WikiDer > Интерферометрия носителей

Carrier interferometry

Интерферометрия носителей (CI) это расширенный спектр схема предназначена для использования в Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) система связи для мультиплексирование и множественный доступ, позволяя системе поддерживать несколько пользователей одновременно в одной и той же полосе частот.

подобно MC-CDMA, CI-OFDM расширяет каждый символ данных в частотной области. То есть каждый символ данных переносится по множеству поднесущих OFDM. Но в отличие от MC-CDMA, в котором используется двоичная фаза Адамар коды (значения кода 0 или 180 градусов) или двоичные псевдошум, Коды CI являются комплексными ортогональный коды. В простейшем случае значения кода CI являются коэффициентами дискретное преобразование Фурье (ДПФ) матрица. Каждая строка или столбец матрицы DFT обеспечивает ортогональный код расширения CI, который расширяет символ данных. Расширение достигается путем умножения вектора символов данных на матрицу DFT для создания вектора кодированных символов данных, затем каждый кодированный символ данных отображается на поднесущую OFDM через входной бункер обратного преобразования. быстрое преобразование Фурье (IFFT). Может быть выбран блок из смежных поднесущих, или для достижения лучшего частотного разнесения можно использовать несмежные поднесущие, распределенные по широкой полосе частот. Защитный интервал, такой как циклический префикс (CP), добавляется к сигналу CI-OFDM в основной полосе частот до того, как сигнал будет обработан интерфейсом радиосвязи для преобразования его в радиочастотный сигнал, который затем передается антенной.

Существенным преимуществом CI-OFDM над другими методами OFDM является то, что расширение CI формирует характеристики передаваемого сигнала во временной области. Таким образом, сигналы CI-OFDM имеют гораздо более низкое отношение пиковой мощности к средней мощности (PAPR), или пик фактор, по сравнению с другими типами OFDM.[1] Это значительно повышает энергоэффективность и снижает стоимость усилителей мощности, используемых в радиопередатчике.

Приемник CI-OFDM удаляет циклический префикс из принятой передачи CI-OFDM и выполняет демодуляцию OFDM с помощью DFT (например, FFT), обычно используемого в приемниках OFDM. Значения символов CI-spread собираются с их соответствующих поднесущих в процессе обратного преобразования и могут быть выровнены для компенсации многолучевого распространения. угасание или обработано для пространственное демультиплексирование. CI-модуль сжатия выполняет обратное ДПФ для расширенных символов, чтобы восстановить исходные символы данных.

Передатчик и приемник CI-OFDM
Передатчик и приемник CI-OFDM

Поскольку кодирование CI может формировать характеристики передаваемого сигнала во временной области, его можно использовать для синтеза различных сигналов, таких как расширенный спектр прямой последовательности[2] и клавиша сдвига частоты[3] [4] сигналов. Преимущество состоит в том, что приемник может выбирать временную или частотную области. выравнивание в зависимости от того, сколько рассеяния происходит в канале передачи. Для условий с богатым рассеянием коррекция в частотной области с использованием БПФ требует меньше вычислений, чем обычная коррекция во временной области, и работает значительно лучше.

История КИ

CI был представлен Стивом Шаттилом, ученым из Idris Communications, в патенте США No. № 5,955,992,[4] подана 12 февраля 1998 г., и в первой из многих статей[5] в апреле 1999 года. Идея была вдохновлена ​​оптическими синхронизация мод в котором синтез в частотной области с использованием резонатора создает желаемые характеристики во временной области в передаваемом оптическом сигнале. В радиосистемах пользователи совместно используют одни и те же поднесущие, но используют разные ортогональные коды CI для достижения множественного доступа к помехам несущей (CIMA) через спектральную интерферометрия механизмы.

Многие приложения принципов CI были опубликованы в десятках последующих патентных заявок, статей на конференциях и журнальных статей. CI в OFDM со скачкообразной перестройкой частоты описан в международной патентной заявке WO 9941871.[6] CI в оптоволоконная связь и MIMO описан в US 7076168.[7] США 6331837[8] описывает пространственное демультиплексирование с использованием сигналов с несколькими несущими, что устраняет необходимость в нескольких приемных антеннах. CI-кодирование опорных сигналов раскрыто в US 7430257.[9] Использование CI для линейного сетевого кодирования и лукового кодирования раскрыто в US 20080095121.[10] в котором случайные линейные коды, основанные на естественном многолучевом канале, используются для кодирования передаваемых сигналов, маршрутизируемых узлами в одноранговой сети с множеством ретрансляций.

Сходство между обработкой антенной решетки и обработкой CI было признано с самого начала работы в CI. Когда CI сочетается с фазированные решетки, непрерывное изменение фазы между поднесущими заставляет диаграмму направленности матрицы сканировать в пространстве, что обеспечивает разнесение передачи и представляет собой раннюю форму разнесение циклической задержки.[11][12][13] Были изучены комбинации кодирования CI с предварительным кодированием MIMO.[14] и идея использования CI в предварительно кодированном MIMO распределенные антенные системы с централизованной координацией впервые было раскрыто в предварительной заявке на патент в 2001 г.[15] На основе CI программно-определяемое радио (SDR), реализующий четыре разных стека протоколов, был разработан в Idris в 2000 году и описан в US 7418043.[16]

Математическое описание

В OFDM с расширением спектра расширение выполняется по ортогональным поднесущим, чтобы получить сигнал передачи, выраженный какИкс = F−1Sbгде F−1 является обратным ДПФ, S - кодовая матрица OFDM с расширением спектра, и б вектор символа данных. Обратное ДПФ обычно использует коэффициент передискретизации, поэтому его размерность составляет KxN (куда K > N - количество отсчетов во временной области на блок символа OFDM), тогда как размер кодовой матрицы OFDM с расширением составляет NxN.

В приемнике принятый сигнал OFDM с расширением спектра выражается какр = HF−1Sb,где ЧАС представляет матрицу каналов. Поскольку использование циклического префикса в OFDM изменяет матрицу канала типа Теплица на циркулянтную матрицу, принятый сигнал представлен как

р = F−1ΛЧАСFF−1Sb

= F−1ΛЧАСSb

где отношения ЧАС = F−1ΛЧАСF из определения циркулянтной матрицы, а ΛЧАС - диагональная матрица, диагональные элементы которой соответствуют первому столбцу матрицы циркулянтного канала ЧАС. Приемник использует DFT (что типично для OFDM) для получения

у = ΛЧАСSb.

В тривиальном случае S = я, где я является единичной матрицей, дает регулярное OFDM без расширения.

Полученный сигнал также можно выразить как:

р = F−1ΛЧАСFF−1(ΛCF)б,

где S = ΛCF, и C циркулянтная матрица, определяемая формулой C = F−1ΛCF, где ΛC - диагональная матрица циркулянта. Таким образом, полученный сигнал, р, можно записать как

р = F−1ΛЧАСΛCFb = F−1ΛCΛЧАСFb,

и сигнал у после того, как ДПФ получателя у = ΛCΛЧАСFb

Матрица распределения S может включать диагональную матрицу предварительного выравнивания (например, ΛC = ΛЧАС−1 в случае принуждения к нулю), или выравнивание может выполняться в приемнике между DFT (демодулятор OFDM) и обратным DFT (CI de-spreader).

В простейшем случае CI-OFDM матрица расширения равна S = F (т.е. ΛC = я, поэтому матрица расширения CI - это просто NxN Матрица ДПФ). Поскольку ДПФ OFDM с избыточной дискретизацией KxN, с участием K>N, базовая матрица расширения CI работает как фильтр формирования импульса sinc, который отображает каждый символ данных на циклически сдвинутый и ортогонально расположенный импульс, сформированный из суперпозиции поднесущих OFDM. Другие версии CI могут создавать импульсы альтернативной формы путем выбора других диагональных матриц. ΛC.

Полезные свойства

  1. Низкое PAPR (Крест-фактор)
  2. Низкая чувствительность к нелинейным искажениям
  3. Низкая чувствительность к смещению несущей частоты
  4. Устойчивость к глубоким затуханиям (спектральные нули)

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Многоканальные технологии беспроводной связи (Издание 2002 г.). Стэнфорд, Калифорния: Спрингер. 2001-11-30. ISBN 9780804725071.
  2. ^ Чжицян Ву; Nassar, C .; Шаттил, С. (2001). «Сверхширокополосный DS-CDMA через инновации в формировании микросхем». 54-я конференция IEEE по автомобильным технологиям. VTC Fall 2001. Ход работы (Кат. № 01CH37211). 4. С. 2470–2474. Дои:10.1109 / VTC.2001.957194. ISBN 978-0-7803-7005-0.
  3. ^ Натараджан, Б .; Nassar, C.R .; Шаттил, С. (2001). «Улучшенный Bluetooth и IEEE 802.11 (FH) через реализацию физического уровня с несколькими несущими». Широкоформатный симпозиум IEEE по новым технологиям Группа Коммуникации для эпохи Интернета. Дайджест симпозиума (Кат. № 01EX508). С. 129–133. Дои:10.1109 / ETS.2001.979440. ISBN 978-0-7803-7161-3.
  4. ^ США 5955992, "Резонатор обратной связи со сдвигом частоты, используемый в качестве контроллера фазированной антенной решетки и передатчика с расширенным спектром с множественным доступом к помехам несущей"
  5. ^ Nassar, C.R .; Натараджан, Б .; Шаттил, С. (1999). «Введение помех несущей для множественного доступа с расширенным спектром». 1999 Симпозиум IEEE по новым технологиям. Беспроводная связь и системы (IEEE Cat. No. 99EX297). С. 4.1–4.5. Дои:10.1109 / ETWCS.1999.897312. HDL:2097/4274. ISBN 978-0-7803-5554-5.
  6. ^ WO9941871, «Система и метод множественного доступа»
  7. ^ США 7076168, «Способ и устройство для использования интерферометрии с несколькими несущими для улучшения оптоволоконной связи»
  8. ^ США 6331837, «Мультиплексирование пространственной интерферометрии в беспроводной связи»
  9. ^ США 7430257, «Подуровень с несколькими несущими для канала прямой последовательности и кодирования с множественным доступом»
  10. ^ США 20080095121, "Сети несущей интерферометрии"
  11. ^ Зекават, Сейед Алиреза; Nassar, Carl R .; Шаттил, Стив (2000). «Интеллектуальная антенна с пространственным свипированием для комбинированной направленности и разнесения передачи». Журнал коммуникаций и сетей. 2 (4): 325–330. Дои:10.1109 / JCN.2000.6596766.
  12. ^ Zekavat, S.A .; Nassar, C.R .; Шаттил, С. (2002). «Объединение DS-CDMA (с формой микросхем CI) и интеллектуальных антенных решеток с колеблющимся лучом: использование разнесения передачи, частотного разнесения и направленности». 2002 Международная конференция IEEE по коммуникациям. Материалы конференций. ICC 2002 (Кат. № 02CH37333). 2. С. 742–747. Дои:10.1109 / ICC.2002.996954. ISBN 978-0-7803-7400-3.
  13. ^ Shattil, S .; Нассар, C.R. (1999). «Системы управления решетками для протоколов с несколькими несущими с использованием резонатора обратной связи со сдвигом частоты». RAWCON 99.1999 IEEE Radio and Wireless Conference (Cat. No. 99EX292). С. 215–218. Дои:10.1109 / RAWCON.1999.810968. ISBN 978-0-7803-5454-8.
  14. ^ Barbosa, P.R .; Чжицян Ву; Нассар, C.R. (2003). «Высокопроизводительный MIMO-OFDM с помощью интерферометрии несущей». ГЛОБЭКОМ '03. IEEE Global Telecommunications Conference (IEEE Cat. No. 03CH37489). 2. С. 853–857. Дои:10.1109 / GLOCOM.2003.1258360. ISBN 978-0-7803-7974-9.
  15. ^ Патент США Appl. 60286850, «Способ и устройство для использования интерферометрии несущих для обработки сигналов с несколькими несущими»
  16. ^ США 7418043, "Программно адаптируемый высокопроизводительный протокол передачи с несколькими несущими"