Исследование влияния искажений, вносимых радиочастотным трактом, на характеристики беспроводных широкополосных систем связи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Масленников, Роман Олегович

• Масленников, Роман Олегович
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Масленников, Роман Олегович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 Влияние фазового шума на OFDM системы передачи данных в частотно-селективных каналах связи

1.1 Модель OFDM системы

1.2 Модель фазового шума

1.3 Влияние компенсации общей фазовой ошибки на одном OFDM символе

1.4 Свойства шума неортогональности для случая одной активной поднесущей

1.5 Влияние фазового шума на OFDM систему передачи данных в частотно-плоском канале связи

1.6 Влияние фазового шума на OFDM систему передачи данных в частотно-селективном канале связи

1.7 Исследование влияния фазового шума на вероятность битовой ошибки в OFDM системах связи

1.8 Заключение по первой главе

2 Влияние нелинейных искажений усилителя мощности в системах беспроводной связи с одной и многими ортогональными несущими частотами

2.1 Модели систем связи с одной (SC) и многими (OFDM) несущими частотами

2.2 Модели усилителя мощности

2.3 Характеристики нелинейных искажений сигнала

2.4 Результаты анализа для ограничений, накладываемых ВВО

2.5 Результаты анализа для ограничений, накладываемых спектральной маской

2.6 Общее влияние нелинейных искажений усилителя мощности с учетом требований на ВВО и спектральную маску

2.7 Заключение по второй главе

3 Исследование влияния шума аналого-цифрового преобразования на беспроводные системы связи

3.1 Модели OFDM и SC систем связи

3.2 Модель аналого-цифрового преобразования

3.3 Исследование характеристик шума аналого-цифрового преобразования

3.4 Исследование влияния шума аналого-цифрового преобразования на вероятность битовой ошибки в беспроводной системе связи

3.5 Заключение по третьей главе

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния искажений, вносимых радиочастотным трактом, на характеристики беспроводных широкополосных систем связи»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации

В настоящее время одной из наиболее динамично развивающихся прикладных областей современной радиофизики является область исследований и разработок беспроводных систем связи. Огромный интерес к системам радиосвязи в последнее десятилетие обусловлен несколькими взаимодополняющими тенденциями.

Во-первых, число абонентов мобильной связи выросло во всем мире за последние десять лет более чем в 10 раз с 309 миллионов в 1998 году до 4 миллиардов в январе 2009 г. [1], что составляет 60% населения Земли. Для сравнения на всей планете установлено лишь 1.2 миллиарда стационарных телефонов. Ежегодный оборот мировой индустрии мобильной связи превышает 1 трлн. долларов США, что составляет существенный долю от общемирового внутреннего валового продукта, оцениваемого в 61 триллион долларов США. В 2008 году было продано около 700 млн. сотовых телефонов, а их прогнозируемые продажи в 2012 году должны превысить 1.3 млрд. штук [2].

Одновременно с ростом числа пользователей мобильной связи также происходит увеличение числа различных сервисов, предоставляемых мобильными сетями, что ведет к увеличению требований к техническим характеристикам этих систем, включая требования к скорости передачи информации, качеству обслуживания пользователей, надежности мобильной связи и другим характеристикам. Рост требований к системам мобильной связи приводит к поиску научно-технических решений, которые могли бы улучшить характеристики данных систем. Работа над системами следующих поколений, реализующих новые научно-технические решения, ведется в международных организациях по стандартизации. Например, Международным союзом электросвязи (МСЭ) выполняется в настоящее время разработка спецификаций

для систем мобильной связи четвертого поколения (4G) [3], требования к которым были существенно увеличены по сравнению с системами связи третьего поколения (3G).

В работе организаций по стандартизации принимают участие ведущие промышленные компании, производители устройств беспроводной связи, а также университеты и исследовательские институты. В частности, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского участвует в процессе разработки систем мобильной связи четвертого поколения, проводимым МСЭ.

Другое направление развития систем беспроводной связи, тесно связанное с направлением развития мобильной связи, однако отличное от него - объединение всех автономных вычислительных систем в единую глобальную сеть - Интернет. В течение последних нескольких лет число устройств, подключенных к Интернет через беспроводные каналы связи, превысило число устройств, подключаемых по проводным сетям. Предполагается, что в недалеком будущем абсолютное большинство оконечных устройств сети Интернет будут подключены через радио каналы и возможность беспроводного доступа в Интернет будет присутствовать повсеместно (ubiquitous wireless computing). При этом за проводными системами сохранятся в основном функции магистральных сетей, обеспечивающих транспортную инфраструктуру для оконечных беспроводных систем связи.

Основным типом систем радиосвязи, через которые осуществляются беспроводной доступ в Интернет, являются локальные сети передачи данных [4] так же известные под торговой маркой Wi-Fi. Спецификации для данных систем разрабатываются комитетом 802.11 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE) [5].

В 2008 году было продано более 387 млн. устройств Wi-Fi [6] и прогнозируемая потребность в этих устройствах должна через пять лет составить более 1 млрд. устройств ежегодно.

Огромные тиражи выпускаемых и продаваемых пользовательских устройств беспроводной связи позволяют разрабатывать и выпускать такие устройства в виде специализированных интегральных схем, что требует высоких первоначальных инвестиций, однако позволяет сделать стоимость интегральной схемы (или набора интегральных схем), реализующей систему связи, не превышающей нескольких долларов США. В настоящее время достигнуты большие успехи в разработке сверхбольших интегральных схем (СБИС) для систем беспроводной связи, позволяющие совместить в одном полупроводниковом кристалле все функции беспроводной системы связи, включая радиочастотные блоки передатчика и приемника, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, блоки цифровой обработки сигналов, встраиваемые процессоры для реализации программных функций и другие специализированные аппаратные модули [7] - [9].

Основной полупроводниковой технологией, используемой для производства СБИС к настоящему времени стала технология КМОП (комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; КМДП - англ. CMOS, Complementary- metal-oxide-semiconductor). КМОП технология оптимизирована для цифровых интегральных схем, составляющих основную часть ее применения. Недостатком использования данной технологии для разработки аналоговых и радиочастотных модулей, используемых в частности, в беспроводных системах связи, являются более худшие, с точки зрения построения аналоговых блоков, характеристики, а преимуществом -существенно более низкая цена изготовления микросхем. Таким образом, разработчики массовых беспроводных систем связи оказываются перед выбором - либо использовать более дорогую полупроводниковую технологию

6

с лучшими характеристиками получаемых аналоговых блоков, в частности более низким уровнем вносимых этими блоками искажений, либо использовать более дешевую КМОП технологию с худшими характеристикам и с такой технологией добиваться требуемых характеристик системы связи.

Результаты анализа наиболее современных массовых коммерческих систем беспроводной связи показывают, что второй подход является преобладающим. КМОП технология предполагается использоваться для подавляющего большинства массовых беспроводных систем связи [10], [11]. В этой связи получила распространение концепция (в англоязычной литературе — парадигма) "грязной радиочастотной части" ("Dirty RF") [12], [13]. В соответствии с данной концепцией радиочастотные и аналоговые блоки производятся на самой дешевой КМОП технологии, однако все возникающие в радиочастотных блоках искажения учитываются при разработке системы связи, а также, если возможно, то компенсируются в цифровой части системы [14]. Учет влияния аналоговых искажений происходит путем детального изучения механизмов их воздействия на систему связи и выбора параметров системы связи таким образом, чтобы влияние таких искажений не приводило к существенному ухудшению характеристик системы связи.

Современное состояние рассматриваемых вопросов

Следует отметить, что вопросами влияния искажений, вносимых радиочастотным трактом, на беспроводные системы связи, посвящено большое количество работ, начиная с 60-х годов прошлого столетия. Например, влияние фазовых флуктуаций было подробно рассмотрено в работах (Стратонович P.JL, 1961, Малахов А.Н., 1968). Однако проблемы влияния искажений, вносимых радиочастотным трактом, на системы радиосвязи остаются актуальными до настоящего времени, что обусловлено тенденциями научно-технического

прогресса рассмотренными выше, а также появлению новых типов сигналов, используемых для передачи информации, рассматриваемых далее.

Таким образом, проблема анализа искажений, вносимых аналоговыми блоками в беспроводных широкополосных системах связи, рассматриваемая в настоящей работе, является актуальной.

Основные типы аналоговых искажений, которым уделяется основное внимание проводимых в данной области исследований, и которые изучаются в данной работе, включают в себя:

• Фазовые флуктуации (фазовый шум) генераторов радиочастотных сигналов.

• Нелинейные искажения усилителя мощности.

• Шум квантования аналого-цифровых преобразователей.

Воздействие рассматриваемых искажений на системы беспроводной

связи зависит как от характеристик самих аналоговых блоков, так и от технологий передачи и обработки сигналов, реализуемых в цифровой части беспроводной системы связи. При этом используемая схема модуляция сигнала является одним из ключевых факторов, определяющих степень влияния искажений аналоговых блоков.

Традиционной схемой модуляции сигнала является модуляция с одной несущей частотой (Single Carrier - SC). Блок-диаграмма беспроводной системы связи с одной несущей частотой (SC системы) показана на Рис. 1 и включает в себя передатчик с соответствующими схемами помехоустойчивого кодирования, перемежения и модуляции, канал распространения сигнала и приемник, в состав которого входят эквалайзер и блок демодуляции деперемежения и декодирования сигналов.

Передатчик | I Приемник

Рис. 1. Блок-диаграмма системы беспроводной связи с одной несущей

В SC системе связи передача информации осуществляется путем модуляции последовательно следующих временных символов. Увеличение скорости передачи данных в SC системе связи приводит к увеличению частоты следования временных информационных символов (и, соответственно, увеличению рабочей полосы частот системы). В каналах с многолучевым распространением сигнала [15] увеличение частоты следования временных символов в SC системе ведет к тому, что один принимаемый временной символ начинает включать в себя сумму нескольких различных переданных информационных символов, прошедших через различные пути распространения сигнала с разными временными задержками. Данный эффект известен как межсимвольная интерференция [16]. В частотной области возникновению межсимвольной интерференции соответствует появление частотной селективности канала передачи данных в рабочей полосе системы связи.

Для восстановления переданных значений сигнала в условиях межсимвольной интерференции применяются алгоритмы эквализации (выравнивания) сигнала. Наиболее известными являются алгоритмы эквализации с обратной связью по решениям, работающие по критерию минимума среднеквадратической ошибки (Minimum Mean Square Error -MMSE) [17], а также алгоритмы эквализации, основанные на методе "форсирования нуля", (Zero-Forcing - ZF) [18]. Следует отметить, что при сильной межсимвольной интерференции алгоритмы эквализации для SC систем

становятся очень сложными вычислительно, а также мало эффективными, позволяя устранять интерференцию лишь при очень малых уровнях аддитивного шума.

Технологией, которая позволила существенно увеличить эффективность работы широкополосных систем беспроводной связи в каналах с сильной частотной селективностью является технология ортогонального частотного уплотнения многих поднесущих или OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) [19], [20]. Блок-диаграмма OFDM системы связи показана на Рис. 2.

Рис. 2. Блок-диаграмма OFDM системы связи

В OFDM системе связи данные модулируют множество поднесущих во временной области, после чего с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) происходит формирование символа во временной области. Далее к символу добавляется циклический префикс, который позволяет рассматривать линейную свертку с импульсной переходной характеристикой канала связи как циклическую. Это, в свою очередь, разрешает независимо выделить отдельные поднесущие из принятого OFDM сигнала, эквализовать их путем деления на коэффициенты передачи канала связи на соответствующих поднесущих и декодировать принятые данные.

OFDM является робастной схемой модуляции, обеспечивающей эффективную эквализацию сигнала в многолучевых частотно-селективных каналах связи. Технология модуляции сигналов OFDM применена в

большинстве современных беспроводных систем связи, включая беспроводные сети Wi-Fi, системы беспроводного широкополосного доступа WiMAX, системы цифрового телевидения DVB-T, перспективную систему связи четвертого поколения LTE и многие другие.

Кроме того, применение ортогональных частотных поднесу щих позволяет очень эффективно решить задачу параллельной многоканальной передачи данных сразу нескольким пользователям путем выделения им различных частотных ресурсов (групп поднесущих) с помощью OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) технологии.

Следует отметить, что сравнительно недавно для работы в частотно-селективных каналах были предложены новые системы с одной несущей частотой, позволяющие проводить эквализацию в частотной области (Single carrier with frequency domain equalization - SC-FDE) [21], [22]. Такие SC-FDR системы по эффективности эквализации сигналов практически сравнимы с OFDM системам связи. Блок-диаграмма OFDM системы связи показана на Рис. 3.

- - I - | - ------ - I

Передатчик | 1 _ Приемник |

Рис. 3. Блок-диаграмма SC-FDH системы связи

OFDM системам также присущ ряд существенных недостатков по сравнению с традиционной модуляцией с одной несущей частотой. Одним из основных таких недостатков является более высокая чувствительность OFDM модуляции к искажениям, вносимым аналоговыми блоками.

Влияние искажений аналоговых блоков может являться важным фактором при выборе между SC и OFDM модуляциями, поэтому задача анализа таких искажений и механизмов их влияния является актуальной [23].

Рассматривая различные типы систем связи, следует отметить, что проблема влияния искажений аналоговых блоков актуально для всех типов систем беспроводной связи, включая системы мобильной связи, системы беспроводного широкополосного доступа в Интернет WiMAX и другие. Однако наиболее актуальной данная проблема является для перспективных систем передачи данных диапазона 60 ГГц, разработка которых началась в последние несколько лет [24] - [28].

В большинстве стран (включая США, Японию и страны западной Европы) спектральный диапазон в районе частоты 60 ГГц является нелицензируемым, т.е. может использоваться без получения разрешений на отдельные устройства также как и традиционные диапазоны систем Wi-Fi - 2.4 ГГц и 5.0 ГГц. Диапазон 60 ГГц был сделан свободным для использования из-за наличия в нем спектральной линии поглощения кислорода, приводящей к дополнительным потерям около 11 дБ/км, что ведет к неэффективности использования этого диапазона для радиоэлектронных средств, работающих на большие расстояния, но практически не влияет на беспроводные локальные и персональные сети с дальностью до 100-300 м. При этом величина нелицензируемого миллиметрового диапазона, например, в США составляет 7 ГГц (57-64 ГГц), что во много раз больше размеров частотных диапазонов 2.400 - 2.483 (83 МГц) и 5.150-5.850 ГГц (700 МГц), используемых системами Wi-Fi в настоящее время.

Разработкой стандартов для локальных беспроводных систем связи диапазона 60 ГГц в настоящее время занято несколько международных комитетов по стандартизации включая группы IEEE 802.1 lad [29], [30] и

Wireless Gigabit Alliance [31] по разработке протоколов для локальных беспроводных сетей передачи данных Wi-Fi.

Дополнительным фактом, делающим диапазон 60 ГГц привлекательным для массовых систем беспроводной связи является прогресс в области создания радиочастотных интегральных схем, обеспечивший возможность изготовления дешевых радиочипов для приема и передачи сигналов диапазона 60 ГГц, используя полупроводниковые КМОП технологии с топологическими размерами 90 нм и ниже [32] - [36]. Однако высокая несущая частота систем 60 ГГц диапазона не позволяет получить достаточно хорошие характеристики аналоговых блоков и делает вопрос анализа влияния рассматриваемых искажений на системы связи диапазона 60 ГГц особенно актуальным [37] - [41].

По этой причине данная работа в качестве примеров влияния искажений аналоговых блоков рассматривает SC и OFDM системы связи диапазона 60 ГГц.

Первым исследуемым типом искажений аналоговых блоков является фазовый шум. Проблема исследования фазовых флуктуаций генераторов сигнала является традиционной проблемой статистической радиофизики [42]. В последнее время большое внимание получили проблемы исследования фазового шума в интегрированных генераторах радиочастоты в беспроводных системах связи [43] - [45].

Наибольший интерес представляют исследования влияния фазового шума в OFDM системах связи, где, в отличие от SC систем, возможности компенсации фазового шума ограничены.

Фазовые шумы (флуктуации) генераторов несущей частоты передатчика и приемника являются одним из искажений, которые оказывают наибольшее воздействие на OFDM системы связи, и которое может сделать применение OFDM модуляции в системе связи невозможным или ограничить ее применение только сигнальными созвездиям низкого порядка.

Ввиду высокой практической значимости, влияние фазового шума на OFDM системы связи активно изучалось в течение последних десяти лет в работах [46] - [59]. В большинстве исследований влияние фазового шума на OFDM системы связи рассматривалось для каналов распространения сигналов без временной дисперсии, обладающих равномерными частотными характеристиками во всей полосе OFDM системы (частотно-плоские каналы). Использование данного предположения позволило получить важные аналитические результаты [46] - [47], объясняющие механизмы влияния фазового шума на OFDM системы. Однако более общим случаем является случай частотно-селективного канала распространения сигнала, который соответствует большинству практических беспроводных каналов связи. Исследование механизмов влияния фазового шума на OFDM систему связи в частотно-селективных и частотно-плоских каналах распространения сигнала выполнено в настоящей работе.

Как было отмечено выше, усилители мощности в беспроводных системах связи вносят в передаваемый сигнал нелинейные искажения, особенно при приближении выходной мощности сигнала к области насыщения усилителя. Нелинейные искажения высокочастотного усилителя мощности традиционно описываются законами изменения зависимости амплитуды и фазы выходного сигнала от величины амплитуды входного сигнала. Эти зависимости получили названия амплитудно-амплитудных (amplitude modulation / amplitude modulation - AM/AM) и амплитудно-фазовых (amplitude modulation / phase modulation -AM/PM) характеристик [62].

Влияние нелинейных искажений усилителя приводит к искажению сигнальных созвездий передаваемого сигнала, а также изменению формы спектра сигнала. Искажение сигнальных созвездий (внутриканальные искажения) можно рассматривать как добавление в передаваемый сигнал эффективного шума, мощность которого должна быть ограничена, для того,

чтобы сигнал мог быть успешно декодирован в приемнике. Изменение формы спектра сигнала из-за влияния нелинейных искажений ведет к возникновению в смежных с используемой частотных полосах сильных компонент спектральной плотности мощности (СПМ) передаваемого сигнала. Эти компоненты не влияют на работу самой системы связи, однако могут являться помехами для систем связи (или других радиоэлектронных средств) в смежных частотных каналах. Оба типа искажений ограничиваются путем введения требований на максимально допустимую величину вектора ошибки (ВВО - Error Vector Magnitude - EVM) для внутриканальных искажений и спектральную маску для СПМ передаваемого сигнала для помех в соседних частотных каналах [5].

Как было отмечено выше, большинство современных систем беспроводной связи используют один из двух основных типов модуляции сигнала: модуляцию с одной несущей частотой (Single carrier - SC) или ортогональное частотное уплотнение со многими несущими частотами (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM).

С точки зрения влияния нелинейных искажений, традиционным преимуществом систем связи с одной несущей частотой (SC систем) считалось низкое отношение пиковой мощности сигнала к средней мощности (пик-фактор) (Peak-to-Average Power Ratio - PAPR), а недостатком OFDM систем является более высокий пик-фактор по сравнению с SC системами и, следовательно, большая чувствительность к нелинейным искажениям усилителя мощности в передатчике. Разные значения пик-фактора для SC и OFDM систем связи обуславливают разное влияние нелинейных искажений усилителя мощности на эти системы и необходимость снижать передаваемую мощность для систем с более высоким пик-фактором, чтобы ограничить уровень нелинейных искажений. Поэтому правильный учет влияния нелинейных искажений является важным фактором для выбора типа модуляции

сигналов (SC, SC-FDE или OFDM) при разработке современных систем беспроводной связи.

Как правило, сравнение влияния нелинейных искажений выполняется с точки зрения сравнения максимальных уровней выходной мощности, которые могут быть использованы в различных конфигурациях беспроводных систем связи для удовлетворения требованиям на ВВО и спектральную маску. Традиционно уровень выходной мощности измеряется как требуемое ослабление относительно уровня насыщения усилителя (output backoff- ОВО).

Вопрос влияния нелинейных искажений на беспроводные системы связи исследовался во многих работах [37] - [40], [63], [64], в которых оценивались деградации в максимальной выходной мощности OFDM и SC систем связи для различных моделей усилителя мощности. В частности, в работах [37] - [40] такие исследования выполнены в приложении к системам, работающим в диапазоне частот 60 ГГц, где технологические ограничения на максимальный уровень передаваемой мощности, а также линейность усилителя, делают фактор влияния нелинейных искажений особенно важным при выборе схемы модуляции сигнала. Указанные литературные источники позволяют получить значения требуемого ослабления сигнала для отдельных конфигураций SC и OFDM систем, и отдельных значений моделей усилителей мощности. Однако, детальный анализ, позволяющий систематически сравнить влияние нелинейных искажений усилителя мощности на SC и OFDM системы, в литературе отсутствует. Такой детальный анализ влияния нелинейных искажений усилителя мощности сигнала на системы связи с одной (SC) и многими (OFDM) несущими частотами выполняется в данной работе.

Направление исследования влияния нелинейных искажений усилителя мощности тесно связано с направлением разработки схем предварительного искажения сигналов, которые используются для повышения уровня выходной мощности при сохранении требований на величину ВВО и спектральную маску

передаваемого сигнала. В литературе описано большое количество схем предварительного искажения сигналов [68] - [76], которые могут быть применены как в SC так и в OFDM системах передачи данных, но наиболее часто применяются к OFDM системам, которые имеют больший пик-фактор и потенциально позволяют получить больший выигрыш в уровне выходной мощности. Оценка эффективности применения цифровых схем предварительного искажения сигналов для SC и OFDM систем связи выполняется в настоящей работе.

Хорошо известно, что современные системы беспроводной связи традиционно включают в себя как аналоговые (или радиочастотные), так и цифровые блоки обработки сигналов. Основными функциями аналоговых (радиочастотных) блоков является перенос сигнала с видеочастоты на частоту несущей на передающей стороне и обратный перенос радиосигнала с несущей частоты на видеочастоту на приемной стороне. В свою очередь цифровые блоки осуществляют формирование передаваемого видеосигнала в передатчике и восстановление переданной информации по принятому видеосигналу в приемнике.

Интерфейсом между аналоговыми и цифровыми блоками обработки сигналов являются аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП). Оба данных типа преобразователей неизбежно вносят в передаваемый и принимаемый сигналы шумы квантования, вызванные ограниченной точностью этих модулей, которая определяется их разрядностью. При этом практически наиболее значимы свойства шумов квантования АЦП, так повышение разрядности и улучшение характеристик АЦП, как правило, достигается существенно сложнее, чем для ЦАП.

Шум квантования определяется, как разница между значением аналогового сигнала на входе АЦП и получаемым квантованным значением этого сигнала в цифровой области. В АЦП шум квантования может появляться

благодаря двум различным эффектам. Во-первых, входной диапазон АЦП ограничен определенными максимальным и минимальным значениями, что приводит к усечению (clipping) входного сигнала к одному из этих значений, если его величина находится вне входного диапазона АЦП. Шум квантования, определяемый эффектом усечения сигнала, далее обозначается как шум усечения. Во-вторых, число выходных уровней АЦП конечно и определяется его разрядностью. Идеальный АЦП (модель которого рассматривается в настоящей работе) ставит в соответствие неквантованному входному сигналу наиболее близкий к нему выходной сигнал из дискретного набора возможных уровней. Шум квантования, определяемый дискретностью выходных значений АЦП, далее обозначается как шум дискретизации.

Очевидно, что мощность шума усечения будет увеличиваться при увеличении уровня сигнала на входе АЦП и уменьшаться при уменьшении уровня входного сигнала. Мощность шума дискретизации не зависит от уровня входного сигнала, и отношение мощности сигнала к мощности шума дискретизации будет изменяться пропорционально мощности шума полезного сигнала. Таким образом, средний уровень входного сигнала относительно полной шкалы АЦП (определяемый как коэффициент ослабления входного сигнала) будет влиять на соотношение между мощностью шумов квантования вследствие эффектов усечения и дискретизации и, соответственно, на общую мощность шума квантования. Установление коэффициента ослабления в практических системах связи выполняется схемами автоматической регулировки усиления (АРУ). Задача нахождения оптимального рабочего диапазона АРУ, реализующего требуемый режим работы АЦП также является актуальной задачей, связанной с задачей определения необходимых параметров АЦП.

Свойства шумов квантования, вносимых АЦП, и их влияние на характеристики систем связи были исследованы в нескольких работах [77] -

[86]. Характеристики шума дискретизации, возникающего в АЦП, описаны в публикациях [77], [78]. Исследование свойств шумов усечения выполнено в работах [79] - [83], где в публикациях [80] и [81] рассматривается влияние шумов усечения на системы связи со многими ортогональными поднесущими. Совокупное влияние шумов дискретизации и усечения (общего шума квантования) АЦП рассмотрено в работах [84] - [86].

В [84] разработана аналитическая модель для влияния общего шума квантования АЦП на OFDM систему связи. Полученная модель применяется для нахождения аналитических результатов для отношения мощности сигнала к мощности шума квантования (ОСШК), а также для вычисления рабочей точки АРУ, максимизирующей ОСШК. Работа [84] является наиболее глубоким известным аналитическим исследованием шумов квантования в OFDM системах связи, однако полученные результаты ограничено применимы для анализа практических систем связи ввиду сложности этих результатов, связанной с аналитическим описанием процессов нелинейных преобразований, происходящих в АЦП. Кроме того, полученная аналитическая модель не учитывает свойства частотной селективности канала передачи данных, а также не может быть использована для предсказания наиболее важной характеристики работы беспроводной системы связи - зависимости величины пакетной или битовой ошибки от отношения сигнал/шум в канале связи.

В работах [85], [86] влияние шума квантования АЦП на беспроводные систем связи анализируется путем выполнения численного моделирования этих систем. Метод прямого численного моделирования представляется наиболее перспективным для анализа систем беспроводной связи с учетом всех необходимых факторов и был использован в настоящей работе.

Рассматриваемая проблема влияния шума квантования АЦП на характеристики системы связи в настоящее время наиболее актуальна для систем передачи данных диапазона 60 ГГц. Большое количество свободного

для использования спектра в данном частотном диапазоне позволяет создавать беспроводные системы связи с используемой полосой частот 1 -2 ГГц и скоростями передачи данных до 2-4 Гбит/с. При этом создание АЦП со скоростями преобразования до нескольких ГГц и большой разрядностью является в настоящее время технически очень сложной задачей. Кроме того, увеличение разрядности АЦП на рабочих частотах более 1 ГГц приводит к существенному увеличению энергопотребления устройствами беспроводной связи и увеличению их стоимости. Поэтому актуальной является проблема определения минимальных характеристик АЦП, которые бы удовлетворяли требованиям использующих их систем беспроводной связи. Влияние АЦП на характеристики систем связи диапазона 60 ГГц учтено в ряде работ, рассматривающих влияние искажений аналоговых блоков на характеристики таких систем [38], [40].

Таким образом, в литературе описаны отдельные результаты по анализу влияния шума квантования АЦП для беспроводных систем связи, однако отсутствует детальный сравнительный анализ, который позволял бы определить необходимую разрядность АЦП для различных типов систем связи, использующих различные схемы модуляции и кодирования, а также работающих в различных типах каналов связи с различной частотной селективностью. В данной работе выполняется детальный анализ влияния шума квантования АЦП на беспроводные системы передачи данных.

Цель диссертационной работы

Целью диссертации является детальное изучение влияния искажений, вносимых радиочастотным трактом, в беспроводные широкополосные системы связи с одной (SC) и многими (OFDM) несущими частотами.

Задачи диссертационной работы

1. Изучение механизмов воздействия фазового шума на OFDM системы связи в частотно-плоских и частотно-селективных каналах, изучение влияния фазового шума на характеристики вероятности битовой ошибки в OFDM системах связи.

2. Выполнение детального сравнительного анализа SC и OFDM систем связи с точки зрения влияния нелинейных искажений усилителя мощности с учетом амплитудно-амплитудных (АМ/АМ) и амплитудно-фазовых (АМ/РМ) искажений.

3. Проведение детального сравнительного анализа влияния шума квантования АЦП для SC и OFDM систем передачи данных в каналах связи с различной частотной селективностью. Исследование влияния шума квантования АЦП на характеристики вероятности битовой ошибки в беспроводных системах связи.

Методы исследований

При решении поставленных задач использовались методы статистической радиофизики и теории информации, численное имитационное компьютерное моделирование систем беспроводной связи.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Изучены механизмы влияния фазового шума (фазовых флуктуаций) опорного генератора несущей частоты на OFDM системы беспроводной передачи данных, работающие в частотно-плоских каналах связи без временной дисперсии и многолучевых частотно-селективных каналах связи. Показано, что влияние фазового шума на OFDM системы является более сильным в частотно-плоских, чем в частотно-селективных каналах распространения сигнала.

2. Проведен детальный сравнительный анализ влияния нелинейных искажений усилителя мощности на характеристики SC и OFDM систем связи, с учетом амплитудно-амплитудных и амплитудно-фазовых искажений.

3. Выполнен сравнительный анализ влияния шума квантования аналого-цифровых преобразователей (АЦП) на характеристики SC и OFDM систем передачи данных в частотно-плоских и частотно-селективных каналах связи.

Краткое содержание диссертации

Во введении освещается современное состояние проблемы исследования влияния искажений, вносимых радиочастотным трактом, на характеристики беспроводных систем связи, обосновывается актуальность диссертации, кратко приводится содержание работы.

В первой главе работы анализируется влияние фазовых флуктуаций (фазового шума) генераторов несущей частоты на характеристики системы связи. Изучаются механизмы влияния фазового шума на OFDM системы радиосвязи [60], [61]. Показано, что компенсация общей фазовой ошибки (ОФО), выполняемая в большинстве практических OFDM систем связи, приводит к устранению влияния низкочастотных компонент фазового шума (с частотами меньшими частоты следования OFDM символов). Кроме того, при рассмотрении одной активной поднесущей компенсация ОФО приводит к практическому устранению влияния фазового шума на данную поднесущую, однако не влияет на мощность шума неортогональности (переходной помехи) между поднесущими создаваемого на других поднесущих.

Отмечено, что после компенсации ОФО на каждом OFDM символе, спектральная плотность мощности (СПМ) остаточного фазового шума может

быть условно представлена состоящей из резонансной области и области шумового плато. Компоненты шума неортогональности (переходной помехи) между поднесущими, обусловленные этими двумя областями фазового шума, имеют различные свойства.

Шум неортогональности обусловленный областью шумового плато является равномерным для всех активных и нулевых поднесущих OFDM системы и может рассматриваться как эквивалентный аддитивному белому гауссовскому шуму. В свою очередь шум неортогональности обусловленный резонансной областью СПМ остаточного фазового шума пропорционален мощности сигнала на соседних поднесущих и частотная селективность данного типа шума повторяет частотную селективность канала связи. Поэтому совокупный шум неортогональности, вызванный влиянием фазового шума, является равномерно распределенным по активным поднесущим OFDM символа в частотно-плоском канале связи, но имеет неравномерное распределение в частотно-селективных каналах. В частотно-селективных каналах связи шум неортогональности имеет распределение мощности по частотам, приблизительно повторяющее передаточную функцию канала связи, однако с менее глубокими провалами, ограниченными равномерно распределенным шумом неортогональности, обусловленным областью шумового плато СПМ фазового шума.

Проведено исследование влияние фазового шума на вероятность битовой ошибки (ВБО) в OFDM системе связи. Влияние фазового шума оценивалось как мощность аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ), воздействие которого было бы эквивалентно воздействию рассматриваемой модели фазового шума. Было получено, что для частотно-плоского канала связи мощность эквивалентного АБГШ приблизительно равняется мощности шума неортогональности на активных поднесущих OFDM символа. Для частотно-селективного канала связи мощность эквивалентного АБГШ шума была

оценена как на 4-5 дБ меньшая, чем для частотно-плоского канала связи. Более слабое влияние фазового шума в частотно-селективном канале объясняется неравномерным распределением шума неортогональности с большей мощностью этого шума сосредоточенной на сильных поднесущих и меньшей мощностью на слабых поднесущих, которые имеют наибольшее влияние на вероятность возникновения битовой ошибки.

Во второй главе работы рассматривается влияние нелинейных искажений усилителя мощности на беспроводные системы связи. Выполнен детальный сравнительный анализ влияния нелинейных искажений усилителя мощности сигнала на системы связи с одной (SC) и многими (OFDM) несущими частотами.

Для проведения сравнительного анализа были выбраны системы связи с максимально близкими основными параметрами (занимаемая полоса частот, размер БПФ, скорость передачи данных, виды модуляции и кодирования). Рассматриваемые системы связи сравнивались с точки зрения максимально допустимой мощности передаваемого сигнала (относительно уровня насыщения усилителя), при которой возникающие нелинейные искажения сигнала находятся ниже установленных ограничений.

Численные значения параметров SC и OFDM сигналов были выбраны как типичные значения, используемые для систем связи диапазона 60 ГГц. Были применены модели усилителей мощности, основанные на экспериментальных моделях усилителей мощности диапазона 60 ГГц [65], а также стандартные модели усилителя мощности, применяемые для всех типов систем [63].

Результаты детального анализа влияния нелинейных искажений усилителя мощности, выполненного во второй главе настоящей работы, показали, что для большинства рассмотренных схем модуляций и кодирования (СМК) и моделей усилителей мощности SC система имеет некоторые

преимущества над OFDM системой. Однако достигаемый при этом выигрыш не превышает 1.0 - 1.5 дБ [66], [67].

Таким образом, показано, что фактор влияния нелинейных искажений нельзя рассматривать в качестве определяющего фактора для выбора принципа построения системы связи (SC или OFDM). При выборе типа системы связи необходимо учитывать и другие важные факторы, такие как сложность реализации, стоимость, характеристики канала распространения сигнала и другие.

Также выполнена оценка эффективности применения цифровых схем предварительного искажения сигналов для SC и OFDM систем связи. Получено, что такие схемы позволяют увеличить выходную мощность систем связи для SC систем на 1.5 - 3.4 дБ и для OFDM систем на 1.9 - 2.7 dB [66], [67].

В третьей главе данной работы выполнен анализ влияния шума квантования аналого-цифрового преобразования на широкополосные беспроводные системы связи. Рассмотрены системы связи, использующие ортогональное частотное уплотнение (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM) и традиционные системы связи с одной несущей частотой (Single Carrier - SC). Исследование проведено для случаев частотно-плоского канала с аддитивным белым гауссовским шумом и многолучевого частотно-селективного релеевского каналов.

Изучение влияния шума квантования на рассматриваемые системы связи производилось путем нахождения характеристик отношения мощности сигнала к мощности шума квантования (ОСШК), а также путем непосредственного моделирования влияния шума квантования на вероятность битовой ошибки (ВБО) в OFDM и SC системах радиосвязи.

Результаты анализа позволили получить требуемые значения для разрядности АЦП для OFDM и SC систем передачи данных в частотно-

селективных и частотно-плоских каналах связи. Эквивалентность шума квантования АЦП аддитивному белому гауссовскому шуму с точки зрения влияния на характеристики ВБО была подтверждена результатами прямого численного моделирования.

В работе показано, что для частотно-плоских каналов связи без временной дисперсии система SC может иметь разрядность АЦП на 1-2 бита меньшую, чем OFDM система для обеспечения такого же уровня шума квантования. Таким образом, для таких каналов распространения сигнала фактор влияния шума квантования АЦП может являться существенным (определяющим) при выборе между SC и OFDM модуляциями для построения системы связи. В тоже время для каналов связи с сильной частотной селективностью, которые преобладают в беспроводных системах передачи данных, величины разрядности АЦП, необходимые для работы OFDM и SC систем связи совпадают, и фактор влияния шума квантования АЦП перестает быть определяющим при выборе между OFDM и SC системами.

В заключении приводятся основные результаты работы и следующие из них выводы.

Практическая значимость работы

Практическая значимость работы состоит в возможности применения полученных в диссертации результатов при проектировании современных беспроводных широкополосных систем связи. Приведенные в работе данные могут быть использованы для оценки влияния искажений, вносимых радиочастотным трактом, на характеристики современных систем связи с одной несущей частотой и многими ортогональными несущими частотами. На основании результатов выполненной работы получены три патента на изобретения [26]- [28].

Полученные в диссертации результаты могут быть востребованы учреждениями, занимающимися вопросами разработки современных систем радиосвязи (например, ФНПЦ ФГУП "НПП "Полет", Нижегородский завод им. М.В. Фрунзе и другие).

Достоверность результатов

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается их сравнением с результатами, полученными с помощью математического моделирования, с опубликованными результатами для частных случаев, а также отсутствием противоречий результатов диссертации известным положениям теории статистической радиофизики и теории систем беспроводной связи.

Апробация результатов и публикации

Результаты выполненных в диссертации исследований опубликованы в 14 работах. Среди них 4 статьи в рецензируемых научных журналах, 3 патента на изобретения и 7 тезисов докладов на научных конференциях.

Результаты диссертационной работы докладывались на:

1. Международной конференции IEEE 19th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (Канны, Франция, 2008).

2. Международной конференции IEEE Consumer Communications and Networking Conférence (CCNC 2010) (Лас-Вегас, США, 2010).

3. Международной конференции European Conférence on Antennas and Propagation (EuCAP'2010) (Барселона, Испания, 2010).

4. Международных конференциях "Цифровая обработка сигналов и её приложение (DSPA 2007, 2010)" (Москва, 2007, 2010).

5. Десятой нижегородской сессии молодых ученых (Нижний Новгород, 2005).

6. 10-й научной конференции по радиофизике, посвященной 90-летию ННГУ и 100-летию со дня рождения Г.С. Горелика (Н.Новгород. 2006).

Исследования, результаты которых приведены в диссертации, выполнены при поддержке гранта Министерства образования и науки РФ в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры современной России" (государственный контракт № 02.740.11.0003).

Положения, выносимые на защиту

1. Шум неортогональности (интерференции) между поднесущими OFDM системы связи, вызванный влиянием фазовых флуктуаций, может быть представлен в виде суммы двух компонент, одна из которых имеет равномерное частотное распределение, а другая повторяет частотное распределение передаточной функции канала связи. В результате совокупный шум неортогональности является равномерно распределенным по активным поднесущим OFDM символа в частотно-плоском канале связи, но имеет неравномерное распределение в частотно-селективных каналах, приблизительно повторяющее передаточную функцию канала связи.

2. В частотно-селективных каналах фазовый шум имеет более слабое влияние на OFDM системы связи (на 4-5 дБ в мощности эквивалентного аддитивного белого гауссовского шума), чем в частотно-плоских каналах.

3. Для большинства известных моделей усилителей мощности система беспроводной связи с одной несущей частотой (Single Carrier - SC) имеет преимущества над OFDM системой связи со многими ортогональными частотами с точки зрения максимальной мощности

28

передатчика, при которой удовлетворяются требования на величину нелинейных искажений усилителя мощности. Однако достигаемый при этом выигрыш не превышает 1.0 - 1.5 дБ и не может рассматриваться как существенный для принятия решения о выборе типа модуляции.

4. Применение цифровых схем предварительного искажения сигнала позволяет увеличить выходную мощность передатчика при соблюдении требований на максимальную величину уровня нелинейных искажений для SC систем на 1.5 - 3.4 дБ и для OFDM систем на 1.9 - 2.7 дБ.

5. Для частотно-плоских каналов связи без временной дисперсии система SC может иметь разрядность аналого-цифрового преобразования (АЦП) на 1-2 бита меньшую, чем OFDM система для обеспечения такого же уровня шума квантования. В тоже время для каналов связи с сильной частотной селективностью величины разрядности АЦП, необходимые для работы OFDM и SC систем связи, практически совпадают.

1 ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОГО ШУМА НА OFDM СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫХ КАНАЛАХ СВЯЗИ

В данной главе выполнен анализ механизмов влияния фазового шума для общего случая частотно-селективного канала связи и показано, что характеристики влияния фазового шума на OFDM систему в частотно-селективном канале связи могут существенно отличаться от случая частотно-плоского канала. Анализ механизмов влияния фазового шума выполнялся путем численного моделирования шума неортогональности (интерференции) между поднесущими, возникающего в OFDM системе, а также моделирования влияния фазового шума на характеристики вероятности битовой ошибки (ВБО).

В качестве параметров OFDM системы взяты характерные параметры для перспективных OFDM систем связи частотного диапазона 60 ГГц, где вследствие высокой несущей частоты сигнала и связанного с ней высокого уровня фазового шума проблема изучения влияния фазового шума является особенно актуальной.

1.1 Модель OFDM системы

Блок-диаграмма OFDM системы передачи данных, работающей в частотно-селективном канале связи и подвергающейся воздействию фазового шума, изображена на Рис. 4 (а) и (б). На Рис. 4 (а) показана полная блок-диаграмма процедуры передачи OFDM сигнала, включая формирование OFDM символа в частотной области, его преобразование во временную область с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (БПФ), воздействие частотно-селективного канала передачи данных, фазового шума и аддитивного теплового шума, а также переход в частотную область с помощью прямого БПФ. Эквивалентная блок-диаграмма OFDM системы передачи данных в

только частотной области представлена на Рис. 4 (б). На Рис. 4 (а) и (б) представлены только те этапы преобразования сигнала в OFDM системе связи, которые важны для изучения характеристик влияния фазового шума. Блоки модуляции и демодуляции отдельных поднесущих, эквализации сигнала, а также блоки помехоустойчивого кодирования и декодирования, характерные для традиционной OFDM системы связи, не изображены на Рис. 4 (а) и (б), однако учитывались при численном моделировании характеристик OFDM системы передачи данных.

Модель OFDM системы связи, показанная на Рис. 4 (а) и (б) явно не включает блоки переноса сигнала с видеочастоты на частоту несущей в передатчике и обратный перенос с несущей частоты на видеочастоту в приемнике. Однако модель учитывает фазовые флуктуации генераторов несущей частоты как дополнительный мультипликативный источник шума. Фазовый мультипликативный шум добавляется только на приемной стороне модели, однако характеристики этого источника шума учитывают фазовые флуктуации как передающего, так и приемного генераторов несущей частоты. Другие шумовые воздействия на OFDM систему связи моделируются как аддитивный белый гауссовский шум, добавляемый к передаваемому сигналу на приемной стороне.

J

S-

о е

-s:

н ©"

^ х 1 Г 1

M

(a)

£

i

О

Прямое

•

БПФ и •

удаление •

ЦП

II

£

4й:

S

II

X

II н

И

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Масленников, Роман Олегович

Основные результаты диссертационной работы и следующие из них теоретические и практические выводы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Исследовано влияния фазового шума (фазовых флуктуаций) генераторов несущей частоты на OFDM системы передачи данных. Показано, что шум неортогональности (переходной помехи) между поднесущими, вызванный влиянием фазовых флуктуаций, может быть представлен в виде суммы двух компонент, одна из которых имеет равномерное частотное распределение, а другая повторяет частотное распределение передаточной функции канала связи. В результате совокупный шум неортогональности является равномерно распределенным по активным поднесущим OFDM символа в частотно-плоском канале связи, но имеет неравномерное распределение в частотно-селективных каналах, приблизительно повторяющее передаточную функцию канала связи.

2. Проведено исследование влияние фазового шума на вероятность битовой ошибки в OFDM системе связи в частотно-плоских и частотно-селективных каналах распространения сигнала. Получено, что в частотно-селективных каналах фазовый шум имеет более слабое влияние на OFDM системы связи (на 4-5 дБ в мощности эквивалентного аддитивного белого гауссовского шума), чем в частотно-плоских каналах.

3. Выполнен детальный сравнительный анализ влияния нелинейных искажений усилителя мощности на SC и OFDM системы связи с учетом амплитудно-амплитудных (АМ/АМ) и амплитудно-фазовых (АМ/РМ) искажений. Показано, что для большинства схем модуляций и кодирования и моделей усилителей мощности SC система имеет некоторые преимущества над OFDM системой. Однако достигаемый при этом выигрыш не превышает 1.0 - 1.5 дБ и не может рассматриваться как существенный для принятия решения о выборе типа модуляции.

4. Проведено исследование эффективности применения цифровых схем предварительного искажения сигналов. Было получено, что такие схемы позволяют увеличить выходную мощность систем связи для SC систем на 1.5 - 3.4 дБ и для OFDM систем на 1.9 - 2.7 дБ.

5. Выполнен анализ шума квантования аналого-цифровых преобразователей на SC и OFDM системы связи. Показано, что для частотно-плоских каналов связи без временной дисперсии система SC может иметь разрядность АЦП на 1-2 бита меньшую, чем OFDM система для обеспечения такого же уровня шума квантования. В тоже время для каналов связи с сильной частотной селективностью величины разрядности АЦП, необходимые для работы OFDM и SC систем связи, практически совпадают.

6. Выработаны практические рекомендации по выбору параметров OFDM и SC систем связи с учетом характеристик фазовых шумов генераторов опорных частот, нелинейных искажений усилителя мощности и разрядности аналого-цифровых преобразователей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Масленников, Роман Олегович, 2011 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Ahonen Т. Trillion with а Т, the Newest Giant Industry has Arrived: the Money and Meaning of Mobile [Электронный ресурс] URL: http://communities-dominate.blogs.com/brands/2008/12/trillion-with-a.html

[2] Global Smart Phone Market and Industry Chain Report, 2008-2009 [Электронный ресурс] URL: http://www.researchinchina.com/Htmls/Report/2009/5644.html

[3] IMT-Advanced submission and evaluation process [Электронный ресурс] URL: http://www.itu.int/ITU-R/go/rsg5-imt-advanced

[4] E. Perahia and R. Stacey, Next Generation Wireless LANs: Throughput, Robustness, and Reliability in 802.1 In. - Cambridge University Press, 2008 -385 p

[5] IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications - 2007.

[6] Wi-Fi Alliance Press Release. Wi-Fi® chipset sales grew 26 percent to 387 million in 2008 [Электронный ресурс] URL: http://www.wi-fi. org/news_articles .php?f=media_news&news_id=770

[7] Meng Т.Н., McFarland В., Su D., Thomson J. Design and Implementation of an All-CMOS 802.1 la Wireless LAN Chipset // IEEE Communications Magazine. 2003. N. 8. P. 160- 168.

[8] Behzad A. et al. A Fully Integrated MIMO Multiband Direct Conversion CMOS Transceiver for WLAN Applications (802.1 In) // IEEE Journal on Solid State Circuits. 2007. V. 42. N. 12. P. 2795 - 2808.

[9] Degani О. et al. A 1x2 MIMO Multi-Band CMOS Transceiver with an Integrated Front-End in 90nm CMOS for 802.1 la/g/n WLAN Applications // Proceedings of IEEE International Solid State Circuits Conference (ISSCC) 2008. P. 355-357.

[10] Joseph A.J et al. Status and Direction of Communication Technologies—SiGe BiCMOS and RFCMOS // Proceedings of IEEE. 2005. V. 93. N. 9. P. 1539 -1558.

[11] Chu S.F et al. Enabling Wireless Communications with State-of-the-Art RF CMOS and SiGe BiCMOS Technologies II Proceedings of IEEE International Workshop on Radio-Frequency Integration Technology. 2005. P. 115-118.

[12]Fettweis G. et al. Dirty RF: A new paradigm // Proceedings of IEEE 16th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications. 2005. P. 2347 - 2355.

[13] Fettweis G. et al. Dirty RF: A new paradigm // International Journal of Wireless Information Networks. 2006. V. 14. N. 2. P. 133 - 148.

[14]Horlin F., Bourdoux A. Digital Compensation for Analog Front Ends. A New Approach for Wireless Transceiver Design. - John Wiley & Sons, 2008 - 255 p.

[15] Parsons J.D. The Mobile Radio Propagation Channel - New York: Wiley. -2000. 418 p.

[16] Прокис Дж. Цифровая связь. - M.: Радио и связь. 2000. 798 с.

[17] Cioffi J.M., Dudevoir G.P., Vedat Eyuboglu M., Forney, G.D., Jr. MMSE decision-feedback equalizers and coding. I. Equalization results // IEEE Transactions on communications. 1995. V. 43. N. 10. P. 2582 - 2594.

[18] Barry J.R., Lee E.A., Messerschmitt D.G. Capacity penalty due to ideal zero-forcing decision feedback equalization // IEEE Transactions on Information Theory. 1996. V. 42. N. 4.

[19] Bingham J.A.C. Multicarrier modulation for data transmission: an idea whose time has come // IEEE Communications Magazine. 1990. N. 5. P. 5 - 14.

[20] van Nee, R.D.J., Prasad N. OFDM for wireless multimedia communications. -Artech House. 1999. 260 p.

[21] Sari H., Karam G., Jeanclaude I. Frequency-domain equalizationof mobile radio and terrestrial broadcast channels // Proceedings of IEEE Global Telecommunications Conference. GLOBECOM 1994, November 1994. P. 1-5.

[22] Pancaldi F. et al. Single-carrier frequency domain equalization // IEEE Signal Processing Magazine, September 2008, P. 37-56.

[23] Horlin F., Bourdoux A. Comparison of the sensitivity of OFDM and SC-FDE to CFO, SCO and IQ imbalance // Proceedings of 3rd International Symposium on Communications, Control, and Signal Processing (ISCCP), 2008, P. 111-116.

[24] Smulders P. F. M. Exploiting the 60-GHz Band for Local Wireless Multimedia Access: Prospects and Future Directions // IEEE Communications Magazine. V. 40. N. 1. 2002. P. 140-47.

[25]Maltsev A., Maslennikov R., Sevastyanov A., Khoryaev A., Lomayev A. Experimental investigations of 60 GFIz wireless systems in office environment // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2009. V. 27, N. 8, P. 14881499.

[26] Sadri A.S., Maltsev A., Maslennikov R., Khoryaev A., Sergeyev V. Systems for communicating using multiple frequency bands in a wireless network // Патент на изобретение США № 7,653,163. 2010.

[27] Sadri A.S., Maltsev A., Maslennikov R., Khoryaev A., Sergeyev V. Communication within a wireless network using multiple frequency bands // Патент на изобретение США № 7,720,036. 2010.

[28]Maltsev A., Kesselman A., Maslennikov R., Khoryaev A., Sevastyanov A. Techniques for wireless personal area network communications with efficient spatial reuse // Патент на изобретение США № 8,064,828. 2011.

[29] IEEE P802.ll - Task Group AD [Электронный ресурс] URL: http://www.ieee802.org/l 1/Reports/tgad update.htm

[30] Perahia E., Cordeiro C., Park M., Yang L.L. IEEE 802.1 lad: defining the next generation multi-Gbps Wi-Fi // Proceedings of IEEE Consumer communications and networking conference (CCNC) 2010, Las Vegas, USA, Jan 2010, 5 P.

[31] Wireless Gigabit Alliance [Электронный ресурс] URL: http://wirelessgigabitalliance.org/

[32] Doan H.D et al. Millimeter-wave CMOS Design // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2005. V. 40. N. 1. P. 144-155.

[33] Reynolds S.K et al. A Silicon 60-GHz Receiver and Transmitter Chipset for Broadband Communications // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2006. V. 41. N. 12. P. 2820-2831.

[34] Niknejad A. Siliconization of 60 GHz // IEEE Microwave Magazine. 2010. V. 11. N. l.P. 78-85.

[35] Doan C.H., Emami S., Sobel D.A., Niknejad, A.M., Brodersen, R.W. Design considerations for 60 GHz CMOS radios // IEEE Communications Magazine. V. 42. N. 12. P. 132-140.

[36] Niknejad A. 0-60 GHz in four years: 60 GHz RF in digital CMOS // IEEE SolidState Circuits Newsletter. V. 12. N. 2. P. 5-9.

[37] Smulders P., Yang H., Akkermans I. On the design of low-cost 60-GHz radios for multigigabit-per-second transmission over short distances // IEEE Communications Magazine. December 2007. P. 44-51.

[38] Nsenga J., Van Thillo W., Horlin F., Bourdoux A., Lauwereins R. Sensitivity to front-end non-idealities of low PAPR modulation schemes for Communications

at 60 GHz // Proceedings of IEEE 65th Vehicular Technology Conference, 2007. VTC2007-Spring. April 2007. P. 1292 - 1296.

[39] Lei M. et al. Hardware impairments on LDPC coded SC-FDE and OFDM in mult-Gbps WPAN (IEEE 802.15.3c) // Proceedings of IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC) 2008. April 2008. P. 442-446.

[40] Tubbax J. et al. OFDM versus Single Carrier with cyclic prefix: a system-based comparison // Proceedings of IEEE 54th Vehicular Technology Conference, 2001. VTC2001-Fall. October 2007. P. 1115 - 1119.

[41]Bourdoux A. et al. Gbit/s Radios @ 60GHz: To OFDM or Not to OFDM? // Proceedings of IEEE 10th International Symposium on Spread Spectrum Techniques and Applications, 2008. ISSSTA'08. P. 560 - 565.

[42] Малахов A.H. Флуктуации в автоколебательных системах. М.: Наука, 1967.

[43] Lee Т.Н., Hajimiri A. Oscillator phase noise: a tutorial // IEEE Journal on Solid State Circuits. 2000. V. 35. N. 3. P. 326 - 336.

[44] Demir A., Mehotra A., Roychowdhury J. Phase noise in oscillators: a unifying theory and numerical methods for characterization // IEEE Transactions on Circuits and Systems - Part I: Fundamental Theory and Applications. 2000. V. 47. N. 5. P. 655-673.

[45]Mehrotra A. Noise Analysis of phase-locked loops // IEEE Transactions on Circuits and Systems - Part I: Fundamental Theory and Applications. 2002. V. 49. N. 9. P. 1309- 1316.

[46] Pollet Т., Bladel M. V., Moeneclaey M. BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise // IEEE Transactions on Communications. 1995. V. 43. N. 2, P. 191-193.

[47] Мальцев А.А., Рубцов А.Е., Артеменко А.А. Исследование влияния фазовых флуктуаций на характеристики OFDM-системы радиосвязи // Известия вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50. № 2.

[48] Robertson P., Kaiser S. Analysis of the effects of phase noise in OFDM systems // Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC), 1995. P. 1652-1657.

[49] Armada A. Understanding the effects of phase noise in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) // IEEE Transactions on Broadcasting. 2001. V. 47, N. 2, P. 153-159.

[50] Piazzo L., Mandarini P. Analysis of phase noise effects in OFDM modems // IEEE Transactions on Communications. 2002. V. 50, N. 10, P. 1696-1705.

[51] Wu S., Bar-Ness Y. OFDM systems in the presence of phase noise: consequences and solutions // IEEE Transactions on Communications. 2004. V. 52, N. 11, P. 1988- 1996.

[52] Schenk T. C.W., Tao X.-J., Smulders P. F. M., Fledderus E. R. On the influence of phase noise induced ICI in MIMO OFDM systems // IEEE Communications Letters. 2005. V. 9, N. 8, P. 682-684.

[53]Petrovic D., Rave W., Fettweis G. Properties of the intercarrier interference due to phase noise in OFDM // Proceedings of IEEE International Conference on Communications. 2005. P. 2605-2610.

[54] Petrovic D., Rave W., Fettweis G. Effects of phase noise on OFDM systems with and without PLL: characterization and compensation // IEEE Transactions on Communications. 2007. V. 55. N. 8.

[55] Wu S., Bar-Ness Y. Computationally efficient phase noise cancellation technique in OFDM systems with phase noise // Proceedings of ISSSTA 2004. P. 788 -792.

[56] Wu S., Liu P., Bar-Ness Y. Phase noise estimation and mitigation for OFDM systems // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2006. V. 5. N. 12. P. 3616-3625.

[57]Zamorano J.L. et al. Impact of phase noise on OFDM and SC-CP // Proceedings of IEEE Global Telecommunications Conference. GLOBECOM 2007, November 2007. P. 3822-3825.

[58] Ryu H.-G., Li Y.S. Phase noise analysis of the OFDM communication system by the standard frequency deviation // IEEE Transactions on Consumer Electronics.

2003. V. 49, N. 1, P. 41-47.

[59] Ryu H.-G., Li Y.S., Park J.-S. Nonlinear analysis of the phase noise in the OFDM communication system // IEEE Transactions on Consumer Electronics.

2004. V. 5, N. 1,P. 54-63.

[60] Колчин Д.И, Хоряев A.B., Масленников P.O. Влияние фазового шума на характеристики OFDM систем связи // Труды 10-й научной конференции по радиофизике, посвященной 90-летию ННГУ и 100-летию со дня рождения Г.С. Горелика. - Н.Новгород. 2006.

[61] Мальцев А.А., Масленников P.O., Хоряев А.В., Влияние фазового шума на OFDM системы передачи данных // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2010. Т.53. № 8. С. 528-542.

[62] Reynaert P., Steyaert М. RF Power Amplifiers for Mobile Communications. -Springer, 2006. 251 p.

[63] Rapp C. Effects of HPA-nonlinearity on a 4-DPSK/OFDM signal for a digital sound broadcasting system // Proceedings of ECSC-2, Oct. 1991, Liege, Belgium, P. 179-84.

[64] Costa E., Midrio M., Pupolin S., Impact of amplifier nonlinearities on OFDM transmission system performance // IEEE Communications Letters, 1999, V. 3, N. 2, P. 37-39.

[65] Choi C.-S. et al. RF impairment models for 60 GHz-band SYS/PHY simulation. // IEEE doc.: 802.15-06-0477-00-003c.

[66] Мальцев A.A., Масленников P.O., Хоряев A.B., Ломаев A.A., Сравнительный анализ влияния нелинейных искажений усилителя мощности в системах беспроводной связи с одной и многими ортогональными несущими частотами // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 2010. Т.53. № 8. С. 3-15.

[67]Maltsev A., Maslennikov R., Lomayev A., Khoryaev A., Sevastyanov А. Comparison of power amplifier non-linearity impact on 60 GHz single carrier and OFDM systems // Proceedings of IEEE Consumer communications and networking conference (CCNC) 2010, Las Vegas, USA, Jan 2010, 5 P.

[68]Nagata Y. Linear amplification technique for digital mobile communication // Proceedings of IEEE Vehicular Technology Conference, San Francisco, CA, May 1989, P. 159-164.

[69] Lee K.C., Gardner P., Comparison of different adaptation algorithms for adaptive digital predistortion based on EDGE standard // IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest., May 2001, V. 2, P. 1353-1356.

[70] Cavers J.K. Amplifier linearization using a digital predistorter with fast adaptation and low memory requirements // IEEE Transactions on Vehicular Technology, 1990, V. 39, N. 4, P. 374-382.

[71]Jeon W.G., Chang K.H., Cho Y.S. An adaptive data predistorter for compensation of nonlinear distortion in OFDM system // IEEE Transactions on Communications, 1997, V. 45, N. 10, P. 1167-1171.

[72] Jin M et al. A fast LUT predistorter for power amplifier in OFDM systems // In proceedings of IEEE Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications Conference (PIMRC), Sep. 2003, V. 2, P. 1894-1897.

[73] Choi S., Jeong E.-R., Lee Y.H. Adaptive predistrotion with direct learning based on piecewise linear approximation of amplifier nonlinearity // IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing. 2009. V.3, N. 3. P. 397 - 404.

[74] Li H. A fast digital predistortion algorithm for radio-frequency power amplifier linearization with loop delay compensation // IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing. 2009. V.3, N. 3. P. 397 - 404.

[75]Maltsev A. et al. Power amplifier linearization methods and apparatus using predistortion in the frequency domain. Патент США 7,336,716.

[76] Maltsev A. et al. Multicarrier transmitter and methods for generating multicarrier communication signals with power amplifier predistortion and linearization. Патент США 7,463,697.

[77] Widrow В., Kollar I., Liu M.C. Statistical theory of quantization // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1996, V. 45, N. 2, P. 353361.

[78] Gray R.M. Quantization noise spectra // IEEE Transactions on Information Theory, 1990, V.36, N. 6, P. 1220-1244.

[79] Van Vlek J.H., Middleton D. The spectrum of clipped noise // Proceedings of IEEE. 1943. V. 54. N. 1, P. 2-19.

[80] Gross R., Veeneman D. SNR and spectral properties for a clipped DMT ADSL signal // Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC'94) 1994. V. 2. P. 843-847.

[81] Mestagh D.J.G., Spruyt P. M. P., Biran B. Analysis of clipping effect in DMT-based ADSL systems // Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC'94) 1994. V. 1. P. 293-300.

[82] Mestagh D.J.C. Calculation of ADC resolution for DMT modulation // Electronics letters. 1995. V. 31, N. 16, P. 1315 - 1316.

[83] Mazo J. E. Asymptotic distortion spectrum of clipped, dc-biased, gaussian noise // IEEE Transactions on Communications. 1992. V. 40, N. 8, P. 1339-1344.

[84] Dardari D. Joint clip and quantization noise effects characterization in OFDM receivers // IEEE Transactions on Circuits and Systems -1: Regular papers. 2006. V. 53. P. 1741-1748.

[85] Moschitta A., Petri D. Analysis of bandpass sigma-delta conversion in OFDM systems // Proceedings of 8th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems. Malta, September 2001.

[86] Moschitta A., Petri D. Wideband communication system sensitivity to overloading quantization noise// IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2003. V. 52. P. 1302 - 1307.

[87] Мальцев A.A., Масленников P.O., Хоряев A.B., Исследование влияния шума аналого-цифрового преобразования на беспроводные системы связи диапазона 60 ГГц // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2010. Т.53. № 9. С. 669677.

[88] Мальцев А.А., Масленников P.O., Хоряев А.В. Анализ влияния шума аналого-цифрового преобразования на беспроводные системы связи с одной и многими ортогональными несущими частотами // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова. Серия: цифровая обработка сигналов и ее применение. Выпуск XII-1 (Труды конференции Цифровая обработка сигналов и ее применение -DSPА'2010), М., 2010, С. 268-271.

[89] Agilent spectrum analysis basics. Application note 150. Agilent technologies [Электронный ресурс] URL:http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5952-0292.pdf