N-OFDM (англ.Non-Orthogonal Frequency Division Multiplexing — мультиплексирование с неортогональным частотным разделением каналов) является цифровым методом модуляции, использующим множество близко расположенных, неортогональных по частоте поднесущих.[1][2] Как и в OFDM, каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция).
Прообразом данного метода модуляции сигналов явился способ измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) радиотехнической системы с помощью многочастотного сигнального пакета, изложенный в описании патента Российской Федерации на изобретение № 2054684.[3] В этом изобретении использовалось оптимальное оценивание амплитуд каждого из гармонических сигналов, идентичное примененному впоследствии для демодуляции N-OFDM сигналов. Существенным отличием указанного способа явилось то, что частоты входных воздействий в суммарном пакете входных сигналов могут быть разнесены на частотный интервал, меньший релеевского предела разрешения (ширины АЧХ частотного фильтра).
В 2001 г. Слюсарем В. И. было положено начало развитию теории N-OFDM.[4][5][6][7] Это научное направление явилось обобщением технологии OFDM и отличается сверхрелеевским уплотнением сигналов по частоте с последующей демодуляцией сигналов путем оптимального решения системы уравнений правдоподобия относительно неизвестных оценок амплитуд.
Аналогичные работы за рубежом впервые появились после 2004 года.[8][9][10][11][12] При этом используются эквивалентные по отношению к N-OFDM термины NOFDM[13], n-OFDM[14], Spectrally Efficient FDM (SEFDM)[15] и др., по сути описывающие известные из публикаций по N-OFDM[3][4][5][6][7] методы формирования и обработки неортогональных по частоте сигналов, а также представляющие собой их дальнейшее развитие.
Преимущества N-OFDM
Несмотря на возросшую сложность демодуляции N-OFDM сигналов по сравнению с OFDM, переход к неортогональной расстановке частот поднесущих обеспечивает ряд преимуществ:
более высокая спектральная эффективность, позволяющая уменьшить полосу частот, занимаемую сигналом, и улучшить электромагнитную совместимость множества терминалов
адаптивная отстройка от сосредоточенных по частоте помех путем изменения номиналов частот поднесущих
возможность учета допплеровских сдвигов частот поднесущих при работе с перемещающимися на высоких скоростях абонентами
использование различных частотных планов в качестве дополнительного ключа для защиты информации от несанкционированного доступа к каналу связи
Обработка N-OFDM сигналов по отсчетам аналого-цифрового преобразователя (АЦП)
Обработка N-OFDM сигналов с децимацией отсчетов(АЦП)
Демодуляция N-OFDM сигналов по выходам фильтров БПФ
Демодуляция N-OFDM сигналов корреляционным методом, без синтеза фильтров БПФ
При отказе от формирования фильтров БПФ демодуляция N-OFDM сигналов возможна корреляционным методом. Подобного рода пример рассмотрен в работе Макарова С. Б., Завьялова С. В.[16]
Filter-Bank Multi-Carrier Modulation (полусимвольный интервал между поднесущими[17])
GFDM
Generalized Frequency Division Multiplexing
Актуальность теории N-OFDM
Метод N-OFDM явился прообразом технологической основы сетей связи 5G, физический уровень которых планируется реализовать на неортогональных сигналах (Methodology for 5G Physical Layer Based on Non-orthogonal Waveforms). Европейский проект по стандартизации обработки неортогональных сигналов для сетей 5G получил наименование 5GNOW (5th Generation Non-Orthogonal Waveforms). Его завершение планируется в 2015 г., сайт проекта http://www.5gnow.eu/. В качестве претендентов на стандартизацию рассматриваются разновидности неортогонального класса сигналов FBMC, GFDM и др.
Примечания
Неортогональное частотное мультиплексирование (N-OFDM) сигналов. Часть 1.. Технологии и средства связи. – 2013. - № 5. С. 61 - 65. (2013).
Неортогональное частотное мультиплексирование (N-OFDM) сигналов. Часть 2.. Технологии и средства связи. – 2013. - № 6. C. 60 - 65. (2013).
↑ Патент Российской Федерации № 2054684, G01R23/16. Способ измерения амплитудно-частотных характеристик. - 1992.. Опубл. 20.02.96, Бюл. № 5. (1992).
↑ Pat. of Ukraine № 47835 A. IPС8 H04J1/00, H04L5/00. Method of Frequency-Division Multiplexing of Nsrrow-Band Information Channels.. Appl. № 2001106761, Priority Data 03.10.2001. – Official Publication Data 15.07.2002, Official Bulletin № 7. (2002).
↑ Pat. of Ukraine № 47918 A. IPС8 H04J1/00, H04L5/00. Method for Frequency-Division Multiplexing of Nsrrow-Band Information Channels.. Appl. № 2001117512, Priority Data 05.11.2001. – Official Publication Data 15.07.2002, Official Bulletin № 7 (2002).
↑ Частотное уплотнение каналов связи на основе сверхрелеевского разрешения сигналов.. Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника.- 2003. - Том 46, № 7. C. 30 - 39. (2003).
↑ Метод неортогональной дискретной частотной модуляции сигналов для узкополосных каналов связи.. Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника.- 2004. - Том 47, № 4. C. 53 - 59. (2004).
↑Masanori Hamamura, Shinichi Tachikawa. Bandwidth efficiency improvement for multi-carrier systems. //15th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, vol. 1, Sept. 2004, pp. 48 — 52.
↑Li. D. B. A high spectral efficiency technology and method for overlapped frequency division multiplexing [P]. 2006, PCT/CN2006/002012 (in Chinese)
↑Xing Yang, Wenbao Ait, Tianping Shuait, Daoben Li. A Fast Decoding Algorithm for Non-orthogonal Frequency Division Multiplexing Signals // Communications and Networking in China, 2007. CHINACOM '07. — 22-24 Aug. 2007.- P. 595—598.
↑I. Kanaras, A. Chorti, M. Rodrigues, and I. Darwazeh, "A combined MMSE-ML detection for a spectrally efficient non orthogonal FDM signal, " in Broadband Communications, Networks and Systems, 2008. BROADNETS 2008. 5th International Conference on, Sept. 2008, pp. 421 −425.
↑I. Kanaras, A. Chorti, M. Rodrigues, and I. Darwazeh, "Spectrally efficient FDM signals: Bandwidth gain at the expense of receiver complexity, " in IEEE International Conference on Communications, 2009. ICC ’09., June 2009, pp. 1 −6.
↑Bharadwaj, S., Nithin Krishna, B.M. ; Sutharshun, V. ; Sudheesh, P. ; Jayakumar, M. Low Complexity Detection Scheme for NOFDM Systems Based on ML Detection over Hyperspheres.//Devices and Communications (ICDeCom), 2011 International Conference on. — 24-25 Feb. 2011. — Pp. 1-5.
Миночкин А.И., Рудаков В.И., Слюсар В.И. Основы военно-технических исследований. Теория и приложения. Том. 2. Синтез средств информационного обеспечения вооружения и военной техники.//Под ред. А.П. Ковтуненко // - Киев: «Гранмна».. — 2012. — С. 7 - 98; 354 - 521. [[1]].
