Способ обработки OFDM сигналов и устройство для его реализации Российский патент 2019 года по МПК H04J11/00 

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для обработки OFDM сигналов, в условиях воздействия внутрисистемных помех, обусловленных асинхронной работой передающих устройств.

Известен способ приема, включающий в себя этапы, на которых обнаруживают сигнал первой преамбулы из сигнала кадра, имеющего структуру, содержащую сигнал первой преамбулы, указывающей раздел кадра, сигнал второй преамбулы, содержащий управляющую информацию, используемую при обработке сигнала данных, и сигнал данных, при этом сигнал второй преамбулы передают после сигнала первой преамбулы, выполняют накопление сигнала второй преамбулы, при обнаружении сигнала первой преамбулы, при этом накапливают суммарное количество данных, эквивалентных наибольшему возможному суммарному количеству данных, в качестве суммарного количества данных сигнала второй преамбулы, при этом указанные данные расположены сразу после указанного сигнала первой преамбулы, и выполняют обработку сигнала данных на основе управляющей информации, содержащейся в накопленном сигнале второй преамбулы, при этом сигнал данных содержится в том же кадре, что и указанный накопленный сигнал второй преамбулы. (ЁКОКАВА Такаси, ГОТО Юкэн, КОБАЯСИ Кэнити. Приемное устройство, способ приема и программа. Патент РФ №2597001. Приор. 14.03.2011, Опубл. 10.09.2016, Бюл. №25).

Известно приемное устройство, которое содержит блок обнаружения, выполненный с возможностью обнаружения сигнала первой преамбулы из сигнала кадра, имеющего структуру кадра, содержащую сигнал первой преамбулы, указывающий раздел кадра, сигнал второй преамбулы, содержащий управляющую информацию, используемую при обработке сигнала данных, и сигнал данных, при этом сигнал второй преамбулы передают после сигнала первой преамбулы; блок накопления, выполненный с возможностью накопления сигнала второй преамбулы, при обнаружении сигнала первой преамбулы; и блок обработки, выполненный с возможностью осуществления обработки сигнала данных на основе управляющей информации, содержащейся в сигнале второй преамбулы, накопленном в блоке накопления, при этом сигнал данных содержится в том же кадре, что и указанный сигнал второй преамбулы, накапливаемый в блоке накопления, при этом блок накопления выполнен с возможностью накопления суммарного количества данных, эквивалентных наибольшему возможному суммарному количеству данных, в качестве суммарного количества данных сигнала второй преамбулы, при этом указанные данные расположены сразу после указанного сигнала первой преамбулы. (ЁКОКАВА Такаси, ГОТО Юкэн, КОБАЯСИ Кэнити. Приемное устройство, способ приема и программа. Патент РФ №2597001. Приор. 14.03.2011, Опубл. 10.09.2016, Бюл. №25).

Наиболее близким к предлагаемым способу обработки OFDM сигналов (прототип) является способ обработки сигналов, содержащий этапы: расчета, на котором выполняют расчет преобразования, выполненный с возможностью преобразования Фурье сигнала OFDM в области времени, то есть сигнала с ортогональным мультиплексированием с частотным разделением каналов в сигнал OFDM в области частоты; обработки, на котором выполняют детектирование смещения несущей частоты, выполненного с возможностью детектирования оценки смещения несущей частоты, которое представляет собой ошибку несущей, используемой для демодуляции сигнала OFDM; коррекции смещения несущей частоты, на котором выполняют коррекцию смещения несущей частоты, выполненной с возможностью коррекции смещения несущей частоты для сигнала OFDM в области частоты, в соответствии с оценкой смещения несущей частоты, в котором сигнал OFDM содержит первый сигнал преамбулы и второй сигнал преамбулы, следующий после первого сигнала преамбулы, и на этапе расчета выполняют расчет преобразования второго сигнала преамбулы параллельно с детектированием смещения несущей частоты, выполняемым на этапе обработки, используя первый сигнал преамбулы. (Кобаяси Кенити, Гото Юкен, Окамото Такуя, Лахлан Брюс Майкл. Устройство и способ обработки сигналов. Патент РФ №2549205. Приор. 24.07.2009, Опубл. 20.04.2015, Бюл. №11).

Наиболее близким к предлагаемому устройству обработки OFDM сигналов (прототип) являются устройство обработки сигнала, содержащее устройство расчета, предназначенное выполнять расчет преобразования, выполненный с возможностью преобразования Фурье сигнала OFDM в области времени, то есть сигнала с ортогональным мультиплексированием с частотным разделением каналов в сигнал OFDM в области частоты; устройство обработки, предназначенное выполнять детектирование смещения несущей частоты, выполненное с возможностью детектирования оценки смещения несущей частоты, которая представляет собой ошибку несущей частоты, используемой для демодуляции сигнала OFDM; и устройство коррекции смещения несущей частоты, предназначенное выполнять коррекцию смещения несущей частоты, выполненную с возможностью коррекции смещения несущей частоты сигнала OFDM в области частоты, в соответствии с оценкой смещения несущей частоты, в котором сигнал OFDM содержит первый сигнал преамбулы и второй сигнал преамбулы, следующий после первого сигнала преамбулы, и устройство расчета выполняет расчет преобразования второго сигнала преамбулы параллельно с детектированием смещения несущей частоты, выполняемым устройством обработки, используя первый сигнал преамбулы. (Кобаяси Кенити, Гото Юкен, Окамото Такуя, Лахлан Брюс Майкл. Устройство и способ обработки сигналов. Патент РФ №2549205. Приор. 24.07.2009, Опубл. 20.04.2015, Бюл. №11).

Недостаток этого устройства и способа обработки сигналов заключается в снижении надежности связи при асинхронной передаче аналогичных сигналов на соседних несущих частотах из-за влияния внутрисистемных помех.

Техническая проблема заключается в необходимости снижения влияния внутрисистемных помех, возникающих при асинхронной передаче аналогичных сигналов на соседних несущих частотах за счет совместной обработки всех сигналов.

Технический результат предлагаемых способа обработки OFDM сигналов и устройства для его реализации заключается в повышении надежности связи за счет снижения влияния внутрисистемных помех, обеспечивающего уменьшение дисперсии оценок квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, передаваемого на несущей частоте основного сигнала, путем коррекции указанных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на базе алгоритма оптимального измерения при совместной обработке спектров OFDM сигналов, присутствующих на трех несущих частотах (основной и соседних со стороны верхних и нижних частот).

Технический результат в предлагаемом способе обработки OFDM сигналов, заключающемся в том, что на этапе вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, сначала выполняют коррекцию несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала, на основе скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала осуществляют обработку преамбулы OFDM сигнала для определения строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала и сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, причем полученный сдвиг несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала используют при коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала, далее вычисляют квадратурные компоненты спектра OFDM сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье с использованием скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала и строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, достигается тем, что указанный этап вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала выполняют так же и для соседних несущих частот со стороны верхних и нижних частот от основного сигнала, а также вводят этап коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, на котором значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала корректируют с использованием алгоритма оптимального измерения на базе информации о квадратурных компонентах спектров всех OFDM сигналов и стробах времени их прихода, полученных на этапе вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала для всех трех несущих частот.

Технический результат в предлагаемом устройстве обработки OFDM сигналов, содержащем блок вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, имеющий два входа квадратурных компонент OFDM сигнала, которые являются одновременно входами устройства для квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, и три выхода, первые два из которых являются выходами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а третий выход - выход строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, причем блок вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала содержит блок коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала, имеющий три входа и два выхода, первые два входа которого являются входами квадратурных компонент OFDM сигнала, третий вход которого является входом сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, а оба выхода, которого являются выходами скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, блок обработки преамбулы, имеющий два входа и два выхода, входы которого являются входами скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, первый выход которого является выходом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, а второй выход - выходом сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, и блок быстрого преобразования Фурье, имеющий три входа и два выхода, первые два входа которого являются входами скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, третий вход которого является входом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, а оба выхода, которого являются выходами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, причем, входы квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала являются входами блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а вход сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала соединен с соответствующим выходом блока обработки преамбулы, выходы скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала соединены с соответствующими входами блока обработки преамбулы и блока быстрого преобразования Фурье, выход строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока обработки преамбулы соединен с соответствующим входом блока быстрого преобразования Фурье и является выходом блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а выходы квадратурных компонент спектра OFDM сигнала блока быстрого преобразования Фурье являются выходами блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, достигается тем, что в него введены еще два таких же блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, причем входы второго блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала являются входами устройства для квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала, а входы третьего блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала являются входами устройства для квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала, и блок коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, имеющий три группы входов для каждой из несущих частот, по три входа в каждой группе, первые два из которых являются входами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а третий вход - входом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на соответствующей несущей частоте, и два выхода, которые являются выходами скорректированных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, причем входы каждой из групп блока коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала соединены с соответствующими выходами соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а выходы блока коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала являются соответствующими выходами устройства.

Блок коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала может содержать блок объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов, блок вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов и блок коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, причем первые два входа, которого являются входами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала каждой из трех групп блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов, предназначены для подключения к соответствующим выходам соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а третьи входы, которые являются входами строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала каждой из групп, соединены с соответствующими входами блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов и предназначены для подключения к соответствующим выходам соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, выходы блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов соединены с соответствующими входами объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, выходы задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала и задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов соединены с соответствующими входами блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, выходы которого являются соответствующими выходами устройства.

Блок объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов может содержать двадцать регистров памяти, имеющих по два входа, первый из которых является входом данных, а второй - входом управления записью и по одному выходу, который является выходом данных, причем входы данных регистров памяти с первого по шестой предназначены для подключения к соответствующим выходам квадратурных компонент спектра OFDM сигнала соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, вход управления записью первого регистра памяти соединен с соответствующим входом второго регистра памяти, регистров памяти с седьмого по шестнадцатый и предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала первого блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, вход управления записью третьего регистра памяти соединен с соответствующими входами четвертого, семнадцатого и восемнадцатого регистров памяти и предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала второго блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала, вход управления записью пятого регистра памяти соединен с соответствующими входами шестого, девятнадцатого и двадцатого регистров памяти и предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала третьего блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент, OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала, выходы данных первого и второго регистров памяти соединены с входами данных седьмого и восьмого регистров памяти соответственно, выходы данных третьего и четвертого регистров памяти соединены с входами данных девятого и десятого регистров памяти соответственно, а также с входами данных семнадцатого и восемнадцатого регистров памяти соответственно, выходы данных пятого и шестого регистров памяти соединены с входами данных тринадцатого и четырнадцатого регистров памяти соответственно, а также с входами данных девятнадцатого и двадцатого регистров памяти соответственно, выходы данных семнадцатого и восемнадцатого регистров памяти соединены с входами данных одиннадцатого и двенадцатого регистров памяти соответственно, выходы данных девятнадцатого и двадцатого регистров памяти соединены с входами данных пятнадцатого и шестнадцатого регистров памяти соответственно, а выходи данных седьмого, девятого, одиннадцатого, тринадцатого и пятнадцатого регистров памяти объединены, как и выходы данных восьмого, десятого, двенадцатого, четырнадцатого и шестнадцатого регистров памяти и являются выходами объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов.

Блок вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов может содержать два RS триггера, блок тактового генератора, два двоичных управляемых счетчика и два регистра памяти, причем вход установки первого RS триггера соединен с соответствующим входом второго RS триггера, входами сброса обоих двоичных управляемых счетчиков, входами управления записью обоих регистров памяти и предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала первого блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, вход сброса первого RS триггера предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала второго блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны, верхних частот от основного сигнала, а вход сброса второго RS триггера предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала третьего блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала, выходы состояния обоих RS триггеров соединены со входами разрешения счета двоичных управляемых счетчиков соответственно, тактовые входы обоих двоичных управляемых счетчиков соединены с выходом тактового генератора, выходы состояния обоих двоичных управляемых счетчиков соединены с входами данных регистров памяти соответственно, выходы данных обоих регистров памяти являются выходами задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала и задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов.

На фиг. 1 представлена схема устройства обработки OFDM сигналов.

На фиг. 2 представлена схема блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1;.

На фиг. 3 представлена схема блока коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 2.

На фиг. 4 представлена схема блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов 6.

На фиг. 5 представлена схема блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов 7.

На фиг. 6 представлен алгоритм работы блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3.

На фиг. 7 представлен алгоритм работы блока обработки преамбулы 4.

На фиг. 8 представлен алгоритм работы блока быстрого преобразования Фурье 5.

На фиг. 9 представлен алгоритм работы блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8.

На фиг. 10 представлен алгоритм процедуры обращения матриц, входящей в алгоритм работы блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8, представленный на фиг. 9.

Устройство обработки OFDM сигналов, представленное на фиг. 1, содержит три блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, блок 1₁ - на несущей частоте основного сигнала, блок 1₂ - на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала и блок 1₃ - на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала, каждый из которых имеет по два входа квадратурных компонент OFDM сигнала, являющихся одновременно входами устройства для квадратурных компонент OFDM сигнала на соответствующей несущей частоте, и по три выхода, первые два из которых являются выходами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а третий выход - выход строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, и блок коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 2, имеющий три группы входов для каждой из несущих частот, по три входа в каждой группе, первые два из которых являются входами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а третий вход - входом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на соответствующей несущей частоте, и два выхода, являющихся выходами скорректированных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, причем входы каждой из групп блока коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 2 соединены с соответствующими выходами соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, 1₂, 1₃, а выходы блока коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 2 являются соответствующими выходами устройства.

Блок вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1_i, где представленный на фиг. 2, содержит блок коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3, имеющий три входа и два выхода, первые два входа которого являются входами квадратурных компонент OFDM сигнала, третий вход которого является входом сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, а оба выхода, которого являются выходами скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, блок обработки преамбулы 4, имеющий два входа и два выхода, входы которого являются входами скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, первый выход которого является выходом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, а второй выход - выходом сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, и блок быстрого преобразования Фурье 5, имеющий три входа и два выхода, первые два входа которого являются входами скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, третий вход которого является входом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, а оба выхода, которого являются выходами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, причем, входы квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3 являются входами блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1_i, а вход сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3 соединен с соответствующим выходом блока обработки преамбулы 4, выходы скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3 соединены с соответствующими входами блока обработки преамбулы 4 и блока быстрого преобразования Фурье 5, выход строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока обработки преамбулы 4 соединен с соответствующим входом блока быстрого преобразования Фурье 5 и является выходом блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1_i, а выходы квадратурных компонент спектра OFDM сигнала блока быстрого преобразования Фурье 5 являются выходами блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1_i.

Блок коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 2, представленный на фиг. 3, может содержать блок объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов 6, блок вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов 7 и блок коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8, причем первые два входа, являющиеся входами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала каждой из трех групп блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов 6, соединены с соответствующими выходами соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, 1₂, 1₃, а третьи входы, являющиеся входами строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала каждой из групп, соединены с соответствующими входами блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов 7 и соответствующими выходами соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, 1₂, 1₃, выходы блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов 6 соединены с соответствующими входами объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8, выходы задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала и задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов 7 соединены с соответствующими входами блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8, выходы которого являются соответствующими выходами устройства.

Блок объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов 6, представленный на фиг. 4, может содержать двадцать регистров памяти 9₁-9₂₀, имеющих по два входа, первый из которых является входом данных, а второй - входом управления записью и по одному выходу, являющемуся выходом данных, причем входы данных регистров памяти 9₁-9₆ соединены с соответствующими выходами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, 1₂, 1₃, вход управления записью регистра памяти 9₁ соединен с соответствующим входом регистра памяти 9₂, регистров памяти 9₇-9₁₆ и выходом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, вход управления записью регистра памяти 9₃ соединен с соответствующими входами регистров памяти 9₄, 9₁₇, 9₁₈ и выходом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₂, вход управления записью регистра памяти 9₅ соединен с соответствующими входами регистров памяти 9₆, 9₁₉, 9₂₀ и выходом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₃, выходы данных регистров памяти 9₁ и 9₂ соединены с входами данных регистров памяти 9₇ и 9₈ соответственно, выходы данных регистров памяти 9₃ и 9₄ соединены с входами данных регистров памяти 9₉ и 9₁₀ соответственно, а также с входами данных регистров памяти 9₁₇ и 9₁₈ соответственно, выходы данных регистров памяти 9₅ и 9₆ соединены с входами данных регистров памяти 9₁₃ и 9₁₄ соответственно, а также с входами данных регистров памяти 9₁₉ и 9₂₀ соответственно, выходы данных регистров памяти 9₁₇ и 9₁₈ соединены с входами данных регистров памяти 9₁₁ и 9₁₂ соответственно, выходы данных регистров памяти 9₁₉ и 9₂₀ соединены с входами данных регистров памяти 9₁₅ и 9₁₆ соответственно, а выходы данных регистров памяти 9₇, 9₉, 9₁₁, 9₁₃ и 9₁₅ объединены, как и выходы данных регистров памяти 9₈, 9₁₀, 9₁₂, 9₁₄ и 9₁₆, и являются выходами объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов 6.

Блок вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов 7, представленный на фиг. 5, может содержать два RS триггера 10₁ и 10₂, блок тактового генератора 11, два двоичных управляемых счетчика 12₁ и 12₂ и два регистра памяти 13₁ и 13₂, причем вход установки RS триггера 10₁ соединен с соответствующим входом RS триггера 10₂, входами сброса двоичных управляемых счетчиков 12₁ и 12₁, входами управления записью регистров памяти 13₁ и 13₂ и соединен с выходом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, вход сброса RS триггера 10₁ соединен с выходом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₂, a вход сброса RS триггера 10₂ соединен с выходом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₃, выходы состояния RS триггеров 10₁ и 10₂ соединены со входами разрешения счета двоичных управляемых счетчиков 12₁ и 12₂ соответственно, тактовые входы двоичных управляемых счетчиков 12₁ и 12₂ соединены с выходом тактового генератора 11, выходы состояния двоичных управляемых счетчиков 12₁ и 12₂ соединены с входами данных регистров памяти 13₁ и 13₃ соответственно, выходы данных регистров памяти 13₁ и 13₂ являются соответственно выходами задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала и задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов 7.

Все блоки, приведенные на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5 имеют входы электропитания, которые не изображены на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5.

Рассмотрим осуществление предложенного способа обработки OFDM сигналов и работу реализующего его устройства, изображенного на фиг. 1 - фиг. 5.

После подачи напряжения питания на все блоки, загрузки программ, согласно алгоритмам, приведенным на фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9 и фиг. 10, в блоки коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3, обработки преамбулы 4, быстрого преобразования Фурье 5 и коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8, а также установки начальных значений смещения частот Δƒ_i=0 во всех блоках коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3, задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала , задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала и соответствующих этим значениям коэффициентов матрицы коррекции , равных 1 при m=n и нулю при m≠n в блоке коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8, устройство обработки OFDM сигналов начинает свою работу.

Обработка сигналов осуществляется в два этапа:

- этап вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала;

- этап коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала.

Исходными данными для предложенного способа обработки OFDM сигналов и реализующего его устройства являются оцифрованные с периодом дискретизации T_∂ отсчеты квадратурных компонент OFDM сигналов и , получаемые с трехканального радиоприемного устройства , работающего на трех соседних частотных каналах. Первый канал радиоприемного устройства i=1 работает на несущей частоте основного сигнала, второй канал i=2 - на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала, а третий i=3 - на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала. Значение z соответствует номеру отсчета квадратурных компонент OFDM сигналов.

На этапе вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на основе полученных с приемника квадратурных компонент OFDM сигналов, проводится вычисление квадратурных компонент спектра OFDM сигнала для всех каналов с помощью блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, 1₂, 1₃.

Полученные с каждого из каналов радиоприемного устройства отсчеты квадратурных компонент OFDM сигналов и одновременно поступают на соответствующие входы квадратурных компонент OFDM сигнала соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, 1₂, 1₃.

Так как все блоки вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, 1₂, 1₃ одинаковые, то рассмотрим работу только одного из них.

Поступившие на вход блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1_i квадратурные компоненты OFDM сигнала могут иметь смещение несущей частоты, что снижает точность оценки квадратурных компонент спектра OFDM сигнала. Для компенсации смещения несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала выполняют коррекцию несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала с помощью блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3, который работает согласно алгоритму, приведенному на фиг. 6.

Указанная компенсация при известном смещении несущей частоты OFDM сигнала Δƒ_i может быть выполнена с использованием линейного фильтра:

где и - отсчеты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, - номер отсчета квадратурных компонент OFDM сигнала на длительности одного OFDM сигнала Т, а K - их количество.

Полученные отсчеты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала и образуют вектора и при поступлении каждого нового отсчета квадратурных компонент OFDM сигнала z.

Полученные вектора и выдаются на выходы скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3.

Для повышения точности определения смещения несущей частоты OFDM сигнала смещение определяют исходя из предыдущего смещения несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала Δƒ_ш и сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала ƒ_is:

На основе скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала осуществляют обработку преамбулы OFDM сигнала для определения строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала и сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала.

Для этого вектора и поступают на входы скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока обработки преамбулы 4, который работает согласно алгоритму, приведенному на фиг. 7.

Значение сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала ƒ_is, необходимое для выполнения коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала определяется по преамбуле OFDM сигнала в блоке обработки преамбулы 4.

Преамбулой называется несколько известных приемнику OFDM сигналов, передаваемых перед основным информационным сигналом и предназначенных для настройки устройства обработки OFDM сигнала. При этом каждый OFDM сигнал, входящий как в преамбулу, так и в информационный сигнал, содержит в себе циклический префикс, который расположен в начале сигнала и является копией последней части сигнала.

Если сдвиг несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала ƒ_is равен нулю, то циклический префикс совпадает с его копией:

где L - количество отсчетов сигнала на длине циклического префикса.

В случае ƒ_is≠0 - фазы циклического префикса и скопированной части сигнала отличаются пропорционально сдвигу несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала ƒ_is:

где Δϕ_i=2⋅π(K-L)ƒ_is⋅4T_∂.

На основе выражения (4) значение смещения несущей частоты OFDM сигнала ƒ_s определяется как:

где - квадратурные компоненты функции автокорреляции циклического префикса.

Для применения выражения (4) необходимо знать время прихода квадратурных компонент OFDM сигнала τ_i. В случае если начало циклического префикса соответствует первому отсчету в векторах и , то значения модуля квадратурных компонент функции автокорреляции циклического префикса достигнет своего максимального значения, равного энергии циклического префикса E_i=(P_i⋅L⋅Т)/K, где P_i - мощность i-го сигнала. Пользуясь этим свойством можно определить время прихода квадратурных компонент OFDM сигнала τ_i, как:

Таким образом, для определения значений выходов строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала и сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, блок обработки преамбулы 4 вычисляет квадратурные компоненты функции автокорреляции циклического префикса и для каждого вновь поступившего отсчета скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала z. Далее по формуле (6) вычисляется время прихода квадратурных компонент OFDM сигнала. В качестве начального значения при поиске максимума используется значение 0.5⋅E_i, а решение о нахождении максимума принимается, если на длине L/2 нет точек с большим значением модуля функции корреляции.

При выполнении этого условия на выходы блока обработки преамбулы 4 выдаются следующие сигналы: на выход строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала выдается импульс строба, а на выход сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала выдается значение сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала ƒ_is, определенное по формуле (5).

Строб времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала с выхода блока обработки преамбулы 4 подается на вход блока быстрого преобразования Фурье 5 и выдается на соответствующий выход блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1;.

Полученный сдвиг несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала используют при коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала. Для этого полученное с выхода блока обработки преамбулы 4 значение сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала ƒ_is подают на соответствующий вход блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3.

Далее вычисляют квадратурные компоненты спектра OFDM сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье с использованием скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала и строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала.

Для этого используют блок быстрого преобразования Фурье 5, на входы которого подаются вектора скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала и с блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3 и строб -времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала с блока обработки преамбулы 4. Блок быстрого преобразования Фурье 5 осуществляет вычисление квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, согласно алгоритму, разработанному на базе программы, приведенной в [1] на странице 405. Алгоритм приведен на фиг. 8.

Полученные в блоке быстрого преобразования Фурье 5 квадратурные компоненты спектра OFDM сигнала и выдаются на соответствующие выходы блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1_i.

Далее рассмотрим этап коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, на котором значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала корректируют с использованием алгоритма оптимального измерения на базе информации о квадратурных компонентах спектров всех OFDM сигналов и стробах времени их прихода, полученных на этапе вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, для всех трех несущих частот в блоке коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 2.

На вход блока коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 2 поступают значения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов и стробы времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала со всех блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, 1₂, 1₃.

На основе поступивших, на блок коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 2, значений квадратурных компонент спектров OFDM сигналов и стробов времени прихода квадратурных компонент OFDM сигналов проводится формирование объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов и в блоке объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов 6.

Основное назначение блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов 6 заключается в синхронизации во времени квадратурных компонент спектров OFDM сигналов, поступивших от всех блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 1₁, 1₂, 1₃. Причем объединение значений квадратурных компонент спектров OFDM сигналов и , а также и проводится для текущих и предыдущих значений квадратурных компонент спектров OFDM сигналов.

Значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала и поступают на входы данных регистров памяти 9₁ и 9₂ соответственно и запоминаются там по стробу времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала.

Значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала и поступают на входы данных регистров памяти 9₃, и 9₄ соответственно, а значения с выходов данных регистров памяти 9₃ и 9₄ поступают на входы данных регистров памяти 9₁₇ и 9₁₈ соответственно. При поступлении строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала текущие значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала и запоминаются в регистрах памяти 9₃ и 9₄, а хранящиеся в них предыдущее значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала и перезаписываются в регистры памяти 9₁₇ и 9₁₈.

Значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала и поступают на входы данных регистров памяти 9₅ и 9₆ соответственно, а значения с выходов данных регистров памяти 9₅ и 9₆ поступают на входы данных регистров памяти 9₁₉ и 9₂₀ соответственно. При поступлении строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала текущие значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала и запоминаются в регистрах памяти 9₅ и 9₆, а хранящиеся в них предыдущее значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала и перезаписываются в регистры памяти 9₁₉ и 9₂₀.

Далее все полученные значения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов и , , с выходов данных регистров памяти 9₁, 9₂, 9₃, 9₄, 9₁₇, 9₁₈, 9₅, 9₆, 9₁₉ и 9₂₀ поступают на входы данных регистров памяти 9₇-9₁₆ соответственно и сохраняются там по стробу времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала.

Таким образом, на выходах регистров памяти 9₇, 9₉, 9₁₁, 9₁₃, 9₁₅, формируется и сохраняется на период поступления OFDM сигналов вектор , а на выходах регистров памяти 9₈, 9₁₀, 9₁₂, 9₁₄, 9₁₆, формируется и сохраняется на период поступления OFDM сигналов вектор , которые образуют выходы объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов.

Одновременно на основе поступивших, на блок коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 2, значений стробов времени прихода квадратурных компонент OFDM сигналов проводится вычисление задержек квадратурных компонент OFDM сигналов в блоке вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов 7.

В блоке вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов 7 определяются задержка квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₂ и задержка квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₃.

Для этого строб времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала подается на входы установки RS триггеров 10₁ и 10₂, строб времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала подается на вход сброса RS триггера 10₁, а строб времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала подается на вход сброса RS триггера 10₂. В результате на выходе состояния RS триггера 10₁ формируется импульс, длительность которого равняется задержке квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₃, а на выходе состояния RS триггера 10₂ формируется импульс, длительность которого равняется задержке квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₃, которые подаются на входы разрешения счета двоичных управляемых счетчиков 12₁ и 12₂ соответственно.

На входы сброса двоичных управляемых счетчиков 12₁ и 12₂ поступает строб времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, что обеспечивает обнуление состояния счетчиков перед подсчетом времен задержек.

На тактовые входы двоичных управляемых счетчиков 12₁ и 12₂ поступают тактовые импульсы с блока тактового генератора 11.

Таким образом, двоичный управляемый счетчик 12₁ проводит подсчет импульсов, поступивших с блока тактового генератора 11, с момента поступления строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала до момента прихода строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала, а двоичный управляемый счетчик 12₂ проводит подсчет импульсов, поступивших с блока тактового генератора 11, с момента поступления строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала до момента прихода строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала.

Полученное с выхода состояния двоичного управляемого счетчика 12₁ значение задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₂ поступает на вход данных регистра памяти 13₁, а полученное с выхода состояния двоичного управляемого счетчика 12₂ значение задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₃ поступает на вход данных регистра памяти 13₂ и запоминаются в них при поступлении строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала.

Сохраненные в регистрах памяти 13₁ и 13₂ значения задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₂ и задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₃ поступают на соответствующие входы блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8, который работает согласно алгоритму, приведенному на фиг. 9.

Процесс коррекции объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов в блоке коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8 включает в себя следующие процедуры:

1. Вычисление матрицы взаимной корреляции на основе поступивших на входы блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8 значений задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₂ и задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₃, а также заложенной при программировании устройства обработки OFDM сигналов информации о несущих частотах ƒ_i и количестве поднесущих Ns OFDM сигналов;

2. Выполнение регуляризации матрицы взаимной корреляции [2];

3. Вычисление матрицы , путем обращения полученной после регуляризации матрицы;

4. Вычисление матрицы коррекции ;

5. Вычисление скорректированных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала путем умножения объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов на матрицу коррекции.

Первые четыре этапа проводятся только при изменении значений задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₂ или задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала Δτ₃. Поэтому поступившие на блок коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8 значения Δτ₂ и Δτ₃, сравниваются с хранящимися в блоке коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8 значениями и , для которых коэффициенты матрицы коррекции были уже определены.

Если значения и , то коэффициенты матрицы коррекции не изменяются и блок коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8 выполняет только пятую процедуру вычисления скорректированных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала путем умножения объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов и на матрицу коррекции .

Если значения или , то коэффициенты матрицы коррекции изменяются и блок коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8 выполняет все указные процедуры (1-5).

Матрица взаимной корреляции имеет вид:

где N=5⋅Ns - количество оцениваемых значений сигналов, по одному сигналу на каждой из Ns поднесущих OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала и по два сигнала, соответствующих текущим и предыдущим значениям квадратурных компонент, на каждой из Ns поднесущих OFDM сигналов на соседних несущих частотах со стороны верхних и нижних частот от основного сигнала.

Значения коэффициентов матрицы взаимной корреляции определяются на длительности Т как:

где - разность частот поднесущих сигналов;

[x] - обозначение целой части числа х;

{х} - обозначение дробной части числа х;

- интервал времени одновременного присутствия сигналов и , которые выбираются из следующих условий:

1. Для текущих значений квадратурных компонент поднесущих первого OFDM сигнала и интервал равняется (0,T);

2. Для предыдущих значений квадратурных компонент поднесущих второго OFDM сигнала и интервал равняется (Δτ₂,T);

3. Для текущих значений квадратурных компонент поднесущих второго OFDM сигнала и интервал равняется (0,Δτ₂);

4. Для предыдущих значений квадратурных компонент поднесущих третьего OFDM сигнала и интервал равняется (Δτ₃,Т);

5. Для текущих значений квадратурных компонент поднесущих третьего OFDM сигнала и интервал равняется (0,Δτ₃);

6. Для комбинированных случаев и , и интервал времени также равняется (Δτ₂,T);

7. Для комбинированных случаев и , и интервал времени также равняется (0,Δτ₂);

8. Для комбинированных случаев и , и интервал времени также равняется (Δτ₃,Т);

9. Для комбинированных случаев и , и интервал времени также равняется (0,Δτ₃);

10. Для комбинированных случаев и , и интервал времени равняется (Δτ₂,Δτ₂);

11. Для комбинированных случаев и , и интервал времени равняется (max(Δτ₂,Δτ₃),Т);

12. Для комбинированных случаев и , и интервал времени равняется

13. Для комбинированных случаев и , и интервал времени равняется

14. Для комбинированных случаев и , и интервал времени равняется (0,min(Δτ₂,Δτ₃));

15. Для комбинированных случаев и , и интервал времени равняется (Δτ₃,Δτ₃).

В алгоритме работы блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8, приведенном на фиг. 9, операции вычисления коэффициентов матрицы взаимной корреляции , согласно формуле (8), соответствует блок вычисление ».

Для снижения влияния точности вычислений при обращении матрицы высокой размерности выполняется процедура регуляризации матрицы взаимной корреляции . Для этого элементы матрицы , находящиеся на главной диагонали умножаются на величину 1.001, которая была определена методом численного анализа.

Затем проводится обращение полученной матрицы методом Гаусса-Жордано, как одним из имеющих минимальную вычислительную сложность [3]. Алгоритм процедуры обращения приведен на фиг. 10.

Так как полученные с блоков вычисления квадратурных компонент спектра спектров OFDM сигнала 1₂ и 1₃ значения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов определялись на основе отсчетов квадратурных компонент OFDM сигналов поступивших на вход устройства в том числе и за пределами интервала длительностью Т, то указанные полученные значения необходимо скорректировать.

Отсчеты квадратурных компонент OFDM сигналов на соседних несущих частотах со стороны верхних и нижних частот от основного сигнала попадающие в интервал длительностью Т могут быть получены из исходных квадратурных компонент OFDM сигналов путем их умножения на прямоугольные импульсы длительностью Δτ₂ и Δτ₃ соответственно.

Следовательно, квадратурные компоненты спектров OFDM сигналов на соседних несущих частотах со стороны верхних и нижних частот от основного сигнала, соответствующие отсчетам квадратурных компонент OFDM сигналов, попадающим в интервал длительностью Т, являются сверткой исходных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов с квадратурными компонентами спектров прямоугольных импульсов длительностью Δτ₂ и Δτ₃ соответственно.

Указанная операция осуществляется с использованием матрицы , с коэффициентами вида:

где

В алгоритме работы блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM синала 8, приведенном на фиг.9, операции вычисления коэффициентов матрицы согласно формуле (9), соответствует блок «вычисление ».

Так как размерности матриц одинаковые и они зависят от дних и тех же параметров, то для снижения вычислительных затрат расчет их коэффициентов проводят параллельно в одном цикле.

Далее на основе полученных коэффициентов обратной матрицы и - вычисляются коэффициенты матрицы коррекции :

где

После определения коэффициентов матрицы коррекции значения Δτ₂ и Δτ₃, полученные с блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов 7 сохраняются в переменных и соответственно.

Процедура вычисления скорректированных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала осуществляется путем умножения объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов на матрицу коррекции

где , , и - -е отсчеты скорректированных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала и соответственно, являющиеся выходными данными устройства обработки OFDM сигналов, a и - -е отсчеты объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов и соответственно, поступающих с блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов 6.

Блоки, приведенные на фиг. 4 и фиг. 5, имеют стандартную и опубликованную в литературе реализацию. Блоки коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3, обработки преамбулы 4, быстрого преобразования Фурье 5, приведенные на фиг. 2, и блок коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8, приведенный на фиг. 3, могут быть реализованы на базе цифровых сигнальных процессоров 1892 ВМ10Я [4] при загрузке в них программ, согласно алгоритмам, приведенным на фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9 и фиг. 10, соответственно.

При этом в качестве входов и выходов квадратурных компонент OFDM сигналов и квадратурных компонент спектров OFDM сигналов используются порты MFBSPO, MFBSP1 и MFBSP2, MFBSP3 соответственно.

В качестве входа сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала 3, выходов строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала и сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока обработки преамбулы 4, входа строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока быстрого преобразования Фурье 5 и входов задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала и задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала 8 используются порты USART.

Технический результат в предлагаемых способе обработки OFDM сигналов и устройстве для его реализации заключающийся в повышении надежности связи за счет снижения влияния внутрисистемных помех, обеспечивающего уменьшение дисперсии оценок квадратурных компонент спектра OFDM сигнала передаваемого на несущей частоте основного сигнала, достигается путем коррекции указанных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на базе алгоритма оптимального измерения при совместной обработке спектров OFDM сигналов, присутствующих на трех несущих частотах (основной и соседних со стороны верхних и нижних частот).

Источники информации

1. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир, 1978. - 848 с.

2. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. Изд. 2-е-285 с

3. William H. Press, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling, Brian P. Flannery. Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing. 2007.

4. Микросхема интегральная 1892 ВМ10Я. Руководство пользователя. http://multicore.ru/mc/data_sheets/Manual_1892VM10YA_141015.pdf

Изобретение относится к технике связи и предназначено для обработки OFDM сигналов в условиях воздействия внутрисистемных помех, обусловленных асинхронной работой передающих устройств. Технический результат заключается в повышении надежности связи за счет снижения влияния внутрисистемных помех, обеспечивающего уменьшение дисперсии оценок квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, передаваемого на несущей частоте основного сигнала. Изобретение раскрывает в частности способ обработки OFDM сигналов, согласно которому сначала вычисляют квадратурные компоненты спектров OFDM сигналов и стробы времени их прихода для трех несущих частот (основной и соседних со стороны верхних и нижних частот) с коррекцией смещения несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигналов, после чего выполняют коррекцию квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала с использованием алгоритма оптимального измерения на базе полученной информации о квадратурных компонентах спектров OFDM сигналов и стробах времени их прихода для всех трех несущих частот. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ обработки OFDM сигналов, заключающийся в том, что на этапе вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала сначала выполняют коррекцию несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала, на основе скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала осуществляют обработку преамбулы OFDM сигнала для определения строба, времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала и сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, причем полученный сдвиг несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала используют при коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала, далее вычисляют квадратурные компоненты спектра OFDM сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье с использованием скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала и строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, отличающийся тем, что указанный этап вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала выполняют также и для соседних несущих частот со стороны верхних и нижних частот от основного сигнала, а также вводят этап коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, на котором значения квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала корректируют с использованием алгоритма оптимального измерения на базе информации о квадратурных компонентах спектров всех OFDM сигналов и стробах времени их прихода, полученных на этапе вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, для всех трех несущих частот.

2. Устройство обработки OFDM сигналов, содержащее блок вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, имеющий два входа квадратурных компонент OFDM сигнала, которые являются одновременно входами устройства для квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, и три выхода, первые два из которых являются выходами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а третий выход - выход строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, причем блок вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала содержит блок коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала, имеющий три входа и два выхода, первые два входа которого являются входами квадратурных компонент OFDM сигнала, третий вход которого является входом сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, а оба выхода которого являются выходами скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, блок обработки преамбулы, имеющий два входа и два выхода, входы которого являются входами скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, первый выход которого является выходом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, а второй выход - выходом сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, и блок быстрого преобразования Фурье, имеющий три входа и два выхода, первые два входа которого являются входами скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала, третий вход которого является входом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала, а оба выхода которого являются выходами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, причем входы квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала являются входами блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а вход сдвига несущей частоты скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала соединен с соответствующим выходом блока обработки преамбулы, выходы скорректированных квадратурных компонент OFDM сигнала блока коррекции несущей частоты квадратурных компонент OFDM сигнала соединены с соответствующими входами блока обработки преамбулы и блока быстрого преобразования Фурье, выход строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала блока обработки преамбулы соединен с соответствующим входом блока быстрого преобразования Фурье и является выходом блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а выходы квадратурных компонент спектра OFDM сигнала блока быстрого преобразования Фурье являются выходами блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, отличающееся тем, что оно содержит еще два таких же блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, причем входы второго блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала являются входами устройства для квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала, а входы третьего блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала являются входами устройства для квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала, и блок коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, имеющий три группы входов для каждой из несущих частот, по три входа в каждой группе, первые два из которых являются входами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а третий вход - входом строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на соответствующей несущей частоте, и два выхода, являющихся выходами скорректированных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, причем входы каждой из групп блока коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала соединены с соответствующими выходами соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а выходы блока коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала являются соответствующими выходами устройства.

3. Устройство обработки OFDM сигналов по п. 2, отличающееся тем, что блок коррекции квадратурных компонент спектра OFDM сигнала содержит блок объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов, блок вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов и блок коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, причем первые два входа, являющиеся входами квадратурных компонент спектра OFDM сигнала каждой из трех групп блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов, предназначены для подключения к соответствующим выходам соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, а третьи входы, являющиеся входами строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала каждой из групп, соединены с соответствующими входами блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов и предназначены для подключения к соответствующим выходам соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, выходы блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов соединены с соответствующими входами объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, выходы задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала и задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов соединены с соответствующими входами блока коррекции объединенных квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, выходы которого являются соответствующими выходами устройства.

4. Устройство обработки OFDM сигналов по п. 3, отличающееся тем, что блок объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов, содержит двадцать регистров памяти, имеющих по два входа, первый из которых является входом данных, а второй - входом управления записью, и по одному выходу, являющемуся выходом данных, причем входы данных регистров памяти с первого по шестой предназначены для подключения к соответствующим выходам квадратурных компонент спектра OFDM сигнала соответствующих блоков вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, вход управления записью первого регистра памяти соединен с соответствующим входом второго регистра памяти, регистров памяти с седьмого по шестнадцатый и предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала первого блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, вход управления записью третьего регистра памяти соединен с соответствующими входами четвертого, семнадцатого и восемнадцатого регистров памяти и предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала второго блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала, вход управления записью пятого регистра памяти соединен с соответствующими входами шестого, девятнадцатого и двадцатого регистров памяти и предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала третьего блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала, выходы данных первого и второго регистров памяти соединены с входами данных седьмого и восьмого регистров памяти соответственно, выходы данных третьего и четвертого регистров памяти соединены с входами данных девятого и десятого регистров памяти соответственно, а также с входами данных семнадцатого и восемнадцатого регистров памяти соответственно, выходы данных пятого и шестого регистров памяти соединены с входами данных тринадцатого и четырнадцатого регистров памяти соответственно, а также с входами данных девятнадцатого и двадцатого регистров памяти соответственно, выходы данных семнадцатого и восемнадцатого регистров памяти соединены с входами данных одиннадцатого и двенадцатого регистров памяти соответственно, выходы данных девятнадцатого и двадцатого регистров памяти соединены с входами данных пятнадцатого и шестнадцатого регистров памяти соответственно, а выходы данных седьмого, девятого, одиннадцатого, тринадцатого и пятнадцатого регистров памяти объединены, как и выходы данных восьмого, десятого, двенадцатого, четырнадцатого и шестнадцатого регистров памяти, и являются выходами объединенных квадратурных компонент спектров OFDM сигналов блока объединения квадратурных компонент спектров OFDM сигналов.

5. Устройство обработки OFDM сигналов по п. 3, отличающееся тем, что блок вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов содержит два RS триггера, блок тактового генератора, два двоичных управляемых счетчика и два регистра памяти, причем вход установки первого RS триггера соединен с соответствующим входом второго RS триггера, входами сброса обоих двоичных управляемых счетчиков, входами управления записью обоих регистров памяти и предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала первого блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала, вход сброса первого RS триггера предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала второго блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала, а вход сброса второго RS триггера предназначен для подключения к выходу строба времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала третьего блока вычисления квадратурных компонент спектра OFDM сигнала, входы которого предназначены для поступления квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала, выходы состояния обоих RS триггеров соединены с входами разрешения счета двоичных управляемых счетчиков соответственно, тактовые входы обоих двоичных управляемых счетчиков соединены с выходом тактового генератора, выходы состояния обоих двоичных управляемых счетчиков соединены с входами данных регистров памяти соответственно, выходы данных обоих регистров памяти являются соответственно выходами задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны верхних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала и задержки квадратурных компонент OFDM сигнала на соседней несущей частоте со стороны нижних частот от основного сигнала относительно времени прихода квадратурных компонент OFDM сигнала на несущей частоте основного сигнала блока вычисления задержек квадратурных компонент OFDM сигналов.