ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 6
1 ОБЗОР АЛГОРИТМОВ МОДУЛЯЦИИ В СИСТЕМАХ
ШИРОКОПОЛОСНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ .................................................. 12
1.1.1 Технология частотного мультиплексирования OFDM .............................. 12
1.1.2 Преимущества и недостатки OFDM сигнала .............................................. 14
1.1.3 Анализ устойчивости OFDM систем к помехам ........................................ 17
1.1.4 Анализ перспективных направлений применения OFDM сигналов ........ 21
1.1.5 Принцип формирования OFDM сигнала на основе стандарта DVB-T2 .. 21
1.2 Обзор различных вариантов технологий частотного
мультиплексирования на основе OFDM ............................................................. 34
1.3 Обзор технологии субполосной передачи данных ....................................... 38
1.3.1 Обзор технологии FBMC .............................................................................. 39
1.3.2 Обзор технологии UFMC .............................................................................. 42
1.3.3 Обзор технологии F-OFDM .......................................................................... 47
1.3.4 Обзор технологии RB-F-OFDM .................................................................... 54
1.4 Преимущества и недостатки рассматриваемых технологий .................... 59
1.5 Обоснование использования субполосной передачи данных ................... 61
1.6 Постановка задачи исследования ................................................................... 62
2 ТЕХНОЛОГИЯ СУБПОЛОСНОГО ОРТОГОНАЛЬНОГО
МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ ................................................................................. 64
2.1 Основы субполосного частотного мультиплексирования на основе
OFDM .......................................................................................................................... 64
2.2 Разработка и оптимизация банка цифровых фильтров в технологии
FBMC .......................................................................................................................... 67
2.2.1 Постановка задачи оптимизации .................................................................. 67
3
2.2.2 Расчет и оптимизация двухступенчатой прямой формы реализации ...... 70
2.2.3 Расчет и оптимизация многоступенчатой структуры прямой формы
реализации ............................................................................................................... 77
2.2.4 Расчет многоступенчатых пирамидальных форм реализации .................. 80
2.3 Разработка и оптимизация банка цифровых фильтров в технологии
SUB-OFDM................................................................................................................. 87
2.3.1 Постановка задачи оптимизации банка фильтров ...................................... 87
2.3.2 Реализация банка фильтров на основе каскадного соединения ЦГФ и
ЦСФ .......................................................................................................................... 88
2.3.3 Пирамидальная структура построения банка фильтров ............................ 93
2.3.4 Построение и реализация банка фильтров для анализа/синтеза сигналов
на основе OFDM и FBMC ...................................................................................... 94
2.4 Выводы по главе ................................................................................................ 98
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
СУБПОЛОСНОГО ОРТОГОНАЛЬНОГО МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ И
БАНКА ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ МНОГОСКОРОСТНОЙ
ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ..................................................................................... 100
3.1 Создание моделей субполосного ортогонального мультиплексирования
и исследование их работоспособности ............................................................... 100
3.1.1 Создание моделей OFDM, F-OFDM, RB-F-OFDM и FBMC систем ...... 101
3.1.2 Синтез/анализ банка фильтров для технологии SUB-OFDM .................. 106
3.1.3 Реализация синтезатора группового широкополосного SUB-OFDM
сигнала.................................................................................................................... 107
3.1.4 Реализация анализатора группового широкополосного SUB-OFDM
сигнала.................................................................................................................... 108
3.1.5 Исследование работоспособности полученных моделей в шумах ......... 111
4
3.2 Оценка эффективности работы при искажениях и рассогласованиях в
системах с OFDM ................................................................................................... 115
3.2.1 Расстройка временной синхронизации ...................................................... 115
3.2.2 Проблемы, вызванные многолучевостью .................................................. 117
3.2.3 Исследование защитного интервала в сигнале ......................................... 119
3.2.4 Проблемы, вызываемые затуханиями в канале связи .............................. 123
3.2.5 Исследование межсимвольных искажений ............................................... 125
3.3 Исследование работоспособности систем при влиянии эффекта
Доплера ..................................................................................................................... 127
3.4 Проверка обратной совместимости систем OFDM и SUB-OFDM ......... 131
3.5 Проверка работоспособности технологии OFDM при движении .......... 132
3.6 Оценка эффективности использования технологии SUB-OFDM .......... 135
3.7 Выводы ............................................................................................................... 136
4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И
АЛГОРИТМОВ ТЕХНОЛОГИИ СУБПОЛОСНОГО ОРТОГОНАЛЬНОГО
МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ И БАНКА ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
НА ОСНОВЕ МОС НА FPGA ................................................................................. 137
4.1 Описание экспериментального стенда ........................................................ 137
4.2 Вычислительная сложность разрабатываемых алгоритмов .................. 140
4.3 Верификационная модель. Возможные варианты разработки цифровых
устройств на ПЛИС ............................................................................................... 143
4.4 Реализация алгоритма передатчика SUB-OFDM ...................................... 145
4.5. Реализация алгоритма приемника SUB-OFDM ....................................... 148
4.6 Оценка сложности разработанных алгоритмов ........................................ 149
4.7 Верификация полученных данных на цифровом устройстве ................ 150
4.8 Выводы по главе .............................................................................................. 156
5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 158
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.................................................................... 159
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .................................................. 161
Приложение A ............................................................................................................ 169
Приложение Б ............................................................................................................ 173
Приложение В ............................................................................................................ 177
