Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2016, № 8 · RADIO ENGINEERING

Алгоритмы формирования и приема OFDM сигналов на основе манипуляции с минимальным сдвигом частоты

L.E. Nazarov1, A.S. Zudilin2

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 АО «Информационные спутниковые системы» им. академика М.Ф.Решетнева, Russia
Full text UDC 621.391.01 EDN WTHCGD

Abstract

The orthogonal frequency division multiplexing signals (OFDM) suffer from high sidelobes level. The sidelobes of the OFDM-modulated tones cause the out-of-band power which can induce large interference to the incumbent communication systems. The modulation and decoding algorithms for OFDM signals with sidelobe suppression or out-of-band emission reduction are presented in the article. The proposed method is Minimum Shift Keying in each subcarriers (OFDM-MSK). The developed algorithm for signal modulation is described by means of waveform trellis associated with the trellis of information bit sequence. It is base for iterative decoding of effective block and convolutional codes (turbo-codes, Low-Density Parity Check Codes). The base of modulation and decoding algorithms for OFDM-MSK is Discrete Fourier Transform. The simulation results for developed algorithms are presented. The simulation results show high power spectral efficiency of OFDM-MSK - the largest sidelobe of OFDM-MSK is around 12.7 dB less than OFDM.

  • signals
  • minimum shift keying
  • Error performance
Аннотация (на русском)

Алгоритмы формирования и приема OFDM сигналов на основе манипуляции с минимальным сдвигом частоты

В статье рассматриваются алгоритмы формирования и приема cигналов с ортогональным частотным мультиплексированием с пониженной внеполосной спектральной плотностью мощности (OFDM-ММС сигналы). Основу формирования данных сигналов составляет фазовый метод - применение манипуляции с непрерывной фазой с минимальным сдвигом частоты (ММС сигналы). Разработанные алгоритмы формирования и приема этих сигналов основаны на использовании решетчатой структуры ММС и производительного алгоритма быстрого спектрального преобразования в базисе Фурье (БПФ). Использование решетчатой структуры при формировании OFDM-ММС сигналов дает возможность реализации оптимального посимвольного приема, являющегося основой алгоритмов итеративного приема класса эффективных помехоустойчивых кодов (турбо-коды, низкоплотностные коды), обеспечивающих достижение практически предельных вероятностных характеристик пропускной способности каналов передачи. Приведены результаты компьютерного моделирования разработанных алгоритмов. Показано, что максимальное значение первого бокового лепестка спектральной плотности мощности рассматриваемых OFDM-ММС сигналов по отношению к максимальному значению спектральной плотности в рабочей полосе частот достигает -22.2 дБ, что меньше на 9.1 дБ для OFDM сигналов. Падение спектральной плотности мощности достигает -30.4 дБ/октава, что меньше на 12.7 дБ/октава для OFDM сигналов.

For citation

Nazarov L.E., Zudilin A.S. Алгоритмы формирования и приема OFDM сигналов на основе манипуляции с минимальным сдвигом частоты // Journal of Radio Electronics. – 2016. – No. 8.

References

  1. Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи. Базовые методы и характеристики. М.: Эко-Трендз. 2005. 392 c.
  2. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные сети передачи. М.: Техносфера. 2005. 592 c/
  3. Liu H., Li G. OFDM-Based Broadband Wireless Networks. Hoboken: John Wiley & Sons. 2005. 251 p.
  4. Ахмед Н., Рао К.Р. Ортогональные преобразования при цифровой обработке сигналов. М.:Связь. 1980. 248 с.
  5. Назаров Л.Е., Зудилин А.С. Алгоритмы компенсации сосредоточенных по спектру помех для сигналов с ортогональным частотным мультиплексированием. // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2013. №6 (104). Стр. 45-51.
  6. Калинин В.И., Радченко Д.Е., Черепенин В.А. Вероятностные характеристики цифрового канала передачи информации на основе непрерывных шумовых сигналов со спектральной модуляцией.// Радиотехника. 2015. №8. Стр. 84-94.
  7. Шинаков Ю.С. Интермодуляционные помехи для сигналов OFDM в нелинейных устройствах с амплитудно-фазовой конверсией.// Проектирование и технология электронных средств. 2012. №3. Стр. 19-24.
  8. Шинаков Ю.С. Пикфактор сигналов OFDM и нелинейные искажения в радиооборудовании систем беспроводного доступа. // Цифровая обработка сигналов. 2012. №4. Стр.58-65.
  9. Шинаков Ю.С. Спектральная плотность мощности помехи нелинейных искажений в устройствах с амплитудно-фазовой конверсией. // Радиотехника и электроника. 2013. Т.58. №10. Стр. 1053-1064.
  10. Шинаков Ю.С. Два способа вычисления мощности неискаженного сигнала на выходе нелинейного устройства с амплитудно-фазовой конверсией. // Радиотехника. 2016. №2. Стр. 66-71.
  11. Клоков С.С., Шинаков Ю.С. Методы снижения пик-фактора сигнала в системах с технологией OFDM. // Сборник трудов "Технология информационного общества". X Международная отраслевая научно-техническая конференция. Москва. 2016. С. 131-132.
  12. Назаров Л.Е., Зудилин А.С. Оценивание мощности и эффективности интермодуляционных помех при ограничении огибающей OFDM-сигналов.// Радиотехника и электроника. 2015. Т.60. №5. Стр.522-528.
  13. Назаров Л.Е., Зудилин А.С. Методики оценивания мощности интермодуляционных помех для сигналов с ортогональным частотным мультиплексированием.// Радиотехника и электроника. 2014. Т.59. №2. Стр.173-178.
  14. Назаров Л.Е., Зудилин А.С. Оценка мощности интермодуляционных помех при предельном ограничении огибающей сигналов с ортогональным частотным мультиплексированием.// Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2013. №6. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun13/1/text.pdf.
  15. Макаров С.Б., Цикин И.А. Передача дискретных сообщений по каналам с ограниченной полосой пропускания. М.: Радио и связь. 1988.
  16. Brandes S., Cosovic I., Schnell M. Reduction of Out-of-Band Radiation in OFDM Systems by Insertion of Cancellation Carriers.// IEEE Communications Letters. 2006. V. 10. N 6. P. 420-422.
  17. Muller-Weinfurtner S.H. Optimum Nyquist windowing in OFDM receivers.// IEEE Transactions on Communications. 2001. V.49. N3. P. 417-420.
  18. Tan P., Beaulieu N.C. Analysis of the effects of Nyquist pulse-shaping on the performance of OFDM systems with carrier frequency offset. // European Transactions on Telecommunications. 2009. N.20. P.9-22.
  19. Massey J.L. A generalization of Binary Minimum Shift Keying and Staggered Quadriphase Shift Keying modulation. // The Deep Space Network DSN Progress Report 42-52. Jet Propulsion Laboratory. Pasadena. May and June 1979. P. 26-40.
  20. Pasupathy S. Minimum Shift Keying: a spectrally efficient modulation. // IEEE Communications Magazine. 1979. V.17. N4. P.14-22.
  21. Mahmoodi S., Saeedi H., Omidi M.J. OFDM-MSK: A Method for Sidelobe Suppression in OFDM Systems. // 20-th Iranian Conference on Electrical Engineering. Tehran. 2012. 15-17 May. P.1474-1477.
  22. Yang R.H-H., Chern S-J.,Tseng C-C., Zhan Z-H. OFDM-MSK for Wireless Communications. // Proceedings of International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems. 2005. December 13-16. Hong-Kong. P.269-272.
  23. Johnson S.J. Iterative Error Correction: Turbо, Low-Density Parity-Check and Repeat-Accumulate Codes. Cambridge. University Press. UK. 2010. 356 p.