (Half / Full Symbol Detector). Since the frequencies at which information symbols are transmitted in the case of symbol splitting are known (fixed), block 33 analyzes the amplitude of the signal on subcarriers, which, in the case of splitting a symbol into sub-symbols, are not modulated (i.e., their amplitude is zero). Thus, comparing, for example, the sum of the amplitudes (modulus of the complex envelope) of the signals on these subcarriers or the sum of the squares of the amplitudes with the corresponding threshold R ₀ , it is possible to diagnose the event of the arrival of an incomplete half-symbol. In the event of detecting an event of an incomplete symbol, the demodulator 34 does not demodulate all the subcarriers, but only those on which information symbols are transmitted. Accordingly, the deinteriver 22 converts the characters transmitted on the parts of the subcarriers into a temporal sequence of characters. In this case, the conversion occurs in such a way that the time sequence remains the same as in the case of the transmission of the full character. After processing the first half-symbol, the receiver processes the second half-symbol. Moreover, there is no longer any need to detect the event of the arrival of an incomplete symbol, since it is obvious that the second half-symbol should follow the second. The algorithm for processing a multi-frequency signal with a division into sub-characters is illustrated in Fig.7.

На Фиг.8 показана блок-схема передатчика OFDM сигнала с разбиением на подсимволы.FIG. 8 shows a block diagram of a sub-symbol OFDM signal transmitter.

Сигнал после защитного кодирования в модуле 9 поступает в модуль 25, на выходе которого формируются две последовательности информационных символов - для полного многочастотного символа и для половинного символа (первая половина полного символа). Обе последовательности проходят параллельное преобразование во временную область в блоках 11₁ и 11₂. Сигнал с выхода блока 11₁ (полный символ) анализируют модулем 39 на предмет наличия аномального PAPR. Если аномального PAPR не зафиксировано, сигнал выдается на выход, проходя стандартные процедуры добавления защитного интервала 12, полосовой фильтрации 13, преобразования в аналоговый сигнал (14 и 15).The signal after protective coding in module 9 enters module 25, the output of which is formed of two sequences of information symbols - for a full multi-frequency symbol and for a half symbol (first half of a full symbol). Both sequences undergo parallel conversion to the time domain in blocks 11 ₁ and 11 ₂ . The signal from the output of block 11 ₁ (full symbol) is analyzed by module 39 for an abnormal PAPR. If an abnormal PAPR is not detected, the signal is output, following the standard procedures for adding a guard interval 12, band pass filtering 13, and conversion to an analog signal (14 and 15).

Соответствующая блок-схема OFDM приемника с разбиением символов представлена на Фиг.9.The corresponding block diagram of the OFDM receiver with a split symbol is presented in Fig.9.

Сигнал после стандартной обработки в модулях 16-20 после блока FFT 21 обрабатывается модулем 33, который детектирует наличие неполного символа, например символа, где только половина поднесущих промодулирована информационным сигналом, а остальные имеют нулевую амплитуду, т.е. отсутствуют. В случае детектирования неполного символа демодуляция такого неполного символа ведется с помощью модифицированного деинтерливера 22, который учитывает тот факт, что не все поднесущие использованы для передачи информации. После демодуляции всех подсимволов, которые образуют начальный полный символ, их объединяют в выходной информационный поток таким образом, чтобы порядок демодулированных символов соответствовал порядку символов исходного информационного потока, который затем направляется в декодер 23.The signal after standard processing in modules 16-20 after the FFT block 21 is processed by module 33, which detects the presence of an incomplete symbol, for example, a symbol where only half of the subcarriers are modulated by an information signal and the rest have zero amplitude, i.e. are absent. In the case of the detection of an incomplete symbol, demodulation of such an incomplete symbol is performed using a modified deinteriver 22, which takes into account the fact that not all subcarriers are used to transmit information. After demodulation of all the sub-characters that form the initial full character, they are combined into the output information stream so that the order of the demodulated characters matches the character order of the original information stream, which is then sent to the decoder 23.

Расчеты показывают, что применяя данный способ, можно добиться аналогичного лучшего снижения величины PAPR по сравнению со способом резервирования поднесущих без заметного снижения информационной скорости (снижение в пределах 1-10%). Для оценки эффективности предложенного способа (способа разбиения символов) было проведено моделирование. Результаты приводятся в сравнении с итерационным способом, основанным на резервировании поднесущих, описанным в статье "PAPR reduction in Multicarrier Transmission Systems", Jose Tellado and John M. Cioffi, Stanford University [6] (так называемым градиентным алгоритмом).Calculations show that using this method, it is possible to achieve a similarly better decrease in PAPR compared to the method of reserving subcarriers without a noticeable decrease in the information rate (decrease in the range of 1-10%). To assess the effectiveness of the proposed method (method of splitting characters), modeling was performed. The results are compared with the iterative method based on the reservation of subcarriers described in the article "PAPR reduction in Multicarrier Transmission Systems", Jose Tellado and John M. Cioffi, Stanford University [6] (the so-called gradient algorithm).

Результаты моделирования представлены на Фиг.10 и 11. Использовались следующие параметры моделирования:The simulation results are presented in Figures 10 and 11. The following simulation parameters were used:

- случайных символов 10⁷ - random characters 10 ⁷

- модуляция 16 QAM- 16 QAM modulation

- для IFFT 64 точки- for IFFT 64 points

- метода резервирования тонов:- tone reservation method:

- количество резервных тонов 10% (6)- the number of reserve tones 10% (6)

- количество итераций градиентного метода 2 и 4- the number of iterations of the gradient method 2 and 4

метода разбиения символов:character splitting method:

- порог 8 dB и 9 dB- threshold 8 dB and 9 dB

- для IFFT 256 точек- for IFFT 256 points

- количество резервных тонов 10% (25)- the number of reserve tones 10% (25)

- количество итераций градиентного метода 2 и 30- the number of iterations of the gradient method 2 and 30

метода разбиения символов:character splitting method:

- порог 8.8 dB и 9.5 dB- threshold 8.8 dB and 9.5 dB

Расчеты для 64-точечного IFFT показывают, что при пороге разбиения символов в 8 dB потеря в информационной скорости составит 10%, что соответствует аналогичной потере в скорости при резервировании 10% тонов. При пороге разбиения в 9 dB потеря в скорости составит 1.9%.Calculations for a 64-point IFFT show that at a symbol splitting threshold of 8 dB, the loss in information rate is 10%, which corresponds to a similar loss in speed when 10% tones are reserved. With a partition threshold of 9 dB, the speed loss is 1.9%.

Расчеты для 256-точечного IFFT показывают, что при пороге разбиения символов 8.8 dB потеря в информационной скорости составит 10%, что соответствует аналогичной потере в скорости при резервировании 10% тонов. При пороге разбиения в 9.5 dB потеря в скорости составит 2.6%. Поскольку при разбиении OFDM символа часть информационных поднесущих не используют, появляется возможность объединения предложенного метода с методом резервирования поднесущих. В этом случае на неиспользуемых поднесущих генерируют корректирующий импульс, который приводит к дополнительному снижению PAPR в тех случаях, когда в каком-либо подсимволе произошло превышение амплитуды сигнала (мгновенной мощности) над порогом. Блок-схема на Фиг.12 иллюстрирует передатчик, использующий метод разбиения OFDM символа совместно с генерацией корректирующего импульса на неиспользуемых (зарезервированных) поднесущих.Calculations for a 256-point IFFT show that with a threshold for character decomposition of 8.8 dB, the loss in information rate will be 10%, which corresponds to a similar loss in speed when 10% tones are reserved. With a partition threshold of 9.5 dB, the speed loss is 2.6%. Since part of the information subcarriers is not used when splitting the OFDM symbol, it becomes possible to combine the proposed method with the subcarrier reservation method. In this case, a correcting pulse is generated on unused subcarriers, which leads to an additional decrease in PAPR in cases when the signal amplitude (instantaneous power) exceeds the threshold in any subcharacter. The flowchart of FIG. 12 illustrates a transmitter using the OFDM symbol decomposition technique in conjunction with the generation of a correction pulse into unused (reserved) subcarriers.

Claims

1. A method of reducing the ratio of the peak power of a signal to its average power PAPR in multi-frequency communication systems in which an information symbol is formed by a plurality of signals, each of which is centered on one of a plurality of carrier frequencies, characterized in that the transmitter comprises a plurality of carrier frequencies divided into several parts -subsets carrier frequencies, the information symbol value PAPR does not exceed the required threshold PAPR ₀ is transmitted at all carrier information symbol whose value is greater than the desired pore PAPR PAPR _0, is divided into several parts podsimvolov, the number of parts equal to the number of subsets of subcarriers, each piece of symbol is transmitted as a complete symbol, wherein data is transmitted on only one portion of the carrier, the remaining carriers are not modulated, the receiver carried incomplete symbol joining identification by analyzing the amplitudes of carrier signals that do not modulate in the case of a split symbol.

2. The method according to claim 1, characterized in that the carriers are divided into two equal parts, an information symbol whose PAPR value exceeds the required threshold PAPR ₀ , is also divided into two equal parts.

3. The method according to claim 1, characterized in that the part of the carriers, which, when dividing the symbol into subcharacters, is not modulated with information signals, is used to generate a correction signal that reduces the PAPR value of the subcharacter if it exceeds the required threshold PAPR ₀ .

4. The method according to claim 1, characterized in that after breaking the complete character into sub-characters for each of the sub-characters, the PAPR of the sub-character is compared with the required threshold PAPR ₀ , if the threshold is not exceeded, the sub-character is transmitted, when the threshold is exceeded, the sub-character is further divided into smaller sub-characters that transmit on fewer carriers in order to further reduce PAPR.

5. The method according to claim 1, characterized in that the carriers are divided into equal parts; an information symbol whose PAPR value exceeds the required threshold PAPR ₀ is divided into the same number of equal parts.

6. A method according to claim 5, characterized in that after the breaking at the full symbol for each of podsimvoly podsimvolov value is compared with a required PAPR podsimvola threshold PAPR _0, if the threshold is not exceeded, podsimvol transmitted to the first part of the support, when the threshold is exceeded podsimvol partitioned to another part of subcarriers for this part of the subcarriers are compared podsimvola PAPR value with a desired threshold PAPR _0, if the threshold is not exceeded, podsimvol transmitted to this section of the support, if exceeding the threshold partitioned podsimvol added to the next portion of the subcarriers to produce a redistribution until the requirement for PAPR ₀ will fail.

7. A multi-frequency communication system in which a multi-frequency information symbol is formed by a plurality of signals, each of which is centered on one of a plurality of carrier frequencies and which is characterized by a ratio of the peak power of the signal to its average power PAPR, consisting of a transmitter and a receiver, characterized in that:

in the transmitter, a sequence of information data is fed to the input of the partitioning device, which, in accordance with the specified operating mode, is capable of outputting a complete information symbol or several sub-characters in succession forming a complete character, a control signal is supplied to the other input of the partitioning device, the output of the partitioning device is connected to the input of the interleaver , which splits the input information data that make up the information symbol, into subsets modulating each of carriers, the output of the interleaver is connected to the input of the modulator, which modulates the carriers of the multi-frequency signal with signals formed by a subset of information data so that at its output a multi-frequency symbol consisting of many carriers is obtained, the output of the modulator is connected to a threshold device in which a value is compared PAPR of a multi-frequency symbol with the required threshold, one output of which is connected to the input of the radio frequency path of the transmitter, and the other output is connected to the control input a splitting device, in this case, if the full multi-frequency symbol has a PAPR value greater than a predetermined threshold, the threshold device sends a command to the splitting device to split the full symbol into sub-characters, with each sub-symbol being transmitted on a reduced number of carriers;

in a receiver in which an input multi-frequency signal is input to a frequency domain conversion device that extracts a signal modulating each carrier from a common multi-frequency signal, the output of a frequency domain conversion device is connected to an input of an incomplete symbol arrival detection device, which by comparing carrier amplitudes, not modulated in the case of splitting the full character into sub-characters, with a threshold value it detects the presence of the arrival of an incomplete character, the output of the device The projection of the arrival of an incomplete symbol is connected to the input of the demodulator, which, in the case of the arrival of the full symbol, demodulates the signal on all carriers, and in the case of the arrival of a half-symbol, demodulates the signal on parts of the carriers, the output of the demodulator is connected to the input of the deinteriver, which converts the parallel data stream transmitted on multiple carriers into a serial stream and which, in the case of splitting the full character into sub-characters, converts a parallel data stream into a serial stream for each podsimvola so that the output serial data stream for the symbol broken into several podsimvolov coincides with the output data stream complete symbol.

8. The multi-frequency communication system according to claim 7, in which the multi-frequency information symbol is formed by a plurality of signals with orthogonal frequency modulation OFDM, and which is characterized by the ratio of the peak power of the signal to its average power PAPR, consisting of a transmitter and a receiver, characterized in that:

in the transmitter, a sequence of information data is fed to the input of the partitioning device, which, in accordance with the specified operating mode, is capable of outputting a complete informational symbol or several successive sub-characters forming a complete character, the number of sub-characters being proportional to degree 2, a control signal arriving at the other input of the partitioning device, the output of the splitting device is connected to the input of the interliver, which splits the input information data of which the inf a radiation symbol, on the subsets modulating each of the carriers, the output of the interleaver is connected to the input of the modulator, which, by means of the inverse Fourier transform, modulates the carriers of the multi-frequency signal with signals formed by a subset of information data so that at its output a multi-frequency symbol consisting of many carriers is obtained, the output the modulator is connected to a threshold device in which the PAPR value of the multi-frequency symbol is compared with the required threshold, one output of which connected to the input of the radio frequency path of the transmitter, and the other output connected to the control input of the splitter; in this case, if the full multi-frequency symbol has a PAPR value greater than a predetermined threshold, the threshold device sends a command to the splitter to split the full symbol into sub-symbols, each the sub-character is transmitted on a reduced number of carriers;

in the receiver, in which the input multi-frequency signal is fed to the input of the frequency domain conversion device by means of a direct Fourier transform, which extracts a signal modulating each carrier from the general multi-frequency signal, the output of the frequency domain conversion device is connected to the input of the device for detecting the arrival of an incomplete symbol, which comparing the amplitudes of carriers that are not modulated in the case of splitting the full character into sub-characters with a threshold value, detects the presence of Yes, an incomplete symbol, the output of the device for detecting the arrival of an incomplete symbol is connected to the input of the demodulator, which, in the case of the arrival of a full symbol, demodulates the signal on all carriers, and in the case of the arrival of a half-symbol, demodulates the signal on part of the carriers, the output of the demodulator is connected to the input of the deinteriver, which performs parallel stream conversions data transmitted on multiple carriers into a serial stream and which, in the case of splitting the full character into sub-characters, converts in parallel data stream into a serial stream for each subcharacter in such a way that the output serial data stream for a character divided into several subcharacters coincides with the output data stream of a full character.